Геронтология и эволюционная биология

Рефераты по биологии и химии » Геронтология и эволюционная биология

Аруцев Александр Артемьевич Ермолаев Борис Валерьевич Кутателадзе Ираклий Отарович Слуцкий Михаил Семенович

Приход человека в мир - уход (рождение и смерть); пленение духа в теле - его освобождение; сотворение мира - конец света: "конец придет - ведь было же начало. Мир родился - мир должен умереть" (Беранже). От этих пар - рифм один шаг до следующей: развитие - старение.

В классической поэзии известно отклонение а то и вовсе отказ от парных созвучий в окончаниях строк - это белые стихи. Пара "рождение - смерть" (или "жизнь - смерть") зарифмована жестко; тут отклонение от рифмования иначе говоря - бессмертие противоречит не только биологической закономерности но если хотите и здравому смыслу: весь опыт наблюдения за природой убеждает нас в том что физического бессмертия - на индивидуальном уровне - не существует. Сознательно не касаемся мифов легенд религиозных представлений утверждающих обратное равно как и оставляем в стороне проблему бессмертия духовного - короче говоря всего того иррационального что не составляет предмета анализа строгой науки конкретно - естествознания (В.Л.Ушаков).

Итак смерть индивида - факт незыблемый и исключений не являющий. Он имманентен живой природе и если угодно биологичен поскольку смерть (естественная конечно) - закономерное следствие физиологической инволюции организма: снижения отдельных его функций отказа ряда систем - всего того что в обиходе зовется старением. И это ясно: по принципу рифмы если есть развитие - от момента оплодотворения яйцеклетки до половозрелости то старение - от периода выполнения репродуктивного то есть видового предназначения до смерти - быть также обязано. Ну и дальше: если есть программа индивидуального развития особи ее онтогенеза (а такая жесткая генетическая программа существует) то по принципу рифмы опять же должна быть и генетическая программа старения. Вот тут-то и возникает вопрос: должна ли?

В геронтологии сразу было принято за очевидный факт за аксиому что специальная программа старения организма действительно существует (хотя запрограммированность старения и смерти никем никогда не была доказана.) Вероятно это связано с тем что явления кажущиеся естественными на начальном этапе развития новой науки не обсуждаются: эту привелегию может себе позволить нечто уже устоявшееся авторитетное - вроде физики или философии. Минуло около ста лет с момента возникновения геронтологии и вот в 60-х годах нашего столетия вопрос о том действительно ли старение запрограммировано был наконец поставлен. И если оно запрограммировано то что это за программа: саморазрушения организма? его самоликвидации? Ответ - в качестве общего мнения - был категоричен: программа старения существует это программа самоликвидации особи (в массе - поколения) она совершенно необходима для отмирания поколения чтобы освободить место поколению следующему а сама по себе сменяемость поколений - необходимое условие для лучшей приспособляемости вида в целом так же как и внутривидовое разнообразие признаков полиморфизм - одно из жестких условий выживания вида.

Что ж последнее положение этого вердикта (сменяемость поколений - фактор стабильности вида во времени) можно пожалуй принять. Однако позволим себе усомниться вот в чем: так ли уж очевидно что для оптимальной сменяемости поколений необходима программа самоликвидации отдельно взятой особи?

Безусловно на данный вопрос природа отвечает положительно ... в некоторых случаях. И это те случаи когда результат программы самоликвидации доступен для наблюдения и проявляется с неизбежностью чуть ли не апокалиптической. Тут действительно ситуация когда для двух следующих друг за другом поколений не хватает либо пищевых ресурсов либо мест обитания (возможно и сочетание этих "нехваток"). Так к примеру лососи после нереста гибнут массами - и не просто массами а все поскольку физиологические перестройки связанные с размножением напрочь разрушают их организм. Менее известный но тоже характерный пример: мексиканская агава прожив девять лет на десятый цветет дает плод и тут же засыхает. Поденка готовится к акту размножения и выполнив это единственное в жизни предназначение не доживает до следующего дня.

