6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Геронтология_in_polemico_Мушкабаров_Н_Н_

30

сперматогоний. И последующие деления сперматогенеза, включая мейоз, – тоже вполне симметричны. Т.е. две дочерние клетки, образующиеся при делении, внешне и функционально практически идентичны друг другу.

б) В отличие от этого, оба мейотических деления оогенеза резко, вызывающе асимметричны. При каждом делении

-вся цитоплазма ооцита, всё накопленное в ней длительным развитием, достаётся лишь одной половине расходящихся хромосом,

-а вторая половина хромосом упаковывается в своего рода «могильник» (т.н. редукционное тельце) и выталкивается куда-то под оболочки ооцита.

в) В итоге, после двух делений мейоза из одного ооцита I образуется не четыре клетки, а лишь одна.

3. Трудности второго деления.

а) Но и это не всё. Мы не можем даже назвать то нечто, что участвует во втором мейотическом делении оогенеза. Оно не подходит под определение ни ооцита II, ни яйцеклетки, ни зиготы.

Обстоятельства таковы.

б) Первое деление мейоза, венчающее бесконечно длинную профазу, совершается в момент овуляции – высвобождения ооцита (с оболочками) из яичника с последующим поступлением в маточную трубу. При этом образуются

-ооцит II (23 двухроматидные хромосомы + вся цитоплазма) и

-первое редукционное тельце (столько же хромосом + ничего; судьбу см. выше).

в) Со вторым же делением неожиданно возникает заминка. Вспомним: в сперматогенезе второе деление мейоза происходит так быстро вслед за первым, что, условно говоря, почти никто даже не успевает разглядеть, как выглядят сперматоциты II.

Не то – у ооцита II. Вдруг обнаруживается, что самостоятельно поделиться на яйцеклетку (23 однохроматидные хромосомы + вся цитоплазма) и второе редукционое тельце (столько же хромосом + ничего) ооцит II не может.

г) Наиболее распространённое объяснение – отсутствие центриолей. Объяснение, конечно, странное: только что, в первом делении, центриоли имелись – а теперь вдруг куда-то исчезли.

И оказывается, что для ооцита II единственный выход из положения – получить центриоли от сперматозоида. – Что, конечно, представляет собой одну из типичных женских штучек.

д) Как бы то ни было, второе деление мейоза в оогенезе (у женщин) происходит только после оплодотворения ооцита II сперматозоидом. В ходе же оплодотворения в ооцит II проникают ядро спермия и “спасительные” центриоли.

е) Образующаяся при этом клетка содержит два ядра – самого ооцита (23 двухроматидные хромосомы) и сперматозоида (23 однохроматидные хромосомы).

Как её называть, неясно. Понятно, что

-это уже не ооцит II (для ооцита одно ядро – лишнее),

-это явно не яйцеклетка (она должна, как сперматозоид, содержать лишь одно ядро, гаплоидное по хромосомам и по ДНК),

-и это ещё не зигота (в ней оба ядра, точнее, пронуклеуса, должны быть гаплоидными по хромосомам и по ДНК).

ж) В принципе, название не так уж важно. Главное, что лишь в данной безымянной клетке происходит второе деление мейоза; основным участником служит ядро ооцита, и в результате появляются зигота и второе редукционное тельце.

Отсюда, между прочим, следует, что настоящие яйцеклетки у женщин никогда

не образуются.

31

1.3.3.5.Тройное волшебство или колдовство ведьм?

1.Введение.

а) Итак, женский мейоз значительно отличается от мужского. При этом

-какие-то отличия являются первичными (обусловлены общей «стратегией» участия женского начала в воспроизводстве рассматриваемого вида организмов),

-какие-то отличия – следствия первых, т.е. вторичны,

-а какие-то – индифферентны, т.е. необязательны, случайны.

б) Не углубляясь во все эти взаимоотношения, обратим внимание лишь на то, что в ооцитах проблема сохранности и репарации генома, возможно, решается бóльшим набором средств, чем в сперматоцитах.

2. Почти пожизненная конъюгация.

а) Так, из предыдущего описания следует, что на протяжении почти всего существования и развития женских половых клеток их хромосомы попарно конъюгированы.

