Чому ми помираємо – і чи можна цьому запобігти

Серед усіх дивних мешканців водойм, які живуть у наших океанах і річках, цілком можливо не звернути увагу на гідру. Цю прісноводну родичку медуз, анемон і коралів назвали на честь давньогрецького міфологічного змія, який міг відрощувати голови.

Ця загалом непримітна істота нагадує насінину кульбаби – з довгим тілом і пучком щупалець на одному кінці. Але вона має примітну властивість – здатність до регенерації. Якщо розрізати гідру на багато частин, кожна частина виросте знову в нову особину.

Такі регенераційні властивості зацікавили біологів, які шукали доказів безсмертя в природі. Чому цей вид, як виглядає, не вмирає природною смертю? І чи є смерть неминучою?

У середині 20-го століття старіння описали як компроміс між репродукцією та збереженням клітин. Спочатку організми використовують свої ресурси, щоб рости та підтримувати наше здоров’я – тобто зберігати наші клітини.

У дитинстві та підлітковому віці головне – вижити й стати якомога сильнішим і здоровішим. Після статевої зрілості пріоритет зміщується на розмноження. Оскільки ресурси більшості організмів обмежені, відтворення потомства може відбуватися за рахунок втрати здоров’я.

Візьмімо приклад лосося, який пливе проти течії на нерест і відразу після цього гине. Усі свої ресурси він витрачає на те, щоб мати найкращі шанси дістатися до місця нересту, і опинившись там, максимально використати цю можливість. Імовірність того, що лосось попливе назад за течією, виживе ще один рік у морі, здійснить таку ж подорож і знову успішно нереститиметься, настільки мала, що природний відбір ніколи не сприятиме виживанню таких особин.

До того ж, вони вже один раз успішно передали свої гени.

Але зараз ми набагато конкретніше розуміємо, чому саме істоти помирають. Коли організми досягають статевої зрілості, сила природного відбору слабшає, і починається старіння, що в кінцевому підсумку призводить до смерті. Але не для того, щоб звільнити місце наступному поколінню, що може бути “привабливим з точки зору альтруїзму”, каже Олексій Маклаков, професор еволюційної біології та біогеронтології в Університеті Східної Англії у Великій Британії.

Протягом життя наші гени накопичують мутації. Деякі з них є випадковими, тоді як інші – результат нашої дієти чи зовнішніх факторів, таких як ультрафіолетове світло. Більшість не мають ніякого впливу або завдають шкоди.

До статевої зрілості “будь-яка генна мутація, яка зменшує ймовірність відтворення організму або навіть знищує організм до того, як він відтвориться, зазнаватиме жорсткої протидії”, каже Габріелла Кунтурідес, еволюційна біологиня з відділу антропології Оксфордського університету.

Коли організм досягає статевої зрілості, він набуває здатності передавати свої гени наступному поколінню. У цей момент сила природного відбору слабшає.

Візьмімо нашого лосося. Він успішно досяг зрілості та отримав здатність розмножуватися. Його потомство, ймовірно, також матиме високі шанси на нерест. Якби вже після нересту в нього відбулася мутація, яка б випадковим чином збільшила його тривалість його життя та дозволила б йому прожити ще один рік (хоча це було б вкрай малоймовірно), його нащадки наступного року не мали б особливих переваг над своїми братами та сестрами. У нашого лосося й без мутацій вже є одне покоління потомства.

З точки зору природного відбору зусилля, необхідні для збереження здоров’я після розмноження, не несуть багато користі. Як наслідок, будь-які гени, які дають таку можливість, не зазнають тиску відбору, який би призвів до їхнього поширення.

“Індивідуум хотів би залишитися живим. Але після розмноження природний відбір не надто цьому сприяє, тому що він більше не має чого передати наступному поколінню”, – каже Кунтурідес.

Однак не всі організми влаштовані настільки екстремально, як наш лосось. Деякі живуть трохи довше, щоб мати більше потомства.

Більшість мутацій нашої ДНК матимуть негативні наслідки або взагалі їх не матимуть. Наші тіла здатні відновлювати окремі пошкодження ДНК, але наша здатність робити це погіршується з віком через слабшу силу природного відбору.

Старіння і смерть відбуваються двома шляхами – накопиченням негативних мутацій через слабкий природний відбір, а також накопиченням мутацій, які могли б бути сприятливими для розмноження, але стають негативними для довголіття.

Одним із прикладів останнього можуть бути мутації гена BRCA. Відомо, що вони підвищують ризик раку молочної залози та яєчників, але також пов’язані з вищою фертильністю у жінок, які є носіями мутацій. Тож можливо, що мутації гена BRCA створюють репродуктивну перевагу на ранньому етапі життя, але пізніше – більший ризик для здоров’я. Але оскільки природний відбір слабшає після статевої зрілості, репродуктивні переваги переважують недоліки.

“Все, що станеться на початку життя, переважить те, що станеться після репродуктивного віку, тому що репродуктивний потенціал дійсно має значення”, – каже Кейтлін Макг’ю, біологиня з Університету штату Орегон.

