Тело на выброс
Если старение вовсе не является механизмом обуздания перенаселенности и некоторые виды, такие как гидра, вообще не стареют, почему же мы «страдаем», переживая процесс старения? Почему наши тело и дух начинают испытывать перебои и нас ждет смерть от болезней и немощей?
Только одна составная часть нашего организма, оказывается, не стареет: именно ДНК, в которой заложен генетический код жизни. Копии ДНК сохраняются в нашем потомстве, и существующий код поэтому не вырождается. Так что вопрос: «Почему мы стареем?» — может быть сформулирован более точно: почему наше тело и дух дряхлеют, в то время как генетический код остается на протяжении многих лет в прекрасной сохранности?
Английский геронтолог Томас Кирквуд[4] дал ответ на этот вопрос, сформулировав теорию «тела на выброс»[5]. Среди представителей одного вида, и человек здесь не исключение, происходит отбор по плодовитости, способности произвести потомство. В потомках должны присутствовать копии ДНК родителей. Само собой разумеется, что умершие молодыми не оставляют следа в потомстве. То же самое можно сказать и о бесплодных индивидуумах, в сколь позднем возрасте они бы ни умирали. После смерти бездетной пары семейная ветвь прерывается. В Англии, например, бездетность среди аристократии вовсе не редкость. На протяжении сотен лет книги полны записей об extinct peerages — угасших аристократических линиях. Благодаря естественному отбору виды — не исключая и человека — настолько приспособили свой жизненный путь к внешнему окружению, что жили достаточно долго для того, чтобы иметь возможность оставить потомство. И к моменту, когда дети родились и повзрослели, тело можно «выбрасывать», потому что дальнейшее существование ДНК обеспечено. Другими словами, теперь могланачинаться старость. С точки зрения эволюции наш организм после 50 лет верной службы можно больше не принимать во внимание: ДНК, подобно змее, сбрасывает старую кожу.
Теория «тела на выброс» исходит из того, что развитие, рост и выживание индивида совершаются, следуя основным экономическим принципам; имеющиеся в распоряжении ограниченные средства должны оптимально расходоваться на различные биологические процессы. Проще говоря, здесь две возможности: все вкладывается либо в плодовитость, либо в существование собственного организма. Одно всегда происходит за счет другого. Не вызывает сомнений, что вкладывать ресурсы в тело и дух необходимо и целесообразно. Если из-за врожденного отклонения, физического недостатка или неосторожного поведения индивида он не достигнет зрелого возраста и не оставит потомства или же не будет о нем заботиться, тогда с точки зрения эволюции все будет потеряно. Поэтому людям, с учетом их наследственной предрасположенности, для секса, продолжения рода и заботы о потомстве отводится жизнь на протяжении примерно 50 лет. Спрашивается, будет ли эволюционным преимуществом дальнейшее, и после достижения пятидесятилетнего возраста, функционирование тела и духа? Становиться старше 50 лет не плохо, если только вложение ресурсов в жизнь выше средней продолжительности не делается за счет необходимого вклада в продолжение рода. В этом последнем случае продолжительность жизни будет выше средней, но сократится число потомков. И вследствие естественного отбора данная комбинация свойств не уцелеет. Ведь фитнес-программа, которой мы следуем, направлена не на достижение старости, а на заботу о потомстве. Получение большого числа потомков — свойство, которое естественный отбор доводит до максимума. Это логично, хотя и дает понять, что если вы больше вкладываете в поддержание собственного организма, так что и после пятидесяти все еще прекрасно выглядите и вполне здоровы, то это не служит цели эволюции. Продолжение ДНК в ваших детях, в конце концов, ведь и так уже гарантировано.
Биологический механизм старения можно сравнить с мотором старого гоночного болида, который на ходу начал тарахтеть и заглох. Своевременный технический осмотр автомобиля, периодическая регулировка, наладка и замена поврежденных деталей могли бы предотвратить выход мотора из строя. Но профилактическое обслуживание обходится дорого; для него не всегда есть время и деньги, из-за чего его проводят не полностью. Наш организм также требует профилактического обслуживания, и это сложное дело. Необходимо постоянно отыскивать и восстанавливать повреждения молекул ДНК в каждой клетке, чтобы заложенный в ней код не претерпевал изменений. Ведь ДНК — не что иное, как строительный план, на котором основывается функционирование клеток, тканей и органов. И здесь выработалась исключительно изобретательная биологическая машинерия: большой клубок взаимодействующих друг с другом белков движется, словно поезд, по рельсам молекул ДНК, отыскивает повреждения и тут же их устраняет. Такой процесс требует больших инвестиций. Но бывает, что клетки из-за остаточных повреждений в ДНК начинают производить неправильные белки или же, словно сорвавшись с цепи, становятся причиной развития рака.
