Энергия, секс, самоубийство

У теплокровных млекопитающих, которые не слишком сильно зависят от превратностей погоды, есть общая корреляция между массой тела, уровнем метаболизма и продолжительностью жизни: чем больше животное, тем ниже уровень метаболизма и дольше жизнь. Подобная корреляция справедлива и для птиц, но с одной важной оговоркой (рис. 14).

Рис. 14. График, показывающий зависимость продолжительности жизни от массы тела у птиц и млекопитающих. Большие животные имеют более низкий уровень метаболизма и живут дольше. Это относится и к птицам, и к млекопитающим, и наклон прямых на графике с логарифмическим масштабом по обеим осям очень похож. Однако «прямая птиц» лежит значительно выше «прямой млекопитающих»: птицы живут в три-четыре раза дольше млекопитающих со сходной массой тела и сходным уровнем метаболизма в состоянии покоя

В среднем если подобрать птицу и млекопитающее со сходным уровнем метаболизма в состоянии покоя (можно сказать, со сходным ритмом жизни), то птица живет в три-четыре раза дольше млекопитающего. Иногда разница еще больше. Таким образом, уровень метаболизма в состоянии покоя у голубя и у крысы похожи, но голубь живет 35 лет, а крысы всего года три или четыре — разница на порядок величины. Люди тоже живут «дольше, чем надо». Как многие птицы (и, кстати, летучие мыши), мы живем в три или четыре раза дольше, чем другие млекопитающие со сходным уровнем метаболизма в состоянии покоя. Когда я сказал, что мы могли бы жить несколько сотен лет, я сравнивал нас с голубями, которые, с поправкой на уровень метаболизма, живут в два-три раза «дольше», чем мы. Иными словами, дело не в том, что голубь живет дольше крысы потому, что имеет замедленный ритм жизни. Ритм жизни у них абсолютно одинаков, а голубь все равно живет в десять раз дольше крысы. Такое впечатление, что голубь ничем не расплачивается за долгожительство.

Есть один важный момент: часто, хотя и не всегда, старение идет рука об руку с болезнями. Крысы страдают почти теми же старческими заболеваниями, что и мы. Ожирение, диабет, рак, проблемы с сердцем, слепота, артрит, инсульт, старческий маразм — все эти болезни встречаются у крыс, но развиваются не за десятилетия, а за два-три года. От похожих заболеваний страдают и многие птицы, но только в конце жизни. Связь между старением и дегенеративными заболеваниями, несомненно, есть, но природа этой связи остается предметом для размышлений и споров. Очевидных моментов здесь немного. Один из них заключается в том, что эта связь не является хронологической. Старение зависит не от времени, а от возраста, и его скорость более или менее фиксирована у каждого вида. Средний возраст человека сильно варьирует, но, по большому счету, нам действительно отведено примерно «дней лет наших — семьдесят лет». Этот срок каким-то образом отмеряют нам гены, хотя питание и общее состояние здоровья тоже могут играть некоторую роль. Когда Джона Б. С. Холдейна спросили, что могло бы заставить его усомниться в эволюции, он ответил: «кролик эпохи Докембрия». Я публично отрекусь от всех своих взглядов на старение, когда увижу столетнюю крысу. В один прекрасный день эволюционные изменения, может быть, и приведут к тому, что крысы будут жить до ста лет, но гены их при этом так изменятся, что крысами они уже не будут.

Есть еще один, даже более важный для нас аспект связи между старением и болезнями. Он заключается в том, что дегенеративные заболевания не являются неизбежными спутниками старости. Некоторые морские птицы, например, вообще не подвержены старческим заболеваниям и не стареют так патологически, как мы. Подобно эльфам, они живут долго, оставаясь здоровыми. От чего, собственно, они умирают, непонятно, но такое впечатление, что с возрастом повышается вероятность «жесткой посадки»; надо полагать, их мышцы все же слабнут, а координация движений нарушается. Есть указания на то, что и старейшие из людей (те, кому за сто) умирают не от каких-то конкретных болезней, а от мышечной слабости.

Есть сотни теорий, пытающихся объяснить, почему мы стареем. Некоторые из них я обсуждал с широкой эволюционной точки зрения в книге «Кислород». Здесь я только скажу, что многие теории старения грешат против логики, путая причину со следствием или приходя к выводам, которые служили их предпосылками. Говорят, например, что старение обусловлено падением уровня циркулирующих в крови гормонов, например гормона роста. Возможно, но почему концентрации этих гормонов начинают падать? Или говорят, что старение связано с нарушениями иммунной системы. Это, конечно, играет определенную роль, но почему функционирование иммунной системы нарушается? Еще одна популярная версия утверждает, что с возрастом в организме накапливаются повреждения, но и это ничего не объясняет. Почему у крыс и людей повреждения накапливаются с такой разной скоростью? Можно ли, оградив крыс от пращей и стрел яростной судьбы, обеспечить им безбедную жизнь до ста лет? Категорически нет! Скорость старения определяется внутренними причинами. В каждом из нас тикают часы, а скорость их хода определяется генами. Говоря научным языком, старение — процесс эндогенный и прогрессирующий, а если по-простому, то оно идет изнутри и усугубляется со временем. Хорошая теория старения должна объяснять, почему это так.

