Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

Зачем нашим генам нас убивать?

Эволюционное объяснение

Юрий Дейгин, Geektimes

В посте про старение и менопаузу как генетические механизмы популяционного контроля я упомянул, что рассматриваю старение как одну из разновидностей процесса запрограммированного феноптоза (убийства особи). В обсуждении ожидаемо всплыл лосось, причем всплыл брюхом кверху – беднягу резко убивает выброс гормонов почти сразу после нереста. Для меня лосось является символом заложенной в нас программы самоубийства, но ничего экстраординарного в нём нет – примеров активного, резкого феноптоза в природе полно.

Самые простые и известные всем такие примеры – это одноцветные (или монокарпические) растения: пшеница или кукуруза, например. Или цветы. Причем среди них есть и многолетние виды, и если некоторым из них вовремя удалить цветки, то эти растения не умрут, а продолжат жить и даже, возможно, зацветут опять. В то же время некоторые деревья живут тысячелетиями. Это отлично демонстрирует, что есть особи с активным феноптозом, а есть особи без него. Что означает, что биологическим системам стареть вовсе не обязательно.

Кстати, активное самоубийство есть и у одноклеточных – дрожжей, например. Так, старые дрожжи уходят в апоптоз, когда ресурсов начинает не хватать, а популяция превышает определенный предел. А если наступают «голодные времена», то уйти в апоптоз может и до 95% популяции, превратившись в корм для оставшихся 5%, которые трансформируются в споры и пытаются дождаться лучших времен, чтобы возродить колонию.

Среди животных тоже хватает примеров запрограммированной смерти – у рыб, насекомых, млекопитающих. Вот тут хороший, хотя и неполный обзор таких видов: Semelparous organisms reproduce only once in their lives and then die. The most well known ones are Pacific salmon.

Наиболее показательный пример резкого феноптоза среди животных – уже упомянутый тихоокеанский лосось. Причем это не один вид, как лосось атлантический, а целый род Oncorhynchus, в котором с десяток разных видов, из которых большинство семельпарны (то есть воспроизводятся лишь один раз в жизни), хотя есть и итеропарные как атлантический лосось. То есть те, которые могут размножаться несколько раз, как большинство лососевых из рода Salmo.

Давно доказано, что в лососевой смерти нужно винить не стресс или изнеможение от подъёма против течения, а выброс кортикостероидов. Во-первых, итеропарные лососи почему-то со стрессом справляются весьма успешно, а ведь они точно так же как семельпарные каждый цикл нереста проходят всю эту свистопляску с подъёмом против течения. Во-вторых, есть виды лосося, живущие в озерах без выхода к морю, которые тем самым избавлены от необходимости бороться с течением перед нерестом (то есть физическому истощению у них взяться неоткуда), а умирают они после нереста всё равно. Наконец, даже в искусственных условиях, безо всякого стресса, семельпарные лососи всё равно умирают после размножения.

Про насекомых я вообще молчу – там тысячи видов, умирающих сразу после того, как они оставят потомство: начиная от известных всем майских жуков или бабочек, и заканчивая моими любимыми цикадами, которые могут 17 лет терпеливо жить под землей в стадии личинок, лишь для того чтобы потом всем вместе вылупиться и умереть за несколько коротких недель.

Среди более близких нам родственников тоже есть примеры. Самцы сумчатой мыши умирают после спаривания из-за такого же выброса кортикостероидов, как и лосось. Схожая участь постигает и млекопитающих рыженогую крысу и дымчатую мышь.

Поэтому считать, что в процессе эволюции не может возникнуть активной программы самоубийства – наивно. Таких примеров хоть пруд пруди. Соответственно, более щадящая версия такой программы под названием старение никоим образом не противоречит эволюционной теории, хотя бы потому что есть эмпирические факты наличия еще более резких программ.

