Кислород. Молекула, изменившая мир

Глава одиннадцатая. Половое размножение и сохранность организма. Компромиссы в эволюции старения

Мысли о смерти угнетали царя Урука Гильгамеша, и он захотел обрести бессмертие. В поисках Утнапишти, знавшего секрет бессмертия, царь прошел 12 лиг тьмы, где света не было от восхода до заката. Утнапишти сказал Гильгамешу, что искать бессмертия — все равно что охотиться за ветром, но все же открыл тайну богов: один подводный цветок может вернуть человеку молодость и прежнюю силу. Гильгамеш добыл Цветок Вечной Молодости, но не успел им воспользоваться, поскольку его украла змея. Змея сбросила кожу и уплыла. Гильгамеш заплакал, вернулся в Урук с пустыми руками и велел записать эту историю на глиняных табличках. Его подвиги были воспеты народом, и, когда он умер, все жители города от мала до велика не могли сдержать рыданий. Все люди из плоти и крови плакали.

«Сказание о Гильгамеше» — древнейший из дошедших до нас шедевров шумерского эпоса древней Месопотамии, оно как минимум на 1500 лет старше творений Гомера. Эта древняя история повествует о дружбе и героизме, но также о вечных человеческих заботах: боли утрат, старости, смерти и поисках бессмертия. Эти темы неотделимы от человеческой истории и присутствуют в ней вполне вещественным образом: человек всегда был убежден в возможности вернуть себе молодость с помощью какого-то магического предмета: растения, божественного нектара, Чаши Грааля, рога изобилия, эликсира жизни, философского камня или гормона роста.

И биологи наравне с другими верят в антидот против старости. В истории биологии было множество странных «открытий». Например, в 1904 г. русский иммунолог и лауреат Нобелевской премии Илья Мечников заявил, что старость вызывают токсины, выделяемые кишечными бактериями. Он рассматривал толстую кишку как необходимый ад, как резервуар отходов, который отключает потребность дефекации, когда нужно бежать за добычей или спасаться от хищника. Он восхищался болгарскими долгожителями и приписывал их удивительное здоровье йогурту, которого тогда в Западной Европе еще не знали. Мечников считал, что люди смогут жить до 200 лет, если будут есть йогурт, содержащий множество «самых полезных микробов, которые накапливаются в пищеварительном тракте и останавливают гниение и вредную ферментацию». В чем-то он был прав: кишечные бактерии не позволяют изменять максимальную продолжительность жизни, но действительно влияют на состояние здоровья[65].

Другая теория связывала старение мужчин со снижением функции семенников. В 1889 г. знаменитый французский физиолог Шарль Эдуард Броун-Секар объявил Биологическому обществу в Париже, что омолодил свой мозг и тело с помощью инъекций жидкости, экстрагированной из семенников собак и морских свинок. Инъекции не только повышали физическую силу и интеллектуальные возможности, но также помогали от запоров и нормализовали мочеиспускание. Позднее некоторые врачи пытались осуществлять имплантацию семенников или их фрагментов в мошонку пациентов. Например, главный врач тюрьмы Сан-Квентин в Калифорнии Лео Л. Стенли в 1918 г. начал пересаживать пациентам семенники, удаленные у недавно казненных заключенных. Некоторые из пациентов, как сообщалось, полностью восстановили свои сексуальные функции. К 1920 г. из-за нехватки человеческих желез Стенли начал пересаживать железы баранов, козлов, оленей и хряков, которые, по его сообщениям, работали так же хорошо. Он провел сотни операций пациентам со столь разными состояниями, как старческая немощь, астма, эпилепсия, туберкулез, диабет и гангрена.

Высокий спрос на железы в 1920-х и 1930-х гг. позволил как минимум двум врачам неплохо подзаработать. Французский врач русского происхождения Серж Воронов пересаживал железы обезьян своим здоровым и респектабельным пациенткам, чтобы продлить им жизнь. Этот уважаемый врач и биолог экспериментировал на евнухах двора египетского короля и пересаживал женщинам яичники обезьян (с печальными последствиями). Известный американский шарлатан «доктор» Джон Р. Бринкли произвел трансплантацию сотен фрагментов семенников козла своим стареющим пациентам из Милфорда в Канзасе. Он достиг такой популярности, что даже участвовал в выборах на пост губернатора в 1930 г. Каждый пациент получал возможность самостоятельно выбрать козла из стада доктора. Финансовый успех позволил Бринкли создать в Канзасе первую радиостанцию, которую он назвал KFKB («Первая в Канзасе, лучшая в Канзасе») и с помощью которой рекламировал свои чудодейственные медицинские услуги, в том числе пересадку козлиных желез. После нескольких судебных разбирательств и преследований со стороны Федерального радио и Американской медицинской ассоциации Бринкли бежал в Мексику, где основал новую, еще более мощную радиостанцию и продолжил свои постыдные опыты, которые принесли ему около 12 млн долларов. Говорят, в его поместье в Техасе жили пингвины и гигантские галапагосские черепахи. Однако все это продолжалось недолго. Бесконечные судебные преследования и штрафы вынудили его в 1941 г. объявить себя банкротом. Здоровье его было подорвано, и в результате инфаркта, почечной недостаточности и ампутации ноги этот самый известный в Америке шарлатан умер без копейки денег в возрасте 57 лет.

Погоня за вечной молодостью — не только исторический курьез. В более поздние времена витамин С, эстроген, мелатонин, теломераза и гормон роста тоже объявлялись чудодейственными средствами от старости. Каждое из них по-прежнему имеет множество поклонников, но, какими бы ни были реальные возможности этих веществ, их неспособность увеличивать максимальную продолжительность жизни очевидна. Медицина дистанцировалась от подобных исследований, но результат такой политики нельзя назвать полностью положительным. Существующее в рамках традиционной медицины мнение о том, что старение в каком-то смысле является необходимым или неизбежным и, следовательно, находится за рамками научных медицинских исследований, способствует сгущению тайны. Даже сегодня изучение проблем старения редко относят к области «чистой» медицины, и до сих пор эта область исследований запятнана воспоминаниями об экспериментах таких шарлатанов, как Бринкли. В большинстве стран на медицинских факультетах не преподают геронтологию. Но, как бы медицина ни открещивалась от изучения процессов старения, она накопила невероятное количество информации относительно старческих заболеваний. Вся эта информация составляет основы геронтологии, даже если многие врачи считают себя не геронтологами, а кардиологами, неврологами, онкологами или эндокринологами. Мало кто из них читает журналы для врачей других специальностей, и поэтому общее состояние исследований сформулировать сложно.

