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

42

5. Жизненный цикл полипов.

а) А «некоторые морские кишечнополостные замечательны тем, что у них чередуются половое и бесполое поколения аналогично чередованию поколений у расте-

ний» (см. ссылку 5, с.244–248).

В качестве примера можно привести одного из колониальных гидроидов.

б) Из его личинки (планулы) образуются полипы, которые прикрепляются ко дну или иной поверхности для ведения «сидячего» образа жизни и так, «сидя», затем размножаются бесполым путём (почкованием). Причём дочерние особи не расходятся, а остаются в составе всё возрастающей колонии.

Но со временем эти особи подразделяются на два типа: одни специализированы для питания колонии, другие – для размножения.

в) Полипы второго типа, отпочковываясь, превращаются в свободные (от связи с колонией) медузы; причём, одни из них содержат семенники, другие – яичники.

в) Здесь-то и наступает «час» мейоза. В конечном счёте, в гонадах медуз образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Они выходят в воду, где происходит половой процесс – оплодотворение.

г) Его продукт – зиготы, которые через стадию бластулы превращаются в вышеупомянутые личинки – планулы. Цикл замыкается.

1.3.5.6. Планарии (плоские черви)

исмешанный тип размножения (III)

1. Общая характеристика.

Эти представители низших беспозвоночных на совершенно безальтернативной основе могут быть причислены к организмам со смешанным типом размножения.

а) С одной стороны, они тоже прекрасно размножаются путём фрагментации (с последующей регенерацией фрагментов до полноценных особей).

б) С другой стороны, в зрелом состоянии они всегда имеют специальные органы размножения, предназначенные для полового процесса.

2. Краниально-каудальный градиент старения у планарий.

а) Примечательно, что жизнеспособность планарий, получающихся бесполым способом (т.е. путём регенерации фрагментов), зависит от локализации фрагмента в исходной особи. А именно:

-планарии, развившиеся из каудальных (хвостовых) фрагментов, всем своим видом демонстрируют молодость и силу,

-а особи, развившиеся из краниальных (головных) фрагментов, оказываются старыми и довольно скоро погибают.

б) Этот эффект, очевидно, связан с различным состоянием клеток в разных фрагментах. В головной части планарии находятся клетки нервного ганглия, или «мозга»; всё объясняется, если данные клетки стареют быстрее прочих. Причём, данное объяснение действует

-и при условии, что преобразование фрагмента в целую особь происходит за счёт всех его клеток (так что зрелые клетки предварительно дедифференцируются),

-и при условии, что в регенерации участвуют лишь некие стволовые (малодифференцированные) клетки, состояние которых зависит от клеточного окружения.

3. Уроки планарий.

Из этого, казалось бы, малозначительного феномена следует ряд весьма серьёзных заключений или, по крайней мере, предположений.

а) Первое из них уже прозвучало. Это то, что высокодифференцированные клетки (каковыми, в частности, являются нейроны) стареют быстрей, чем менее

43

дифференцированные.

б) Второй вывод справедлив в том случае, если нервные клетки головных фрагментов всё же делятся при регенерации из этих фрагментов новых особей. Тогда можно сказать, что митотические деления не обеспечивают полного устранения возрастных изменений генома делящихся клеток.

в) Третий вывод: образование новой особи возможно и из клеток с возраст-

ными изменениями генома. Ну да, ведь и из «старых» головных фрагментов худобедно образуются целые особи, пусть и маложизнеспособные.

И это – гипертрофированная модель того, что происходит при бесполом размножении и тем более в серии таких размножений. Новые особи возникают, но...

г) ...Но наличие в геноме новой особи унаследованных возрастных изменений снижает её жизнеспособность и (что не вполне то же самое) продолжительность жизни. И это – четвёртый вывод.

д) А все эти выводы сводятся к общему, хотя внешне скрытому, знаменателю:

для стабильного и продолжительного воспроизводства даже планарий требуется половой процесс, требуется мейоз. Что и обеспечивается имеющимися у них сложными органами размножения.

