Эволюция смертности и старения кратко

Обновлено: 02.07.2024

Отчасти, если не во многом, старение организма заложено в генах, генетически предопределено. Образно говоря, природа наделила нас программой, алгоритмы которой в определенные моменты активируются. Цель программы - ослабить организм, повышая вероятность его гибели.

Это было действительно необходимо эволюции, или старение - лишь результат того, что все в этом мире рано или поздно разрушается? То что называется "даже жизнь не может противостоять вселенской энтропии". В таком случае "генов старения" нет. Просто генотип начинает хуже работать, в нем появляются ошибки из-за воздействия вредных факторов среды. Как следствие клетки и тело в целом начинают барахлить.

Несомненно, на старение влияет образ жизни и воздействие мутагенных факторов. Но даже живя в идеальных условиях, подавляющее большинство животных все равно будет стареть, хоть и медленнее. Большинство данных говорят, что старение - это генетическая программа, Влияние энтропии не является ключевым.

Причем программа старения у разных видов может работать по-разному. Не у всех увядание протекает медленно по нарастающей и занимает длительное время. Есть виды, которые на протяжении почти всей жизни остаются молодыми. Например, голый землекоп - грызун, который живет намного дольше обычной мыши (до 30 лет против 2-х мышиных), а самки почти всю жизнь потенциально способны к размножению. У землекопов крайне мало старческих болезней.

Это доказывает, что когда эволюции не нужна программа старения, она способна ее фактически отменить. Тогда почему не отменила у нас, у макак, котов и собак?

Виды должны быть приспособлены к окружающей среде. Как сделать так, чтобы они постепенно адаптировались ко все новым средам обитания? Правильно, нужны немного изменить организмы. На ранних, да и уже достаточно поздних стадиях эволюции организмы не могли менять свое поведение. У них не было способности обучаться и переучиваться. Все их взаимодействие со средой задавалось химическими реакциями и безусловными рефлексами, которые зависят исключительно от генов.

Значит, чтобы изменить поведение и строение видов, эволюции надо было придумать, как перестраивать генотипы. Как это сделать в самом организме, если он состоит из множества клеток, каждая из которых содержит свой набор хромосом? Кроме того, почти любая мутация ведет к сбоям работы клетки. Никак не перестроишь.

Видимо был только один выход - заставить особь продуцировать множество половых клетки, каждая из которых, сливаясь с половой клеткой другой особи, даст начало новому организму с уже новыми свойствами. Новые свойства возникают из-за тех же мутаций и перекомбинации генов родителей.

Среди множества новых экземпляров с немного отличными от родителей генотипами эволюция находит тех, которые больше всего подходят новой среде обитания и оставляет этих особей для дальнейшего размножения.

Но ресурсы не безграничны, прежних особей надо куда-то побыстрее девать. Эволюции они больше не нужны, у нее стоит задача от них избавиться, иначе весь процесс развития живой природы затормозится. Вот для этого была выработана генетическая программа ослабления организма, после того как он минует репродуктивный возраст.

Однако способ приспособления к меняющейся окружающей среде через перестройку генотипов не так хорошо работает у высших зверей, в том числе человека. Даже если эффективно, не так красиво. У таких животных слишком сложная психология. Они приспосабливаются во многом за счет изменения своего поведения с помощью условных рефлексов и рассудочной деятельности.

Каждое новое поколение приходится долго учить, а полезный жизненный опыт приходит слишком поздно, чтобы тело позволяло его активно использовать. Наше раннее старение перестает соответствовать запросам среды, которая выдвигает к человеку требование долго быть молодым и трудоспособным.

Однако люди есть следствие эволюции живого на Земле и до сих пор остаются рабами созданного ею механизма адаптации вида к изменчивой окружающей среде. И древний механизм этот, доставшийся человеку от примитивного предка, - регулярная смена поколений.

Запрос в эволюция старения стремится объяснить, почему может развиваться такой пагубный процесс, как старение, и почему продолжительность жизни живых организмов так сильно варьируется. Классические теории эволюции (накопление мутаций, антагонистическая плейотропия и одноразовая сома) [1] [2] [3] предполагают, что факторы окружающей среды, такие как хищничество, несчастные случаи, болезни, голод и т. д., гарантируют, что большинство организмов, живущих в естественных условиях, не доживут до старости, и поэтому будет очень мало давления для сохранения генетических изменений, которые увеличивают продолжительность жизни. Вместо этого естественный отбор будет сильно отдавать предпочтение генам, которые обеспечивают раннее созревание и быстрое воспроизводство, а отбор по генетическим признакам, способствующим молекулярному и клеточному самоподдержанию, будет снижаться с возрастом для большинства организмов. [4]