И, да, существование запрограммированной смерти у разных видов подтверждает тот факт, что эволюционный отбор осуществляется на разных уровнях, а не только на уровне индивидуума. Для многих эволюционных биологов старой закалки это ересь, так как они выросли на догме «группового отбора быть не может!», но догмы не стоят ровным счетом ничего, если они опровергаются фактами. Поэтому сегодня многие биологи склоняются к так называемому многоуровневому отбору – от генов до клеток до особей до групп:
А доказательств, подтверждающих групповой отбор, много. Начиная с самого факта существования многоклеточных организмов. Ведь если бы клетки не научились в ущерб своим личным интересам ставить выше интересы своей колонии, впоследствии получившей звание «организм» – причем колонии, в которой подавляющее большинство клеток обречены на гибель (так как размножаются только половые), то никаких многоклеточных бы и не появилось. И тот альтруизм, который демонстрируют и дрожжи, и социальные животные, и даже люди, готовые умирать за своих детей, родственников, друзей и свой народ, без группового отбора никогда бы не появился.

Кстати, половое размножение тоже плохо объяснимо без группового отбора. С точки зрения отбора индивидуального, любому организму было бы куда проще и выгодней делиться почкованием. Но для пула генов лучше перемешиваться друг с другом, создавая все новые и новые комбинации репликаторов, таким образом повышая свои шансы на долгосрочное выживание и процветание.

Точно та же история и со старением. Оно обеспечивает пул генов каждой популяции страховкой от вымирания из-за перенаселения. Причём с такой точкой зрения согласны и некоторые противники запрограммированности старения. Правда, тогда я не очень понимаю, что они понимают под запрограммированностью. Для меня тот факт, что старение даёт популяции эволюционное преимущество, говорит о том, что эволюция должна была активно оттачивать механизмы как самого старения, так и его защиты от взлома. И именно поэтому мы почти не наблюдаем в природе успешных взломщиков программы старения – даже если бы кому-то и удалось остановить старение, и закрепить такую мутацию в своем потомстве, то его популяция всё равно бы вымерла из-за демографической катастрофы. Исключения в виде гидры или умеющих тысячелетиями пережидать ледниковый период растений только подтверждают правило.

При этом странность ситуации среди геронтологов и популяционных генетиков состоит в том, что приверженцев гипотезы запрограммированного старения меньшинство. Жаркие дебаты о природе старения бушевали ещё в середине 20-го века, но потом почему-то угасли. Причем угасли не потому, что эта самая природа старения была однозначно установлена, а из-за того, что победил groupthink – феномен, знакомый всякому, кто читал сказку Андересна «Новое платье короля»:

Групповое мышление (англ. Groupthink) – психологический феномен, возникающий в группе людей, внутри которой конформизм или желание социальной гармонии приводят к некорректному или нерациональному принятию решений. Члены группы пытаются минимизировать конфликт и достичь единого решения без достаточной критической оценки альтернативных точек зрения, активно пресекая отклоняющиеся мнения и изолируя себя от внешнего влияния

В такой ситуации единомыслие приобретает большую ценность, чем следование логике и рациональному мышлению. Уровень конформизма при этом значительно возрастает, существенная для деятельности группы информация подвергается тенденциозному толкованию, культивируется неоправданный оптимизм и убеждение в неограниченных возможностях группы. Информация, которая не согласуется с принятой линией, членами группы игнорируется или значительно искажается. В результате складывается впечатление о единогласном принятии решений. Групповое мышление может иметь далеко идущие социальные и политические последствия: в истории есть много примеров трагических ошибок, совершенных в результате подобных решений.

Так вот, дебаты в конце 20-го века сошли на нет потому, что лагерь неодарвинистов, априори отрицающий групповой отбор, взял верх в академических кругах, заставляя всех новых своих приверженцев клясться в том, что платье короля вполне себе ничего. И пока в 2000-х годах на этот праздник конформизма не пришел аутсайдер Миттельдорф и не крикнул, что король-то голый, новых споров о природе старения не велось. Но зато с тех пор дебаты возобновились, и дебаты нешуточные. Более того, парадигма многоуровнего отбора, как я упомянул, сегодня принимается всё большим количеством ученых.

Историю академического противостояния двух лагерей отлично описывает знаменитый профессор экологии и эволюционной биологии Майкл Розенцвейг в своём предисловии к последней книге Джоша Миттельдорфа «Старение – адаптация в результате группового отбора». Вот что он говорит, почитайте, я не поленился перевести:

Если вы скажете, что естественный отбор изменяет Жизнь на благо видов, почти любой биолог, специализирующийся на эволюции, запротестует: «Нет, нет, нет! Естественный отбор повышает приспособленность индивидуумов!».