Большинство кандидатов на роль внутренних часов неправильно показывают время. Теломеры («колпачки» на концах хромосом) изнашиваются с постоянной скоростью, но настолько по-разному у разных видов, что это никак не может быть главной причиной старения. Часто говорят, что уровень метаболизма тоже не годится на роль «часов, отмеряющих время жизни», потому что отношение между уровнем метаболизма и старением может быть сильно искаженным (у голубя, например, большая продолжительность жизни сочетается с высоким уровнем метаболизма). В случае с уровнем метаболизма, однако, искажения позволяют хоть немного понять истинную природу старения. Уровень метаболизма — это лакмусовая бумажка; он отражает, иногда весьма неточно, скорость утечки свободных радикалов из дыхательных цепей митохондрий. Иногда скорость утечки свободных радикалов пропорциональна уровню метаболизма, как у многих млекопитающих, но это отношение не всегда постоянно: есть много примеров, когда уровень метаболизма не соответствует скорости утечки свободных радикалов. Такие расхождения могут объяснить не только долгую жизнь птиц, но и тот парадокс, что спортсмены, которые потребляют гораздо больше кислорода, чем люди, ведущие малоподвижный образ жизни, стареют ничуть не быстрее, а часто даже медленнее.

Митохондриальная теория старения, основанная на утечке свободных радикалов из митохондрий, многократно оспаривалась и всегда с честью выходила из любых испытаний. Общие контуры этой теории радикально изменились со времени ее зарождения больше тридцати лет назад. Ее последняя реинкарнация не только объясняет старение вообще, но и многие специфические его аспекты, такие как дегенерация мышц, воспалительные явления и старческие болезни. В последних главах мы увидим, что митохондрии являются главной причиной старения, более того, поймем, что, учитывая их особенности, это совершенно неизбежно. А еще мы поймем, как сделать так, чтобы, старея, сохранять вечную юность эльфов.

16. Митохондриальная теория старения

Митохондриальную теорию старения предложил Денхэм Харман в 1972 г. Харман одним из первых осознал роль свободных радикалов в биологии, и центральное положение его теории было простым: митохондрии — основной источник разрушительных свободных радикалов. Они атакуют разные компоненты клетки, включая ДНК, белки, липидные мембраны и углеводы. Как правило, поврежденные компоненты можно починить или заменить за счет обычного круговорота клеточных компонентов, но «горячие точки», особенно сами митохондрии, защитить трудно. Таким образом, скорость старения и время начала дегенеративных заболеваний должны определяться скоростью утечки свободных радикалов из митохондрий в сочетании с врожденной способностью клетки предохранять себя от повреждений или исправлять их. Так говорил Харман.

Аргументы Хармана основывались на корреляции между уровнем метаболизма и продолжительностью жизни у млекопитающих. Именно он назвал митохондрии «биологическими часами». По сути, утверждал он, чем выше уровень метаболизма, тем больше потребление кислорода, а значит, тем выше уровень образования свободных радикалов. Часто это действительно так, однако часто не значит всегда. Эта тривиальная на вид оговорка сбивала с толку целое поколение исследователей. Харман сделал логичное допущение, которое оказалось неверным и, к сожалению, дискредитировало теорию в целом. Опровергнув его, ученые не опровергли всю теорию. Тем не менее одно из главных и самых известных ее предсказаний, а именно, что антиоксиданты могут продлевать жизнь, действительно оказалось ложным.

Итак, Харман вполне разумно предположил, что утечка свободных радикалов из дыхательных цепей митохондрий постоянна. Он считал, что она является практически неконтролируемым, неизбежным побочным следствием механизма клеточного дыхания, при котором поток электронов по дыхательным цепям происходит в непосредственной близости от молекулярного кислорода. Далее, говорит теория, часть этих электронов неизбежно покидает дыхательные цепи, реагирует непосредственно с кислородом и образует разрушительные свободные радикалы. Если свободные радикалы утекают с постоянной скоростью, скажем, 1 % от общего потока, то общая утечка зависит от уровня потребления кислорода. Чем выше уровень метаболизма, тем быстрее поток электронов и кислорода и тем больше утечка свободных радикалов, даже если доля свободных радикалов, которые на самом деле утекают, никогда не меняется. Значит, животные с высоким уровнем метаболизма быстро образуют свободные радикалы и мало живут, а животные с низким уровнем метаболизма образуют свободные радикалы медленно и живут долго.

В части 4 мы видели, что уровень метаболизма вида зависит от массы тела в степени 2/3 : чем больше масса, тем ниже уровень метаболизма отдельных клеток. Эта связь, по большому счету, не зависит от генов, а определяется метаболическим законом. Итак, если утечка свободных радикалов зависит только от уровня метаболизма, из этого следует, что единственный способ удлинить продолжительность жизни вида относительно уровня метаболизма — это повысить уровень антиоксидантной (или антистрессовой) защиты. Поэтому ранние версии митохондриальной теории старения косвенно предполагали, что все животные-долгожители имеют лучшую защиту от свободных радикалов. Раз птицы живут дольше, значит, у них больше антиоксидантов. Соответственно, и мы, чтобы продлить себе жизнь, должны повысить уровень антиоксидантов. Харман полагал (в далеком 1972 г.), что попытки увеличить продолжительность жизни за счет антиоксидантной терапии пока не увенчались успехом только потому, что трудно доставить антиоксиданты прямо в митохондрии. Многие до сих пор разделяют эту точку зрения, несмотря на тридцать с лишним лет бесплодных усилий.