Изучая отдельные заболевания, врачи никогда не обращали серьезного внимания на теорию эволюции и обычно рассматривали патологические процессы с механистической точки зрения. Например, мы знаем в мельчайших подробностях, как окисленный холестерин накапливается в артериях, формируя атеросклеротические бляшки, как эти бляшки отрываются, а образующиеся тромбы приводят к инфаркту. Мы также знаем, как предотвратить беду хотя бы временно: как понизить уровень холестерина или расширить коронарные артерии с помощью лекарств и как спасать сердечную мышцу после инфаркта. Но мы гораздо меньше знаем о том, как болезни сердца связаны с другими возрастными заболеваниями, такими как рак, и можно ли предотвратить оба заболевания, действуя на общую причину. Как мы обсудили в двух последних главах, самое большее, что мы можем посоветовать людям при всех успехах современной медицины, это потреблять больше зелени, не совсем понимая почему. К счастью, эта грустная картина потихоньку изменяется. В нашем седеющем мире столько рисков, что многие исследователи напрямую начинают заниматься проблемами старения. В настоящее время геронтология — одно из самых продуктивных направлений биологии, которое привлекает к себе больше интереса, чем когда-либо со времен алхимиков. Наконец-то из гор биологических и медицинских фактов формируются обобщающие и проверяемые гипотезы.

Полстолетия назад на лекции по поводу избрания на должность профессора зоологии Университетского колледжа Лондона Питер Медавар называл старение большой нерешенной проблемой биологии. Возможно, многие люди, не работающие в этой области, до сих пор не видят изменений. Но это не так. Развиваются и движутся навстречу друг другу две основные теории — теории программированного и стохастического старения. Теория программированного старения утверждает, что процесс старения заложен на генетическом уровне, как и другие процессы развития, такие как рост эмбриона, пубертатный период или климакс. Напротив, стохастическая теория предполагает, что старение представляет собой износ организма в процессе жизненного пути и не запрограммировано на генетическом уровне. По-видимому, как это часто бывает в науке, истина лежит где-то посредине и отчасти соответствует обеим теориям. Мы не знаем ответов на все вопросы и не можем объяснить многие детали, но в целом уже понимаем, как и почему мы стареем. Как заявлял знаменитый британский геронтолог Том Кирквуд, старение не является неизбежным биологическим процессом и не следует какой-то определенной генетической программе, хотя практически наверняка записано в генах. Далee мы увидим, что кислород не только имеет непосредственное отношение к старению и смерти, но также сыграл роль в возникновении полового размножения и системы двух полов. Нам с вами предстоит ответить на несколько вопросов. В какой степени старение связано со старческими заболеваниями? Можно ли управлять процессом старения, учитывая сложную организацию человеческого организма? В следующих главах мы попытаемся в этом разобраться, но сначала нам придется обсудить несколько основных принципов биологии.

Старость, или, точнее, физическое старение — возрастное ослабление физиологических функций, — не является неизбежной. В главе 8 мы говорили о последнем универсальном общем предке всех живых организмов (LUCA), с которым все мы связаны непрерывной цепью предшественников. Мы знаем это, поскольку, как и наши очень дальние родственники бактерии и археи, сохранили почти без изменения некоторое количество генов LUCA. Если бы между нами не существовало родственных связей, невозможно было бы объяснить общие свойства всех форм жизни на самом базовом уровне. Поскольку жизнь постоянно изменялась (эволюционировала), можно сказать, что она «повзрослела», но неправильно говорить, что мы все являемся продуктом старения примордиальной ДНК. Вина, сыры и некоторые люди с годами улучшаются, но старение, дряхление — это не улучшение. Посмотрите вокруг, и вы увидите, как процветает жизнь в почтенном возрасте около 4 млрд лет. Если мы согласны, что все формы жизни произошли от общего предка, значит, старение не неизбежно.

Жизнь не стареет, а эволюционирует благодаря механизму естественного отбора. Эволюционную теорию Дарвина часто передают фразой «выживает наиболее приспособленный», принадлежащей английскому философу Герберту Спенсеру. Эволюционные биологи не любят это выражение, поскольку естественный отбор связан не только с выживанием, но и с воспроизведением. Наиболее успешно воспроизводящиеся особи с наибольшей вероятностью передают свои гены следующему поколению, а те, которые не могут воспроизводиться, исчезают (если только не умеют жить вечно). Но давайте на секунду остановимся и задумаемся над формулировкой Спенсера. Почему обитатели Земли пытаются себя воспроизвести? Что является причиной этого всеобщего стремления? Даже простейшие вирусы обладают сверхъестественной способностью реплицироваться. Трудно не поверить в существование какой-то мистической жизненной силы, заставляющей всех на свете воспроизводиться. Но, если отбросить эту идею, придется искать другое объяснение.

Все дело в том, что только воспроизведение может обеспечить выживание. Любая сложная форма материи в конечном итоге распадается под действием тех или иных факторов. Даже горы со временем подвергаются эрозии. Чем сложнее структура, тем больше вероятность ее распада. Органическое вещество очень хрупкое и рано или поздно разрушается под действием ультрафиолетового излучения или химических веществ. Составляющие его атомы вновь используются в тех или иных сочетаниях. Простая молекула СО₂ гораздо стабильнее молекулы ДНК. Но если частица материи умеет реплицироваться, вероятность ее сохранности удваивается. Теперь только время решает, как долго проживет дочерний организм, а если дочернему организму тоже удастся себя воспроизвести, частица материи сохраняется бесконечно.

Способность к репликации не имеет в себе ничего сверхъестественного. Как утверждал химик Грэхем Кернс-Смит из Глазго в книге «Семь ключей к происхождению жизни», кристаллы глины воспроизводятся на дне ручьев исключительно за счет физических процессов. Вряд ли вы заподозрите, что в этом задействована какая-то магическая жизненная сила. Так что жизнь настойчиво пытается себя воспроизвести по той причине, что иначе она вообще не могла бы существовать. Выживают только способные к репликации единицы, поэтому все живые существа должны уметь реплицироваться.

Учитывая тенденцию материи к распаду, очень важна скорость репликации. Если считать, что скорость распада является величиной постоянной, для выживания скорость репликации должна быть выше этой величины. Этим соотношением в 1973 г. заинтересовался химик Лесли Оргел из Института Солка в Сан-Диего. Он рассуждал о поведении популяции «бессмертных» клеток в клеточной культуре, подвергающихся воздействию излучения разной интенсивности. В данном случае бессмертными клетками называют популяцию клеток, способную делиться бесконечно и не стареть (это не означает, что составляющие популяцию индивидуальные клетки не погибают или не умирают). Так ведут себя клетки двух типов — бактериальные и опухолевые. И те и другие могут расти в клеточной культуре без каких-либо признаков старения, но в каждый момент времени какая-то часть клеток (вероятно, от 10 до 30%) не имеет возможности делиться. Эти клетки умирают, но их место занимает потомство делящихся клеток. Оргел показал, что при облучении «бессмертной» популяции клеток с такой интенсивностью, при которой вероятность выживания дочерних клеток не превышает 50% (при этом скорость репликации становится ниже скорости распада), популяция постепенно начнет вымирать и со временем (теоретически) исчезнет. При более низкой интенсивности облучения популяция может расти, хотя и медленнее, чем в контроле.