Содержание

Теории и гипотезы

Начало

Накопление мутаций

Первая современная теория млекопитающее старение было сформулировано Питер Медавар в 1952 г. Эта теория сформировалась в предыдущее десятилетие с Дж. Б. С. Холдейн и его тень выделения концепция. Развитие человеческой цивилизации сместило избирательную тень, поскольку условия, в которых сейчас живут люди, включают улучшение качества продуктов питания, условий жизни и здравоохранения. Это улучшенное здравоохранение включает современную медицину, такую как антибиотики и новые медицинские технологии. [10] Несколько исследований в Дрозофила показали, что возраст проявления новых вредных мутаций определяет их влияние на смертность. Однако в целом; хотя их частота увеличивается, их влияние и вариабельность с возрастом уменьшается.

Не существует теории, объясняющей, как эти вредные мутации влияют на приспособленность в разном возрасте и на эволюцию старения. [11] [12] Их идея заключалась в том, что старение - это вопрос пренебрежения, поскольку природа - место высокой конкуренции. Почти все животные умирают в дикой природе от хищников, болезней или несчастных случаев, что снижает средний возраст смерти. Таким образом, нет особых причин, по которым тело должно оставаться в хорошей форме в течение длительного времени, потому что давление отбора низка для признаков, которые сохраняли бы жизнеспособность после того времени, когда большинство животных все равно погибло бы. Болезни обмена веществ возникают из-за низкого спроса на физическую активность в современной цивилизации по сравнению с тем временем, когда людям приходилось добывать корм в дикой природе, чтобы выжить. [10] Теперь, когда избирательная тень сместилась, люди должны иметь дело с этим новым давлением отбора.

Две теории; неадаптивные и адаптивные, используются для объяснения эволюции старения, то есть снижения воспроизводства с возрастом. [8] Неадаптивная теория предполагает, что эволюционное ухудшение возраста человека происходит в результате накопления вредных мутаций в зародышевой линии. [8] Эти вредные мутации начинают проявляться в конце жизни, когда мы становимся слабыми / шатающимися и уже размножаемся, это означает, что Естественный отбор не могут воздействовать на них, потому что воспроизведение закончилось. Исследования выполнены один Drosophila melanogaster показали обратную зависимость между средним оптимальным возрастом зрелости и частотой мутаций на ген. [13] Накопление мутаций влияет на распределение энергии и времени, которые направляются на рост и размножение на протяжении всей жизни организма, особенно в период репродуктивной жизни из-за того, что накопление мутаций ускоряет старение, это означает, что организмы должны достичь оптимального возраста. зрелости в более молодом возрасте, поскольку продолжительность их репродуктивной жизни сокращается из-за накопленных мутаций. [13]

Мутации случаются, и они совершенно случайны в зависимости от потребностей в окружающей среде и приспособленности. Мутации могут быть полезными, когда они повышают приспособленность организма, нейтральными, когда они не влияют на приспособленность организма, или вредными, когда они отрицательно влияют на приспособленность организма. Ранее проведенные эксперименты показали, что большинство скоплений мутаций вредны, и лишь некоторые из них полезны. Мутации генов, которые взаимодействуют друг с другом в процессе развития, создают биологическое и, следовательно, фенотипическое разнообразие. Мутации - это генетическая информация, которая выражается между организмами через экспрессия гена, который представляет собой перевод генетической информации в фенотипический характер. [14] Эволюция - это изменение наследуемого признака в популяции из поколения в поколение, поскольку мутации порождают вариации наследуемых признаков; они считаются сырьем для эволюции. Следовательно, накопление полезных мутаций во время процессов развития может генерировать больше фенотипических вариаций, что увеличивает частоту их генов и влияет на способность фенотипической эволюции. [15]

Антагонистическая плейотропия

В конце концов Уильямс предложил свою гипотезу, названную антагонистической. плейотропия. Сама по себе плейотропия означает одну мутацию, которая оказывает множественное воздействие на фенотип. [17] С другой стороны, антагонистическая плейотропия имеет дело с одним геном, который создает две черты, одна из которых полезна, а другая - вредна. По сути, это относится к генам, которые приносят пользу в начале жизни, но накапливают стоимость позже. [1] Другими словами, антагонистическая плейотропия - это когда результирующая связь между двумя чертами отрицательна. Это когда один фенотипический признак положительно влияет на текущее воспроизводство за счет ускоренного старения, роста и последующего поддержания. Антагонистическая плейотропия является постоянным, если не происходит мутация, изменяющая эффекты первичного локуса. [13]

Хотя сегодня преобладающей теорией является антагонистическая плейотропия, в основном это по умолчанию и не было хорошо проверено. Исследования показали, что это верно не для всех генов и может рассматриваться как частичное подтверждение теории, но это противоречит основной посылке: генетические компромиссы являются основной причиной старения.

