Повреждения и восстановление
В конце 1990-х годов биолог доктор Дэниел Э. Мартинес решил провести решающий эксперимент. Он поместил в аквариум с водой большое количество гидр и стал ждать, что произойдет. С железной неизменностью гидр кормили, меняли воду и поддерживали постоянную температуру.
Происходило немногое. Прикрепившись «ногою» ко дну, полипы раскачивались туда-сюда и, шевеля щупальцами, ловили добычу. И лишь иногда наутро оказывалось, что одна гидра мертва. Это было исключительно редкое событие: год за годом ничего не случалось. В течение четырех лет наблюдал Мартинес жизнь своих гидр. Потом он ушел в отпуск. Его коллега следил за аквариумом.
Вернувшись из отпуска, Мартинес увидел, что все гидры мертвы. Слишком много пищи? Слишком мало? Слишком низкая или слишком высокая температура воды? Никто не знал, в чем было дело.
И все же это печальное открытие было наблюдением огромной важности. Напрашивалось два вывода. Во-первых, вопреки греческой мифологии доказана несправедливость утверждения о бессмертии гидр. Гидры вовсе не живут вечно. Но второй вывод гораздо более важен. Если в течение четырех лет в лаборатории время от времени погибала одна гидра, и это число на протяжении всех этих лет не возрастало по мере увеличения их возраста, следовательно, риск умереть был постоянен! Шансов умереть у гидр не больше, чем у стеклянных бокалов, резины, книг, стиральных машин или людей. Вплоть до фатального отпускного периода шанс умереть у четырехлетней гидры был таков же, как у четырехмесячной гидры или четырехнедельной. И по виду гидры не отличались друг от друга. На основании полученных данных Мартинес пришел к примечательному выводу, что гидры вообще не стареют. Между тем, если ранее мы были убеждены, что любая неживая материя и все живые существа с течением времени становятся всё менее прочными и всё более уязвимыми, теперь оказывается, что существуют некоторые организмы, способные избежать процесса старения.
Публикация статьи Мартинеса о полученных результатах вызвала раздражение в научном мире. С точки зрения многих, его результаты были недостоверно интерпретированы. Коллеги-исследователи на все лады отвергали столь далеко идущие выводы и настаивали на более подходящем альтернативном объяснении сделанных наблюдений. Одним из них было то, что период, в течение которого изучались гидры, был слишком непродолжителен и что из-за этого не учли роста риска смерти. Мартинес считал, что четыре года — четыре раза по четыре времени года — достаточно солидный возраст для такого хрупкого создания и что признаки старения должны были бы неминуемо проявиться на протяжении такого периода. У других организмов подобной величины в схожей жизненной среде продолжительность жизни в среднем была гораздо короче. Но похоже, его сравнительные наблюдения не обладали достаточной силой, чтобы убедить критиков.
Одно наблюдение — не наблюдение, и в соответствии с научной традицией одни лаборатории стараются подтвердить или опровергнуть результаты других лабораторий. Многие утверждения, появляющиеся в авторитетных научных журналах, могут не подтверждаться другими исследователями. Не то чтобы все первоначальные исследователи сочиняли свои исследования и ученых следовало бы разоблачить как обманщиков, но, вероятно, могли сложиться особые, исключительные условия, которые объясняли бы сделанные наблюдения. В таких случаях не будет никакого подтверждения, никакой закономерности и никаких оснований говорить о научном достижении. Начиная с 2005 года, в аквариуме института Макса Планка в Ростоке вели наблюдения за почти двумя тысячами гидр, чтобы подтвердить или опровергнуть выводы из наблюдений Мартинеса как о всеобщей закономерности. Прошло уже восемь лет, и время от времени та или иная гидра погибает, но и в Ростоке число смертей также не увеличивается по мере того, как эксперимент продолжается и полипы становятся всё более и более старыми. Гидры выглядят так же, как раньше!
Как же возможно, чтобы гидра в аквариуме вплоть до самого преклонного возраста не накапливала никаких повреждений и уклонялась от процесса старения? Если гидру разрезать на две части — впечатляющий эксперимент вроде того, как мальчишки расправляются с дождевыми червями, — в аквариуме из обеих частей вырастают две полноценные гидры. Голова вновь обретает хвост, и хвост — голову. В отличие от человека и мыши, гидра обладает поразительной способностью к регенерации. Другими словами, если в каком-то месте тело будет поранено так, что повреждение не может быть устранено, пораженная ткань заменяется. Именно так саламандры вновь отращивают утраченный в схватке хвост. Но люди, которые, случается, теряют руку или ногу, на всю жизнь остаются калеками. Наш организм обладает сегментной способностью к регенерации: определенные ткани могут подвергаться замене, другие — нет. Печень человека может отмереть или быть удалена на девять десятых и потом снова вырасти до нормальных размеров. Наша кожа шелушится и постоянно отслаивается. К счастью, в самых глубоких ее слоях имеются стволовые клетки, которые изнутри, слой за слоем могут восстанавливать кожу. То же происходит в кишечнике, где «камера шины» регулярно стирается. Регенеративная способность клеток, тканей и органов заботится о том, чтобы гидра не старела и всегда «молодо» выглядела. Мы знаем теперь, что гидра располагает «всемогущими» стволовыми клетками с неограниченной способностью деления, благодаря чему могут быть воссозданы различные ткани и даже целиком весь организм. Поэтому повреждения всех видов, будь то внешние или внутренние, не оставляют последствий. Если же все стволовые клетки, из которых построено тело гидры, утрачены одновременно, как это может произойти в сухом месте, на солнце или же в желудочной полости щупалец, тогда оказывается, что и гидра является смертной.
