Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Все это касается отдельных клеток, и с этим уже не спорит ни один биолог. Я же постулировал запрограммированную смерть целого организма. Владимир Петрович Скулачев попросил своего хорошего друга Михаила Гаспарова придумать термин для запрограммированной смерти организма. Он предложил слово – «феноптоз»: в отличие от смерти одной клетки – апоптоза – это смерть целого организма. В природе есть организмы, которые состоят из одной клетки, и если эта клетка запускает программу апоптоза – то это и будет феноптоз, смерть всего организма.

Размножение и старение

Российский ученый Федор Северин обнаружил механизм запрограммированного самоубийства у пивных дрожжей: последовательная активация определенных генов приводит к смерти дрожжей. Исходным сигналом, запускающим программу, служит феромон – вещество, привлекающее особей разного пола друг к другу. Когда дрожжи делятся вегетативно, они практически бессмертны. В случае если условия жизни ухудшаются, дрожжи переходят к половому размножению, и тогда сигнал полового размножения запускает программу самоубийства. По этому поводу у нас вышла книга, в которой есть глава «Любовь и смерть пивных дрожжей» – душераздирающая история.

Половое размножение и смерть идут рука об руку. Примеры можно найти и у более крупных организмов. Классический пример – растение Arabidopsis thaliana [36] , оно же резушка (резуховидка) Таля, один из любимых объектов биологов. Это однолетнее растение живет буквально несколько недель: зацветает и сразу же умирает. У него самый маленький геном, в десятки раз меньше генома человека и в пятьдесят раз меньше генома кукурузы, так что на нем очень удобно проводить эксперимент. Бельгийские ученые, изучавшие процесс цветения арабидопсиса, «выключили» у него два гена, которые отвечают за цветение. Семена этого генетически модифицированного арабидопсиса посадили: он начал расти, попытался зацвести и через несколько недель должен был умереть. Но он не умер, а стал расти дальше, и через четырнадцать месяцев это растение превратилось в огромный куст, который захватывал вокруг территорию, выпуская побеги, чего арабидопсис обычно не делает; вместо тщедушных тоненьких листиков появились мясистые листья, ствол начал деревенеть. Статья была опубликована, когда этому монстру было четырнадцать месяцев и умирать он явно не собирался.

36

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) – первое из цветковых растений, геном которого был расшифрован. Внимание биологов к арабидопсису было вызвано не только его коротким жизненным циклом, но и очень малым размером генома (в сто раз меньше, чем, к примеру, у пшеницы).

Чтобы спасти жизнь арабидопсису, биоинженеры не делали ничего нового, а лишь уничтожили два гена. Оказалось, что арабидопсис может расти дольше нескольких месяцев, но по определенным биологическим причинам делать этого не хочет. Причины объясняются местообитанием растения. Экологическая ниша арабидопсиса – повреждения дерна. Представьте себе мощный летний луг с огромным количеством этих растений – между двумя стеблями нет места третьему, идет страшная конкуренция за питательные вещества, солнечный свет. Но вот пробегает олень и повреждает дерн. На освободившемся участке вырастет не самый сильный, а самый быстрый: пока какой-нибудь пырей вырастет до своих метровых размеров, арабидопсис успеет два раза вырасти и отцвести. Вероятно, когда-то арабидопсис был большим гордым деревом или кустарником, но потом в страшной эволюционной борьбе он решил, что лучше сократить себе срок жизни и развиваться быстрее. Маленький размер и скорость приспособления к новым условиям дали ему серьезное биологическое преимущество. То, что он себе изобрел, – по сути, гораздо более быстрая смерть, чем была у него до того. Очевидно, что эта смерть – запрограммированный процесс, ведь ее можно предотвратить даже простыми мутациями.

Рассказывая эти истории ботаникам, как будто ломишься в открытую дверь: всем известно, что растения умирают запрограммированно. Перейдем к животным. Есть вид осьминога, самки которого перестают питаться и умирают, едва на свет появляется потомство. Выяснилось: если у самки удалить определенные железы – оптические, хотя к зрению они не имеют никакого отношения, – она не теряет аппетит после кладки, а продолжает питаться и может еще несколько раз размножаться.

Говоря о любви и смерти, трудно не вспомнить и замечательный брачный обряд богомолов. Известно, что в процессе полового акта самка богомола отгрызает голову самцу. Раньше считалось, что это происходит из-за особой свирепости самки, и самец идет на самопожертвование, потому что не может противостоять своей природе. Недавно было выяснено, что голова самца постоянно посылает в его половую систему сигнал, препятствующий семяизвержению, и пока у самца голова на плечах, не может произойти оплодотворение. Я бы сказал, что это характерно не только для богомолов, но тут это имеет особое значение. Самка отгрызает голову, чтобы завершить половой акт. Это сделано, чтобы самец мог размножаться только один раз, тем самым обогащая разнообразие потомства. С накоплением случайных поломок это тоже не очень вяжется.