Мы уже знаем, что влияние излучения на биологические молекулы в значительной степени связано с расщеплением воды и с образованием свободных радикалов, таких как гидроксильные радикалы. Они не выбирают мишени, а нападают практически на любые органические молекулы и повреждают их. Эти атаки беспорядочны и беспрерывны. При сохранении целостности клетки повреждение белков и липидов не обязательно ведет к смертельному исходу. Если у клетки есть достаточный запас энергии, биологические молекулы могут быть восстановлены или заменены новыми в соответствии с инструкциями, записанными в ДНК[66]. Дело обстоит сложнее при повреждении самой ДНК. Если в результате этого начинают синтезироваться нефункциональные белки, не способные выполнять какую-то важную работу в клетке, например синтезировать другие белки, клетка практически наверняка погибает. Таким образом, центральным вопросом биологии является обеспечение сохранности ДHK, передаваемой из поколения в поколение.

Давайте опять вернемся к «бессмертной» клеточной культуре. Предположим, что популяцию подобных клеток облучают с такой интенсивностью, что погибает больше половины клеток. Какое-то время популяция сокращается, как и предсказывал Оргел, но затем мы наблюдаем признаки «выздоровления», хотя облучение продолжается с прежней интенсивностью. Спустя некоторое время мы опять можем обнаружить процветающую популяцию, нечувствительную к излучению. Теория предсказывает совсем иной результат. Что же происходит?

Действует естественный отбор. В клетках происходят некоторые изменения. Прежде всего, какие-то клетки делятся быстрее остальных. Эти быстро реплицирующиеся клетки постепенно занимают в популяции доминирующее положение, поскольку они с наибольшей вероятностью успевают поделиться до того, как разрушается их ДHK. Теперь вся популяция в целом удваивается за более короткий отрезок времени. Выжившие клетки синтезируют новый набор генов быстрее, чем излучение разрушает исходный набор. Для потомства вероятность выжить и сохранить геном превышает 50%.

Если клеткам хватает пространства и питания, этой адаптации может оказаться достаточно. Однако клетки могут адаптироваться и по-другому. В возобновляющейся популяции встречаются клетки с дополнительными копиями ДНК: у них есть несколько идентичных хромосом. Наличие дополнительных хромосом дает тот же результат, что и повышение скорости репликации, но не только. Если каждая клетка имеет по одной копии всех генов, любое повреждение гена может лишить клетку важного белка и привести к ее гибели. Но при наличии нескольких копий всех генов клеточная функция пропадает только при повреждении одного и того же гена на всех хромосомах. Создание дополнительного набора генов обходится значительно дешевле, чем создание новой клетки (со всеми белками, митохондриями, везикулами и мембранами), которая впоследствии столкнется с теми же проблемами, что и ее родители.

Вполне возможно, что мы обнаружим еще две адаптации. Первая заключается в повышении частоты конъюгации, при которой две бактериальные клетки на какое-то время соединяются и одна передает другой дополнительные копии генов. Вторая — реакция на стресс. Конъюгацию бактерий можно сравнить с половым размножением. Приобретение генов из разных источников и с разной историей снижает вероятность того, что обе копии гена будут иметь одно и то же повреждение (именно такая ситуация наблюдается при репликации поврежденного гена). Представьте себе, что у вас и у вашего друга одинаковые костюмы. Допустим, вы порвали брюки от костюма, но и другу не повезло, только у него дыра оказалась на пиджаке. Вы можете надеть свой пиджак и его брюки и вполне прилично выглядеть. Такое перемешивание и подгонка генов — суть конъюгации у бактерий и полового размножения у высших организмов.

Стрессовые реакции тоже характерны практически для всех организмов от бактерий до человека. О некоторых стрессовых белках мы говорили в главе 10. Их работу можно сравнить с работой службы скорой помощи: они помогают отремонтировать поврежденную ДНК, расщепляют поврежденные белки и предотвращают распространение вышедших из-под контроля цепных свободнорадикальных реакций. Клетки, которые умеют включать эти защитные реакции в ответ на изменение условий, имеют преимущество перед остальными. Они выживают и воспроизводятся, тогда как их менее адаптированные родственники, даже имеющие дополнительные хромосомы, с большей вероятностью накапливают повреждения и в конечном итоге погибают.

Таким образом, воздействуя излучением на популяцию бактериальных клеток, через несколько поколений мы можем получить нечувствительные к излучению клетки. Теперь представьте себе, что мы отключаем источник излучения. Мы отобрали популяцию закаленных бактерий, снабженных доспехами, как средневековые рыцари, и заставили их жить в мирное время. Теперь вся эта дополнительная защита становится ненужным грузом, который приходится воспроизводить со значительными затратами. Каждый раз, когда устойчивая к стрессу клетка удваивается, она воспроизводит множество копий своих генов и направляет значительное количество энергии на производство дополнительных стрессовых белков. Если какая-то бактерия теряет несколько хромосом и отключает стрессовые реакции, она начинает реплицироваться быстрее. Прежде чем произвести потомство, наша клетка-рыцарь должна скинуть с себя доспехи. Всего через несколько поколений устойчивые к стрессу бактерии забывают о своем прошлом. С нашей антропоцентрической точки зрения, заставляющей нас постоянно приписывать природе какую-то цель, такой бесконечный цикл кажется бессмысленным и неоправданным, но таков принцип эволюции. Именно поэтому бактерии — все еще бактерии.

Какое отношение это имеет к старению? Бактерии в большинстве своем вообще не стареют. Они поддерживают целостность своих генов за счет быстрого воспроизведения. Они способны делиться каждые 30 минут. Они защищаются, создавая дополнительные хромосомы, обмениваясь генами посредством конъюгации и горизонтального переноса (cм. главу 8), а также восстанавливая поврежденную ДНК. Ошибки в ДНК, которые несовместимы с нормальным функционированием клетки, устраняются естественным отбором, а любые полезные мутации столь же быстро распространяются в популяции. Так бактерии существуют уже примерно 4 млрд лет. Конечно, они эволюционировали и в этом смысле постарели, но во всех других отношениях они столь же молоды, как и бесконечное число поколений назад.

Важно отметить, что поддержание жизни бактериальной популяции сопряжено с массовой гибелью клеток. За 24 часа одна бактериальная клетка может произвести 2⁴⁸ (10¹⁶) новых клеток, что составляет около 30 кг биомассы. Понятно, что такой экспоненциальной рост невозможен. В большинстве природных сред размер бактериальных популяций изменяется слабо. Бактерии гибнут от нехватки питательных веществ или воды, становятся пищей других организмов, таких как нематоды, или перестают делиться из-за каких-то повреждений. Если количество смертей в массовом масштабе превышает количество рождений, естественный отбор вычищает из популяции генетические повреждения. Выживают только наиболее приспособленные. Как это ни странно звучит, лучший критерий для бессмертия — смерть.

Таким образом, мы приходим к интересному выводу. Если старение не является обязательным атрибутом жизни и свойственно не всем живым существам, значит, оно является результатом эволюции. А если старение — результат эволюции, оно должно хотя бы отчасти определяться на генетическом уровне, поскольку только зафиксированные на генетическом уровне признаки могут передаваться из поколения в поколение. Наконец, если старение не уничтожено естественным отбором, оно должно нести в себе какие-то преимущества.