1.3.5.7. Коловратки и другие: смешанные типы размножения (III и IV), включающие партеногенез

1. Эндомиксис – вариант партеногенеза.

а) Итак, мы уже видели несколько примеров смешанного размножения двух типов – II (бесполое + квазиполовое) и III (бесполое + половое). Это были одноклеточные организмы, кишечнополостные и планарии.

Причём, квазиполовой процесс (эндомиксис) встречался пока только у одноклеточных – в комбинации с бесполым размножением.

б) У многоклеточных же животных ситуация с квазиполовым процессом представляется заметно сложней. Дело в том, что здесь говорить об эндомиксисе можно лишь применительно к партеногенезу – развитию особей из неоплодотворённых яиц. Процесс же этот весьма разнообразен и, видимо, не всегда включает эндомиксис.

в) Однако сам партеногенез, независимо от его варианта, практически всегда сочетается с половым размножением, и это сочетание означает размножение типа III (бесполое + половое) или всё-таки IV (квазиполовое + половое).

2. Представители.

Примерами животных с партеногенезом могут служить:

-среди низших беспозвоночных – коловратки, представители круглых червей;

-среди высших беспозвоночных – некоторые членистоногие (в частности, насекомые – пчёлы и осы, ракообразные – дафнии),

-среди позвоночных – отдельные виды ящериц и костистых рыб.

Далее ограничимся рассмотрением, главным образом, коловраток.

3. Кто такие коловратки.

а) Коловратки – микроскопические водные червячки, размером не больше иных простейших. Но состоят из относительно большого (и строго определённого!) числа клеток, образующих несколько функционально-анатомических систем.

б) Это число клеток устанавливается уже к концу эмбрионального развития, после чего клетки не делятся, а только некоторое время увеличиваются в размерах. Затем ни рост, ни деления клеток невозможны.

в) Продолжительность жизни, в зависимости от вида, от нескольких дней до

44

двух месяцев.

г) Коловратки развиваются из яиц, откладываемых самками на какую-либо поверхность в водной среде. Других способов размножения (типа фрагментации, почкования и т.д.) у них нет.

3. Амиктические поколения: размножение партеногенезом.

а) Основной вид самок коловраток – это т.н. амиктические самки. Они не способны к половому процессу и откладывают неоплодотворённые яйца.

б) Последние сразу начинают развиваться; и, как правило, при этом образуются только самки – и тоже амиктические.

Как уже было сказано, такой процесс называется партеногенезом.

в) Считают, что размножение путём партеногенеза может обеспечивать образование неопределённо большого числа поколений коловраток.

4. Миктические самки: нормальный половой процесс.

а) Однако при напряжении внешних условий (постепенном обезвоживании водоёма, снижении температуры воды, недостатке пищи) из яиц амиктических самок развиваются другие самки – миктические.

Правда, неясно, на каком уровне воспринимаются внешние изменения, модифицирующие программу развития яиц, – на уровне амиктических самок или на уровне уже отложенных яиц.

Как бы то ни было, миктические самки способны к половому процессу. Но для этого нужны и самцы!

б) Вскоре они появляются тоже – из неоплодотворённых яиц первых миктических самок.

в) Самцы оплодотворяют других миктических самок (которые продолжают вылупляться из яиц амиктических самок), – и те откладывают т.н. зимние яйца, способные пережить и зиму, и высыхание водоёма.

г) По окончании неблагоприятного периода, в течение которого все прочие формы коловраток погибают, «зимние» яйца дадут начало новым генерациям коловраток. Скорее всего, это будут вновь амиктические самки, размножающиеся партеногенезом.

д) В итоге, у коловраток с той или иной регулярностью чередуются два вида размножения: партеногенез и половой.

5. Коловратки – круче амазонок.

а) Таким образом, коловратки отчасти подобны амазонкам: обходятся, в основном, без мужских особей, а используют их лишь при крайней необходимости и лишь с одной целью.

б) Но при этом у коловраток такая потребность возникает не в каждом поколении, а когда возникает – для её удовлетворения им не надо воровать самцов у соседей: они их производят сами.