В селекционных экспериментах Майкл Р. Роуз выбранный плодовые мошки на долгий срок службы. Основываясь на антагонистической плейотропии, Роуз ожидала, что это наверняка уменьшит их плодородие. Его команда обнаружила, что они могут разводить мух, которые живут более чем в два раза дольше, чем те, с которыми они начали, но, к их удивлению, долгоживущие инбредные мухи на самом деле откладывают больше яиц, чем мухи-недолговечные. Это было еще одной неудачей для теории плейотропии, хотя Роуз утверждает, что это может быть экспериментальный артефакт. [18]

Теория одноразовой сомы

Третья основная теория старения,'Одноразовая сома теория, предложенный в 1977 г. Томас Кирквуд, предполагает, что орган должен распределять доступные ему ресурсы. Организм использует ресурсы, полученные из окружающей среды, для обмена веществ, воспроизводства, ремонта и обслуживания, и тело должно идти на компромисс, когда есть ограниченный запас ресурсов. Теория утверждает, что этот компромисс заставляет организм перераспределять энергию на функцию восстановления, что приводит к постепенному ухудшению состояния организма с возрастом. [19]

Предостережение к этой теории предполагает, что это перераспределение энергии основано на времени, а не на ограничении ресурсов. Эта концепция фокусируется на эволюционном давлении для воспроизводства в установленный, оптимальный период времени, который продиктован возрастом и экологической нишей. Путь к успеху заключается в распределении времени и энергии на восстановление повреждений на клеточном уровне, что приводит к накоплению повреждений и сокращению продолжительности жизни по сравнению с организмами с более длительным сроком службы. беременность. Эта концепция проистекает из сравнительного анализа стабильности генома в клетках млекопитающих. [20] [21]

Один противоположный аргумент основан на ограничение калорий (CR) эффект, который продемонстрировал увеличение жизни. [22] [23] [24] Но не было доказано, что диетические ограничения увеличивают репродуктивный успех (приспособленность) в течение всей жизни, потому что, когда доступность пищи ниже, репродуктивная способность также ниже. Более того, калории - не единственный ресурс, возможно ограниченное снабжение организма, которое может повлиять на многие аспекты физической подготовки.

Теория повреждений / ошибок ДНК

В Теория повреждений ДНК старения постулирует, что повреждение ДНК повсеместно в биологическом мире и является основной причиной старения. [27] Теория основана на идее, что старение происходит с течением времени из-за повреждения ДНК. Например, исследования мозга и мышц млекопитающих показали, что способность к восстановлению ДНК относительно высока на раннем этапе развития, когда клетки делятся митотически, но существенно снижается, когда клетки входят в постмитотическое состояние. [28] [29] [30]

Теломерная теория старения

Теломеры повторяются нуклеотид последовательности, защищающие концы нашей хромосомы; они чувствительны к окислительному стрессу и разрушаются во время репликации хромосом. Теломераза - это рибонуклеотид белок, который помогает восстанавливать и заменять деградированные теломеры. Однако с возрастом теломераза подводит нас; он теряет способность восстанавливать теломеры, и все наше тело начинает разваливаться. Это означает, что наши клетки больше не могут делиться или делиться с ошибками, и это является основой старения. Новое исследование также показало, что существует связь между укорочением теломер и митохондриальной дисфункцией. [33] Тем не менее чрезмерная экспрессия теломеразы увеличивает вероятность рака. Если теломеры продолжают восстанавливаться, есть больше шансов на долголетие, но также больше делений клеток и больше шансов мутации, которая может привести к раку. Следовательно, клетка-долгожитель - это просто бомба замедленного действия. Следовательно, повышение активности теломеразы не является решением проблемы; это только позволяет клеткам жить дольше. Однако, Голые землекопы обладают высокой теломеразной активностью; они живут долго и никогда не болеют раком; поэтому они являются исключением из этой гипотезы. [34]

Теории программного обслуживания

Теория программного обслуживания, основанная на эволюционируемость [35] предполагает, что механизмы восстановления контролируются общим механизмом управления, способным определять условия, такие как ограничение калорийности, и могут быть ответственны за продолжительность жизни у определенных видов. В этой теории методы выживания основаны на механизмах управления, а не на индивидуальном механизме поддержания, который вы видите в непрограммируемой теории старения млекопитающих.