Действительно, ооциты образуются и проходят стадию зиготены профазы мейоза ещё во внутриутробном периоде онтогенеза. С этого времени и практически до оплодотворения (если ооциту доведётся быть оплодотворённым), т.е. 20–50 лет, гомологичные хромосомы остаются в спаренном состоянии.

б) Какой в этом смысл? Вряд ли здесь забота о кроссинговере: для него вполне хватило бы месяца, как мы это видим в сперматогенезе.

Редукции числа хромосом такая продолжительная конъюгация тоже никак не способствует.

в) Остаётся думать, что подобное (конъюгированное) состояние хромосом рез-

ко повышает их стабильность:

-более эффективно предупреждает стохастические повреждения

-и (или) ускоряет исправление повреждений.

г) Второй эффект в общих чертах понятен – ему мы приписали «волшебство» омолаживающего действия мейоза в сперматогенезе.

Но в его отношении можно сказать то же, что чуть выше было сказано о кроссинговере: «пожизненной» конъюгации он, вероятно, не требует.

д) Отсюда и возникает предположение о том, что конъюгация (раз уж она столь продолжительно сохраняется в оогенезе – и, вероятно, не случайно) сама по себе оказывает и другой эффект – протекторный. Хотя высказывать гипотезы о его механизме я не берусь.

е) В итоге, видимо, в женском мейозе проявляются обе функции конъюгации, направленные на стабилизацию генома; причём,

-в течение периода покоя большее значение имеет протекторный эффект,

-а в периоды роста и созревания ооцита I (до и после периода покоя) – репара-

тивный эффект.

3. Выкидывание «плохих» хромосом.

а) Женский мейоз даёт ооциту ещё одну возможность повысить качество генома. Возможность – очень простая. Те хромосомы, чьи повреждения признаны «оценочной комиссией» клетки неисправимыми, элементарно могут быть выкинуты из клетки в составе первого или второго редукционного тельца.

б) Главное, конечно, чтобы оставались нормальные хромосомы для формирования положенного их набора в основной клетке.

в) Но используется ли данный механизм сортировки и отбраковки хромосом, мне пока неизвестно.

4. Резоны.

а) И всё-таки есть веское основание для того, чтобы в оогенезе внимание к со-

32

стоянию генома в формирующихся гаметах было на несколько порядков выше, чем в сперматогенезе. Это тоже просто и очевидно.

б) I. Действительно, за месячный цикл в созревание вступает лишь несколько десятков покоящихся ооцитов, а доходит до состояния, пригодного для «выданья», лишь одна клетка.

II. За тот же срок у мужчин, по грубым оценкам, в сперматогенез «делегируется» порядка 5-10 миллионов изолированных (т.е. стволовых) сперматогоний, причём,

-эта потеря практически полностью компенсируется восстановительными делениями оставшихся изол. Сг.

-а штат образующихся «женихов» не только не редуцируется в процессе развития, но, напротив, разрастается до 2,5-10 миллиардов.

в) И даже если допустить, что многое решается отбором «лучших» (в плане состояния генома), «пространство» для отбора в оогенезе неизмеримо меньше.

Поэтому требования к геному претендентов на участие в оплодотворении среди ооцитов должны быть столь же неизмеримо выше, чем среди сперматозоидов.

г) Удовлетворить этим требованиям, с моей точки зрения, можно только с помощью сверхволшебства, каковое и совершается в женском мейозе.

1.3.3.6.Здоровый геном – здоровая клетка?

1.Два вопроса.

а) Обсуждая мейоз, мы всё время говорили о состоянии лишь ДНК (генома). Но, как отмечалось в п. 1.3.2.2, при старении клеток (любых, не только половых)

-накапливаются повреждения и в других компонентах – мембранных липидах, белках с низкой скоростью обмена,

-причём в постмитотических клетках (нейронах, кардиомиоцитах) эти повреждённые молекулы не успевают разрушаться в лизосомах и, окисляясь, образуют бурый конгломерат – балластный пигмент липофусцин, засоряющий клетку.

б) I. Тогда же мы спросили: стóит ли сводить многообразие клеточного старения

кизменениям только ДНК?

II. А теперь добавим: можно ли протекторное и омолаживающее действие мейоза (если мы его принимаем) тоже связывать исключительно с ДНК?