Проанализируем. В первых двух случаях связь размножения с программой самоликвидации хотя и не совсем ясна в деталях но понятна в чертах более общих. Так если у некоторых видов рыб удалить половые железы а у растения - цветочный побег никакой активной самоликвидации не будет: организм просто тихо угаснет прожив в несколько раз дольше обычного. А вот последний случай - несколько иного рода и надо сознаться включен не без умысла: с поденкой аналогичный трюк повторить нельзя. Что ни делай со взрослой особью она все равно погибнет от голода ибо у нее не предусмотрено одной необходимой детали - ротового отверстия. Так природа повелела решив что все равно не понадобится. Отсюда законный вопрос: нужна ли в данном случае специальная программа самоликвидации? Вряд ли. Родилась совершила кладку яиц а далее - твои проблемы: можешь - живи а не можешь - умирай; на стабильности вида это никак не скажется. Вот если бы требовался уход за потомством - другое дело. Короче говоря природа в чем-то довольно щедрая на поденке явно решила сэкономить.

И что следует из предложенных примеров? А то что налицо два разных подхода к проблеме выживания: так сказать с позиции особи и с позиции вида. Конечно с человеческой точки зрения (этической а не биологической) не дать животному возможности питаться лишив его рта - более чем жестоко. Но если в качестве целого рассматривать не особь а вид (что не слишком этично зато биологично) то все становится на свои места: от особи требуется воспроизвести потомство жизнеспособное и плодовитое - и больше ничего; дальше - только не мешать. Значит с позиции вида старение (и как следствие - смерть) - только для того чтобы не мешать? Да и вообще где здесь в наших примерах старение? Ведь смерть приходит в молодом а что до упомянутой выше агавы в самом цветущем возрасте! А как же принцип рифмы: развитие - старение? Последнего по сути нет.

Действительно - нет. В диких популяциях животных подавляющее число особей завершает жизнь как говорят ученые вне зависимости от возраста то есть из-за воздействия факторов внешней среды а отнюдь не от биологических причин. Это - голод болезни стихийные бедствия гибель от врагов-хищников наконец. В такой ситуации до старости не дотянешь. И большинство не дотягивает. А вот стоит поместить этих животных в лабораторные или домашние условия - старение налицо. Самый наглядный пример - наши лесные птицы: щеглы чижики синицы и так далее. В клетке они живут как правило в 3-4 раза дольше чем на воле (парадокс с человеческой точки зрения!) и умирают чаще всего именно от старости. Аналогичным образом старение проявляется в искусственных условиях и у самых примитивных созданий - круглых червей насекомых. О какой же специальной программе самоликвидации тогда речь? Существует ли она? А вот от факта старения не уйти.

И все-таки: если старение заложено в схему функционирования живых существ (для многих видов как мы убедились - в принципе потенциально) то на какой основе этот процесс осуществляется? Какая-то программа - пусть не самоликвидации - быть должна не может не быть! Если есть программа для развития организма то есть она и для старения; наш принцип работает безотказно. И сегодня можно утверждать что это - генетическая программа но программа общая единая позволяющая природе после решения задачи развития (прямой задачи) решать задачу обратную: постепенного разрушения организма исключительно по причине изначального несовершенства основной конструкции - генома и его производного клетки.

И что же это за несовершенство? Это - несовершенство или точнее отсутствие абсолютной надежности генетически заданной защиты организма от действия самых различных повреждающих факторов - как внешнесредовых так и внутренних. В какие бы тепличные условия организм ни поместить повреждения возникают с роковой неизбежностью хотя бы потому что процесс обмена веществ сам по себе содержит элементы агрессии против собственного организма. Это - побочные продукты метаболизма: к примеру накапливающиеся в клетках шлаки; кислородсодержащие свободные радикалы - молекулы или их фрагменты несущие неспаренные электроны и потому химически агрессивные (гипотеза старения американского ученого Д.Хармана). Кроме того повреждающими факторами могут быть: аномальные белки возникающие в клетке из-за ошибок считывания с основных матриц - ДНК или РНК; дефектные структуры клеточных мембран; разрывы в ДНК которые накапливаются с возрастом а это - повреждение генетической программы функционирования клетки; потеря участков ДНК из-за ее "недорепликации" то есть неполноценного удвоения (связь данного явления со старением - основа гипотезы А.М.Оловникова).