Белки, из которых построены клетки, ткани и органы, с течением времени также могут получать повреждения. Речь идет о комплексе свернутых структур, специфические функции которых зависят от того, как именно они свернуты. Для сворачивания белка клетки вооружены белками-шаперонами; они инициируют и сопровождают процесс сворачивания. Иногда белки спонтанно распрямляют складки или же получают повреждения иного рода, утрачивают свои функции и тогда подлежат замене. Некоторые белки уникальны — как, например, белки, входящие в состав хрусталика или головного мозга; они не могут быть заменены, но их вполне можно восстановить. Так, благодаря активности шаперонов часть белков может получить правильную складку обратно. Но точно так же как репарация ДНК, процесс требует большой затраты ресурсов, и, соответственно, не все белки любой ценой ремонтируются или заменяются. Хрусталик, например, представляющий собой первоначально совершенно прозрачный белок, по мере того как мы стареем, постепенно мутнеет, как яичный белок при варке, и пропускает все меньше света, что приводит к возникновению катаракты. Иметь лучшие хрусталики с точки зрения эволюции было бы чересчур: ведь хорошо видеть человеку нужно лишь на протяжении двух поколений. Поэтому операции по удалению катаракты становятся необходимы после 50 лет, а не раньше.
Теория «тела на выброс» может объяснить, почему старение — составная часть нашей жизни, но также и почему столь резко различается продолжительность жизни различных видов. Мыши очень быстро достигают периода половой зрелости, у них короткая беременность и большое число детенышей в выводке. Такое вложение ресурсов в потомство происходит за счет вложений в собственное тело. В естественных условиях мыши начинают стареть в среднем уже через несколько месяцев. Риск сделаться чьей-то добычей, погибнуть от холода или отсутствия пищи — в природных условиях это не сулит долгой жизни. И чаще всего у мышей нельзя заметить признаков старости, все они молодые особи. Стареют мыши, если их содержат в качестве домашних или же, в идеальных условиях, как лабораторных животных. Ко-гда приходит пора, лабораторные мыши седеют, их мышечная сила слабеет, они хуже бегают, у них развивается рак и они погибают, дожив максимум до трехлетнего возраста.
Изменения окружающей среды оказывают большое влияние на продолжительность полового развития и скорость старения, то есть на течение и продолжительность жизни. На это имеется множество указаний. Если условия неблагоприятны и риск погибнуть высокий, эволюционное давление на увеличение потомства растет. Детей должно появляться как можно больше. И тогда происходит отбор индивидов, которые уже в юном возрасте могут давать потомство, пусть даже ценой собственной гибели. Такое можно наблюдать у мышей. Подобно другим недолго живущим млекопитающим, они приобрели свойства, позволяющие им максимально инвестировать в плодовитость в молодом возрасте.
С появлением траулеров — громадных рыболовецких судов, тянущих за собой воронкообразную сеть, — условия жизни трески кардинально изменились. Траулеры становились все более мощными, сети применялись все больших размеров, ячейки становились все более мелкими: нужно было доставлять на берег все больше рыбы. Из-за такого способа рыбной ловли шансов выжить у крупной и более старой трески становилось существенно меньше. Только мелкая, молодая треска может проскочить через мелкие ячейки рыболовного трала. В результате средняя продолжительность жизни трески резко упала. До появления траулеров нерестилась преимущественно крупная треска, достигшая зрелого возраста. Но сейчас небольшие юные особи поддерживают существование вида. Ихтиологи обнаружили, что треска идет на нерест гораздо раньше и будучи гораздо меньшего размера, чем раньше. Благодаря естественному отбору треска эволюционировала в сторону более раннего развития и как вид приспособилась к изменению условий среды обитания.
Люди и слоны в своей природной среде гораздо меньше подвергаются опасностям для жизни, чем треска. Поэтому и живут они намного дольше. Они могут позволить себе вкладывать больше ресурсов в поддержание и восстановление своего организма. Эти вклады необходимы, чтобы, несмотря на долгое развитие до наступления половой зрелости и длительную беременность, иметь возможность получить достаточное потомство. Сравнивая между собой продолжительность жизни мышей, людей, слонов и других млекопитающих, мы увидим, что средняя продолжительность жизни обратно пропорциональна численности потомства. То есть чем более многочисленное потомство, тем меньше продолжительность жизни. Жизненный цикл различных видов варьируется от краткого и бурного до долгого и спокойного. Но у каждого вида продолжительность жизни, благодаря естественному отбору, соответствует условиям, в которых он существует. Нигде в мире животных мы не увидим, чтобы превосходно поддерживаемому организму сопутствовала многодетность. Эти наблюдения согласуются с теорией Томаса Кирквуда о «теле на выброс» и распределении ограниченных средств.
Некоторые виды имеют в высшей степени примечательный жизненный цикл, который можно лучше понять, если учитывать теорию «тела на выброс». Лососи большей частью живут в море. Как только они набрали достаточно жировой ткани, чтобы проделать путь до нерестилища, они плывут по рекам против течения. По достижении пресной воды внешний вид лососей меняется. Изменяется окраска, у самцов на нижней челюсти вырастает крючковатый зуб. Нерест длится до четырнадцати дней и проходит настолько бурно, что большинство особей после этого погибает. В течение короткого времени мобилизуются все имеющиеся в распоряжении средства ради получения потомства, и, как правило, ценой собственной жизни. Нерестилища буквально усеяны мертвой рыбой. Менее 5 % взрослых лососей возвращается в море, где они снова принимают облик, свойственный им в соленой воде, и продолжают расти. Их потомки вскоре следуют за ними. В свое время они также поплывут вверх по течению.
Получение потомства может происходить еще более ожесточенно. Самка богомола после спаривания съедает партнера. Так самец доставляет ей питательные вещества ради их общего потомства.