А есть ли разница? Если особи улучшаются, не улучшается ли и вид? Не всегда. Рассмотрим особи хищников. Если хищные индивидуумы улучшатся по максимуму, они могут полностью истребить всю добычу! То, что хорошо для особи, может истребить всю группу. И тут возникает парадокс.

Можно ли его избежать? Может ли естественный отбор повысить шансы на то, что наш хищник будет вести себя рачительно? Или он обрекает его, как Самсона, на гибель под сводами хрома, колонны которого он сам же пытается уничтожить?

Как заставить эволюцию произвести на свет индивидуумов, которые стареют, и как заставить ее производить благоразумных хищников, оказываются тесно связанными проблемами. Обе повышают вероятность того, что группа таких особей выживет. Это может звучать как замечательная идея, но поколения эволюционистов сопротивлялись всем доказательствам того, что она существует, потому что они не могли придумать механизм, который мог бы противостоять эгоизму естественного отбора. В конце концов, «воздействие старения на особь полностью пагубно, так как оно истощает его способность выжить и размножаться».

Но, уважаемые биологи, держитесь за свои шляпы! «Факты показывают, что старение отбирается не вопреки его фатальным последствиям для особи, а из-за них». Ой! Эта книга взорвет ваш мозг. И чем больше вы думаете, что всё знаете об эволюции, тем больше будет осколочное поле.

В науке в конечном счете правят факты. И в течение последней четверти века эти факты накапливались. Миттельдорф рассматривает их и относится к ним с уважением. Они варьируются от компьютерного моделирования – которое противопоставляет рачительность эгоизму – до генетики и биохимии старения. И совокупность этих доказательств, громогласно заявляет: «Старение – это адаптация. Старение эволюционирует».

Но! Если вы пришли сюда за доказательствами и аргументами против эволюции, то вы зря теряете время. Миттельдорф не спорит с эволюцией или естественным отбором. Ни в коем случае. Наоборот, он усиливает доказательную базу в пользу одного из механизмов эволюции – группового отбора. И благодаря этому, эволюционисты смогут объяснить еще больше биологических загадок. И те загадки, которые противостоят даже самым умным сторонникам индивидуального отбора, падут под ударами отбора группового. Первой в ряду таких загадок, кстати, стоит загадка возникновения полового размножения, и Миттельдорф приводит ее краткий анализ.

Эволюционисты издавна знали о теории группового отбора, и издавна его отвергали. Отвергли из-за того, что особи умирают быстрее, чем вымирают их группы. Поэтому, считали они, любая мутация, снижающая смертность особи, подавляла бы любой противоположный ген, снижающий риск вымирания всей группы. Дело закрыто! Разум тоже.

И будто бы чтобы специально усугубить положение, первая принятая к публикации работа в пользу группового отбора (Lewontin & Dunn, 1960) смоделировала систему полуизолированных семейств мышей и несколько странное семейство аллелей (генов), называемое бесхвостая. Большинство самцов мышей, гомозиготных по этой аллели, имеют нулевую эволюционную выживаемость: либо они умирают до рождения, либо просто бесплодны. Гетерозиготы же хоть и размножаются, но та бесхвостая аллель, которую они несут, встречается у их потомства с частотой около 95% (вместо 50%). Другими словами, по сравнению с дикими типами, бесхвостые аллели обладают конкурентным преимуществом при оплодотворении яйцеклеток. В противном случае бесхвостые были бы устранены естественным отбором.

Бесхвостые аллели в высшей степени эгоистичны. Левонтин и Данн показали, что если популяция мышечного полуизолята невелика, то бесхвостые аллели могут уничтожить всю эту популяцию за одно несчастливое поколение. При таких высоких темпах группового вымирания, групповому отбору есть где разгуляться, чтобы продемонстрировать свои силы. Бесхвостые и дикий тип остаются в генофонде, потому что и групповой отбор, и индивидуальный отбор имеют своё влияние.