Короче говоря возможностей для саморазрушения у организма чрезвычайно много. Дело однако не столько в том что и как сильно разрушает сколько в том сильна ли защита организма а изначально - клетки. Впрочем порою даже и не клетки в целом а ее тонких структур - той же ДНК. Мы знаем что физические и химические воздействия среды - солнечное излучение высокие температуры некоторые соединения в воздухе и пище - повреждают участки ДНК и тут все зависит от эффективности генетических систем ее репарации - восстановления заживления возникших ранок. Так вот: сколь мощна защита а в конечном счете - надежность организма? Мощна однако несмотря даже на многократную резервированность страховочных систем мощна не на сто процентов. Да дефекты устраняются но не все. С течением времени их становится все больше - постепенно падает уровень надежности "правильности" функционирования клеток далее - тканей далее - органов и как следствие - организма в целом. Так организм переходит в состояние неспецифической уязвимости образно названное нашими соотечественниками Л.А. и Н.С.Гавриловыми состоянием "нежилец". Это и есть старение.

Зачем было природе создавать две отдельные программы для развития и старения когда вполне можно обойтись одной? Одной - введя в нее чтобы запустить процесс старения лишь такую особенность как недостаточная надежность. Очень экономный и целесообразный подход. Кстати такой принцип - принцип изначальной общности программы - вообще довольно популярен в природе он оказался эволюционно выигрышным. Вот два наглядных примера. Первый - принцип дифференцировки клеток. Известно после оплодотворения генетическая программа в клетке - общая единая а смещение развития в сторону дальнейшего образования скажем нервной клетки или мышечной или эпителиальной обусловлено блокированием соответствующих частей этой общей единой программы записанной в геноме. Другой пример - детерминация пола. У ряда двуполых в том числе у человека пол изначально женский. Если в геноме окажется специальный блокирующий регулятор (гены Y-хромосомы) развитие плода смещается в мужскую сторону; если же такого блока нет развитие пойдет по изначальному плану - женскому. Тот же принцип положен и в основу развития-старения: изначально программа одна. Короче для создания разнообразия - разных типов функционирования разных типов клеток или разных полов - порой гораздо проще модифицировать общее чем всякий раз заново лепить отдельные формы.

Итак: специальной программы старения нет - есть программа развития и функционирования которая в силу своей не абсолютной надежности предопределяет возможность постепенного накопления с возрастом различных дефектов что и приводит к изнашиванию одряхлению организма. Чтобы наступила старость этого несомненно вполне достаточно.

1. Бессмертие - пройденный этап

Начнем с феноменов. Разные клеточные популяции нашего организма обладают различной интенсивностью пролиферации то есть различной скоростью роста и обновления. Если в какой-то ткани все клетки пролиферируют очень быстро то в процентном отношении поврежденных клеток тут будет не так уж много. Тем более что клетки с дефектами скорее всего "все делают хуже" и в силу конкуренции и отбора отмирают. Отсюда следует что ткани в которых скорость пролиферации превышает скорость накопления дефектов должны стареть медленнее (гипотеза российского геронтолога А.Н.Хохлова). В самом деле это так: например в быстро заменяющихся клетках кишечного эпителия повреждения ДНК с возрастом не накапливаются а вот в нейронах клетках печени мышц где делений нет или они редки такое накопление происходит. Поэтому кишечный эпителий действительно стареет много медленнее чем та же печень и стареет вероятно по той причине что обновление клеточных элементов несколько замедляется с возрастом.