2. Один ответ.

а) Что ж, старение клетки, действительно, мультиполярно, т.е. развивается сразу на многих «фронтах» – в т.ч. и вне её, в межклеточном веществе. События на этих «фронтах» в значительной степени независимы друг от друга.

б) Но всё же я полагаю, что при наличии нормального генома, если не все, то почти все эти события могут быть

-либо предупреждены («старение» белков – более быстрым обновлением),

-либо исправлены (повреждённые мембранные липиды заменены новыми – при условии, конечно, что повреждение мембраны не успело необратимо сказаться на жизнеспособности клетки).

в) Даже накопление липофусцина не представляется столь уж фатальным. Возможно, это просто недоработка генома.

Возьмём, например, ооциты. После выхода этих клеток из длительнейшего периода покоя, во время большого роста, в их цитоплазме обнаруживаются т.н. мультивезикулярные тельца – которые, как считают, тоже представляют собой фаголизосомы с неполностью переваренным содержимым.

Но потом, по завершении мейоза, они как-то исчезают со сцены, и совершенно не факт, что этому способствует дробление зиготы, а не активация неких процессов, направленных на ликвидацию внутриклеточного «мусора».

33

г) Короче говоря, впечатление таково, что при нормальной ДНК клетка справилась бы с подавляющим большинством проблем, и всё у неё было бы тоже нормально.

Так что и при старении клеток, и при предполагаемом омоложении мейоцитов

(сперматоцитов и ооцитов) решающую роль в состоянии клеток играет всё же со-

стояние ДНК.

1.3.4.ЗАВЕРШАЮЩИЕ ТЕЗИСЫ (О РЕКЕ ЖИЗНИ)

Ивот два последних тезиса концепции «АНЕРЕМ»:

V. мейоз улучшает состояние генома только последующих поколений (нескольких у простых организмов или лишь одного у прочих организмов);

VI. следствия – неотвратимость старения индивидуумов (особей) и относительное бессмертие вида в целом.

1.а) Основной смысл этих тезисов – констатация того печального для широкой публики факта, что волшебство мейоза недоступно соматическим клеткам. Что делает нашу сому бренной, а само наше существование – конечным и, по большому счёту, кратким.

б) Мейоз – исключительная прерогатива лишь развивающихся половых клеток. Благодаря ему, появляются всё новые и новые поколения молодняка, каждое из которых,

- подрастая, с превосходством молодости постепенно сменяет стареющее предыдущее,

- а чуть позже неожиданно для себя оказывается в том же положении – стареющего поколения, на которое с превосходством и лёгким нетерпением взирает уже поколение следующее.

2.а) В этих, казалось бы, тривиальных сентенциях – два спорных ключевых

момента.

I. Один – тот самый конечный вывод о всеобщности старения, теоретическим обоснованием которого и служит концепция-гипотеза «АНЕРЕМ».

II. Ему предшествует последний из промежуточных постулатов концепции – спорный, как и все остальные. По существу, это постулат о всеобщности мейоза.

б) Действительно, только в мейозе возможна полноценная репарация генома (тезис IV; п.1.3.3), и только мейоз обеспечивает таким образом относительное бессмертие видов (тезис VI). Из любого из этих двух тезисов следует, что мейоз должен составлять

необходимый элемент существования любого невымирающего вида.

в) Причём, у достаточно простых организмов - за мейозом может и не следовать собственно половой процесс, т.е. объедине-

ние и рекомбинация геномов двух особей (такой вариант мейоза обычно называется эндомиксисом, что выше не раз отмечалось),

- и, как допускает тезис V, встречаться мейоз (или эндомиксис) может не в каждом поколении, а через несколько поколений, размножающихся бесполым способом.

г) Спорность же момента состоит в том, что до сих пор многими допускается существование видов, которые размножаются исключительно бесполым путём и при этом не подвергаются постепенному вырождению.

3.а) Вообще говоря, способы размножения живых объектов (одноклеточных, растений, животных) поразительно разнообразны. Всесторонний анализ их представляет собой очень масштабную проблему.

б) Тем не менее, выдвинув постулат о всеобщности мейоза (с соответствующими оговорками), мы должны хотя бы кратко коснуться этой проблемы.