Старение эволюционировало в то же время, что и половое размножение. Под половым размножением я понимаю создание половых клеток, таких как сперматозоиды и яйцеклетки, при слиянии которых возникает новый организм. Термины «половое размножение» и «воспроизведение» часто воспринимают как взаимозаменяемые, но в техническом плане это совсем не одно и то же. Как заметили Джон Мейнард Смит и Эорс Шатмари, «Половой процесс, на самом деле, противоположен воспроизведению, поскольку при воспроизведении клетка делится надвое, а при половом размножении две клетки cливаются воедино». Возникает вопрос, который, как мы увидим, относится и к проблеме старения: какие преимущества это дает отдельной особи?

На уровне популяции половое размножение обеспечивает несколько преимуществ. По-видимому, самым важным преимуществом является возможность быстрого распространения новых версий генов, обеспечивающая генетическую вариабельность популяции. Многие гены существуют в разных вариантах, и половое размножение позволяет создавать новые и постоянно изменяющиеся сочетания данных вариантов. В человеческой популяции это разнообразие проявляется совершенно явственно: среди всех людей вы вряд ли найдете двух генетически идентичных индивидов, за исключением однояйцевых близнецов. Это очень важно, поскольку такие популяции лучше адаптируются к изменяющимся условиям внешней среды или к действию естественного отбора.

Однако эти преимущества проявились только после эволюции полового размножения, но, как мы обсуждали в главе 7, эволюция не имеет цели. Чтобы тот или иной признак распространился в популяции, сначала он должен обеспечивать какие-то преимущества на уровне отдельных особей, которые начинают процветать за счет других особей, не имеющих этого признака. Преимущества рекомбинации генов на уровне отдельных особей совершенно неочевидны. При половом размножении две здоровые особи, которым удалось дожить до половой зрелости, спариваются между собой, перемешивая свое надежное генетическое содержимое, которое по статистике в результате такого перемешивания вполне может стать менее надежным. Причины появления полового размножения до сих пор горячо обсуждаются учеными, и мы поговорим об этом чуть позже. А сейчас заметим только, что те же самые соображения касаются и процесса старения. Если старение — результат эволюции, оно должно было обеспечивать какие-то преимущества на уровне отдельных особей, иначе оно никогда не распространилось бы в качестве неотъемлемого признака самых разных форм жизни. Старение распространено даже шире, чем половое размножение, поскольку присуще практически всем растениям и всем животным. Это означает, что его преимущества были весьма существенными.

Поскольку половое размножение и старение тесно связаны между собой, мы сначала исследуем преимущества полового размножения на уровне отдельных клеток. Важнейшим параметром является скорость воспроизведения. При бесполом размножении микроорганизмов, таких как бактерии, воспроизведение заключается просто в делении клетки надвое (бинарное деление), так что из одной клетки получаются две, из двух четыре и т. д., и рост популяции в целом подчиняется экспоненциальному закону. Скорость роста популяции, размножающейся половым путем, очевидно, намного ниже: из двух половых клеток получается одна, которая должна разделиться надвое, прежде чем произведет дочерние клетки, которые могут сливаться с другими клетками для производства потомства. Кроме того, половые клетки должны найти друг друга и удостовериться в том, что подходят друг другу. Этот процесс энергетически дорог и полон опасностей. Всего за несколько поколений бесполая популяция намного обгоняет по численности популяцию, размножающуюся половым путем. Верно и обратное: если в популяции, размножающейся половым путем, появляются бесполые особи, через некоторое время вся популяция становится бесполой. Если исходить из арифметических расчетов, половое размножение не должно было возникнуть вовсе, а если оно появилось против всяких правил, оно давным-давно должно было исчезнуть. Почему же этого не произошло?

Чтобы ответить на вопрос, мы должны вернуться к центральной проблеме биологии: как поддерживать целостность генетической информации при ее передаче каждому следующему поколению? Мы видели, что бактерии решили этот вопрос за счет высокой скорости воспроизведения при строгом отборе. Таким образом, при бесполом размножении плата за генетическую чистоту — высокий уровень смертности, а это очень высокая цена. Возможно, она безразлична слепому часовщику (так эволюционный биолог Ричард Докинз называет естественный отбор), но это невероятно расточительный способ существования по сравнению с другим, гораздо более эффективным способом устранения или хотя бы маскировки генетических дефектов. Половое размножение, несомненно, позволяет гораздо более эффективно скрыть повреждения. Это основа такого волшебного явления, как сила гибрида, которым пользуются при разведении растений и животных. Суть в том, что потомство неродственных родителей по многим параметрам превосходит обоих родителей. Напротив, близкородственное скрещивание приводит к противоположному результату. Чтобы разобраться в этом, нужно подробнее рассмотреть механизм полового размножения, особенно форму клеточного деления, называемую мейозом.

Большинство организмов, размножающихся половым путем, включая человека, имеют специализированные половые клетки (гаметы), содержащие только половину генетического материала родительской клетки. Такие клетки называют гаплоидными, что означает, что они имеют лишь один набор хромосом, более или менее случайным образом составленный из двух родительских наборов. Когда гаметы сливаются друг с другом с образованием оплодотворенной яйцеклетки, каждая приносит один набор хромосом, в результате чего восстанавливается их полный набор. Таким образом, оплодотворенная яйцеклетка имеет два эквивалентных набора хромосом и называется диллоидной клеткой. Если бы клетки просто сливались друг с другом, получались бы тетраплоидные клетки с четырьмя наборами хромосом. Понятно, что продолжать так далее невозможно, и поэтому организмы, размножающиеся половым путем, производят половые клетки путем мейоза. При таком способе деления число хромосом сокращается вдвое, что вновь приводит к образованию гаплоидных половых клеток для следующего поколения.

Как и при любом другом способе клеточного деления, даже если в конечном итоге нужно получить лишь половинный набор хромосом, сначала каждая хромосома должна реплицироваться, в результате чего образуются две связанные между собой дочерние хромосомы. Затем на первой стадии мейоза двойные наборы хромосом спариваются и перемешиваются, как колода карт. В ходе этого процесса происходит обмен соответствующими частями спаренных хромосом. Представьте себе, что к верхней половине дамы червей присоединили нижнюю половину дамы пик или собрали костюм из брюк и пиджака от двух разных комплектов. Этот процесс называют рекомбинацией, и суть его заключается в том, что у следующего поколения на хромосомах возникают новые комбинации различных версий генов. Вот почему ребенок может оказаться похожим на дедушку, даже если его мать или отец вовсе не были на него похожи. На следующей стадии пары хромосом разделяются, образуя два ядра, которые по-прежнему являются диплоидными. На заключительной стадии мейоза происходит разделение дочерних хромосом обеих удвоенных хромосом с образованием из исходной диплоидной клетки четырех новых гаплоидных клеток с разными сочетаниями генов. Это очень упрощенная схема, но она передает общую суть процесса.

