Эта статья — четвертая в небольшом биологическом сериале о молодости, старении, смерти и генетических программах.
Смерть ради жизни
На случай, если вам лень читать три предыдущие статьи (1, 2 и 3) или в постоянной суматохе нашей жизни вы подзабыли, о чем там шла речь, вот «краткое содержание предыдущих серий».
Я придерживаюсь мнения, что жизнь отдельного индивидуума, отдельной особи какого-то биологического вида, — штука очень ценная, но есть вещи и поважнее. А именно — сам вид. То есть на самом деле полный набор генов (это называется геном), который содержится в каждой особи этого вида и, собственно, определяет, что она такое. На наш взгляд, более правильно рассматривать любые живые существа просто как временное вместилище для генов, которые они получили от своих родителей и передадут своим детям. Впервые в явном виде подобную идею сформулировал, наверное, Ричард Докинз в своей знаменитой книге «Эгоистичный ген».
Как правило, интересы генома и его временного носителя (живого существа) совпадают. Но иногда — нет. И тогда моментально выясняется, кто в доме хозяин: конечно же, геном. Если геному вида угрожает опасность или просто виду нужно развиваться, то носителем можно смело пожертвовать — следующие поколения «новых нарожают».
В результате, я уверен, что геномы большинства (если не всех) живых существ содержат специальные вредные программы. От которых самим существам ничего хорошего не бывает, но которые нужны для развития вида. В первую очередь, программы смерти, обеспечивающие смену поколений и, соответственно, эволюцию. Причем иногда они устроены «быстрым» способом — например, у однолетних растений, которые погибают, убиваемые собственными семенами после их созревания, а иногда — «медленным». И самая противная программа медленного самоубийства — это программа старения. Которая заставляет многие виды, в том числе и нас с вами, «портиться» с возрастом и в конце концов — умирать.
Неправильный мышь
То факт, что мы стареем не просто так, а в результате деятельности специальной биологической программы, — вещь не очевидная и требует доказательства. Я попробовал построить его «от противного», продемонстрировав вам пример животного, которое программу старения себе отключило. Потому что ему больше не нужно так уж сильно ускорять собственную эволюцию — он и так хорош! Это, как и мы с вами, млекопитающее, довольно близкий родственник обычной мыши — африканский грызун голый землекоп! Если мышь живет 2-3 года, успевает за это время полностью состариться и умирает от старости, то землекоп живет более 30 лет и, если у него иногда и проявляются какие-то признаки старения, то они, как правило, не смертельны. Большинство биологов сходятся во мнении, что голый землекоп — это нестареющее животное (ну, или если выражаться более научно, — животное с пренебрежимым старением).
И вот в нашем сериале пришло время ответить на главный «вопрос про землекопов»: как он это сделал? Как он отключил свое старение??!
Еше пару лет назад мне было бы нечего сказать на эту тему. Но в 2017 году в одном из самых престижных научных журналов в мире «Physiological reviews» мы сумели опубликовать теоретическую работу, объясняющую феномен нестарения голого землекопа. В конце 2017-го вышла ее версия на русском.
Все началось, как всегда, с митохондрий. Это такие маленькие электростанции, которые есть в каждой клетке и с помощью которых мы дышим. Надеюсь, что о них будет отдельная серия нашего сериала. Изучение митохондрий — главная специальность академика Владимира Петровича Скулачева. Собственно, в его лаборатории в конце 60-х годов было выяснено, как они работают. Последние лет 20 академик, помимо митохондрий, интересуется проблемами старения и, конечно же, предпринял титанические усилия, чтобы провести эксперимент с митохондриями голого землекопа. Должен заметить, что митохондрии очень сильно связаны со старением, но об этом — в следующих сериях.