34

1.3.5.ТОРЖЕСТВО МЕЙОЗА

1.3.5.1.Размножение и эволюция

1.Пять возможных типов размножения.

а) Формально можно выделить следующие типы размножения:

I. исключительно бесполый на протяжении всего существования биологического

вида;

II. бесполый + квазиполовой – чередование серий бесполого размножения с единичными актами эндомиксиса (оцениваемыми как квазиполовой процесс);

III. бесполый + половой – то же самое, но вместо эндомиксиса используется половой процесс;

IV. квазиполовой + половой – чередование серий квазиполового процесса с единичными актами полового процесса;

V. исключительно половой на протяжении всего существования биологического

вида.

б) В концепцию «АНЕРЕМ», как явствует из вышеизложенного, не укладывается только первый из этих типов.

2. Виды и распространённость бесполого размножения.

а) Существование бесполого размножения известно очень давно. Его способы тоже весьма разнообразны:

- у одноклеточных (амёб, инфузорий, водорослей) это обычно митотическое де-

ление;

-у растений – образование спор (состоящих из особых репродуктивных клеток, каждая из которых способна без оплодотворения развиться в целый организм), а также методы, используемые в растениеводстве: размножение черенками, прививками, усами;

-у низших животных – почкование, фрагментация, спорообразование.

б) В эволюционном «древе» животных бесполое размножение довольно быстро исчезает. Уже у некоторых моллюсков остаётся только один тип размножения – поло-

вой, и

- у подавляющего большинства более развитых животных этот тип размножения является единственным и незаменимым, подкрепляясь к тому же неодолимым “основ-

ным” инстинктом.

3. Исключительно бесполое размножение.

Точно так же считается, что пусть не у всех, но у многих простых организмов, способных к бесполому размножению, последнее тоже – единственно и незаменимо.

Сюда, в частности, относят:

-из одноклеточных – амёб и водоросли,

-из растений – те сельскохозяйственные культуры, которые длительно поддерживаются вегетативным размножением,

-из низших животных – гидр и актиний.

4. «Пересечение» двух крайностей в размножении и старении.

а) Можно заметить, что множество биологических видов, за которыми признаётся только бесполое размножение, в значительной степени пересекается с множеством видов, считающихся нестареющими.

б) Полного перекрывания, правда, нет: как я говорил, в поисках нестареющих животных некоторые энтузиасты давно уже добрались до рыб (хорошо, не до всех); а у рыб в естественных условиях (в отличие от, скажем, искусственного клонирования) уж точно нет бесполого размножения – этого даже энтузиасты не обнаружат.

35

в) Тем не менее, виды с чисто бесполым размножением обычно рассматриваются (случайно или осознанно) как почти верные кандидаты в «нестареющие».

5. Сомнение.

а) Но у меня остаётся небольшое сомнение: не «затерялось» ли в череде беспо-

лых размножений особей каждого такого вида (с «исключительно» бесполым размножением) что-нибудь, похожее на мейоз или эндомиксис?

б) I. Действительно, не заметить у высших животных бесполое размножение (если бы таковое случалось) вряд ли возможно.

II. Но не заметить у каких-нибудь бактерий или даже растений единичные «вспышки» мейоза и тем более эндомиксиса не так и трудно.

в) Короче говоря, несмотря на безуспешность длительных поисков мейоза (или эндомиксиса) у ряда организмов, вопрос о существовании видов, размножающихся только бесполым путём, закрывать, возможно, ещё рано.

Не исключено, что на самом деле тип размножения того или иного вида следует переквалифицировать с I-го на II-й, III-й или IV-й.

6. Распространённость смешанных типов размножения.

Но и уже известные факты позволяет считать, что смешанные типы размножения распространены в огромных секторах и флоры, и фауны:

-среди одноклеточных организмов (бактерий, простейших),

-среди низших (зелёных водорослей, мхов, папоротников) и высших (голосеменных и покрытосеменных) растений (см. источник 5, глава XII),

-а также среди, если не всех, то многих относительно просто устроенных жи-

вотных (низших и отчасти высших беспозвоночных) и даже среди некоторых позво-

ночных (отдельных видов ящериц и рыб).

7. Общая картина размножения смешанного типа.

