Альберт Эйнштейн очень хорошо сказал :
« Следует объяснять вещи настолько просто,
насколько возможно, но не проще".
Попытаюсь последовать его мудрому совету в изложении общей теории старения, а потом механизмов старения у птиц .
Анализ опубликованных научных данных и сам факт одновременного существования как подверженных старению, так и обладающих потенциальным бессмертием видов многоклеточных организмов, позволяет предположить, что:
1) старение и смерть от старения не обязательный атрибут существования живых существ;
2) старение это ничто иное, как обыкновенная программа развития, эволюционно возникающая на определенном этапе развития организма и определяющая тот или иной эволюционный дизайн механизма возрастзависимого саморазрушения организма.
Любая гипотеза, чтобы быть принятой, должна объяснять все известные факты. Но , к сожалению , все известные в данное время современные теории старения этому критерию не отвечают. Определённые общеизвестные гипотезы и идеи бессмертия есть, а вот общей теории старения единой для всех гипотез - нет. А идею, как известно без теории воплотить в жизнь невозможно.
Трагедия геронтологии (образно выражаясь) состоит в том, что, ни одна из многочисленных теорий и моделей старения не в состоянии предсказать все лабораторно наблюдаемые особенности механизма старения. И это неудивительно, ведь геронтология изучает старение биологического объекта в целом, существенной чертой которого является крайне высокая степень сложности.
Целостный биологический объект состоит из огромного количества элементов, связанных еще большим количеством разнообразных взаимных связей и отношений. Но главная трудность ( и основная противоречивость существующих гипотез ) заключается в том , что при старении изменяются многие структуры и функции организма и поэтому трудно определить, что же является клеточной, а что организменной первопричиной старения. И совершенно справедливо замечание (Потапенко и Акифьев, 2003) , что конкретный механизм старения животных пока крайне трудно определить в привычных терминах классической молекулярной биологии.
Со времен А. Вейсмана обсуждаются
две основные концепции старения, а именно: смерть от старости как результат:
- 1) накопления случайных поломок или
2) включения программы самоубийства.
Вильямс (Williams, 1957) , суммировав аргументы против теории программированной смерти , справедливо заметил , что в природе подавляющее большинство животных и птиц умирают в относительно молодом возрасте от случайных причин.
Другими словами - если существует механизм программированной смерти, то он не может определять продолжительность жизни у подавляющего числа особей популяции, а значит , эта теория не может быть основополагающей при изучении механизма старения ( касательно животных и птиц ).
В.П. Скулачев предпринял попытку обновить теорию программированной смерти Вейсмана. В его концепции , запрограммированная смерть организма ( феноптоз) - это самоликвидация особи в интересах сообщества или популяции. Он считает , что смерть от старости вызывается включением программы самоликвидации у особей, оказавшихся бесполезными или вредными для популяции из-за дефектов, накопившихся с возрастом (Скулачев, 2001б).
Что же касается конкретных механизмов старения, то анализ литературы позволяет сделать вывод, что большинство авторов, например Джонсон (Johnson et al., 1999), уверены, что феномен старения можно свести к небольшому числу клеточных и организменных процессов: апоптоз ( гибель клетки ) , накопление повреждений молекулами ДНК, укорочение теломер ( концевые участки хромосом ) при митозе ( деление клетки), дефектов клеточного цикла, и т.д.
Но вот в чем парадокс и главное противоречие всех известных теорий старения : работая над той или иной теорией старения, авторы, прекрасно знают и лабораторно изучают , но , как правило, упускают из вида при дальнейшем развитии своих теорий существование нестареющих видов многоклеточных организмов, которые фактически не подвержены старению и обладают потенциальным бессмертием, которому не препятствуют процессы, присущие старению. Более того, эти виды имеют длительную эволюционную историю, и их эволюционные предшественники в большинстве случаев были также потенциально бессмертны.
К сожалению, единой классификации относительно процесса старения еще не существует и потенциальное бессмертие доказано только для гидры Cnidarians vulgaris (Mart'inez, 1998). Но, Финч (Finch, 1990) предложил классифицировать живые существа на:
- быстро стареющих,
постепенно стареющих,
имеющих пренебрежимое старение.
Термин "пренебрежимое старение" обозначает темп старения, который трудно статистически отличить от нуля в масштабах данной выборки, а также и "нестарение", - нулевую корреляцию ( взаимозависимость ) между возрастом и риском смерти.
Финч и Остэд (Finch, Austad, 2001) предложили минимальные критерии для отнесения конкретного вида в эту категорию:
1) отсутствие увеличения темпа смертности с возрастом после полового созревания,
2) отсутствие заболеваемости,
3) отсутствие снижения темпа воспроизводства ,
4) ряда характерных физиологических показателей.
Другими словами эти существа должны стареть так медленно, что зафиксировать какие либо возрастные изменения было бы практически невозможно.
*** Справка
В настоящее время к живым многоклеточным существам , имеющим пренебрежимое старение относят :
- пресноводную гидру Cnidarians vulgaris ,
– значительную часть видов рыб рода Sebastes (в естественных популяциях многих видов этого рода, встречаются особи с удивительным долголетием - 205 лет для Sebastes aleutianus ),
- из морских черепах: Emydoidea blandingii; Chrysemys picta;
- значительную часть древесных форм сосудистых растений .
Недавно установлено, что и морские ежи не подвержены старению. Они могут жить неопределенно долго (погибают только от хищников и болезней), и размножаются в любом возрасте, причем, чем старше, тем активнее (Stauth, 2003).
По крайней мере, для Strongylocentrotus franciscanus максимальная продолжительность жизни оценивается в 200 лет (AnAge database, 2005).
Петнейк (Patnaik, 1994) к видам с пренебрежимым старением относит также и крокодилов, а Кара (Kara, 1994) - хвостатых амфибий.
Весьма правдоподобно, что видов с пренебрежимым старением очень много.
В настоящее время ведутся практические работы , дающие предварительный результат для того , чтобы в эту категорию отнести многие виды двустворчатых моллюсков, представителей семейства Homaridae ( омары ) и птиц.
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ “БЕССМЕРТНЫХ” ОРГАНИЗМОВ
Гидра
Cnidarians vulgaris относится к одной из наиболее близко стоящих у основания эволюционного дерева группы многоклеточных животных - кишечнополостных. О потенциальном бессмертии этого организма, впервые сообщил Брейан (Brien, 1953), а затем еще ряд исследователей . Они практически доказали , что гидра утратила способность к старению и поэтому способна к постоянному обновлению своего тела.
Тело гидры имеет простое строение: - трубка с головой на одном конце и подошвой на другом, которые сформированы из примерно 20 клеточных типов с неограниченной способностью к самообновлению. Поразительная особенность гидры - динамика ткани. Эпителиальные клетки стенки тела непрерывно пребывают в митотическом цикле ( делении ) и как бы текут с середины тела к его концам, постоянно перемещаясь или вверх к голове, или базально к вегетативным почкам, или к подошве. Клетки гидры имеют очень короткую продолжительность жизни. Неделящиеся дифференцированные клетки трех клеточных линий замещаются в теле гидры в течение 20 дней .
Продолжительность жизни стволовых клеток от 18 - 30 ч до трех - четырех дней (David, Campbell, 1972).
Таким образом, специализированные клетки выполняют строго определенную функцию, и имеет ограниченную жизнеспособность. Возраст- связанные изменения в этих клетках, способные повлиять на функционирование организма, предотвращаются быстрой сменой .
Видимо, эта способность и является причиной потенциального бессмертия гидры.
*** Справка
Изменяя внешние условия, можно добиться старения у потенциально нестареющих гидр (Лэмб, 1980; Comfort, 1979). При неблагоприятном изменении температуры или состава воды деление клеток замедляется, гидра стареет и гибнет. Это доказывает что , в зависимости от условий среды потенциально нестареющий организм может находиться в стареющем или в нестареющем состоянии , что зависит исключительно от внешних причин.
Виды рыб рода Sebastes.
Среди видов рыб, как и у теплокровных, наблюдается преимущественно быстрое или постепенное старение с возрастным снижением репродуктивной способности, уровня окислительного метаболизма, белкового обмена, количества нейронов и увеличением темпа смертности, количества поперечных связей и гранул липофусцина (пигмент изнашивания , пигмент старения ) .
Но, ряд видов рыб демонстрирует пренебрежимое старение - виды рода Sebastes. У них (старые особи Danio rerio) не обнаружено скоплений гранул липофусцина в клетках мышечной ткани. Более того, у этих рыб наблюдается избыточно высокий уровень активности теломеразы ( фермент , синтезирующий сегменты ДНК ) в клетках тканей от эмбрионального состояния и, по крайней мере, до возраста 93 года. Эти феномены объясняются тем, что у особей Danio rerio рост и соответственно клеточная пролиферация ( размножение клеток )происходит пожизненно , что и определяет как отсутствие гранул липофусцина, так и повышенную активность теломеразы во всех тканях независимо от возраста (Klapper et al., 1998; Kishi et al., 2003).
*** Справка
В данном случае старение или не старение организма зависит не только от неблагоприятных внешних факторов , но и дополнительно от фактора « полезности для группы» . Для группы, в отличие от особи, большая продолжительность жизни становится не всегда благоприятна. Для выживания группы в изменяющихся внешних условиях, когда требуются генетические изменения ( если условия меняются быстро), группа может вымереть, если не станет быстро изменяться, т.к. в определенном районе может существовать лишь ограниченная по размерам популяция, то короткая продолжительность жизни может быть более выгодной, так как она позволит смениться за данный период времени большему числу поколений. Чем быстрее будут сменяться особи, составляющие популяцию, тем больше будет различных комбинаций генов для работы естественного отбора и, значит, тем больше будет у группы шансов достаточно быстро приспособиться, чтобы выжить в изменяющейся среде.
Грубо говоря , если для выживания и адаптации в определённых условиях целой группы долгоживущие крупные особи становятся « ненужными» , то у последних включаются быстротекущие процессы старения и смерть от старости.