Старіння клітин – коли клітини припиняють ділитися – може бути ще одним прикладом переваги в ранній період життя, яка стає недоліком у пізній. Старіння клітин захищає нас від раку, оскільки воно може запобігти розмноженню клітини з пошкодженою ДНК. Однак пізніше в житті старіючі клітини можуть накопичуватися в тканинах, спричиняючи пошкодження та запалення, і вони є попередниками вікових захворювань.

Хоча більшість видів старіють, є деякі винятки. Багато рослин демонструють “незначне старіння”, а деякі види живуть тисячі років. Одним із особливо цікавих прикладів є дерево пандо в Національному лісі Фішлейк у штаті Юта. Це дерево насправді є колонією генетично ідентичних тремтячих осик чоловічої статі, об’єднаних однією кореневою системою. Воно займає площу понад 400 000 кв. м і важить понад 6000 тонн. За деякими оцінками, йому може бути більше 10 000 років.

Родичка гідри, безсмертна медуза, має ще один геніальний спосіб забезпечити довголіття – вона здатна повертатися зі стадії дорослого організму до ранньої стадії поліпа, якщо вона отримує травму, хворіє або зазнає стресу.

“Хоча в певний момент варто запитати себе – це та сама особа чи щось інше?” – каже Макг’ю.

Існує також припущення, що деякі види стають більш успішними з віком – це називається “негативним старінням” – але доказів цього бракує, говорить Маклаков.

“Якщо екологія виду така, що відтворення з якихось причин загалом низьке або він взагалі не може розмножуватися на ранньому етапі життя, це змінює те, як працює відбір”, – каже Маклаков.

Приклади можна знайти серед тварин, які спаровуються в гаремах – наприклад, моржі чи олені. Один самець може контролювати цілу групу самиць. Розмір цієї групи, а отже, і кількість потомства, яке він може мати, може збільшуватися з його віком і розміром. Таким чином, його продуктивність продовжує зростати.

Хоча деякі види можуть зберігати свою репродуктивну здатність з віком, вони не є справжніми прикладами негативного старіння, і дослідження, які це стверджують, ймовірно, є помилковими, каже Маклаков. Зрештою, морж не зможе контролювати гарем нескінченно.

Але секс може відігравати цікаву роль у нашому старінні.

Згідно з дослідженням Меган Арнот і Рут Мейс з Університетського коледжу Лондона, у жінок, які мають регулярне статеве життя, менопауза настає пізніше. Вони припускають, що це приклад компромісу – що енергія, яка витрачається на овуляцію, могла б краще використовуватися рештою тіла, якщо шансів на вагітність немає.

Але в решті тваринного світу більша фертильність, як виглядає, прискорює старіння. Наприклад, кажани, які мають більше потомства, живуть коротше, ніж ті, які мають менше потомства. Можливо, отримавши можливість розмножуватися, вони вкладають у це все, що мають.

“Існує такий компроміс у часі, коли організми, які добре розмножуються на ранньому етапі життя, не так добре розмножуються на пізніх етапах”, – каже Макг’ю. (Знову ж таки, наші гідри також є винятком із цього правила. Здається, що рівень їхньої плодючості не знижується протягом життя.)

Крім того, є види, тривалість життя яких сильно відрізняється між статями. Як правило, мурахи, бджоли та терміти мають короля або королеву, які можуть бути дуже плідними довгожителями порівняно з їхніми безплідними робітниками.

Чому в їхньому випадку ціна, яку вони платять за розмноження, не зменшує їхнього життя?

Відповідь може полягати в тому, що король чи королева захищені від багатьох загроз, з якими стикаються робітники, й між їхніми способами життя існує така різниця, що теорії старіння не працюють для них однаково.

Отже, якщо розмноження має такий сильний вплив на тривалість нашого життя, чому люди живуть так довго після того, як перестають народжувати дітей?

“Гіпотеза бабусі” припускає, що для старших родичів важливо залишитися живими, оскільки розмноження – справа дорога та ризикована.

Бабуся може забезпечити виживання певних власних генів, інвестуючи зусилля у виховання онуків, і тому довше життя може принести перевагу з точки зору природного відбору.

“Сім’ї, в яких є бабусі, мають набагато кращу репродуктивну здатність, можливо, тому, що мати може зосередитися на народженні більшої кількості дітей, а бабусі допомагають виховувати дітей, які вже є”, – говорить Кунтурідес.

Але оскільки онуки мають лише 25% спільних генів зі своєю бабусею, вони так само пов’язані з нею, як вона зі своїми племінницями та племінниками.

“Також річ може бути у тім, що в минулому недостатньо жінок доживало до того, щоб мати можливість відтворювати потомство у віці 50 років. Тож дія природного відбору щодо жіночої репродуктивної системи у віці 50 років, була дуже, дуже низькою”, – говорить Маклаков, повертаючись до основного принципу старіння – що після розмноження природний відбір слабшає.

Багато з того, що трапляється з нами в подальшому житті, може бути неприємним, але в еволюції немає потужної сили, яка могла б нас від цього захистити.