Непрограммируемая теория старения млекопитающих [36] заявляет, что разные виды обладают разными возможностями для обслуживания и ремонта. У долгоживущих видов есть множество механизмов компенсации повреждений, вызванных такими причинами, как окисление, укорочение теломер и другие процессы разрушения. Короткоживущие виды, имеющие более ранний возраст половой зрелости, меньше нуждаются в долгожительстве и, таким образом, не развивают и не сохраняют более эффективные механизмы восстановления. Поэтому повреждения накапливаются быстрее, что приводит к более ранним проявлениям и сокращению продолжительности жизни. Поскольку существует множество проявлений старения, которые, по-видимому, имеют самые разные причины, вполне вероятно, что существует множество различных функций обслуживания и ремонта.

Селективная тень

Избирательное слежение - одна из эволюционных теорий старения, основанная на предположении, что отбор индивидуума обычно уменьшается, когда он по существу проходит фазу полового созревания. В результате это образует тень без учета сексуальной пригодности, которая больше не считается индивидуальным возрастом. Это подтверждает идею о том, что сила естественного отбора уменьшается в зависимости от возраста, которую впервые представили Питер Б. Медевар и Дж. Б. С. Холдейн.

Медевар разработал модель, которая подчеркивает это, показывая снижение выживаемости популяции с возрастом, однако скорость воспроизводства остается постоянной. Вероятность воспроизводства обычно достигает пика во время половой зрелости и уменьшается с возрастом индивидуума, в то время как остальная часть населения уменьшается с возрастом, когда они входят в тень отбора. Модель также поддерживает теорию Медеварса о том, что из-за опасных и непредсказуемых условий окружающей среды, таких как болезни, изменения климата и хищники, многие люди умирают вскоре после полового созревания. Следовательно, вероятность того, что человек выживет и пострадает от возрастных эффектов, относительно невелика.

Естественный отбор

Выбор группы

Групповой отбор основан на идее, что все члены данной группы либо добьются успеха, либо проиграют вместе в зависимости от обстоятельств. С помощью этого механизма генетический дрейф происходит коллективно для всех в группе и отделяет их от других групп своего собственного вида. Это отличается от индивидуального отбора, поскольку он фокусируется на группе, а не на отдельном человеке. [39]

Часто пострепродуктивные люди также переходят из поколения в поколение: афалины и киты охранять своих внуков; совместное разведение некоторых млекопитающих, многих насекомых и около 200 видов птиц; половые различия в выживаемости антропоидных приматов обычно коррелируют с заботой о потомстве; или Efe За младенцем часто обращаются более 10 человек. Ли разработал формальную теорию, объединяющую отбор по переселенцам (в любом возрасте) с отбором по рождаемости. [40]

Эволюционируемость

Эволюционируемость основана на идее, что организм генетически приспосабливается к окружающей среде.

Скулачева (1997) [41] предположил, что запрограммированное старение помогает процессу эволюции, создавая постепенно увеличивающуюся проблему или препятствие на пути к выживанию и воспроизводству и, следовательно, улучшая выбор полезных характеристик.

Голдсмит (2008) [42] предположил, что, хотя увеличение скорости генерации и скорости эволюции полезно для вида, важно также ограничить продолжительность жизни, чтобы пожилые люди не преобладали в Генофонд.

Ленарт и Вашку (2016) [43] также ссылались на способность к эволюции как на главный механизм эволюции старения. Однако они предположили, что даже если фактическая скорость старения может быть адаптацией, само старение неизбежно. Другими словами, эволюция может изменить скорость старения, но какое-то старение, независимо от того, насколько медленно, всегда будет происходить.

Смертность

Смертность - это количество смертей в определенной группе за определенный период времени. [44] Существует два типа смертности: собственная и внешняя смертность. Считается, что внутренняя смертность является результатом старения, вызванного внутренними факторами, тогда как внешняя смертность является прямым результатом факторов окружающей среды. Примером может служить то, что у летучих мышей меньше хищников, и, следовательно, у них низкая внешняя смертность. Птицы теплокровны и похожи по размеру на многих мелких млекопитающих, но часто живут в 5–10 раз дольше. У них меньше хищников, чем у наземных млекопитающих, и у них более низкая внешняя смертность.

При исследовании зависимости размера тела от продолжительности жизни можно также заметить, что хищные млекопитающие, как правило, живут дольше, чем хищные, в контролируемой среде, такой как зоопарк или заповедник. Объяснение большой продолжительности жизни приматов (таких как люди, обезьяны и обезьяны) по сравнению с размером тела заключается в том, что их интеллект и их собственная смертность будут ниже.

