Как вы уже прочитали в предыдущей главе, мы стареем, потому что каждый раз, когда клетки делятся, у нас укорачиваются теломеры. Чем короче теломеры, тем хуже функционируют клетки. Вкратце это и есть теломерная теория старения, и она объясняет нам очень многое о том, как мы стареем – вы увидите это в остальной части книги.
Но в этой главе я хочу ненадолго отвлечься и задать другой вопрос: почему мы стареем? Прежние теории старения обычно избегали этого вопроса. Если мы стареем из-за усталости и износа организма или из-за свободных радикалов, то ответ очевиден: мы стареем, потому что старость неизбежна. Несмотря на все усилия организма, он рано или поздно теряет способность чинить все накопившиеся повреждения.
Но теломерная теория старения делает вопрос «Почему мы стареем?» куда более интересным. У всех наших клеток есть ген для производства теломеразы. Они могли бы производить теломеразу, как половые или стволовые клетки, но почему-то не делают этого. Похоже, наши тела стареют не в результате некоего неизбежного физического процесса, а специально сконструированы, чтобы стареть. Наши тела стареют не случайно.
Эволюционное мышление
Каждый раз, когда мы спрашиваем, почему в биологии что-то происходит так, а не иначе, мы задаем эволюционный вопрос. Функционирование всех живых существ на этой планете – результат миллиардов лет эволюции; каждый аспект вашего тела – результат беспрестанной работы эволюции. Если бы старение не имело эволюционного смысла для биологических видов, организмы бы не старели. Старение каким-то образом повышает вероятность того, что наши гены размножатся, и наш вид выживет.
Вопросы «Почему?» могут показаться бесконечной детской игрой, но в биологии любое «почему» обычно получает эволюционное объяснение. Вот, например:
? Вопрос: Почему мы чувствуем голод?
✓ Ответ: Потому что некоторое время не ели.
? Вопрос: Почему если некоторое время не есть, чувствуешь голод?
✓ Ответ: Потому что когда вы не едите, организм производит меньше лептина, и из-за этого вы чувствуете голод.
? Вопрос: Зачем организм так делает?
✓ Ответ: Потому что животные, не чувствовавшие голода, не старались искать еду и не выживали, чтобы дать потомство, а животные, чувствовавшие голод, выживали. Люди унаследовали это свойство от предков-животных.
Отметим: очень заманчиво было бы сказать, что ваш организм «хочет», чтобы вы ели, или что эволюция «хочет», чтобы вы ели. Я иногда буду пользоваться этим удобным сокращением, но обязательно помните: «хочет» – это удобное сокращение и не более того. Эволюция ничего не «хочет», но если вы не будете есть, то ваши гены не выживут. В этой главе мы спрашиваем: «Почему наш организм хочет стареть?», но это сокращение. Настоящий вопрос звучит так: «Почему животные, которые стареют, выживают и дают потомство с большей вероятностью, чем те, которые не стареют? Почему старение помогает виду (и его генам) выжить?»
Поскольку многоклеточные животные начали стареть многие миллионы лет назад, любой ответ на вопрос «Почему мы стареем?» будет, естественно, только предположением. Но, задав этот вопрос, мы многое узнаем об эволюционном мышлении и природе эволюционного процесса.
Эволюционные траты и выгоды
Почему львы не бегают быстрее? На короткой дистанции львы могут развивать внушительную скорость – 80 км/ч, но их добыча не менее быстра. Антилопы гну тоже бегают со скоростью 80 км/ч. Зебры и африканские буйволы могут развить скорость до 65 км/ч. Поскольку львы выживают, догоняя и убивая добычу, почему они не эволюционировали, чтобы бегать так же быстро, как гепард, который может развить скорость 112 км/ч?
Потому что, как и всегда в эволюции, приходится идти на определенные компромиссы. Гепард развивает невероятную скорость, потому что его стройное тело, небольшая голова и длинные, тонкие ноги очень аэродинамичны. У гепардов большие для их размеров сердца, легкие и ноздри, что помогает снабжать мышцы кислородом на такой скорости. Но за эти выгоды приходится расплачиваться. У гепарда маленькая голова и, соответственно, меньше зубы и слабее челюсти, чем у большинства других хищников.
Быстро бегающему льву, возможно, будет легче догонять добычу; из-за этого он будет более аэродинамичным, но не таким мускулистым. Быстрый лев падет жертвой конкуренции с другими львами и не сможет дать потомство.
Вот мы и дошли до вопросов старения. Разве жить и размножаться вечно – это не большое эволюционное преимущество? Животные, которые не стареют, теоретически могут дать во много раз больше потомства, чем их стареющие конкуренты.
Оказывается, у старения меньше издержек, чем может показаться. Продолжительность жизни у разных видов очень сильно различается, но большинство животных просто не доживает до старости. Голод, конкуренция между видами, хищники, болезни и рак убивают большинство животных задолго до того, как они доживают до старости. Старение никак не влияет на их смертность. «Издержки от старения» появляются только у животных, доживающих до того возраста, когда старость становится фактором смертности.