Таким образом, организмы, размножающиеся половым путем через процесс мейоза, имеют два важных отличительных признака. Во-первых, дети наследуют родительские гены и хромосомы в разных комбинациях. Во-вторых, такие организмы проходят в своем развитии как диплоидное, так и гаплоидное состояние.

Преимущество смешивания родительских хромосом объяснить легко. При слиянии двух гаплоидных клеток с образованием нового организма две копии каждого гена происходят от разных родителей с разным генетическим багажом и жизненной историей. Это снижает вероятность генетических нарушений или мутаций в обеих копиях каждого гена. Рекомбинация делает процесс «раздачи» генов достаточно случайным, как перетасовка колоды позволяет всем игрокам получить более или менее равноценный набор карт. Любая мутация того или иного гена у одного из родителей практически наверняка будет скомпенсирована нормальной копией гена другого родителя. Но если в результате маловероятного стечения обстоятельств потомство наследует две поврежденные копии одного и того же гена, оно уничтожается естественным отбором, избавляя популяцию от гибельных мутаций тем же путем, что и у бактерий. Таким образом, на уровне отдельных особей половое размножение является более эффективным способом сохранения целостности генетического материала при значительно более низком уровне смертности, чем бинарное деление.

Плюсы цикла между диплоидным и гаплоидным состоянием объяснить сложнее. Преимущества диплоидного состояния понятны. Диплоидная клетка с двумя эквивалентными наборами хромосом аналогична устойчивым к стрессу бактериям, накапливающим множество идентичных хромосом. Это компромиссное решение между дорогостоящим процессом создания множества одинаковых хромосом и опасностью обладания единственной копией каждого гена. Наличие двух эквивалентных хромосом позволяет исправить ошибки или восстановить разрывы в одной хромосоме, используя вторую хромосому в качестве матрицы. Однако преимущества гаплоидного состояния непонятны. Это состояние опасно, и его можно избежать, осуществляя цикл между диплоидным и тетраплоидным состояниями (с четырьмя хромосомами), которые гораздо менее опасны. Еще более странным кажется то, что гаплоидное состояние не так уж редко встречается в природе и присуще не только половым клеткам. Например, самцы многих видов перепончатокрылых насекомых, включая ос, пчел и муравьев, являются полностью гаплоидными — они развиваются из неоплодотворенных яиц. Напротив, все самки появляются из оплодотворенных яиц и являются диплоидными. И это не случайно. В определенных условиях гаплоидное строение мужских клеток поддерживается на поведенческом уровне. Например, у медоносных пчел 8% новорожденных самцов имеют диплоидное строение ядра, а остальные — гаплоидное. В экстремальных ситуациях за шесть часов рабочие пчелы находят и поедают всех диплоидных особей.

Почему это так? Точного ответа у нас нет, но специалист в области информатики Вирт Этмар, глубоко интересующийся вопросами экологии и поведения животных, в статье в журнале Animal Behaviour в 1991 г. высказал интересную гипотезу. Странно, что его идею не восприняли молекулярные биологи; возможно, мало кто из них читает этот журнал. Этмар считает, что гаплоидные самцы служат в качестве «вспомогательного фильтра генетических дефектов», поскольку позволяют естественному отбору выявить латентные генетические дефекты. Другими словами, поскольку генетические ошибки в гаплоидном организме скрыть невозможно, здоровые гаплоидные самцы обязательно имеют практически идеальный набор генов. В этом смысле гаплоидные самцы представляют собой вариант гаплоидных сперматозоидов. Но зачем природа создает целое гаплоидное животное? Ведь сперматозоиды произвести гораздо проще — в 1 мл спермы их содержится 100 млн.

По мнению Этмара, ответ кроется в различии между «генами домашнего хозяйства» и «генами роскоши». «Гены домашнего хозяйства» отвечают за основные метаболические функции клетки и активны практически во всех клетках, включая сперматозоиды. Напротив, «гены роскоши» кодируют специализированные белки, которые синтезируются лишь в определенных клетках, например гемоглобин в эритроцитах млекопитающих. Дефект гемоглобина в гаплоидном организме, безусловно, был бы выявлен сразу (и такие болезни, как серповидно-клеточная анемия, оказались бы немедленно устранены), но он никак не проявляется в гаплоидных сперматозоидах, в которых гемоглобина нет. Кстати, Этмар также замечает, что мужчины гаплоидны по Х- и Y-хромосомам, тогда как женщины диплоидны по Х-хромосоме. Поскольку только мужчины страдают от генетических дефектов, связанных с мутациями генов на Y- или на Х-хромосоме, таких как гемофилия или дальтонизм, возможно, умеренная форма гаплоидии у человека тоже помогает очищению зародышевой линии (наследуемой ДНК в половых клетках). Этмар утверждает, что эта умеренная форма гаплоидии у большинства видов дополняется эволюцией агрессивного мужского поведения и высоким уровнем смертности, так что только здоровые доминантные самцы выживают и оплодотворяют самок.

Предположим, гаплоидные самцы действительно нужны для выявления дефектов. Это объясняет некоторые странные экспериментальные данные, которые легли в основу некогда популярной теории старения — теории «соматических мутаций» (от слова «сома», означающего «тело»). В соответствии с этой теорией старение связано с накоплением спонтанных мутаций в соматической ДНК за время жизни животного, как рак, который тоже является результатом накопления спонтанных мутаций. Эту теорию легко проверить. Если старение действительно вызывается спонтанными мутациями и наличие двух копий одного и того же гена маскирует повреждения в одной из копий, тогда гаплоидные животные должны стареть быстрее диплоидных. Более того, облучение должно ускорять старение гаплоидных самцов быстрее, чем диплоидных самок, поскольку функционирование гаплоидного организма может быть нарушено в результате единственной мутации. Экспериментальная проверка показала, что это не так. Продолжительность жизни гаплоидных самцов и диплоидных самок примерно одинаковая. И хотя очень высокие дозы облучения убивают самцов ос быстрее, чем самок (чего и следовало ожидать в экстремальной ситуации, совсем не отражающей нормальный процесс старения), низкие дозы никак не влияют на скорость старения.

Эти результаты не подтверждают идею о том, что старение является результатом накопления соматических мутаций. Очевидно, старение ос нельзя объяснить исключительно спонтанными мутациями. В рамках эволюционной теории такой результат вполне предсказуем. Если функция гаплоидных самцов заключается в устранении дефектов в зародышевых клетках, здоровые самцы должны быть достаточно сильными, чтобы дожить до момента передачи своей практически идеальной ДНК следующему поколению. Это означает, что скорость спонтанных мутаций в их ДНК не может быть очень высокой, иначе они не успеют передать свою ДНК. В целом дальнейшие исследования подтвердили, что скорость спонтанных мутаций не настолько высока, чтобы вызвать старение большинства организмов (хотя, безусловно, мутации вносят вклад в процесс старения).