Болезни

Прогероидные синдромы

Прогероидные синдромы - это генетические заболевания, связанные с преждевременным старением. Прогероидные синдромы характеризуются признаками, которые напоминают признаки физиологического старения, такие как выпадение волос и сердечно-сосудистые заболевания. [45]

Прогерия

Прогерия это генетическое заболевание с одним геном которые вызывают ускорение многих или большинства симптомов старения в детстве. Это поражает примерно 1 из 4-8 миллионов рождений. [46] Те, у кого это заболевание, известны неспособность процветать и имеют ряд симптомов, вызывающих патологии суставов, волос, кожи, глаз и лица. [47] Большинство из них доживают до 13 лет. [48] Хотя термин прогерия применяется, строго говоря, ко всем заболеваниям, характеризующимся симптомами преждевременного старения, и часто используется как таковой, он часто применяется конкретно в отношении синдрома прогерии Хатчинсона – Гилфорда (HGPS). У детей, у которых диагностирован синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда, появляются заметные черты лица, такие как маленькое лицо, тонкие губы, маленький подбородок и выступающие уши. Хотя прогерия может вызвать физические отклонения у ребенка, она не влияет на его моторику или интеллектуальное развитие. [49] Те, у кого есть HGPS, подвержены неврологическим и сердечно-сосудистым расстройствам. [50]

Синдром Вернера

Другие прогероидные синдромы

Синдром Блума это редкое аутосомно-рецессивное заболевание, которое характеризуется низким ростом, хромосомной нестабильностью, предрасположенностью к раку и чувствительностью к солнцу. [54] Люди с синдромом Блума также могут иметь проблемы с обучением и иметь повышенный риск развития хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и других заболеваний. [55]

Синдром Кокейна представляет собой гомозиготную или гетерозиготную мутацию, которая приводит к низкому росту, отклонениям в размере головы и медленному росту и развитию. [56]

Синдром Ротмунда-Томсона Редкое аутосомно-рецессивное заболевание, поражающее кожу. Для него характерны редкие волосы, ювенильная катаракта, аномалии скелета и задержка роста. [57]

Биогеронтология

Теории старения влияют на попытки понять и найти методы лечения возрастных состояний:

Теории старения организма человека еще в XIX как процессов биологической эволюции вида высказывали Чарльз Дарвин (1809-1882) и Альфред Рассел Уоллес (1823-1913) в эволюционной парадигме. При этом они утверждали, что смерть не естественный отбор конца жизни, поскольку она проявляется и в продуктивном возрасте, и, следовательно, не является процессом естественного отбора.

Эта точка зрения связана с теорией старения организма человека, что жизнь после продуктивной функции является предметом случайной деградации нормального генетического функционирования человека.

Изучение генетического наследования времени жизни

Внушительный объем данных собирается про жизнь самых разных видов. Сравнительная биология предполагает, что большинство имеют относительно фиксированные верхние пределы продолжительности жизни. В частности, продолжительности жизни позвоночных относительно фиксированы по отношению друг к другу (например, мыши, крысы, кошки, собаки, лошади, приматы). Данные о сравнительной продолжительности жизни приматов говорит о том, что если среда обитания находится под контролем, чтобы минимизировать влияние хищников и другие факторы, средний и максимальный возраст жизни представителей вида, может быть увеличен.

Таким образом, теории старения говорят о том, что приматы имеют ограничительные генетические черты, а выражение наследственных признаков зависит от условий жизни.

Изучение индивидуальных различий в продолжительности жизни в пределах одного вида (внутривидовая изменчивость) может предусматривать различные черты характера или взаимодействие признаков с особенностями конкретной среды.

Внутри вида существуют одновременно внешние положительные и отрицательные факторы способствующие продолжительности жизни.

Старение как экологическое явление

В начале ХХ века в теории начало расти осознание, что старение организма человека — это экологический феномен. Исследования человеческих популяций во второй половине ХХ века оказали значительное влияние на изучение этого явления. Поскольку экспериментальные исследования долголетия и дряхления человека морально не возможны, исследования имеют важное значение в обеспечении доказательств относительного влияния среды и наследственности на показатели смертности, заболеваемости и функциональных характеристик.

Дальнейший прогресс в нашем понимании старения организма человека были предоставлены исследованиями идентичных близнецов, выросших вместе или отдельно за их жизнь.

Продолжительность жизни близнецов исследовавшихся в Каролинском институте в Стокгольме, Швеция, предоставили доказательства того, что генетические и экологические факторы влияют на индивидуальную вариабельность. Такие выводы делают возможным объяснить старение человека исключительно с точки зрения генетической наследственности и влияния окружающей среды.

Однако, мощной силой в приписывании человеческого старения генетическому наследованию является тот факт, что различные виды имеют характерные длины жизни по отношению друг к другу.

Даже если увеличивается продолжительность жизни крыс на 100 процентов, они все равно не живут так долго, как кошки или собаки. Таким образом, существует иерархия жизни, которая, предположительно, развивалась путем естественного отбора у животных, подвергавшихся воздействию различных экологических факторов, таких как наличие продовольствия, экстремальные температуры и хищничество.