Есть и еще один фактор, не настолько очевидный. Организмы живут в своих экологических нишах, а эти экологические ниши рассчитаны лишь на определенное количество жителей. Ограничивающий фактор численности, например, оленей – это вовсе не рождаемость оленей. Численность зависит от доступности еды и наличия хищников. Если, скажем, определенный регион может прокормить лишь 1 тыс. оленей, что произойдет, когда там внезапно появится еще 1 тыс. оленей? Голод и нападения хищников очень быстро уменьшат популяцию обратно до 1 тыс.
Чтобы понять, почему эволюция идет в определенном направлении, нужно обязательно рассмотреть, на какие компромиссы приходится идти между тратами и выгодами.
А теперь, помня все это, представьте, что появилась небольшая группа нестареющих оленей, которые могут размножаться сколько угодно. Эти олени – малая часть всей популяции оленей, которые стареют как обычно. Стареющие олени, как и любой другой биологический вид, постоянно эволюционируют, реагируя на изменения окружающей среды. А вот нестареющие олени дают потомство, принадлежащее к более раннему этапу эволюции. С каждым новым поколением потомство нестареющих оленей становится все менее приспособленным к окружающим условиям, чем потомство стареющих оленей. Нестареющих быстро вытеснят.
Вот этот последний пример как раз и иллюстрирует ключевой вопрос в эволюции старения. Если у биологического вида долгая продолжительность жизни, то он адаптируется не так быстро, как короткоживущий вид. Это можно сравнить, скажем, с радиусом поворота машины: чем короче этот радиус, тем круче повороты, в которые может вписаться автомобиль. Если некий вид живет долго и дает потомство под конец жизни, то «радиус поворота» этого вида может оказаться недостаточным, чтобы приспособиться к быстрым изменениям физической или биологической среды. Если меняется температура, содержание кислорода, кислотно-щелочной баланс или какой-либо другой аспект физической среды, то вид должен измениться вместе с этими аспектами. Если появляются другие биологические конкуренты или другие животные, на которых нужно охотиться, то короткоживущий вид опять-таки быстрее сможет адаптироваться и с большей вероятностью выживет. С другой стороны, когда окружающая среда – физическая или биологическая – стабильны, то долгая жизнь полезна для выживания. Продолжительность жизни и скорость старения должны быть тонко подстроены не только под окружающую среду, но и под скорость изменения этой среды.
Так что выгоды от «вечной молодости» куда меньше, чем могло бы показаться, по двум причинам: во-первых, большинство животных умирают еще до наступления старости, во-вторых, отсутствие старения снижает темпы эволюции. Старение полезно для биологического вида, но вот издержки для каждого индивида – старение и болезни – довольно суровы.
Если оглядываться на историю, то мы иногда предполагали, что старение – просто неотъемлемая часть жизни любых многоклеточных организмов. Но оказалось, что некоторые многоклеточные организмы (например, гидры) не стареют, а вот некоторые одноклеточные (например, дрожжи) – стареют.
Дилемма многоклеточных
Многоклеточная жизнь впервые появилась около миллиарда лет назад; до этого в течение примерно 2,6 миллиарда лет существовали только одноклеточные организмы. Ранние формы многоклеточной жизни представляли собой колонии, в которых одноклеточные организмы преуспевали больше, чем при самостоятельной жизни.
Многоклеточная жизнь в конце концов «научилась» дифференциации клеток, и появились более сложные организмы со специализированными половыми клетками для размножения. Представьте, насколько радикальным было это изменение для клеток многоклеточных существ. В течение миллиардов лет клетки эволюционировали, чтобы выживать и размножаться. Одноклеточные организмы, которые размножались быстрее и успешнее других, вытесняли те одноклеточные организмы, которые не были такими агрессивными.
Теперь же клеткам, ставшим частью многоклеточного организма, пришлось учиться вести себя совершенно по-другому. Они должны вести себя ответственно, исполняя отведенные роли и поддерживая весь организм. Делиться им нужно только тогда, когда это необходимо организму. Клетка, которая делится слишком быстро – когда организму не нужно, чтобы она делилась, – это раковая клетка, которая убивает организм. Организмы, в которых клетки размножались, как им вздумается, проиграли естественный отбор; организмы, тщательно контролировавшие свои клетки, выживали и процветали.
Многоклеточные существа эволюционировали, контролируя размножение своих клеток. Каков был механизм этого контроля? Часть этого механизма – старение клеток.
Лимит Хейфлика – это грубый, но мощный инструмент, контролирующий размножение клеток. После определенного числа делений клетки просто больше не могут размножаться. С каждым делением теломеры укорачиваются, и примерно после 40 делений клетки теряют способность делиться. Этот механизм контроля, конечно, достался нам не бесплатно – мы стали стареть и умирать от старости, – но, как мы уже убедились ранее, с эволюционной точки зрения это не такая уж и большая цена, и, возможно, старение даже помогает видам лучше адаптироваться к изменениям окружающей среды.
Почему мы стареем?
Полного ответа на вопрос «Почему мы стареем?» мы, скорее всего, никогда не получим, но, судя по всему, старение – это результат эволюции, инструмент, улучшающий способность вида быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Так что если эволюция «выбрала» старение, смогут ли ученые разработать инструменты, которые «отменят выбор» – полностью или частично? Это тема следующей главы, в которой мы оставим теорию позади и рассмотрим прогресс, которого удалось добиться, применяя теломерную теорию старения для того, чтобы улучшить здоровье людей и продлить им жизнь.