Теорія неймовірності

Чому ми старіємо

Старіння — це природний процес, притаманний майже всім живим організмам. Але чому ми старіємо? Запитання начебто здається безглуздим, адже все, що бачимо довкола — живе чи неживе, — з часом зношується та руйнується. Клітини людського тіла не є винятком. Упродовж життя вони поступово деградують через окислювальний стрес, вплив космічного випромінювання, накопичення відходів життєдіяльності тощо й зрештою гинуть. Така відповідь цілком могла б задовольнити, якби не одне велике «але». Старіння — це процес, притаманний більшості, та все ж не всім живим організмам. У природі існують одноклітинні мікроби, які не старіють. У тілі людини наявні клітини, як-от статеві чи ракові, які здатні ділитися нескінченну кількість разів і залишатися цілковито здоровими, попри космічне випромінювання чи накопичення відходів. Навіть більше, знайдуться багатоклітинні організми, які залишаються вічно молодими. Наприклад, медуза з непоказною латинською назвою Turritopsis dohrnii. Її ще іноді іменують медузою Бенджаміна Баттона або просто безсмертною медузою. Вона вміє повертати старіння навспак. Якщо умови середовища стають несприятливими, безсмертна медуза в буквальному сенсі старіє назад. Молодшає аж до зародкового поліпа. Сам факт її існування означає, що немає ніякого гена старіння. Тобто процес старіння не жорстко запрограмований. І тому запитання, з якого ми почали, аж ніяк не безглузде. Немає біологічного закону, який робив би старіння та смерть неминучими, втім абсолютна більшість організмів усе ж старіє та помирає. Чому?

Треба розуміти: щоразу, коли ми запитуємо, чому щось так, а не інакше в біології, ми ставимо еволюційне запитання. Усе живе на цій планеті постає результатом мільярдів років еволюції, і якби старіння було позбавлене сенсу для біологічних видів, організми не старіли б. На перший погляд, можливість жити та розмножуватися вічно видається колосальною еволюційною перевагою, проте це не так. Уявімо дві колонії мікроорганізмів на ранніх етапах еволюції життя. Припустимо, що перша колонія складається з мікробів, які не старіють і можуть розмножуватися як завгодно довго, тоді як мікроби в другій колонії, навпаки, швидко старіють і помирають. Теоретично перша колонія може дати набагато більше потомства, проте друга постійно еволюціонує, краще реагуючи на зміни в середовищі. Мікроби, які не старіють, безперестану плодять потомство, що належить до раннього етапу їхньої еволюції, тоді як їхні зістарювані конкуренти з кожним новим поколінням стають дедалі пристосованішими до навколишніх умов. За раптової зміни температури, вмісту кисню чи кислотно-лужного балансу короткоживучий вид швидше адаптується та з більшою ймовірністю виживе. Зрештою колонія простих смертних мікробів витіснить колонію довгожителів, оскільки останні гірше пристосовуються до змін. Саме тому практично все живе на сьогодні старіє та помирає. Старіння — це невідворотний наслідок еволюції. Ми успадкували його від перших примітивних форм життя.

Із цим розібралися. Але як саме старіння реалізується на молекулярному рівні? Тобто що відрізняє клітини, які старіють і помирають, від клітин, які можуть жити вічно?

Ось тут починається справді цікаве.

Зі шкільного курсу біології ви мали би пам’ятати, що таке хромосоми. Молекулярні структури в ядрі клітини, які нагадують літеру X і всередині яких захована ДНК. Так ось, на кінцях хромосом розташовані спеціальні ділянки, що їх називають теломерами. Останні нагадують пістончики на краях шнурівки, які захищають її від розтріпування. Річ у тім, що хромосома дуже крихка. Який-небудь високоенергетичний протон, який прилетів із космосу, легко її розірве. На щастя, у клітині є механізми репарації. Спеціальні ферменти мчать до місця розриву та швидко латають його. Теломери ж на кінцях хромосом потрібні для того, щоб ферменти-ремонтники не плутали ці кінці з розривом у спіралі ДНК. Якби теломер не було, ферменти з’єднували б кінці між собою, перетворюючи хромосому на незрозумілу кільцеву структуру, абсолютно непридатну для копіювання.

Під час кожного поділу клітини вже інший фермент кріпиться за краєчок теломери, а потім рухається вгору вздовж хромосоми, створюючи її копію. Він копіює все, за винятком ділянки, до якої кріпився. Тобто у скопійованій хромосомі теломери будуть трохи коротші й коротшатимуть далі з кожним новим поділом. Це означає, що, по-перше, будь-яка клітина має певний ліміт, після якого припиняє ділитися. А по-друге, вчені встановили, що довжина теломер безпосередньо впливає на геномну стабільність. Що коротші теломери, то повільніше відбувається експресія генів, що зумовлює зниження швидкості ремонту ДНК та накопичення у клітині дедалі більшої кількості пошкоджень. Це і є старіння: клітини діляться — теломери коротшають — оновлення молекул сповільнюється — в ДНК накопичуються помилки — і зрештою клітина гине.

Ну й найважливіше: як щодо безсмертної медузи? Що дає її клітинам змогу не старішати та ділитися незліченну кількість разів? Усі вони зазнають дії ферменту з назвою теломераза, який після кожного копіювання повертається на початок хромосоми та доточує до теломери той шматок, що не був скопійований. Будь-яка клітина з теломеразою існуватиме вічно. І якщо ви зараз подумали про еліксир молодості, то, певно, ваша правда. Учені поки що не уявляють, як можна доправити теломеразу до кожної клітини в тілі дорослої людини, проте й перешкод, які зробили б цей процес принципово неможливим, немає. І якщо спосіб доправлення знайдеться, він миттю стане ключем до вічного життя.