Теперь – о том, что же из себя представляет партеногенез. Как происходит развитие неоплодотворённых яиц? Мы уже отмечали, что у разных животных реализуются разные варианты. Вот некоторые из них.

6. Эндомиктический (аутомиктический) партеногенез.

а) Здесь оогенез включает полноценный мейоз и приводит к образованию четырёх пронуклеусов.

Но поскольку затем собственно полового процесса (оплодотворения) не происходит, такой вариант мейоза, согласно п. 1.3.4, называется эндомиксисом, т.е. представ-

ляет собой квазиполовой процесс.

б) Однако возникает проблема диплоидности: из неоплодотворённых яиц по-

45

являются диплоидные самки. Это достигается тоже разными способами:

-в одних случаях мейозу предшествует дополнительное удвоение генома, так что в результате мейоза образуются не гаплоидные, а диплоидные яйца;

-в других случаях после обычного мейоза и образования четырёх гаплоидных ядер последние попарно сливаются, что тоже даёт диплоидные яйца;

-в третьих случаях в дробление вступает гаплоидное яйцо, но после первого же дробления образующиеся ядра сливаются, восстанавливая диплоидность.

7. Апомиктический партеногенез.

а) А в этом (как считается, более распространённом) варианте партеногенеза при развитии яйца мейоз заменяется одним митозоподобным делением, так что проблемы диплоидности не возникает.

б) Но сохраняется проблема у нас: неясно,

-остаётся ли в этом делении что-либо от мейоза (нас, конечно, интересуют конъюгация хромосом и кроссинговер),

-и в чём, собственно, сходство этого деления с митозом – в способе распределения хромосом, во всём остальном?

в) Если ответ на первый вопрос положительный (конъюгация и кроссинговер сохранены), то, с позиций концепции «АНЕРЕМ», это вариант квазиполового процесса, обладающий таким же репаративным воздействием на геном, как и мейоз.

Если же ответ отрицательный, то апомиктический партеногенез – вариант бесполого размножения.

8.Уточнение. На секунду остановимся и, ввиду чудовищности терминологии, ещё раз уточним смысл терминов:

- поколения коловраток, по способу размножения, делятся на амиктические (размножаются партеногенезом) и миктические (используют половой процесс);

- партеногенез же может быть эндо-(ауто)миктическим (включает квазиполовой процесс эндомиксис) и апомиктическим.

9.А что говорят коловратки?

а) Что касается коловраток, то у них предполагается именно апомиктический партеногенез.

б) И, кажется, мы можем добавить, что последний представляет собой всё же не квазиполовой, а бесполый процесс. Об этом свидетельствует то принципиальное отличие в жизнеспособности, которое существует между яйцами амиктических и миктических самок.

в) I. Надо думать, в амиктических самках яйца развиваются без событий мейозной профазы, получаются диплоидными, но не прошедшими «большой чистки», и годятся лишь для комфортных условий.

II. В миктических же самках идёт полноценный оогенез, получаются гаплоидные яйца, которые оплодотворяются спермиями, тоже прошедшими полноценный мейоз, и получаются зиготы (т.н. зимние яйца), готовые к суровым испытаниям.

г) Таким образом, здесь мы в очередной раз сталкиваемся с ситуацией, когда но-

вые силы и новое дыхание популяции придаёт половой процесс, предваряемый всепобеждающим мейозом.

10. Заключительные аккорды.

а) И вскоре в эволюции мейоз в гаметогенезе и половой процесс становятся для подавляющего большинства биологических видов непременными условиями их существования.

б) Об этом свидетельствуют даже те упомянутые ранее ящерицы, которым свойствен партеногенез. В отличие от коловраток и «каких-то там» насекомых, это уже по-

46

звоночные животные. И, соответственно этому, их партеногенез является эндомиктическим, т.е. вступающие в него яйца проходят полноценный мейоз.

Проблема диплоидности решается первым из перечисленных выше (в пункте 6,б) способов.

