БИОХИМИЯ, 2012, том 77, вып. 7, с. 876 - 881
УДК 577.017
О ПРОТИВОРЕЧИЯХ ТЕОРИЙ ЗАПРОГРАММИРОВАННОГО И ^ЗАПРОГРАММИРОВАННОГО СТАРЕНИЯ
Обзор
© 2012 г. Т.К. Голдсмит
Azinet LLC, Box 239 Crownsville, MD 21032 USA; fax: 1-443-403-2283, E-mail: tgoldsmith@azinet.com
Поступила в редакцию 10.01.2012
Противоречия между концепциями запрограммированного и ^запрограммированного старения существуют в определенной форме уже не менее 150 лет. В течение большей части ХХ в. преобладало мнение, согласно которому эволюционная теория противоречит запрограммированному (адаптивному) старению млекопитающих. В связи с этим было проведено крайне немного наблюдений и получено очень мало прямых экспериментальных данных в пользу этой концепции. Однако в последнее время появились многочисленные новые теории эволюционных механизмов, которые поддерживают идею запрограммированного старения. Данный факт наряду с постоянным накоплением прямых свидетельств в пользу этой концепции подтверждает существование запрограммированного старения людей и иных организмов. Тема представляется крайне важной, так как различные теории предполагают существование разных механизмов старения, что требует различных подходов к лечению и предотвращению старческих заболеваний.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: старение, старость, эволюция, геронтология.
Поскольку различные характеристики старения и продолжительности жизни существенно различаются даже в пределах очень близких видов, уже давно было принято, что продолжительность жизни определяется генетикой и изменяется в ходе эволюционного процесса так же, как и иные присущие данному виду характеристики. Если бы продолжительность жизни была следствием действия фундаментальных ограничений, таких как законы физики или химии, не было бы столь широкого диапазона продолжительности жизни среди близкородственных видов, обладающих похожей биохимией и подверженных действию схожих разрушительных процессов.
Концепция запрограммированного (адаптивного) старения предполагает наличие сложных механизмов, активно ограничивающих продолжительность жизни при достижении организмом предельного возраста, характерного для данного вида. Эволюционные теории незапро-граммированного старения предполагают, что старение — пассивный процесс, происходящий в результате отсутствия эволюционной силы, направленной на продолжение жизни, выходящее за пределы присущего данному виду возраста.
Как показано на рисунке, эволюционные теории незапрограммированного старения опираются на концепцию, согласно которой чистая эволюционная сила, направленная на продолжение жизни и репродукцию за пределами присущего данному виду возраста, фактически равна нулю. Если бы значение этой силы было даже минимально положительным (более продолжительная жизнь создавала бы эволюционные преимущества), эволюция организмов привела бы к увеличению продолжительности жизни. Если бы сила, действующая за пределами этого возраста, характеризовалась даже минимальным отрицательным значением (более продолжительная жизнь создавала бы эволюционные помехи), эволюция организмов привела бы к появлению активных запрограммированных механизмов ограничения продолжительности жизни. Обратим внимание на то, что во втором случае эволюционная сила (/) направлена как на поддержание жизни на этапе, предшествующем достижению оптимальной продолжительности жизни, так и на ограничение жизни после достижения этого пункта. Таким образом, эволюционное различие между незапрограммирован-ным и запрограммированным старением заклю-
Эволюционные ущерб или преимущество продолжающейся жизни как функция возраста. Точечная кривая — теория незапрограммированного старения (чистое преимущество продолжающейся жизни снижается до нуля); штриховая — теория запрограммированного старения (жизнь, выходящая за пределы оптимальной продолжительности жизни, создает эволюционный ущерб)
ционные преимущества. Кроме того, в случае млекопитающих и иных более высокоразвитых организмов, возраст репродуктивной зрелости (и, следовательно, репродуктивного поведения) также контролируется сложным механизмом, способным регистрировать внешние условия (например, такие, как времена года) и адаптироваться к ним. Организм, способный адаптировать свою продолжительность жизни к таким изменениям в возрасте репродуктивной зрелости, приобретет определенные преимущества. Понятие «регулируемое запрограммированное старение» относится к такому устройству организма, которое может изменять продолжительность жизни в ответ на изменения временных или локальных внешних или внутренних условий.
Эволюционные теории запрограммированного и незапрограммированного старения благодаря рассмотрению связи изменения продолжительности жизни с многочисленными специфическими для данного вида факторами гораздо лучше соответствуют характеристикам продолжительности жизни разных видов, чем теории «общего ущерба» (накопления поломок) и износа.
чается прежде всего в разнице между фактически нулевым значением и хотя бы минимально отрицательным.