Исследования митохондрий голого землекопа увенчались успехом. В институте при Берлинском зоопарке проводили эксперименты на землекопах, специально приехавшему для этого из Москвы сотруднику Владимира Скулачева — известному биологу Михаилу Высоких — удалось получить образец ткани землекопа и померить различные параметры работы митохондрий в этой ткани. Ничего особо интересного в них не оказалось, кроме немного странной кривой, показывающей скорость поглощения кислорода митохондриями (они же дышат) в определенных условиях.
Вернувшись в Москву, Михаил показал эту кривую руководителю, которому она тоже что-то напомнила, но что именно — они вспомнить не смогли. Так биологи и ломали себе головы, пока не показали график еще одному коллеге, заведующему лабораторией биоэнергетики клетки Борису Черняку, который известен тем, что никогда ничего не забывает (ну, во всяком случае, если это связано с митохондриями, дыханием и живыми клетками). Он посмотрел и тут же сказал: точно такую же кривую можно получить, регистрируя дыхание митохондрий новорожденных крысят!
И вот тут у Владимира Петровича возникла одна идея. Захватившая его настолько, что он собрался и поехал в Берлин, чтобы лично посмотреть на голого землекопа (фото выше — «Академик и землекоп»). Что же он обнаружил? Что он (землекоп) — голый. И знаете, на кого он похож из-за этого?
Смотрите: вот на фотографии выше запечатлены голые землекопы. А рядом — вовсе не землекопы. Это новорожденные крысята. Видите, насколько они похожи? Через несколько дней крысята повзрослеют, оденутся шерсткой и превратятся в нормальных крыс. А землекопы — нет. Они так на всю жизнь и останутся как бы новорожденными.
Дальнейшее разбирательство показало, что у землекопов есть более 40 признаков такой «новорожденности», или «детскости», по сравнению с крысами. Вот некоторые из них:
- Маленький вес по сравнению с другими видами семейства.
- Отсутствие шерсти (она всегда есть у грызунов).
- Отсутствие ушных раковин.
- Ограниченные возможности для поддержания постоянной температуры тела (как у новорожденных млекопитающих).
- Высокие когнитивные способности (любопытство).
- Низкая восприимчивость к боли.
- Способность нейронов к регенерации и увеличение срока жизни нейронов.
- Отсутствие снижения с возрастом уровня инсулин-подобного ростового фактора 2 (IGF2).
- Отсутствие снижения с возрастом уровней супероксиддисмутаз 1 и 2, а также каталазы.
- А также еще несколько десятков внешних, физиологических и биохимических признаков.
То есть получается, что землекоп остановил программу своего индивидуального развития на стадии новорожденного грызуна. Подобное явление было описано раньше для, например, земноводных, и оно называется неотения.
Справедливости ради надо сказать, что Владимир Скулачев не первым обратил внимание на то, что землекоп — это неотеническое животное. До него это подметили Ричард Александер в 1991 году и некоторые другие ученые. Но они совершенно не связывали этот феномен с долгожительством (Александер про продолжительность жизни этих животных просто не знал).
Застрять в детстве
Академик Скулачев сформулировал очень простую идею: если землекоп остановился на стадии детеныша, то его программа индивидуального развития просто не доходит до того места, когда пора запускать старение. Дети же не стареют! Тем самым у нас получается самое главное доказательство: старение — это часть программы развития и жизни организма. Такая же, как рождение, рост, созревание. И если вся эта программа остановлена, то и старение — тоже!
Вот что произошло с землекопами. Если бы это случилось с обычным видом, то он бы очень скоро исчез, потому что в отсутствие старения его эволюция сильно замедлилась бы. А землекопа спасла его эусоциальность. Жизнь в «режиме муравейника» оказалась настолько более устойчивой, что он смог позволить себе отключение старения как эволюционного инструмента.
И, похоже, в эволюции самого интересного для нас вида биологических существ — Homo sapiens — началась точно такая же история, которая произошла с голым землекопом. Вы никогда не обращали внимание на то, что люди больше всего похожи на… детенышей обезьян? Но об этом — в следующей серии. Которая будет посвящена программе старения человека!