Я помню, как, еще будучи аспирантом, читал вышеуказанную работу Lewontin & Dunn на учебном семинаре. Она подавалась как особый случай; случай, который так трудно достигнуть, что он как раз демонстрирует неправдоподобность группового отбора. Все соглашались: мы будем в полнейшем порядке, если больше в жизни не уделим ни минуты внимания групповому отбору.

Примерно в то же время В. К. Уинн-Эдвардс опубликовал свой массивный сборник, посвященный эмпирическим фактам выраженной «рачительности» у диких животных. У него не было механизма и не было математики. Поэтому его работа вызвала только наши крики и поношения. Мы, ученики, приняли негласную клятву, о ее игнорировании.

В 1962 году мы столкнулись с величайшим испытанием. Ричард Левинс опубликовал свою основополагающую статью о пригодности в гетерогенных средах (Amer Natur 96: 361–373). Мы читали и обсуждали его работу, и все соглашались: «Отличная работа, да, но его модели основываются на недоказанном механизме, а именно групповом отборе». Мы замели этот неудобный факт под ковер и продолжили восхищаться остальными результатами его работы.

Однажды, при встрече, я пытался напрямую оспорить веру Левинса в групповой отбор, но он остался непоколебим. Он был марксистом еще до того, как стал ученым. Таким образом, вера в групповой отбор была неотъемлемой частью его мышления, потому что без группового отбора марксизм потерпел бы неудачу. Поскольку для него это было немыслимо, групповой отбор должен был быть реальностью.

Думаю, вы уже хорошо представляете себе картину: две фракции, одна из истинных сторонников группового отбора, которые никогда не подвергали его научным испытаниям; и другая, все мы, которые точно так же твердо верили, что к групповому отбору нельзя относиться серьезно.

И вот сейчас, полвека спустя, в семидесятипятилетнем возрасте, я вдруг пишу весьма хвалебное предисловие к книге, кульминацией которой является демонстрация того, что групповой отбор реален. Когда мне было двадцать пять, я бы скорее воспользовался такой книгой, чтобы развести костер. Что же случилось?

А случился Джош Миттельдорф. И Грег Поллок тоже. И много биохимии, которая показала нам различные хитросплетения процессов старения. При этом, я готов признаться, что вся блестящая биохимия в мире не помогла бы мне лично. Во-первых, я биохимически неграмотен; я сознательно оставляю это поприще другим. Но даже если бы я разбирался в биохимии, это не изменило бы моего мнения: я бы свалил все биохимические достижения в одну кучу как субмикроскопические эмпирические примеры, и отфутболил бы их в уже имеющуюся кучу примеров от Винн-Эдвардс. Мне нужен был эволюционный механизм, и даже Ричард Левинс не смог мне его показать.

20 марта 2000 года я, будучи в должности главного редактора журнала Evolutionary Ecology Research, получил рукопись статьи. Она была от Джоша Миттельдорфа, и эта статья послужила началом моей личной интеллектуальной революции. В ней обсуждался феномен увеличения продолжительности жизни, вызванный ограничением калорий, что является важной темой, которую Джош полностью рассматривает в книге. Затем 5 ноября 2002 года я принял еще один удар, который заставил мои убеждения пошатнуться ещё больше, а именно рукопись статьи «Старение эволюционно отобрано ради него самого». Ересь, чистая ересь!

Слава богу, я всегда держу свой научный мозг подальше от мозга редакторского. Будучи эволюционистом, я хотел отвергнуть эту рукопись, но, будучи редактором, я видел её смелость, и чувствовал себя обязанным дать ей шанс увидеть свет. И не зря. Миттельдорф работал над отсутствующей частью группового отбора, его механизмом. Мне потребовался год, чтобы избавиться от предрассудков, и в итоге статья прошла через академическую проверку и была опубликована (Evol Ecol Res 6: 937–953, 2004). Затем последовала смелая теория, которая окончательно отрезала пути назад: »Хаотичная динамика населения и эволюция старения» (Evol Ecol Res 8: 561–574. 2006). Именно эта теория составляет главный тезис этой книги: «Старение и регламентированные сроки смерти эволюционировали с целью стабилизации экосистем».