Изучение тенденций разрушения организма

Теория старения утверждает, что не только генетическое наследование влияет на продолжительность жизни.

Люди с более высоким уровнем образования имеют больше возможностей для саморегулирования, и они живут в среднем дольше. Будучи осведомленными о различных источниках информации, они, как правило, обращаются за медицинской помощью раньше и используют медицинские диагнозы, чем менее образованные, которые тратят меньше дней в лечебных заведениях. Люди с более низким уровнем образования склонны инициировать вмешательство только тогда, когда есть кризисы здоровья сопровождаемые более высоким риском для выживания. В отличие от высокообразованных, которые позволяют раннее вмешательство и у желаемых результатов есть большая вероятность.

В истории Японии ритуальное самоубийство (харакири) было оправданным при позоре. Склонность к насилию и убийствам также варьируется между различными культурами, что лишний раз иллюстрирует взаимодействие окружающей среды и продолжительность жизни.

В прошлом, религия уделяла большое внимание индивидуальной судьбе, которая, по их мнению, определяют высшие силы. Поэтому молитва как предполагается, имеет большой потенциал вмешательства. В последние годы наблюдается обмен между культурами религии и науки. В результате исследования показали, что участие в религиозных мероприятиях действительно благотворно влияет на организм. Кроме того, вера в высшие силы само по себе может уменьшить стресс и укрепляет здоровье.

Вне зависимости от выбранной интерпретации причинно-следственных связей в отношениях долголетия, здоровья, образа жизни, культуре, духовности, религия используется для улучшения благосостояния человека в дальнейшей жизни.

Изучение биологии явления

Изучение биологии старения существует на многих уровнях, начиная от части клетки до целого организма. В случае людей, различные важные органы, такие как сердце, печень, почки, иммунная система, и нервная система подробно изучены в изоляции. Однако существует взаимодействующие факторы от эффекта всех органов. Одним из общих факторов жизни является энергопроизводящий компонент клеток, митохондрии. Энергопроизводство необходимо всему организму для развития и восстановления органов, тканей и клеток. Старение митохондрий может иметь широкие последствия в организме. Очевидно, что новые знания о теории старении должна вестись на всех уровнях—биологических, психологических, социальных и культурных. Факторы риска выявляются и обеспечивают понимание причин конца жизни и обеспечивают пути решения и контроль последствий.

Новые теории старения развиваются, так как наши данные и наши представления о человеческом организме улучшается. Одной из самых ранних теорий американского профессора биометрии Раймонда Перля (1879-1940) было то, что метаболизм различных видов зависит от продолжительности жизни. Долголетие, он предложил, обратно пропорционально скорости метаболизма на единицу массы тела. Предположительно, животные рождаются на определенное количество невосполнимой энергии.

Учеными рассматривается теория расхода уровня энергии в качестве прогноза продолжительности жизни вида.

Геронтология расширяет области исследований и повышает значимость общественных интересов. Преподавателей становится все больше, и еще больше увеличивается влияние в сферах обслуживания, таких как пенсии, жилье, дома престарелых, тренировочные программы, здравоохранение, образование, путешествия и развлечения. Также расширяется подготовка по вопросам, касающимся теории старения в профессиях и появляются новые научные и профессиональные журналы. Одним из следствий такого стремительного роста является рост исследований по специализированным аспектам теории старения. Стремительный рост сопровождается отставанием в интеграции данных из разных дисциплин. Существует потребность в интеграции информации в рамках различных дисциплин. Можно было бы ожидать более широких вопросов, касающихся генетических, экологических и поведенческих факторов.

Факторы дряхления человека

Многие из факторов, влияющих на старение организма человека имеют нижний и верхний пределы, которые должны быть определены и измерены. Преимущества физических упражнений, например, имеют границу за пределами которых дальнейшая деятельность может иметь негативные последствия. Такой потолок, как и низкая физическая активность приводит к атрофии органов в организме и может способствовать эпизодическим факторам риска. Аналогичным образом, познавательная активность и использование памяти как оптимальный верхний предел используется для поддержания функции и регрессии органов.

Старение человека представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких функций:

Экспоненциальное увеличение смертности с возрастом.

Физиологические изменения, которые обычно приводят к функциональному снижению.

Повышенная восприимчивость к определенным заболеваниям с возрастом.

Таким образом, старение организма человека как прогрессирующее ухудшение физиологических функций, встроенный возрастной процесс утраты жизнеспособности и повышение уязвимости.