В итоге, в отношении указанных только что растений и животных (за исключением позвоночных) складывается такая картина.

а) «Рабочим», «повседневным» способом их размножения служит бесполое размножение (путём митотического деления, почкования, фрагментации и т.д.). Но оно неспособно удержать популяцию (или вид) от стагнации.

б) Поэтому время от времени (или при изменении условий) должен происходить и половой (содержащий мейоз) или квазиполовой (эндомиксис) процесс. Который вносит в популяцию новые силы –

-во-первых, благодаря предполагаемому омоложению клетки в ходе мейоза или

эндомиксиса,

-и, во-вторых, вследствие рекомбинации генов в том же мейозе.

8. Бессмертие клеток – реальность или миф?

а) Приведём несколько известных примеров таких смешанных типов размножения. Начнём с одноклеточных организмов.

б) Но, обратившись к ним, заметим, что их всех, даже независимо от типа размножения, Вейсман объявил нестареющими и бессмертными (см. ссылку 2). И некоторые его последователи повторяют это до сих пор. Поэтому вначале очень кратенько остановимся на следующем вопросе.

1.3.5.2.О бессмертии клеток и клеточных линий

1.Бессмертных клеток не бывает.

а) Да, одноклеточных иногда приводят в качестве примера бессмертных клеток. Также в данном ряду традиционно присутствуют половые и опухолевые клетки. Теперь,

37

ных организмов (а именно, простейших), у которых сочетаются бесполый и половой способы размножения (тип III по классификации п.1.3.5.1).

б) Несмотря на принадлежность к простейшим, инфузории устроены не так уж и просто. В одной-единственной клетке их организма присутствуют:

-аналог пищеварительного тракта (от ротового отверстия до «задней кишки»),

-скелетная пластинка,

-большое ядро – макронуклеус, содержащий много копий хромосом и, подобно ядрам соматических клеток у многоклеточных, обеспечивающий генетической информацией всю обычную жизнедеятельность клетки,

-малое ядро (одно или два) – микронуклеус, аналог ядер половых клеток (вначале – ещё незрелых), выходящий на первый план в процессе полового деления, которым перемежаются длинные серии бесполых делений,

-а также целый ряд других специфических структур и обычных органелл.

2. «Утомление» культуры.

а) Культура инфузорий довольно долго может находиться в состоянии активного бесполого размножения. При этом микронуклеусы делятся путём митоза; сходным образом делится и макронуклеус.

б) Но затем рано или поздно (в зависимости от внешних условий) развивается феномен «утомления культуры», проявляющийся следующим образом:

I. митотические деления замедляются и затем полностью прекращаются;

II. всё чаще встречаются аномалии митоза, а число ядер в клетке отличается от обычного;

III процент жизнеспособных клеток среди вновь образующихся дочерних клеток снижается со 100 % до 0.

3. Преодоление «утомления».

а) Вначале считали, что причиной «утомления» является просто отравление среды продуктами обмена инфузорий и, чтобы предупредить его, достаточно лишь ре-

гулярно менять среду.

б) Но затем обнаружили, что «омоложение» «утомлённой» культуры достигается более сложным способом – путём полового процесса, существенный элемент которого - конъюгация клеток. Этот сравнительно редкий процесс заключается в том, что две клетки плотно прилегают друг к другу и обмениваются частью своего генетического материала.

(Таким образом, у одноклеточных всё – почти как у людей… Или это у людей – почти как у одноклеточных?!)

в) Причём, омоложение гораздо эффективней, если конъюгируют особи разных клонов (близкородственные «браки» не приветствуются!).

Схемы полового процесса у разных видов инфузорий существенно различаются. Но есть общие принципиальные моменты.

4. События полового процесса: исчезновение макронуклеуса.

Во-первых, в каждой конъюгирующей клетке исчезает старый макронуклеус. Надо думать, весь его «утомившийся» (т.е. накопивший множество поврежде-

ний от длительного непрерывного использования) генетический материал просто разрушается до нуклеотидов (хромосомная ДНК) и аминокислот (хромосомные белки).

5. События полового процесса: мейоз микронуклеусов.

Во-вторых, в каждой конъюгирующей клетке вступают в ту или иную разновидность мейоза микронуклеусы.