Половое размножение позволяет устранить дефекты в зародышевых клетках за счет рекомбинации ДНК из разных источников, а также за счет того, что предоставляет для действия естественного отбора не всю популяцию в целом, а лишь ее часть — гаплоидные половые клетки. В мужской сперме, выделяющейся при одной эякуляции, содержится несколько сотен миллионов сперматозоидов, которые участвуют в жесточайшей конкуренции за оплодотворение яйцеклетки. До яйцеклетки добирается лишь пара тысяч сперматозоидов, а 99,9999% погибают по дороге: это естественный отбор, сравнимый с естественным отбором у бактерий, и проявление принципа избыточности. Чтобы поддерживать здоровой линию зародышевых клеток, на суд естественного отбора отдается избыточная часть популяции, из которой только лучшие экземпляры могут становиться частью зародышевой линии. Видимо, неприятное ощущение ненужности, знакомое многим мужчинам, имеет очень глубокие корни. Но это не все. Принцип избыточности лежит в основе разделения клеток на соматические и клетки зародышевой линии.

На самом фундаментальном уровне функция половых клеток заключается в том, чтобы передавать неповрежденную ДНК следующему поколению, тогда как функция соматических клеток — не сохраниться на века, а быть выбранными за силу и здоровье. Это различие между половыми и соматическими клетками восходит к истокам возникновения полового размножения. Мы не знаем, как появилось это различие, но его связь с половым размножением обсуждается в книге «Половое размножение и происхождение смерти», написанной иммунологом Уильямом Кларком из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. На примере парамеция (микроскопического одноклеточного животного, обитающего в пресноводных прудах) Кларк демонстрирует, какими могли быть первые эволюционные связи между дифференцировкой (в данном случае внутри одной клетки), половым размножением, старением и смертью.

Парамеций может размножаться как половым, так и бесполым способом. Бесполое размножение происходит за счет почкования дочерних клеток от материнской клетки. Однако этот процесс не может идти бесконечно. Даже при оптимальных условиях выращивания примерно через 30 клеточных делений в культуре клеток начинают проявляться признаки старения. Скорость роста клеток снижается, они перестают делиться, и, если популяция не оживляется за счет полового размножения, она погибает. Эта ситуация кардинальным образом отличается от ситуации в популяции бактериальных клеток, которая в целом теоретически бессмертна, хотя многие составляющие ее клетки умирают. В случае парамеция смертной оказывается вся популяция в целом. Такая картина объясняется сложным жизненным циклом парамеция. Одноклеточный парамеций имеет два ядра: крупное называется макроядром, а мелкое — микроядром. Макроядро отвечает за рутинные функции клетки, тогда как микроядро содержит плотно упакованную и связанную с белками неактивную ДНК. При бесполом делении клетки микроядро на какое-то время просыпается, воспроизводит свою ДНК для создания микроядер дочерних клеток и вновь отключается. Одновременно с этим макроядро тоже делится с образованием новых макроядер для дочерних клеток.

По-видимому, макроядро стареет и умирает первым. Мы точно не знаем, что вызывает его старение. Хотя Кларк склоняется к теории программированного старения (в чем, как мне кажется, он не прав), он связывает старение микроядра с износом — с накоплением на протяжении 30 поколений случайных генетических мутаций. Но какой бы ни была причина старения клеток парамеция, чтобы перезапустить биологические часы, он должен прибегнуть к половому размножению. При слиянии двух подходящих клеток в них пробуждаются микроядра, которые делятся путем мейоза с образованием двух гаплоидных микроядер для каждой дочерней клетки. Одно ядро из каждой клетки обменивается на одно ядро из другой клетки, и вновь перемешанные пары гаплоидных ядер сливаются с образованием одного диплоидного микроядра для каждой клетки. Далее эти ядра делятся путем митоза с образованием новых диплоидных макроядер для каждой клетки. Новые микроядра отключаются, а новые микроядра принимаются за рутинную работу. Старые микроядра расщепляются по определенной программе, а их компоненты утилизируются омоложенными клетками. Таким образом, парамеций сочетает преимущества быстрого воспроизведения бесполым способом и периодического вычищения генома за счет полового размножения.

Расщепление старого микроядра, вероятно, является отражением важнейшего этапа эволюции. Мы впервые сталкиваемся с ситуацией, когда ДHK не передается следующему поколению, а направляется на уничтожение. Не объясняет ли это происхождение соматических клеток и свойственного им процесса старения? Как считает Кларк, «именно программируемая смерть микроядра первых эукариот, таких как парамеций, стала предвестником нашей собственной смерти». Я не знаю, так это или нет в буквальном смысле (Кларк видит связь между программируемым разрушением макроядра и программируемым разрушением человеческого тела), но в общем смысле это, безусловно, верно. Соматические клетки (клетки тела) — полезное, но вторичное образование по отношению к зародышевым клеткам, и они не просто смертны, но их гибель запрограммирована. Преимущества очевидны: тело позволяет осуществлять специализацию отдельных клеток (а специалисты всегда имеют преимущество перед дилетантами) и обеспечивать защиту зародышевых клеток. Однако наше тело не должно нас переживать. Как гласит старая пословица, курица — лишь способ сделать из яйца новое яйцо. Человек — лишь надежный способ для яйцеклетки передать генетическое содержимое новой яйцеклетке.

Одноразовая сома сыграла важнейшую роль в эволюции старения и позволяет объяснить, почему мы стареем, но не объясняет механизм старения. Теория старения, связанная с идеей одноразовой сомы, была сформулирована Томом Кирквудом в конце 1970-х гг. и позднее развивалась Кирквудом и знаменитым генетиком Робином Холлидеем. Сегодня большинство ученых считают эту теорию оптимальной основой для изучения процессов старения.

Теория строится на различии между бессмертными зародышевыми клетками и смертными соматическими клетками (клетками тела), которое впервые подметил великий немецкий биолог Август Вейсман в 1880 г. Кирквуд и Холлидей считали причиной этого различия необходимый компромисс между выживанием и воспроизведением. Клетки тела нужны хотя бы для того, чтобы дожить до репродуктивного возраста. Это обходится организму дорого: на поддержание здорового тела и духа на протяжении достаточно долгого периода, пока размножаются зародышевые клетки, уходит значительная часть энергии организма. Бóльшая часть поглощаемой нами еды сжигается для поддержания тела в рабочем состоянии: сердце должно биться, мозг — думать, почки — фильтровать, легкие — дышать. То же самое справедливо и на клеточном уровне. Повреждения и мутации ДНК, о которых мы говорили в предыдущих главах, необходимо исправлять за счет синтеза и встраивания новых фрагментов. Нужны специфические механизмы, проверяющие качество репарации ДНК. Поврежденные белки и липиды нужно расщеплять и заменять новыми. Значительный оборот белков в нашем организме подтверждается активным потреблением азота (в форме аминокислот) и его постоянным выведением (в виде мочевины с мочой). Выделение мочевины отражает расщепление и выведение поврежденных белков. Гипотеза одноразовой сомы гласит, что все эти операции осуществляются за счет энергии, которую можно было бы направить на воспроизведение.