Потребление пищи

Однако, в 1954 году, американский ученый биогеронтологист Денхам Харман предложил, что свободные радикалы способствуют старению человека. Свободные радикалы относятся к молекулам, которые имеют один или более электронов в их внешней орбите, которые могут взаимодействовать с ДНК, белками и ненасыщенными липидами в клеточных мембранах. Они довольно реактивны на всех уровнях в организме. В последние годы, выявление повреждений окислителя от свободных радикалов привело к принятию той точки зрения, что повреждения окислителя могут модулировать экспрессию генетических особенностей животных, включая человека.

Таким образом, факту человеческого старения приписывается генетическое наследование и, в меньшей степени, экологические и поведенческие факторы.

Обзор

Кощей Бессмертный Пренебрежимостареющий.

коллаж автора статьи

Автор

Редакторы

Старение и долголетие

В этом цикле рассмотрим общие проблемы старения клеток и организмов, научные подходы к долголетию и продлению здоровой жизни, связь сна и старения, питания и продолжительности жизни (обратимся к нутригеномике), расскажем про организмы с пренебрежимым старением, осветим темы (эпи)генетики старения и анабиоза.

Конечно, феномен старения настолько сложен, что пока рано говорить о радикальных успехах в борьбе с ним и даже о четком понимании его причин и механизмов. Но мы постараемся подобрать наиболее интересную и серьёзную информацию о нащупанных связях, модельных объектах, разрабатываемых и уже доступных технологиях коррекции возрастзависимых нарушений.

Следите за обновлениями!

Организмы запрограммированы на
выживание, а отнюдь не на смерть.

Томас Кирквуд

Но в 1992-м сразу в двух исследованиях зафиксировали плато в позднем возрасте на кривой смертности мушек Ceratitis и Drosophila, которых нельзя было заподозрить в заботе о пожилых собратьях. Позже замедление темпов смертности вплоть до плато обнаружили у других стареющих организмов: дрожжей, нематод, ос — и в ряде работ подтвердили у человека . Темпы старения в этот период, видимо, тоже пренебрежимо малы. Таким образом, в конце XX века проявилась условность закона Гомпертца: судя по всему, безоговорочно справедлив он лишь для животных среднего возраста. В период новорождённости на кривой смертности наблюдается пик (из-за незрелости иммунных механизмов, каннибализма и материнской халатности), а в позднем возрасте — плато (вероятность не дожить до следующего года высока, но уже не растет и даже немного снижается). Конечно, Гомпертц и предположить не мог никакие плато, ведь для их фиксации нужна большая выборка 100-летних людей — условие, невыполнимое для начала XIX века из-за высокой смертности от случайных причин — инфекций, конфликтов и т.п.

Справедливости ради стόит отметить, что серьёзное исследование, опубликованное в 2014 году, не обнаружило отклонений от модели Гомпертца (а именно — позднего плато на кривой смертности) у приличной выборки жителей США 80–106 лет. Вынести окончательный вердикт относительно траектории человеческой смертности крайне сложно, но в конце концов совершенствование систем учёта данных по долгожителям в разных уголках мира даст такую возможность.

Что же изменилось в понимании старения с 1992 года? Простую концепцию (постепенное накопление физиологических дефектов) потеснила более сложная и оттого не всеми принимаемая. Судя по всему, феномен позднего торможения старения — не популяционный артефакт, а закономерность, проявляющаяся на индивидуальном уровне (рис. 1). Не существует научных подтверждений тому, что любой физиологический износ, связанный со старением, неуклонно прогрессирует до самой смерти. Корифей эволюционной биологии старения Майкл Роуз и его многочисленные единомышленники считают, что старение не неизбежно накопительный и неукротимый процесс простого физиологического износа, а многогранный феномен, в котором физиологические изменения — как частное его проявление — направляются и сдерживаются диктатом адаптации (следовательно, естественным отбором). В рамках эволюционного подхода старение — это расстройство адаптации в первой половине зрелости. После завершения постепенного снижения силы естественного отбора (который по понятным причинам активен в репродуктивный период) старение прекращается, адаптивные возможности стабилизируются, хоть и на более низком уровне. Отбор безразличен к генетическим эффектам, проявляющимся в преклонном возрасте, поскольку они не влияли на благополучие популяции на протяжении ее эволюционной истории [2].

Официальная рекордсменка среди долгожителей — Жанна Луиза Кальма́н — умерла в возрасте 122 лет, и ее физическую форму в последние годы можно было назвать очень неплохой (рис. 3, слева), а интеллектуальную — просто прекрасной. До 100 лет она каталась на велосипеде, фехтовала и играла в теннис, балуясь парой сигарет в день и килограммчиком добротного шоколада в неделю. В некоторых интервью свое долголетие она связывала с тем, что всю жизнь тунеядствовала и занималась приятными вещами — игрой на фортепьяно и живописью. (Да и правда, ведь — ежедневная стирка нервов начальством на нелюбимой работе вряд ли продляет жизнь. )

Старение клетки: за всё надо платить

Рисунок 4. Схемы старения разных типов клеток, предложенные А. Москалёвым: а — стволовых ниш, б — активно делящихся, в — постмитотических или редко делящихся.

