Эволюционные траты и выгоды
Почему львы не бегают быстрее? На короткой дистанции львы могут развивать внушительную скорость – 80 км/ч, но их добыча не менее быстра. Антилопы гну тоже бегают со скоростью 80 км/ч. Зебры и африканские буйволы могут развить скорость до 65 км/ч. Поскольку львы выживают, догоняя и убивая добычу, почему они не эволюционировали, чтобы бегать так же быстро, как гепард, который может развить скорость 112 км/ч?
Потому что, как и всегда в эволюции, приходится идти на определенные компромиссы. Гепард развивает невероятную скорость, потому что его стройное тело, небольшая голова и длинные, тонкие ноги очень аэродинамичны. У гепардов большие для их размеров сердца, легкие и ноздри, что помогает снабжать мышцы кислородом на такой скорости. Но за эти выгоды приходится расплачиваться. У гепарда маленькая голова и, соответственно, меньше зубы и слабее челюсти, чем у большинства других хищников.
Быстро бегающему льву, возможно, будет легче догонять добычу; из-за этого он будет более аэродинамичным, но не таким мускулистым. Быстрый лев падет жертвой конкуренции с другими львами и не сможет дать потомство.
Вот мы и дошли до вопросов старения. Разве жить и размножаться вечно – это не большое эволюционное преимущество? Животные, которые не стареют, теоретически могут дать во много раз больше потомства, чем их стареющие конкуренты.
Оказывается, у старения меньше издержек, чем может показаться. Продолжительность жизни у разных видов очень сильно различается, но большинство животных просто не доживает до старости. Голод, конкуренция между видами, хищники, болезни и рак убивают большинство животных задолго до того, как они доживают до старости. Старение никак не влияет на их смертность. «Издержки от старения» появляются только у животных, доживающих до того возраста, когда старость становится фактором смертности.
Есть и еще один фактор, не настолько очевидный. Организмы живут в своих экологических нишах, а эти экологические ниши рассчитаны лишь на определенное количество жителей. Ограничивающий фактор численности, например, оленей – это вовсе не рождаемость оленей. Численность зависит от доступности еды и наличия хищников. Если, скажем, определенный регион может прокормить лишь 1 тыс. оленей, что произойдет, когда там внезапно появится еще 1 тыс. оленей? Голод и нападения хищников очень быстро уменьшат популяцию обратно до 1 тыс.
Чтобы понять, почему эволюция идет в определенном направлении, нужно обязательно рассмотреть, на какие компромиссы приходится идти между тратами и выгодами.
А теперь, помня все это, представьте, что появилась небольшая группа нестареющих оленей, которые могут размножаться сколько угодно. Эти олени – малая часть всей популяции оленей, которые стареют как обычно. Стареющие олени, как и любой другой биологический вид, постоянно эволюционируют, реагируя на изменения окружающей среды. А вот нестареющие олени дают потомство, принадлежащее к более раннему этапу эволюции. С каждым новым поколением потомство нестареющих оленей становится все менее приспособленным к окружающим условиям, чем потомство стареющих оленей. Нестареющих быстро вытеснят.
Вот этот последний пример как раз и иллюстрирует ключевой вопрос в эволюции старения. Если у биологического вида долгая продолжительность жизни, то он адаптируется не так быстро, как короткоживущий вид. Это можно сравнить, скажем, с радиусом поворота машины: чем короче этот радиус, тем круче повороты, в которые может вписаться автомобиль. Если некий вид живет долго и дает потомство под конец жизни, то «радиус поворота» этого вида может оказаться недостаточным, чтобы приспособиться к быстрым изменениям физической или биологической среды. Если меняется температура, содержание кислорода, кислотно-щелочной баланс или какой-либо другой аспект физической среды, то вид должен измениться вместе с этими аспектами. Если появляются другие биологические конкуренты или другие животные, на которых нужно охотиться, то короткоживущий вид опять-таки быстрее сможет адаптироваться и с большей вероятностью выживет. С другой стороны, когда окружающая среда – физическая или биологическая – стабильны, то долгая жизнь полезна для выживания. Продолжительность жизни и скорость старения должны быть тонко подстроены не только под окружающую среду, но и под скорость изменения этой среды.
Так что выгоды от «вечной молодости» куда меньше, чем могло бы показаться, по двум причинам: во-первых, большинство животных умирают еще до наступления старости, во-вторых, отсутствие старения снижает темпы эволюции. Старение полезно для биологического вида, но вот издержки для каждого индивида – старение и болезни – довольно суровы.
Если оглядываться на историю, то мы иногда предполагали, что старение – просто неотъемлемая часть жизни любых многоклеточных организмов. Но оказалось, что некоторые многоклеточные организмы (например, гидры) не стареют, а вот некоторые одноклеточные (например, дрожжи) – стареют.