1.3.6. КОНЦЕПЦИЯ «АНЕРЕМ»: СОМНЕНИЯ И ИТОГИ

Ещё немного – и в заглавии данной главки прозвучало бы: «сомнительные итоги». Нет, так далеко в критике изложенной концепции я заходить не хочу. Хотя читатель, конечно, вправе судить обо всём сам.

1.3.6.1.Предварительные замечания

1.Оправдания и сожаления.

а) Однако вначале я должен извиниться за коловраток, планарий и инфузорий: они наверняка уже утомили читателя. Какое ему дело до всей этой «мелочи»?!

Но, с другой стороны, иные авторы гораздо безжалостней – волокут читателя по всему огромному эволюционному древу, не считаясь даже с тем, что несчастный давно без сознания.

б) По сравнению с ними, я невероятно добросердечен и гуманен (в смысле, гуманист). Я ограничился очень небольшим числом примеров, я не тащил читателя по древу, а аккуратно подвёл лишь к некоторым зарубкам на нём.

И самое главное: даже перечисляя те или иные частные факты, я вовсе не стремился блеснуть учёностью. – Напротив, я всё время терпеливо подчёркивал, что речь идёт всего об одной несложной мысли,.. всего одной,... несложной,... и что читатель её уже давно понял,... а тут вот, видите, фактики к фактикам,... и ещё вот фактик – и все на чашу мейоза... мейоза... мейоза.

в) Совсем избежать этого было нельзя: мы же рассматриваем старение как глобальное явление, и мейоз как глобальное явление (противостоящее первому) – ну и надо было проследить истоки и первые извивы этих двух могучих потоков, в водах которых уж несколько миллиардов лет прорастают ствол и ветви эволюционного древа.

г) И всё же мне очень жаль, если коловратками и планариями я-таки утомил читателя. Конечно, я предупреждал ещё в предисловии... Но всё равно очень жаль.

Итак, кратким обзором торжественного шествия мейоза по эволюции я завершил изложение концепции «АНЕРЕМ» (или амейотической теории старения).

Полагается подвести какие-то итоги. И, в первую очередь, конечно (во имя святой истины!), необходимо трезво оценить степень достоверности предложенных воззрений. Попробую.

2. Разумеется, это гипотеза (даже если её называть теорией)!

а) Напомню, концепция «АНЕРЕМ» призвана обосновать ту точку зрения, согласно которой, «стареет всё». Говоря более академично, объяснить или доказать, что для любой особи любого биологического вида старение потенциально неотврати-

мо.

б) Концепцию составляют 6 тезисов. И одно из главных их свойств заключается в том, что, как я уже не раз отмечал, каждый её тезис может быть оспорен.

в) Естественно, относится это и к концепции в целом.

3. Но это нормально.

а) Тут нет, конечно, ничего страшного: таково общее свойство всех концепций. Из всех 300 существующих на настоящее время теорий старения ровно 300 могут быть

47

оспорены. И если кто-то из 300 их авторов не понимал этого и свято верил в незыблемую истинность своего озарения, то это никак не делало теорию менее спорной, чем другие. Со стороны это прекрасно видно.

б) Так что, фактически, следует говорить не о теориях, а о гипотезах старения. Но как-то уж принято закрывать глаза на это несоответствие – то ли из бережного отношения к чахлым росткам геронтологической мысли (пусть многочисленным, но очень-очень нестойким), то ли, наоборот, из скрытой насмешки над чахлостью этих ростков.

в) Однако вернёмся к нашей теме. Не сочтём за труд вновь пройтись по шести тезисам изложенной концепции – и на этот раз задуматься о возможных альтернативах каждого тезиса и об относительном весе этих альтернатив.

1.3.6.2. Обсуждение и критика тезисов I-II

Тезис I. Жизнь есть способ автокаталитического умножения ДНК (реже РНК) в природе.

Здесь, собственно, мне трудней всего выдвигать контрверсии, поскольку сказанное представляется почти очевидным (естественно, я говорю о своём восприятии).