С примерами у высших млекопитающих сложнее. Как правило, нам разрешено размножаться много раз. Но примеры все же есть. У самцов австралийской сумчатой мыши после периода размножения в крови начинается сильнейший гормональный шторм, и они умирают от почечной недостаточности, к которой приводит их собственная гормональная система. Как и с богомолами, эта система разрешает самцам несчастной мыши размножаться только один раз, увеличивая разнообразие потомства.

«Я не уверен, что мы действительно сумеем замедлить старение, но если мы не попытаемся, это будет настоящим преступлением».

Максим Скулачев

В 1950-х годах в биологическом журнале была статья, утверждавшая, что подобный процесс можно запустить и у человека. Она описывает любопытный вариант казни у одного австралийского племени. Провинившегося объявляют мертвым, но не трогают, а начинают длительный обряд похорон – с поминками, пением и кострами. В течение нескольких недель приговоренные умирают по вполне медицинским причинам. В статье описан случай, когда этнографы, услышав характерное похоронное пение, успели известить полицию, и человека спасли: он выжил, но у него была диагностирована тяжелейшая почечная недостаточность.

Насколько это возможно в биологии, я доказал, что существует запрограммированная смерть живых организмов: не только отдельных клеток или одноклеточных организмов, но также и у растений, и у животных. Явление феноптоза существует, несмотря на то что любому живому организму хочется жить, а не умирать.

При чем здесь старение? Мы считаем, что феноптоз бывает быстрый – как в моих примерах – и медленный. Иногда природе выгоднее, чтобы процесс биохимического самоубийства был растянут во времени. У многократно размножающихся организмов это должен быть постепенный процесс ослабления функций, а не обезумевшие надпочечники, как у несчастного самца австралийской мыши. Доказательство того, что это так, я начну от противного: если старение – специально устроенная генетическая программа, то у кого-то ее может не быть. Значит, должны существовать нестареющие животные – и они, как ни странно, есть.

Зачем стареть, если кто-то не стареет?

Жемчужница – моллюск, который живет на дне рек. До некоторой степени чем жемчужница старше, тем меньше у нее вероятность умереть. С возрастом она становится более сильной и приносит больше потомства, а умирает по совершенно дурацкой причине. Вес жемчужницы растет быстрее, чем сила мышц ноги, держащей ее на дне, и в какой-то момент она становится слишком тяжелой, падает. Ее заносит илом; она уже не может питаться и умирает от голода. Говорят, она живет до двухсот лет.

Смена поколений – это эволюционное изобретение: она нужна, чтобы вид развивался. Мы считаем, что старение как способ эволюции также полезно. По этому поводу есть умозрительный пример, который называют теоремой двух зайцев. У одного из двух зайцев происходит случайная мутация, и он становится немного умнее, чем зайцы в среднем. Пока оба зайца молоды, они прекрасно убегают от лисы, и преимущество зайца с мутацией практически не проявляется: оба они выживают и размножаются. С возрастом у зайцев, как и у других стареющих видов, слабеет сердце, саркопения уменьшает мышцы, хуже работает голова и портится зрение. В какой-то момент за счет старения зайца лиса получает шанс его поймать. И вот в этот момент заяц с полезной мутацией чуть раньше замечает лису, чуть лучше путает следы и за счет этого спасается, а обычного зайца съедают. В среднем возрасте умные зайцы получают колоссальное преимущество размножения по сравнению с глупыми. Благодаря старению эволюция может выявить и закрепить маленькие признаки, обогатив следующее поколение. Нам кажется, что старение – один из самых важных механизмов ускорения эволюции. Получается, что отбор во многом происходит не на уровне молодых, а на уровне старых.

Эволюция – очень дорогое удовольствие: нужно сменять поколения, стареть, умирать раньше. Если какой-то вид себе приобрел что-то, позволяющее ему не эволюционировать так быстро, не тратить так много ресурсов, можно предположить, что такой вид не будет стареть. Возьмем землеройку – несчастное существо, которое живет на поверхности земли, умирает от голода, холода, становится жертвой хищников. Землеройка живет два-три года и проявляет все признаки старения. Очень близкое к землеройке существо, того же размера, с той же скоростью метаболизма, тоже насекомоядное – летучая мышь. По сравнению с землеройкой она изобрела всего лишь полет и эхолокацию, и в результате у нее нет никаких проблем, которые есть у землеройки: если ей холодно, она ищет теплую пещеру; если нет еды, она пролетает десятки километров и находит еду. Хищникам очень сложно поймать ее из-за ее способности к эхолокации. Летучие мыши, в отличие от таких похожих на них землероек, живут до 50 и более лет.