Позвольте мне обобщить. Вы верите в популяционную динамику? Отлично. Тогда вы должны понимать, что старение является адаптивным следствием «вариации в размере популяции, которая не является полностью детерминированной». Ведь мы не знаем ни одного вида с полностью детерминированными размерами популяции. Доказано.

Теперь понимаете, почему я предупредил вас, что эта книга взорвет ваш мозг?

В то время как статус-кво о невозможности группового отбора подвергался атаке с одной стороны Миттельдорфом, с другой его атаковал Грегори Поллок, чьи рукописи я получил 11 июня 2003 года (О самоубийственном наказании среди Acromyrmex versicolor cofoundresses: недостаток в личных интересах, Evol Ecol Res 6: 891–917 (2004) и 14: 951–971 (2012)). А затем статус-кво был выставлен в глупом свете теоретическими симуляциями Саймона и Нильсена (Численные решения и анимация динамики группового отбора (Evol Ecol Res 14: 757–768 (2012)). Моя непримиримость сменилась принятием, хотя и с негативным эмоциональным послевкусием, которое весьма часто сопутствует ситуациям, когда факты вынуждают человека отказаться от ложной веры.

В чем же дело? Эволюционистам не предлагается отказаться от своего мнения о том, что продолжительность жизни находится под действием отбора. Доказательства этого огромны. Им, однако, показывают, что они должны отказаться от своей веры в то, что продолжительность жизни – это адаптация, находящаяся под действием строго индивидуального отбора. Вместо этого они должны принять вероятность того, что на неё оказывает влияние отбор групповой. Нежелательно и невольно, чтобы сохранить наш вид в живых, мы должны самоуничтожаться, следуя программе, которая приводит нас к смерти по расписанию, неважно мышь ты или человек, моль или моллюск – расписание может быть разным, но конец одинаков, и он существует по одной и той же причине, на благо вида.

Так что пора сбросить шоры группового мышления, и признать, что король голый, а старение – программа, отточенная групповым отбором. И только тогда, когда мы будем знать врага в лицо, мы сможем его победить. Иначе, делая вид, что его нет, мы так и будем искать очередной стопицотый геропротектор, продлевающий жизнь мышам на всё те же 20–30%, или голодать в надежде на ещё 5–6 лет жизни.

Кстати, всем нам известен отличный пример хрупкости баланса сил в многоуровневом отборе. Периодически давление индивидуального (совсем индивидуального, на клеточном уровне) отбора в наших клетках пересиливает давление более высокого уровня иерархии, и они решают тряхнуть стариной и, вспомнив своё одноклеточное прошлое, поднимают восстание против тирании половой линии. Да-да, я о раке. Тот факт, что рак очень генетически неоднороден и что он случается почти во всех типах клеток – от кожи или мозга до клеток крови – наводит на мысль, что в его основе лежит фундаментальный биологический процесс. Клетка хочет делиться, и не хочет умирать.

И её можно понять. Если с желанием делиться совладать еще можно, то с желанием не умирать – весьма сложно. Потому что смерть – отстой.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 19.06.2017


Читать статьи по темам:

старение смертность Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Метилирование ДНК и вероятность смерти

Коллектив учёных из 7 стран продемонстрировал, что по метилированию ДНК можно не только определить биологический возраст человека, но и предсказать продолжительность его жизни.

читать

Загадка медицины

В недалеком прошлом число пациентов и их смертность, связанная с деменцией, заболеваниями сердца и раком кишечника постоянно увеличивались. Сейчас ученые отмечают обратную тенденцию.

читать

Сократить спираль смерти

Возможно, изучение феномена, который исследователи назвали «спиралью смерти», когда-нибудь даст людям возможность оставаться здоровыми до конца жизни.

читать

Почему старения можно избежать

Огромное разнообразие типов старения у растений и животных должно насторожить любителей обобщений – особенно против обобщения неизбежности старения.

читать

Теломеры – самые неточные биологические часы?

Длина теломер при оценке вероятности смерти человека в течение 5 лет значительно уступает хронологическому возрасту и подвижности, что ставит под сомнение целесообразность проведения инвазивных и дорогостоящих анализов.

читать