Таким образом, на клеточном уровне в каждой ткани постоянно решаются вопросы целесообразности масштабной защиты клеток, а для уже поврежденных — выживания (тогда — риск рака), старения и гибели [10], [12]. Накопление клеточных повреждений (клеточное старение) влечет за собой иммунные изменения (например, в профиле цитокинов и факторов роста) с развитием хронического воспаления, что стимулирует накопление повреждений — порочный круг замыкается (рис. 4) [13].

Но если перегрузку повреждениями считать причиной (или одной из причин) старения, то продолжительность жизни можно регулировать метаболическим перепрограммированием — вмешательствами, меняющими темп накопления повреждений, а главное — их профиль. Именно пейзаж повреждений (и его динамика) может объяснять парадоксальные природные примеры долгожительства на фоне выраженного окислительного стресса — например, у птиц. Никакой конкретный тип повреждений не отражает полную картину, а вмешательства, продляющие жизнь модельных животных, нередко повышают продукцию активных форм кислорода (АФК), зато, меняя профиль повреждений, активируют механизмы защиты и от окислительного стресса, и от других неполадок. Часто подобный феномен трактуют как гормезис — стимуляцию устойчивости небольшими дозами стрессоров [8].

Долголетие короткоживущих

К продляющим жизнь модельных организмов манипуляциям относят разнонаправленные изменения активности генов, а также снижение калорийности и компонентную модификацию рациона. Системы оценки калорийности можно обмануть, например, подавляя сигнальные пути, контролирующие клеточный рост (TOR и инсулина/IGF-1), тогда смерть животных откладывается и без голодания, хотя старение в режим пренебрежимого не переключается.

Очевидно, что мишенями продлевающей жизнь терапии могут быть разные звенья упомянутых сигнальных путей, но ясно и то, что существенной помехой для спасительных генетических и лекарственных манипуляций будут многочисленные, формирующие сложную молекулярную сеть пересечения этих путей друг с другом и иными каскадами. Например, фермент гликолиза GAPDH помимо энергетического обмена участвует в репарации ДНК и регуляции апоптоза. Ген малатдегидрогеназы (men) задействован в регуляции энергетического, липидного, углеводного обменов, уровня АФК, активации систем защиты от окислительного стресса. Эффекты этого гена, кстати, неплохо подпадают под описание гормезиса: гиперэкспрессия men у личинки дрозофилы приводит к окислительному стрессу, но смещает метаболический баланс в сторону катаболизма и активирует ряд защитных механизмов, побеждающих стресс в позднем возрасте и откладывающих смерть [14].

В поисках универсального маркера старения и идеального подопытного

Если бы в начале XXI века не обратили внимания на бесшерстных крысоподобных обитателей подземелья с беспрецедентной для грызунов продолжительностью жизни, не страдающих от рака, атеросклероза и много чего еще. А главное, заветное плато на кривой их смертности начиналось уже в юности (рис. 2). Чем не достойный объект для анализа механизмов долгожительства и пренебрежимого старения? И помимо этого мелкого млекопитающего, зовущегося голым землекопом, долгожителей с отложенным старением (или вовсе без него) в разных классах и царствах уже обнаружили немало. Но о них речь пойдет в отдельной статье.

Резюме

Итак, старение человека сейчас чаще рассматривают как сложный и нелинейный процесс: за прогрессирующим снижением адаптивных возможностей организма следует их стабилизация в возрасте 90-100 лет. Гипотез и теорий, объясняющих причины старения и его механизмы, сотни, и пока научное сообщество не выбрало из них самые правдоподобные. Интегрируя представления некоторых авторитетных биогеронтологов о молекулярных механизмах старения, можно предположить следующую череду событий: накопление разнородных повреждений клеточных структур и определенные паттерны работы сигнальных систем ведут к блокировке деления клеток или их гибели (что защищает организм от рака, пока не повредятся сами защитные механизмы), нарушению способности тканей к регенерации и запуску воспалительных процессов, что в итоге еще больше ускоряет накопление повреждений и старение. Схемы систем, регулирующих клеточные метаболизм и ответ на стресс, репарацию ДНК и утилизацию поврежденных структур, запутанны и пересекаются во множестве точек. Задача, стоящая перед биогеронтологами, — установить в работе с животными-долгожителями наиболее перспективные точки воздействия на механизмы, определяющие продолжительность жизни. Ну а на классических моделях всё потом проверить, заодно подтвердив или опровергнув часть гипотез старения.

Читайте также: