Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

могут обмениваться генетическим материалом в ходе процесса, который называется «кроссинговер». Благодаря этому они потенциально могут избавляться от вредных мутаций. Y- и W-хромосомы никогда не встречаются в парах и поэтому не участвуют в кроссинговере. Одна из гипотез, объясняющих разницу в скорости старения между полами, основана на том, что из-за отсутствия кроссинговера эти хромосомы накапливают вредные мутации, что приводит к их токсичности

Гипотеза заключается в том, что ошибки, накапливающиеся в Y- и W-хромосомах из-за отсутствия исправляющего их кроссинговера, делают их вредными для организма и сокращают жизнь носителей непарных хромосом, XY- и ZW-генотипов соответственно [65]. Вы, вероятно, уже можете распознать модель накопления повреждений (см. главу 7), слегка адаптированную для гендерного неравенства. Как и любая энтропическая модель старения, эта гипотеза имеет слабые места: она не выдерживает «беличий тест». Самцы белок живут дольше самцов крыс, хотя у тех и других есть Y-хромосомы. Таким образом, крысы-самцы в принципе могли бы жить столько же, сколько и белки-самцы. Однако несоответствия не ограничиваются только этим.

Физический и гормональный пол не всегда соответствует набору хромосом. В некоторых случаях мутации или другие вмешательства могут превратить особь с ХY-генотипом в самку или особь с ХХ-генотипом в самца. Например, у дрозофилы половое развитие определяется белком-трансформером (tra): если ген, кодирующий этот белок, инактивирован мутацией, животные с XX-хромосомами (которые должны были бы стать самками) развиваются как самцы. И наоборот, избыточное количество трансформера может заставить животное с XY-хромосомами развиться в самку. В таких случаях продолжительность жизни зависит от физического пола, а не от набора хромосом [66].

Мало того, при некоторых естественных или вызванных искусственным путем нарушениях клеточного деления рождаются особи с аномальным, порой даже нечетным, набором хромосом. Например, могут появиться животные, лишенные Y-хромосомы (X0), — у дрозофилы такие особи развиваются в самцов. Причем вопреки предсказаниям вышеупомянутой гипотезы продолжительность жизни таких самцов не увеличивается по сравнению с нормальными самцами. То же можно сказать об обратной ситуации: дополнительная копия Y-хромосомы (XYY) приводит к появлению так называемых суперсамцов и статистически не уменьшает продолжительность жизни [67].

Иначе говоря, количество Y-хромосом не влияет на продолжительность жизни, а следовательно, гипотеза о токсичности непарных хромосом неверна или по меньшей мере неполна.

Определенную роль в регуляции продолжительности жизни, вероятно, играют половые гормоны. Исследование исторических

Рис. 16. Влияние половых хромосом на продолжительность жизни плодовых мушек-дрозофил.

Как и у млекопитающих, самцы дрозофил обладают хромосомным набором XY, а самки XX. Чтобы проверить, токсичны ли Y-хромосомы, ученые воспользовались тем фактом, что мутантные мухи, имеющие только одну X-хромосому и не имеющие Y (X0), а также животные, обладающие двумя Y-хромосомами (XYY), развиваются в полноценных самцов. Сравнение продолжительности жизни этих мутантов с нормальными XY-самцами не выявило разницы в продолжительности жизни, поставив под вопрос гипотезу о токсичности Y-хромосом (по [67]).

записей о продолжительности жизни корейских евнухов показало, что кастрация может продлить жизнь [68]. То же можно сказать и в отношении женской стерилизации: снижение выработки женских половых гормонов может удлинить жизнь — это наблюдается на примере домашних животных. Стерилизация и у самок и у самцов кошек и собак снижает смертность [69].

Более того, некоторые наблюдения показывают, что увеличение продолжительности жизни сопровождается феминизацией у самцов, то есть приобретением ими черт женского организма. Так, терапевтические вмешательства, которые продлевают продолжительность жизни у самцов мышей, модифицируют активность их генов таким образом, что они становятся похожи на самок по тому, какие гены у них работают [70].

Таким образом, даже если мы допускаем некоторую токсичность Y- и W-хромосом, в регуляцию продолжительности жизни у самцов и самок, помимо них, вовлечены гормоны и, скорее всего, другие факторы.

Парадоксально, но самцы млекопитающих имеют потенциал для продления жизни — все компоненты механизмов, которые используют самки, чтобы жить дольше, присутствуют в геномах самцов. Почему этот потенциал не используется? Почему у птиц ситуация обратная и самцы птиц живут дольше самок? В настоящее время наука не имеет ответов на эти вопросы, но мы постараемся их найти в следующих главах.

Краткое содержание части 3

В этой части книги мы познакомились с несколькими примерами, указывающими на то, что смерть организма может быть эволюционно выгодной. Одноклеточные организмы могут совершать самоубийство, если они заражены, однако высшие организмы так не делают. Тем не менее некоторые из них, в особенности короткоживущие беспозвоночные, могут регулировать продолжительность своей жизни и темпы старения, реагируя на условия окружающей среды.

Парадоксальным образом животные продлевают продолжительность жизни только в неблагоприятных условиях, но не в тех случаях, когда условия идеальны. Иногда организмы используют зрение и обоняние для анализа условий окружающей среды и сокращения продолжительности жизни.

Более того, некоторые высшие организмы, такие как тихоокеанский лосось или сумчатые хищники, семельпарны и убивают себя с помощью программ самоубийства, активируемых сразу после размножения.

Эти наблюдения показывают, что в некоторых случаях короткая жизнь может быть выгоднее, чем длинная, и, следовательно, старение потенциально могло возникнуть в ходе эволюции как запрограммированный адаптивный процесс, предназначенный для сокращения продолжительности жизни.

Мы близки к тому, чтобы начать создание новой парадигмы старения на основе этих предпосылок, но перед тем как сосредоточиться на этой задаче, сделаем небольшой обзор экологических и физиологических свойств организмов, которые коррелируют с долголетием. Обсудим виды животных, типы старения которых выделяются из общих закономерностей и не могут быть объяснены классическими моделями. Мы увидим, что старение и продолжительность жизни как экологические феномены еще более необычны и неинтуитивны, чем можно себе представить на основании фактов, изложенных нами ранее.

На этом этапе необходимо описать эту информацию, поскольку способность нашей модели объяснять эмпирические наблюдения является одним из ключевых критериев ее качества. Если наша модель сможет сделать это лучше, чем классические теории, это будет свидетельством в пользу того, что мы на правильном пути в своих попытках понять эволюционные причины старения и победить его.

Часть 4

Что влияет на эволюцию старения

Глава 19

Размер тела

Как мы уже говорили, некоторые физиологические и экологические свойства организмов коррелируют с долголетием.

Наиболее очевидным параметром, связанным с продолжительностью жизни, является размер тела.

Киты, слоны и другие крупные животные живут гораздо дольше, чем мыши или землеройки. Очевидной причиной этого, по-видимому, является элементарное экологическое ограничение: рост, а также получение эволюционных преимуществ от больших размеров тела требуют времени. Китам необходимо много лет, чтобы вырасти до своих размеров и размножиться, то есть они физически не смогли бы выжить без долголетия.

Удивительно,