Древесные формы сосудистых растений
Взрослое дерево состоит из вторично утолщенного стебля (ствола с вторичным разветвлением ), корня, листьев, и репродуктивных органов.Ствол и корень - постоянные органы и существуют столько же, сколько и все дерево целиком. Остальные органы короткоживущие. Ствол и корень дерева формируются первичными и вторичными меристемами - тканями, в которых деление малодифференцированных клеток порождает новые специализированные клетки. Они же формируют листья, боковые почки, цветы и иные органы, а также обеспечивают увеличение размеров дерева. Активность меристем проявляется в течение всей жизни растения.
Поэтому, древесные растения непрерывно продуцируют и теряют сосудистую ткань, листья и цветы и не проявляют признаков старения, хотя их темп прироста может снижаться с возрастом.
Смерть древесного организма наступает в результате достижения предельных размеров несовместимых с дальнейшей жизнедеятельностью или случайных причин как-то пожары инфекционные болезни, вредители, затенение и т.д. Древесные растения - самые долгоживущие организмы.
Срок жизни большинства из них не превышает 700 лет, но есть и такие виды, возраст которых исчисляется тысячелетиями. Например, сосна остистая Pinus longaeva - более 4 тыс. лет; секвойя гигантская Sequoia gigantea - более 2.5 тыс. лет; фицройя Fizroya cupressoides - около 2 тыс. лет; арча Juniperus turkestanica - около 1,3 тыс. лет (Мухамедшин, 1968; Brown, 1996).
Клоны пород перевиваемых культурных древесных растений в течение столетий и тысячелетий тоже не теряют своих ювенильных качеств, поэтому, возможность размножения отводками или прививками придает им черты беспредельного долголетия (Гродзинский, 1986).
И в заключение теоретического обзора:
абсолютного бессмертия Природа не знает, речь может идти только о потенциальном бессмертии. В той или иной мере , более очевидно или более скрыто , но механизм возрастзависимого самоуничтожения ( МВС) присущ любому живому организму.
Старение как феномен не имеет всеобщего и универсального характера среди многоклеточных существ и поэтому не может быть отнесено к числу фундаментальных признаков их онтогенеза ( индивидуального развития ). Это вовсе не обязательный, но, видимо, очень желанный атрибут существования живых существ.
Наличие в дизайне организма МВС дает отдаленные эволюционные преимущества - ускорение эволюционного процесса и темпа замены одних видов на другие, что создает предпосылки для эволюционного прогресса.
И тот факт, что старение наблюдается преимущественно у эволюционно продвинутых групп живых существ, наводит на однозначный вывод , что старение это обыкновенная программа развития, эволюционно возникающая на определенном этапе исторического развития.
На этом общетеоретическую часть закончу , чтобы не вгонять читателей в состояние сна .
В следующей части – только про птиц.
При написании этой части использовалась следующая литература:
- Потапенко А. И., Акифьев А. П. (2003) На пути поиска программы и инициального субстрата старения. Медлайн РУ - Российский биомедицинский журнал.
Скулачев В.П., 2001. Старение организма - частный случай феноптоза // Соросовский образовательный журнал. Т. 7. № 10.
Williams G.C., 1957. Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence // Evolution. V. 11.
Johnson F.B., Sinclar, D.A., Guarente L., 1999. Molecular biology of aging // Cell. V. 96.
Mart'inez D.E.,1998. Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra // Exp. Gerontol. V. 33. No 3.
Finch C.E., 1990. Longevity, Senescence, and the Genome. Chicago: University of Chicago Press.
Finch C.E., Austad S.N., 2001. History and prospects: symposium on organisms with slow aging // Exp Gerontol. V. 36. №. 4-6.
Stauth D., 2003. Red sea urchins discovered to be one of earth's oldest animals // Сайт Орегонского Государственного Университета: http://oregonstate.edu/dept/ncs/newsarc ... urchin.htm
AnAge database. 2005. AnAge entry for Strongylocentrotus franciscanus (HAGRID 01417). http://genomics.senescence.info/species ... anciscanus
Patnaik B.K., 1994. Ageing in reptiles // Gerontology. V.40. №2-4.
Kara T.C., 1994. Ageing in amphibians // Gerontology. V.40. №2-4.
Brien P., 1953. La peґrenniteґ somatique. Biol. Rev. Cambr. Philos. Soc. V. 28
David C.N., Campbell R.D., 1972. Cell cycle kinetics and development of Hydra attenuata. I. Epithelial cells // J. Cell Sci. V. 11.
Klapper W, Heidorn K, Kuhne K, Parwaresch R, Krupp G., 1998. Telomerase in “immortal fish” // FEBS Letters. V. 434.
Лэмб М., 1980. Биология старения. М.: Мир. 206 с.
Мухамедшин К., 1968. Старейшие деревья в Средней Азии как объект дендрохронологических исследований В: Мат. Всесоюз. совещ. по дендрохронологии и дендроклиматологии. Вильнюс.
Гродзинский Д. М., 1986. Старение у растений. В: Надежность и элементарные события процессов старения биологических объектов. (сборник научных трудов) Киев “Наукова думка”.
Ветеринарный консультант Виктория (VK)