Однако из основной идеи - идеи соотношения скоростей пролиферации и накопления повреждений - прямо выводится что при некоем сверхблагоприятном для нас соотношении этих скоростей клеточная популяция вообще не будет стареть оставаясь вечно молодой и... бессмертной. Фантастика? Нет. Такие феномены известны это - злокачественные опухоли. Самый яркий пример: "бессмертная" линия клеток человека которую культивируют многие годы в лабораториях всего мира первично взята из раковой опухоли шейки матки давно умершей женщины. Существуют и другие опухоли также долгоживущие в искусственных условиях и клетки таких опухолей не стареют. Кошмарное но бессмертие!

Опухоль рак - короче патология а в норме в живой цветущей природе подобное есть? Вне всякого сомнения. Хотя и с определенной оговоркой.

Из школьного курса зоологии всем известна пресноводная гидра - величиной около двух сантиметров хищный полип обитающий в водоемах. По-видимому впервые на гидру как бессмертный организм указал французский биолог П.Бриан в конце 60-х годов нашего столетия. С тех пор это животное прочно вошло в геронтологическую литературу и став своеобразным общим местом пребывает там в гордом одиночестве: другого подобного примера не найдено. Действительно в оптимальных условиях гидра живет неограниченно долго никак не меняясь не старея. Иначе говоря она - бессмертна. В чем же дело?

В верхней части тела гидры чуть ниже щупалец находится зона где особенно много постоянно делящихся клеток. Отсюда новые клетки "сползают" к концам тела где дифференцируются (в покровные нервные стрекательные и так далее) однако через некоторое время их вытесняют новые молодые клетки приходящие из зоны интенсивной пролиферации. И так - неостановимо без конца. Но при одном непременном условии: благоприятной внешней среде. Стоит случиться незначительному природному катаклизму - изменению температуры или состава воды - и деление клеток замедляется гидра стареет и гибнет. Поэтому гидра бессмертна лишь потенциально. А точнее сама по себе - как биологический объект - она абсолютно бессмертна однако при взаимодействии с внешней средой (a без этого жизнь невозможна) абсолютное бессмертие становится относительным. И связано это с тем что в отличие от млекопитающих в том числе человека зависимость гидры от условий среды чрезвычайно велика поскольку крайне слаба регуляция ее организма узка норма реакции. Вот опять принцип рифмы: вне среды - совершенство бессмертие; плюс среда - подверженность любой напасти старение смерть.

И получается что мы которым не дано бессмертия ни абсолютного ни относительного не хуже гидры а много лучше. Единственное в чем она нас действительно превосходит так это в удивительной устойчивости к механическим повреждениям: способность гидры к регенерации уникальна - тут ей вообще нет равных в природе что между прочим и послужило поводом для мифологического имени которое она носит.

Как видите еще на заре эволюции природа честно пыталась создать бессмертный организм но ничего путного у нее не вышло - получилась "нежить". Тогда был испробован подход прямо противоположный - создать нечто пусть не бессмертное в принципе зато более надежное в сути а именно: организм из ограниченного числа жестко специализированных и незаменяемых клеток. Получились насекомые. И надо признать этот подход в определенном биологическом смысле оказался удачным: насекомые и сегодня - самая многочисленная и процветающая группа животных если иметь в виду их видовое разнообразие и повсеместное распространение. Однако не только о бессмертии - об относительном долгожительстве тут нет и речи! Причина? У жестко специализированных клеток из которых состоят насекомые срок службы крайне ограничен а резерва для их замены природа в данном случае не предусмотрела. То есть по сравнению с гидрой надежность повысилась но все-таки явно недостаточно - если конечно держать в уме замысел создания не только самовоспроизводящегося но и долгоживущего организма - в общем пусть относительного а совершенства.

Короче говоря нужен был третий путь. Естественно природа с одной стороны использовала свой прошлый положительный опыт (принцип жесткой специализации клеток) а с другой - исправила допущенную там же ошибку: многократно продублировала клетки которые незаменяемы это раз и создала резерв для тех клеток которые заменить можно это два. Вот в этих-то "раз и два" и состояла великая новация ибо таким способом была действительно отлажена система высокой надежности организма. И как следствие этой надежности - возможность жить достаточно долго хотя ни о каком бессмертии речь понятно уже не шла.

Страницы: 1 2