Справедливость гипотезы зависит от ее предсказательной способности. Если для выживания и воспроизведения требуется энергия или ресурсы, источник которых ограничен, должно существовать какое-то оптимальное равновесие, когда на одной чаше весов находится поддержание сохранности тела, а на другой — успешность воспроизведения. Это оптимальное равновесие должно быть разным для разных видов организмов в зависимости от среды обитания, конкуренции, фертильности и других факторов. В таком случае должна существовать общая зависимость между продолжительностью жизни вида и его плодовитостью (количеством детенышей за репродуктивный период). Более того, факторы, увеличивающие продолжительность жизни, должны снижать плодовитость, и наоборот. Существуют ли такие закономерности в природе?

Несмотря на все сложности определения максимальной продолжительности жизни и репродуктивного потенциала животных в дикой природе и даже в зоопарках, ответ на этот вопрос однозначно положительный. За некоторыми исключениями, обычно связанными с особенностями существования, наблюдается строгая обратная зависимость между максимальной продолжительностью жизни и плодовитостью вида. Например, мыши начинают размножаться в возрасте шести недель от роду, приносят ежегодно несколько приплодов и живут всего около трех лет. Домашние кошки первый раз приносят котят примерно в год, дают два или три приплода в год и живут 15 — 20 лет. Травоядные животные обычно производят детенышей один раз в год и живут 30 — 40 лет. Вывод такой, что за высокую плодовитость приходится расплачиваться малой продолжительностью жизни, а при большой продолжительности жизни наблюдается низкая плодовитость.

А верно ли, что факторы, повышающие продолжительность жизни, снижают плодовитость? Целый ряд данных подтверждает эту идею. Например, при ограничении калорийности питания, когда животных переводят на сбалансированную, но низкокалорийную диету, продолжительность жизни возрастает на 30 — 50%, но плодовитость в этот период снижается. В главе 13 мы обсудим молекулярные основы этой закономерности, которые только начинают вырисовываться, хотя впервые эта идея была высказана в 1930-х гг. Тем не менее суть этой закономерности в дикой природе ясна: при недостатке пищи неограниченное воспроизведение угрожает жизни и родителей, и потомства. Модель ограничения калорийности питания отражает картину умеренного голода и усиления общего стрессового ответа организма. Когда голодные времена позади, животные вновь начинают нормально размножаться. Но если цель стрессового ответа заключается в том, чтобы сохранить животным жизнь до наступления лучших времен, мы действительно должны наблюдать обратную зависимость между выживаемостью и плодовитостью. Известны ли примеры менее экстремальных ситуаций?

Иногда в дикой природе можно наблюдать отбор долгожителей. В начале 1990-х гг. зоолог Стивен Аустад, работавший в Гарварде, изучал продолжительность жизни, старение и плодовитость виргинского опоссума — единственного сумчатого животного североамериканского континента. Опоссума считают одним из самых глупых животных; отношение размера головного мозга к общему размеру тела у него меньше, чем у большинства млекопитающих. Опоссумы являются легкой добычей для хищников. Их излюбленный способ защиты — притворяться мертвыми, со всеми печальными и предсказуемыми последствиями. В горах Виргинии опоссумы редко живут дольше 18 месяцев (более половины становятся добычей хищников, а те, кого не съедают, очень быстро стареют). Но благодаря невероятной плодовитости они до сих пор не вымерли и даже распространились. В среднем за один сезон самка приносит два приплода по 8 — 10 детенышей в каждом.

Аустад решил узнать, как изменяется продолжительность жизни и плодовитость опоссумов, если им не угрожают хищники. Подходящим местом для эксперимента оказался остров Сапело у берегов Джорджии, где опоссумы, по-видимому, живут уже на протяжении 4000 или 5000 лет. Условия эксперимента позволяют проверить теорию одноразовой сомы. В соответствии с теорией эволюции в среде, где нет хищников, опоссумы стареют медленнее. Животные с большей продолжительностью жизни дольше приносят потомство, и, следовательно, естественный отбор благоприятствует их выживанию по сравнению с короткоживущими особями. Однако существует два варианта развития событий, и это позволяет пролить свет на механизм старения. Если старение — просто результат накопления повреждений, замедление этого процесса должно увеличивать продолжительность жизни, но не влиять на плодовитость в более молодом возрасте. Напротив, если цена здоровой старости — снижение плодовитости, мы должны наблюдать иную картину: увеличение продолжительности жизни достигается за счет снижения плодовитости в ранние годы.

В эксперименте с опоссумами наблюдалась вторая ситуация. Аустад наблюдал за 70 опоссумами в горах Виргинии и на острове Сапело. Он подтвердил, что материковые опоссумы после 18 месяцев очень быстро старели, так что в их жизни был лишь один сезон размножения. Только 8% особей доживали до второго сезона размножения, и никто не доживал до третьего. В среднем самки приносили по восемь детенышей за один сезон. Напротив, островные животные старели значительно медленнее. Примерно половина самок доживала до второго сезона размножения, и 9% — до третьего. Биохимические параметры старения (образование перекрестных сшивок коллагена в хвосте животных — тот же самый процесс, с которым связано появление морщин у нас на коже) показали, что островные животные стареют примерно в два раза медленнее своих материковых сородичей. Но важно, что в каждом помете островных животных было не восемь детенышей, а пять или шесть. Количество детенышей в первом и втором помете было одинаковым, и это означает, что плодовитость не снижается с возрастом, а перераспределяется в зависимости от продолжительности жизни.

Аналогичные наблюдения были сделаны и в отношении других животных, обитающих даже в менее изолированной среде. Например, продолжительность жизни и плодовитость рыбок гуппи (пресноводных южноамериканских рыбок, названных по имени священника Р. Дж. Л. Гуппи, который прислал первые образцы рыбок из Тринидада в Музей естественной истории в Лондоне) зависят от количества обитающих в водоеме хищников. При большом числе хищников и высоком уровне смертности наблюдаются быстрое старение и сжатый репродуктивный период. Рыбы, живущие дольше, отличаются сниженной плодовитостью (точнее говоря, более растянутым репродуктивным периодом). Такая же картина наблюдается и для некоторых птиц. Ларс Густавсон сообщал об обратной зависимости между размером выводка и продолжительностью жизни мухоловок на шведском острове Готланд. Птицам приходится расплачиваться за раннее наступление репродуктивного периода: самки, откладывающие больше яиц в начале жизни, позднее приносят меньший приплод по сравнению с теми, у которых первые кладки были небольшими.

Верно ли, что при угрозе выживанию животные начинают воспроизводиться быстрее? Такое явление было бы экологически эквивалентным более быстрой репликации бактерий в условиях облучения или, возможно, нашим собственным попыткам срочно найти полового партнера при прекращении опасности ядерной войны. Безусловно, есть данные в пользу справедливости теории одноразовой сомы, но считать ее окончательно доказанной пока нельзя. Можно ли имитировать эту связь в лабораторном эксперименте, не прибегая к помощи хищников или других факторов, укорачивающих продолжительность жизни?