В обоих случаях присущие данному виду уникальные внутренние и внешние факторы влияют на изменение продолжительности жизни. Наиболее важный внутренний фактор — момент достижения организмом репродуктивного возраста. Все, наверное, согласятся с тем, что продолжительность жизни должна как минимум соответствовать этому возрасту или превышать его. Другим важным фактором является возраст, в котором организм становится зрелым, полностью характеризуется показателями, присущими взрослой особи. Эволюция таких «взрослых» характеристик требует, чтобы организмы жили достаточно долго для достижения зрелости и выражения признаков, присущих взрослым особям. Животным, которые выкармливают или защищают свое потомство, для осуществления этих функций будет необходима дополнительная продолжительность жизни. К числу внешних факторов, которые, скорее всего, влияют на продолжительность жизни, относятся: наличие хищников, голода или засухи, плотность популяции и условия обитания. Обратим внимание на то, что внешние факторы могут меняться в зависимости от временных или местных условий, и устройство организма, допускающее адаптацию продолжительности жизни к этим временным или местным условиям, будет иметь эволю-
К ВОПРОСУ ОБ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ПОЛЬЗЕ
На протяжении большей части ХХ в. преобладало мнение, что только индивидуальное преимущество или ущерб могут влиять на процесс эволюции. В соответствии с этой концепцией эволюция любого признака данного организма должна обеспечивать преимущества, связанные со способностью индивидуальных организмов (или их прямых потомков) к выживанию или репродукции. Более того, в соответствии с общепринятым мнением только в особых случаях, которые исключали постепенно стареющих животных, было бы возможно существование индивидуальных преимуществ при целенаправленном ограничении продолжительности жизни. Чаще всего в качестве такого особого случая приводили пример лосося. Морские лососи размножаются в ограниченной среде пресноводных ручьев и речек. Если бы взрослые особи были запрограммированы на смерть вскоре после нереста (а именно такое явление наблюдается в естественных условиях), их тела могли бы служить в качестве пищи для их прямых потомков; таким образом, смерть взрослых особей создавала бы индивидуальные преимущества и служила бы движущей силой для закрепления механизма самоубийства в ходе эволюционного процесса. Лососи, обладающие таким механизмом самоубийства, имели бы индивидуальные
преимущества в отношении тех особей, которые пережили бы нерест и умерли позже. Однако для большинства животных нельзя найти такие очевидные преимущества смерти или старения.
В 1952 г. появилась серия теорий незапро-граммированного старения млекопитающих, основанных на идее, предложенной Медаваром [1], в соответствии с которой индивидуальное преимущество от продолжающейся жизни уменьшается до нуля в возрасте, специфичном для каждого вида и связанном с достижением репродуктивной зрелости. Эта группа концепций включала в себя теорию накопления мутаций [1] (Медавар), теорию антагонистической плейотропии [2] (Уильямс) и теорию одноразовой сомы [3] (Кирквуд). Однако эти теории имеют определенные логические изъяны и противоречат одна другой [4]. Пока не может быть и речи о достижении консенсуса в этой области.
Начиная с 1962 г. стали появляться эволюционные теории диффузного преимущества. В них предполагается, что диффузное (не индивидуальное) преимущество может компенсировать индивидуальный вред и, таким образом, может стать движущей силой эволюции признаков данного организма, которая обусловливает более широкие преимущества даже в том случае, когда этот процесс сопряжен с некоторым индивидуальным ущербом. В настоящее время к теориям диффузного преимущества относятся:
групповой отбор [5] (преимущества выживания группы могут компенсировать индивидуальный вред);
близкородственный отбор [6] (преимущества для близких родственников могут компенсировать индивидуальный вред);
отбор генов [7] (преимущества в распространении общих для популяции генов могут компенсировать индивидуальный вред);
эволюционируемость [8] (преимущества эволюционного процесса могут компенсировать индивидуальный вред).
Развитие этих теорий отражало попытки объяснения расхождений между наблюдениями и традиционной теорией исключительно индивидуальных преимуществ в отличных от старения и продолжительности жизни областях. Альтруизм (наблюдаемое наследуемое поведение животных, которое направлено против индивидуальных интересов особи, но одновременно обеспечивает определенные преимущества группе) был главным изначальным стимулом развития диффузных теорий. Иные очевидные несоответствия между наблюдениями и концепциями индивидуальных преимуществ включают в себя неоправданно позднее достижение репродуктивной зрелости, черты поведения, наблю-
даемого при спаривании некоторых животных, и неблагоприятный для отдельных особей характер полового размножения.
Начиная приблизительно с 1950 г. наблюдается резкое увеличение наших познаний в области механизмов биологического наследования, так важных в эволюцион
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.