Мы почти не можем представить, что гидра способна регенерировать весь свой организм. Но такова даже наиболее распространенная форма размножения этого полипа. Посредством клонирования из одной единственной клетки на внешней стороне гидры развивается новая особь. Отделяясь от родительского тела, клон может затем существовать самостоятельно. Разумеется, человек на такое неспособен. Мы также не можем или не всегда можем полностью восстанавливать полученные повреждения, потому что не обладаем для этого способностью к регенерации. Повреждение остается, и сохраняющиеся повреждения с годами накапливаются. Наше тело и наш мозг делаются менее устойчивыми и более уязвимыми. Мы становимся биологически старше, тогда как гидра сохраняет «вечную» молодость.
Знание ограниченной способности человека к регенерации клеток, тканей и органов подсказало ученым идею, в каком направлении вести поиски, чтобы противостоять последствиям старения или вообще устранить их. Так, болезнь Паркинсона[3] возникает оттого, что отмирает небольшое скопление высокоспециализированных клеток мозга — substantia nigra. Как следствие, в мозг попадает слишком мало сигнального вещества дофамина. Поэтому пациенты с болезнью Паркинсона вялы, заторможены и страдают от непроизвольных движений. Лечение паркинсонизма заключается сейчас в приеме таблеток, повышающих концентрацию дофамина в мозге. Это хорошо действует, но не может полностью устранить проявление болезни и, кроме того, приводит к побочным явлениям. Ведь таблетки вызывают повышение уровня дофамина во всем мозге, а не только в области substantia nigra, недостаток дофамина в которой и приводит к болезни Паркинсона. Было бы просто фантастикой, если бы в будущем нам удалось наши собственные стволовые клетки заставить превращаться в новую группу клеток, специализирующихся на выделении дофамина. Если бы эти клетки еще сумели найти путь к черной субстанции в мозге и там нормально функционировали, болезнь Паркинсона стала бы достоянием прошлого.
В медико-биологической перспективе преклонный возраст сочетается с накапливающимися дефектами нашего организма. Одни повреждения опаснее, чем другие, но важнее всего то, что одни дефекты могут восстанавливаться, а другие нет. Оскольчатый перелом голени — результат несчастного случая с мотоциклистом — по прошествии нескольких лет, можно надеяться, будет уже незаметен и не будет давать о себе знать. Но потерянная фаланга указательного пальца левой руки — в результате неосторожного обращения с пилой — никогда уже не вернется на свое место. Такой способности к регенерации у нас нет. Конечно, медицина прибегает к искусным приемам: если хрусталик глаза помутнел из-за катаракты и мы уже не можем читать даже в очках, врач-офтальмолог может заменить собственный наш хрусталик на искусственный.
О старении говорит не только состояние наших глаз, различные виды повреждений возникают и в теле, и в мозге; в той или иной степени они могут быть восстановлены и устранены. Настоящий грипп сопровождается сильными мышечными болями и высокой температурой, одновременно вирус наносит большой вред организму. Человек, после того как перенес грипп, конечно, какое-то время испытывает недомогание. Но через пару недель всё уже снова в порядке. Не все вирусные инфекции протекают столь же благоприятно, многие из них не проходят бесследно. Вирус кори может привести к остаточным осложнениям центральной нервной системы, а вирус полиомиелита — к параличу нижних конечностей. Ущерб, который причиняет папилломавирус человека (human papillomavirus, HPV), через многие годы приводит к возникновению рака шейки матки. Именно для борьбы с этими вирусами производится вакцинация, единственный способ предотвратить последствия наносимого ими ущерба.
Из вышеприведенных примеров можно было бы сделать вывод, что все повреждения нашего организма возникают из-за внешних воздействий, будь то несчастный случай или инфекция. Если бы дело обстояло именно так, мы выискивали бы такие способы соприкосновения с внешней средой, чтобы дольше оставаться здоровыми, ибо тот, кто на протяжении своей жизни умеет избегать стрессов, несчастных случаев и не подвергаться инфекциям, наносит наименьший вред своему организму. Осторожность — дело стоящее. Это правда, хотя и не значит, что осторожный человек избежит любых повреждений. При каждом движении в каждом суставе два слоя хряща трутся друг о друга. Они исключительно гладкие и эластичные и оптимально снабжены смазкой, но полностью избежать износа хряща всё-таки невозможно. Прежде всего бывают затронуты коленные и тазобедренные суставы; хрящи там исчезают, и многие люди преклонного возраста страдают от боли. Запас стволовых клеток во внутреннем слое хряща, источник роста и восстановления, полностью исчерпан. Из-за этого лежащий поверх них хрящ исчезает, и с какого-то времени сами кости трутся друг о друга. Потеря хрящей называется артрозом. Им бывают затронуты не только коленные и тазобедренные суставы, но также плечевые суставы и пальцы — вообще говоря, все те места, где есть суставы, в том числе и позвоночник. Если из-за неправильного развития и роста или в результате несчастного случая состояние суставов не оптимально, истончение хрящей протекает еще быстрее, потому что сустав испытывает повышенную нагрузку. Так один вид дефекта может вызывать или усиливать другие дефекты.
И что же — выбрать своим девизом соблюдение осторожности и ничегонеделание? Нет, ибо и при ничегонеделании наша жизнь идет полным ходом. Возможно, мышцы рук и ног пребывают в покое, но не грудная клетка, поскольку мы дышим, или сердце, которое должно качать нашу кровь. А что же сказать о клапанах, открывающихся и закрывающихся при каждом ударе сердца? Тщательно проделанные кардиологические исследования показывают, что у большинства старых людей сердечные клапаны неплотные или суженные. Очень часто на это не жалуются, но повреждение налицо.