Примером может служить один классический эксперимент. Дажe в лабораторных условиях за увеличение продолжительности жизни плодовые мушки (дрозофилы) расплачиваются снижением плодовитости. Такой вывод сделал эволюционный биолог Майкл Роуз и его коллеги из Университета Калифорнии в Ирвине. Роуз предположил, что дрозофилы, которые быстрее других достигают половой зрелости, являются cамыми плодовитыми и, следовательно, живут меньше остальных. Напротив, медленно взрослеющие насекомые менее плодовиты, но живут дольше. Для проверки этой гипотезы он поддерживал размножение двух популяций дрозофил. В первой популяции в каждом поколении Роуз собирал первые отложенные яйца и использовал их для выведения следующего поколения. Во второй популяции для выведения следующего поколения он каждый раз брал последнюю кладку. Оказалось, что за 10 поколений продолжительность жизни особей во второй популяции выросла более чем в два раза. Общее количество яиц, отложенных за всю жизнь самками из двух популяций, было примерно одинаковым, однако долгоживущие дрозофилы в отличие от короткоживущих дрозофил приносили меньше потомства в молодом возрасте и больше — в более позднем. Таким образом, даже при отсутствии хищников или каких-то других опасностей имеет место компромисс между продолжительностью жизни и плодовитостью, и за долгожительство приходится платить снижением плодовитости в молодом возрасте.

Может показаться, что компромисс между половым размножением и смертью является самым худшим исходом в худшем из миров. Непорочность в обмен на долгую жизнь? Неужели это подтверждает мрачное высказывание Аристотеля о том, что секс укорачивает жизнь? На самом деле все наоборот. Этот компромисс освобождает нас от догмы о том, что старение неизбежно. Занятия сексом напрямую не связаны с продолжительностью жизни, конечно, если они не противопоказаны по состоянию здоровья. Связь заключается в том, что ресурсы, которые наш вид за время эволюции направлял на воспроизведение, могли быть направлены на поддержание сохранности организма. За миллионы лет эволюции человека установилось равновесие, но теоретически это равновесие можно сдвигать. Всегда считалось, что мы извлекали максимум пользы из имевшихся ресурсов, отпущенных на теоретически вероятный период жизни в дикой природе. Но сегодня никакие из этих условий (ограниченность ресурсов, смерть от зубов хищника, инфекции, травмы) не соответствуют тому, что определяло жизнь наших самых древних предков.

При условии, что гипотеза одноразовой сомы справедлива, можно сделать два предсказания, основанные на перечисленных выше фактах. Во-первых, установившееся оптимальное значение продолжительности жизни можно сдвинуть путем изменения параметров. Изменения продолжительности жизни, о которых мы говорили, происходили на протяжении многих поколений. Если мы хотим увеличить продолжительность нашей собственной жизни за одно поколение, нужно пересмотреть условия договора — гены или биохимические механизмы, определяющие продолжительность жизни. Во-вторых, мы можем в полной мере воспользоваться долгой жизнью, не оставаясь бездетными. Природа предлагает нам иной путь — отсрочить половое созревание.

В следующих главах мы изучим условия этого компромисса и возможность внести в него какие-либо изменения. Однако сначала следует задуматься о нас самих. Можно ли доказать, что продолжительность жизни людей оптимальным образом связана с плодовитостью? Ведь из каждого правила существуют исключения, особенно в биологии. Не является ли исключением человек? Решить этот вопрос напрямую трудно, поскольку мы живем долго и для непосредственных измерений понадобятся десятилетия. Но наблюдения двух типов показывают, что мы не являемся исключением из общего правила.

Первое наблюдение заключается в том, что продолжительность жизни человека намного больше, чем всех других приматов. Плодовитость человекообразных обезьян практически не изменилась за время эволюции. Самки шимпанзе, горилл, орангутанов, как и женщины, рожают примерно одинаковое количество детенышей через каждые два или три года. Но при этом люди живут вдвое дольше, чем гориллы или шимпанзе. Объяснить это различие легко: долгожительство приматов куплено ценой отсроченного полового созревания — долгим периодом взросления. Люди живут вдвое дольше горилл, но период взросления у них длится на одну треть дольше.

Особенно наглядно эта тенденция проявляется в западном обществе. Женщины все позже и позже рожают первого ребенка. По данным Бюро информации по вопросам народонаселения США, лишь 10% европейских женщин рожают первого ребенка до достижения двадцатилетнего возраста, тогда как в развивающихся странах в целом этот показатель составляет около 33%, а в странах Западной Африки — 55%. Среди 15 млн молодых женщин, рожающих ребенка в возрасте от 15 до 19 лет, 13 млн проживают в наименее развитых странах. Пока еще рано говорить о том, идет ли в Европе активный отбор долгожителей, но это вполне вероятно. Мне кажется, вклад данной тенденции окажется более весомым, чем предсказуемые достижения медицины.

Второе наблюдение вытекает из генеалогических изысканий Тома Кирквуда и эпидемиолога Руди Вестендорпа из Университета Лейдена в Голландии. Кирквуд и Вестендорп рассудили, что подробные летописи рождений, смертей и браков британской аристократии могут пролить свет на связь между плодовитостью и продолжительностью жизни. Даже с учетом общей исторической тенденции уменьшения размера семей и увеличения продолжительности жизни они обнаружили, что «в среднем наиболее долго жившие аристократы чаще сталкивались с проблемой бесплодия». Ученые пришли к выводу, что предрасположенность к сравнительно долгой жизни связана со сравнительно низкой плодовитостью.

Мне нравится, что идея одноразовой сомы вполне справедлива для человека. Это хорошая новость в том смысле, что устаревший и выполнивший свою функцию оптимум продолжительности жизни теоретически может быть сдвинут в соответствии с новыми целями и задачами — устранить беды старческого возраста. Гипотеза одноразовой сомы предполагает, что скорость старения определяется количеством ресурсов, отведенных на поддержание сохранности организма. Теперь нам следует рассмотреть вопрос, почему эти ресурсы по мере старения используются менее эффективно. Мы прекрасно чувствуем себя в молодости, когда наша сексуальная энергия высока, почему же потом наступает упадок?

В рамках гипотезы одноразовой сомы нет различий между механистическими теориями старения — теориями программированного или стохастического старения. Может быть, мы запрограммированы затрачивать максимум ресурсов на поддержание организма вплоть до достижения половой зрелости, но затем переключаем ресурсы на воспроизведение и начинаем дряхлеть? Этот процесс легко наблюдать по гормональным изменениям, контролирующим развитие, пубертатный период и климакс. Может быть, так же контролируется и процесс старения? Или,напротив, старение — вовсе не запрограммированный процесс, а постепенное накопление повреждений. Тогда почему мы не начинаем стареть прямо с детства? Почему мы не «чувствуем», что стареем, пока не достигнем среднего возраста? Обо всем этом мы поговорим в следующих главах.