БИОХИМИЯ, 2013, том 78, вып. 9, с. 1239 - 1250
УДК 577.017
ДОВОДЫ ПРОТИВ ТЕОРИЙ ^ЗАПРОГРАММИРОВАННОГО СТАРЕНИЯ
© 2013 г. Т. Голдсмит
Azinet LLC, Box 239, Crownsville MD, 21032, USA; fax: 1(410)403-2283, E-mail: tgoldsmith@azinet.com
Поступила в редакцию 13.06.13
До недавнего времени теории незапрограммированного биологического старения были популярны вследствие широко распространенного убеждения в том, что эволюционный процесс не может поддерживать возникновение и сохранение запрограммированного старения у млекопитающих. Однако более новые теории механизмов эволюции, в том числе группового отбора, родственного отбора и теория эволюционного порождения признаков (evolvability theory), дают аргументы в пользу наличия у млекопитающих программы старения, и на основе этих новых механизмов было предложено несколько теорий запрограммированного старения. Некоторые сторонники незапрограммированного старения по-прежнему настаивают на преимуществе их теорий, не предусматривающих существования программы старения, несмотря на новые концепции механизмов эволюции. Однако, как показывает настоящий обзор, теории запрограммированного старения гораздо лучше согласуются с эмпирическими данными и не страдают от множества малоправдоподобных допущений, которые приходится делать в рамках теорий незапрограммированного старения. Этот вопрос важен, поскольку теории запрограммированного старения предполагают совершенно иные механизмы процессов старения и, следовательно, иные механизмы заболеваний и патологий, существенно связанные с возрастом, такие как рак, болезни сердца и инсульт.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: старение, геронтология, теория биологического старения.
На протяжении большей части прошлого века было почти общепринято считать, что эволюционный процесс всецело управляется индивидуальными затратами и выгодами. Всякий эво-люционно возникший признак должен увеличивать шансы отдельной особи (или ее прямых потомков) выжить и/или оставить потомство. Существовало также всеобщее согласие в том, что ухудшение здоровья и смерть, связанные со старением, не дают никаких индивидуальных преимуществ постепенно стареющим млекопитающим. Запрограммированное старение требует, чтобы преднамеренное сокращение продолжительности жизни давало какие-то эволюционные выгоды. Поэтому запрограммированное старение млекопитающих считалось «невозможным», и среди ученых-геронтологов преобладали теории незапрограммированного старения, хотя многое в этих теориях оставалось не-объясненным.
Однако, начиная с 1962 г., появился ряд теорий о механизмах эволюционного процесса, в которых предполагалось, что более широкие выгоды для групп [1] (групповой отбор), родственников [2] (родственный отбор), распространения генов [3] (например, теория эгоистичного гена) или для самого эволюционного процесса [4] (теория эволюционируемости) мо-
гут до некоторой степени компенсировать индивидуальный проигрыш и привести к развитию и сохранению невыгодных для особи признаков, вроде старения млекопитающих. Появились теории запрограммированного старения [4—7], в которых утверждалось, что «проект» организма с сознательно ограниченной продолжительностью жизни, как правило, обеспечивает сверхиндивидуальные выгоды для большинства видов, включая млекопитающих. Эти теории сверхиндивидуальных выгод также объясняли наблюдения других невыгодных для отдельных особей видовых признаков, включая альтруизм, завышенный возраст начала полового созревания у самцов, некоторые аспекты механизмов наследственности и половое размножение, вдобавок к наблюдениям продолжительности жизни. Эти новые теории были во многом основаны на сравнительно недавних открытиях генетики.
Некоторые сторонники незапрограммиро-ванного старения возражали, что, якобы, все теории сверхиндивидуальных выгод неверны вследствие механизмов, которым подчиняется распространение мутаций. Однако появилось много предложений [8] о том, как в рамках таких теорий могут распространяться мутации.
Наконец, нулевая эволюционная невыгодность (нейтральность) старения, предлагаемая
сторонниками ^запрограммированного старения, ослабляет их доводы против программируемого старения, основанного на сверхиндивидуальных выгодах, как показано ниже.
Поэтому сторонники незапрограммирован-ного старения, в общем, отказались от нападок на теории сверхиндивидуальных выгод. Некоторые видные и активные пропагандисты неза-программированного старения даже согласились с тем, что теории сверхиндивидуальных выгод могут быть справедливы [9, 10]. Дальнейших логических возражений против конкретных теорий запрограммированного старения, основанных на сверхиндивидуальных выгодах целенаправленного ограничения продолжительности жизни, не выдвигалось. Вместо этого оставшиеся сторонники незапрограммированного старения стали доказывать, что их теории столь же хорошо соответствуют наблюдениям, и только они заслуживают внимания медиков-исследователей [9, 10]. Серьезные возражения против подобных доводов описаны ниже. Исследователи, выбравшие неверную теорию старения, могут значительно замедлить прогресс в предотвращении и лечении болезней, связанных со старением.
ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ТЕОРИЙ ЗАПРОГРАММИРОВАННОГО И НЕЗАПРОГРАММИРОВАННОГО СТАРЕНИЯ
Ниже очерчены области, в которых имеется согласие между современными теориями запрограммированного и незапрограммированного старения.
Внутренние и внешние причины смертности.
Дарвиновская [11] концепция эволюции посредством «выживания наиболее приспособленных» (штрихпунктирная кривая 1 на рис. 1) не предполагала, что эволюционная ценность выживания и размножения меняется с возрастом особи. Согласно Дарвину, особи стремятся жить как можно дольше и размножаться как можно обильнее и в ходе эволюционного процесса приобретают признаки, этому способствующие. Эта концепция логически приводит к идее о том, что существующие сроки продолжительности жизни являются следствием фундаментальных ограничений, таких как законы физики или химии, которые не могут быть превзойдены эволюционным процессом. Однако продолжительности жизни разных видов млекопитающих, как показывают наблюдения, варьируют в огромном диапазоне, по крайней мере, от 1 года до 100 лет, а продолжительности жизни рыб
варьируют, по меньшей мере, в 600 раз, от недель до столетий. В последующие за выходом «Происхождения видов» 93 года теоретики не смогли предложить никакого правдоподобного объяснения, основанного на дарвиновском механизме эволюции, почему существуют столь огромные различия в продолжительности жизни между разными видами. Это и привело к современным теориям запрограммированного и незапрограммированного старения, которые основаны на разных видоизменениях дарвиновской эволюционной механики, предполагающих, что эволюционные выгоды выживания и размножения убывают с возрастом после периода репродуктивной зрелости.
В 1952 г. Медавар [12] предложил новую, ныне общепризнанную идею о том, что эволюционный процесс должен включать некоторое соотношение между внутренними и внешними причинами смертности. Эволюционная выгода от преодоления внутренних ограничений на продолжительность жизни и размножение (т.е. старения) убывает пропорционально важности внешних причин по сравнению с внутренними. Например, мы все можем согласиться, что эволюционная выгода от преодоления внутренних ограничений на продолжительность жизни или размножение сверх возраста, до которого 100% особей в природной популяции, как можно ожидать, умрут от внешних причин, таких как хищники, условия внешней среды, нехватка местообитаний или пищи, будет нулевой. Меда-вар предположил, что эволюционная выгода от того, чтобы жить и размножаться дольше, убывает до нуля в некотором определенном для каждого вида возрасте, как показано на рис. 1 (кривая 2). Вопросы, связанные с преодолением внутренних ограничений на продолжительность жизни и размножение, обсуждаются ниже.
Старение и репродуктивная зрелость. Мы можем также согласиться с предложением Медава-ра, что внутренние факторы, вызывающие даже очень слабое ухудшение выживаемости или репродуктивной приспособленности до того возраста, в котором конкретный вид сможет завершить свой первый акт размножения, встретят очень сильный отбор, направленный против них, как показано на рис. 1. Мы можем согласиться, что вид, который умирает от старости до того, как достигнет половой зрелости, будет нежизнеспособен. Современные теории запрограммированного и незапрограммированного старения сходятся в том, что возраст, в котором организм впервые способен размножаться, — это самый важный фактор в определении продолжительности жизни, необходимой этому организму, хотя многие другие видоспецифичные
f
ш
5
ш
О <
5 §
СО
I
t
Age of
Reproductive
Maturity
Optimum \ Life Span 4
Increasing Life Span
Evolutionary Cost/Benefit vs. Lifespan
Рис. 1. Эволюционные издержки/выгоды и продолжительность жизни
1
4
внешние и внутренние факторы влияют на необходимую продолжительность жизни.
Эволюционная невыгодность старения. Большинство эволюционных теорий старения, как запрограммированного, так и незапрограмми-рованного, согласны в том, что в некотором возрасте, специфичном для каждого вида, итоговая (с учетом всех компромиссов) эволюционная невыгодность старения должна стать эффективно равной нулю, как показано на рис. 1, кривые 2 (сплошная линия) и 4 (штриховая линия).
Это верно, так как в случае почти любого вида мы можем найти некие похожие виды с более короткой или более длинной продолжительностью жизни, и потому очевидно, что вид может развить в процессе эволюции любую продолжительность жизни, которая ему нужна. Если в этом возрасте имеется хотя бы очень небольшая выгода в большей продолжительности жизни, то данный вид, как предполагается, разовьет большую продолжительность жизни. Сторонники незапрограммированного старения согласны, что сверх того возраста (точка А), в котором выгода от дальнейшего выживания и размножения сравнялась с нулем, не будет дальнейшего ухудшения, как показано на кривой 2. Более долгая жизнь не создает никакой эволюционной невыгоды.
Сторонники запрограммированного старени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.