Да, имеются и другие, гораздо более развёрнутые, определения жизни; перечисляющие свойства живого.

Но я хотел указать лишь исходную природу возникновения жизни и движущую силу последующей эволюции, причём потому, что ключевой «фигурант» там и там (ДНК) является, согласно второму тезису, и основным субстратом старения.

Тезис II. Нестабильность генома – центральный элемент старения.

1.а) Основные возражения. А вот этому тезису можно противопоставить два утверждения:

- во-первых, старение может быть обусловлено не нестабильностью генома, а наличием соответствующей генетической программы;

- во-вторых, ещё неизвестно, чтó «центральнее», т.е. чтó первичней и значимей при старении – повреждения генома или каких других структур – в том числе внеклеточных.

б) О программе старения: общее отношение. Первое возражение касается са-

мой болевой точки геронтологии. Оно не может быть пока ни отвергнуто полностью, ни также полностью принято. Да и не следует делать ни того, ни другого.

Постараюсь сформулировать отношение концепции «АНЕРЕМ» к данному возражению: оно терпимое, но достаточно сдержанное.

2.О программе «катастрофического» старения.

а) С одной стороны, совершенно ясно, что у некоторых биологических видов (например, тех же лососевых) существует генетическая программа, запускающая в определённый момент онтогенеза резкий переход к старению и быстрой смерти.

б) Но концепция «АНЕРЕМ» исходит из того, что это частные случаи, и, не будь у подобных видов программы катастрофического старения, последнее всё равно бы неотвратимо наступало из-за общей нестабильности генома. И это на самом деле наблюдается у тех лососей, у которых тем или иным способом выключается указанная программа. Через некоторое время они умирают естественной смертью.

в) К тому же, сама программа резкого старения также делает упор на дестабилизацию и повреждение ДНК – путём торможения репарации ДНК, изменения степени её метилированности и т.д. Хотя, конечно, включаются и другие механизмы.

3. Геном и продолжительность жизни.

а) Посмотрим на проблему ещё шире. Очевидно, что у всех биологических объ-

48

ектов, у которых смерть наступает от старости, именно генóм определяет средневидовую продолжительность жизни (ПЖ). Да и многие вариации индивидуальных значений ПЖ тоже обусловлены генетически.

б) Это часто интерпретируют как свидетельство наличия программы не только ускоренного, но и обычного старения. Вот здесь концепция «АНЕРЕМ» проявляет здоровый скепсис.

в) Действительно, можно обойтись и без гипотезы о программе старения.

4. Старение без спецпрограммы.

а) Так, вполне (и даже более) вероятно, что ПЖ определяется конструкцией всех или каких-то ключевых «узлов» организма – а именно, их эффективностью и надёжностью (устойчивостью ко всевозможным воздействиям).

б) Конструкция же «узлов», естественно, запрограммирована геномом. Запрограммирована геномом и его собственная стабильность в клетках – через качество «брони» и «ремонтных служб».

в) Совокупность всех этих факторов и обуславливает скорость накопления повреждений на самых разных уровнях организма – в геноме разных клеток, на уровне самих клеток и на уровне тканей ключевых «узлов». Тем самым мы приходим к той или иной скорости старения и, следовательно, к определённой продолжительности жизни.

г) Всё это, подобно многому предыдущему, складно и хорошо, но, как читатель уже знает, гипотетично.

Попутно замечу, что несколько позже мы ещё вернёмся к вопросу о роли генома в определении ПЖ

5. О повреждениях других структур.

а) Суть второго из приведённых выше возражений против тезиса II – в том, что под удар стохастических факторов могут попадать, помимо хромосом, и прочие структуры.

б) Это так, но по данному поводу в п. 1.3.3.6 было сказано: «здоровый генóм – здоровая клетка». Тем самым концепция «АНЕРЕМ» утверждает, что почти всё исправимо – при условии, что нормален генóм.

в) Но даже если это, в принципе, справедливо, всё равно мы точно не знаем, какова степень этой справедливости – 99, 85 или 50 %.

1.3.6.3. Обсуждение и критика тезисов III-IV

Тезис III. Репарация генома в митотических и в постмитотических клетках не является полной.

Тезис IV. Эффективная репарация может быть достигнута только в мейозе (или его упрощённом варианте – эндомиксисе) – при конъюгации хромосом.

1. Старение постмитотических клеток.

а) Для постмитотических клеток заведомо стареющих организмов тезис III безусловно верен. Это подтверждается накоплением в таких клетках возрастных повреждений ДНК.

б) А как обстоит дело с видами, представители которых, по утверждениям, не стареют в течение неопределённо большого времени?

Надо думать (с позиций авторов этих утверждений), здесь жёстко постмитотических клеток нет вообще. По крайней мере, при всей непринуждённости воззрений апологетов Вейсмана, я не помню, чтобы кто-нибудь из них утверждал наличие у очередного «нестареющего» вида незаменяемых постмитотических клеток.

в) Так что в отношении постмитотических клеток любых организмов между

49

концепцией «АНЕРЕМ» и «вейсманизмом», похоже, спора нет: такие клетки, как все согласны, стареют.

2.Старение митотических клеток: «дотеломеразная» и «теломеразная» точки зрения.

В данном случае ситуация более сложная. Будем вначале иметь в виду митотические клетки общепризнанно стареющих организмов. Единства взглядов на степень репарации их генома нет.

а) Не стареют. Долгое время большинство авторов рассматривало митотический процесс как акт образования новых – в смысле молодых – клеток, т.е. совершенно исключало, что в ряду делящихся клеток происходит кумуляция возрастных изменений.

б) Стареют. Те, что без теломеразы.

Теломеразный бум (см.п.1.3.2.3, пункт 8) возродил интерес к т.н. эффекту Хейфлика, согласно которому в культуре соматические клетки могут делиться не больше некоего предела – для клеток человека он был оценён в 50 делений. Эффект объяснили тем, что

- в соматических клетках нет теломеразы, - поэтому при каждом клеточном делении теломеры (концы) хромосом немного

укорачиваются, - и при укорочении хромосом до некоторой критической длины жизнеспособ-

ность клеток падает, деления прекращаются и линия пресекается.

В связи со всем этим, возникло представление о том, что и в самих многоклеточных организмах митотические клетки не могут бесконечно обновляться путём деления.

в) Не стареют. Те, что с теломеразой.

Исключение в данной теории было сделано для половых, опухолевых и стволовых клеток. Для одних из них была постулирована, у других – действительно обнаружена теломеразная активность. И на этом основании линии этих клеток, как уже отмечалось в п.1.3.5.2, были объявлены нестареющими.

3.Старение митотических клеток: «посттеломеразная» точка зрения.

а) Большие сомнения.

Некоторое время назад я попробовал провести анализ теломеразной проблематики. В результате пришёл к серьёзным сомнениям в том, что соответствующий феномен (укорочение теломер в отсутствие теломеразы) играет определяющую роль в старении целостного организма (см. ссылку 11).

Яне буду сейчас повторять свои аргументы: это бы завело нас сильно в сторону

ина «теле» настоящего раздела выглядело бы уродующей форму грыжей. Подробно они (аргументы) изложены в указанной монографии, а в этой книге мы обсудим вопросы, связанные с теломеразой, в главе 3.1.

б) Стареют. Хоть с теломеразой, хоть без неё.

В итоге, в отношении митотических клеток концепцию «АНЕРЕМ» отличают от теломеразной теории следующие два утверждения.

I. Старение митотических линий в организме имеет гораздо более общую причину – накопление недорепарированных повреждений генома, к которым, среди прочих, можно отнести и укорочение теломер.

II. Старение свойственно всем митотическим клеткам – в том числе, митотически делящимся предшественникам половых клеток; а также стволовым клеткам и, возможно, даже опухолевым.

О половых клетках мы сказали уже достаточно много; поэтому остановимся сейчас на стволовых клетках (разумеется, в рамках обсуждения тезисов III-IV).