Конец старения: почему жизнь начинается в 90?
Статья Майкла Роуза (Michael R. Rose) The end of ageing: Why life begins at 90 опубликована 10 августа в журнале New Scientist.
Перевод: Евгения Рябцева
В 1939 году английские статистики Гринвуд и Ирвин (M.Greenwood and J.O.Irwin) опубликовали в журнале Human Biology статью, не вызвавшую никакого резонанса в научной среде. И дело было даже не в том, что 1939 был не лучшим годом для научных публикаций, а в том, что в ней содержались статистические данные, от которых у любого биолога или медика волосы на голове встали бы дыбом.
В статье было описано совершенно неожиданное открытие. Гринвуд и Ирвин изучали данные по смертности женщин в возрасте 93 года и старше. Вопреки их ожиданиям, уровень смертности после 93 лет не увеличивался, как это происходит по мере старения в менее старых возрастных группах, а резко выходил на плато. Оказалось, что уровень смертности у женщин в 99 лет ничуть не выше уровня смертности в 93 года.
Исследователи честно написали, что «на первый взгляд это выглядит абсурдной спекуляцией». Конечно, как и любой другой уважаемый биолог того времени, они считали, что с возрастом «угасание организма, несомненно, должно продолжаться».
А если предположить, что это не так? Вдруг процесс старения действительно останавливается? И если это происходит в очень преклонном возрасте, почему бы нам не попробовать остановить его раньше, когда мы еще находимся в «добром здравии»?
Предположение, что процесс старения останавливается, противоречит здравому смыслу. Факт старения организма известен биологам и врачам с незапамятных времен. Аристотель написал хорошую книгу, посвященную этому вопросу, более 2300 лет назад. Как и биологи последующих поколений, он считал старение беспощадным процессом угасания, заканчивающимся только тогда, когда смерть освобождает человека от страданий. В основе существующих молекулярных и клеточных теорий старения до сих пор лежит предположение, что старение является физиологическим процессом, заключающимся в накоплении повреждений, ошибок их восстановления или элементов дисгармонии. Теории отличаются друг от друга только типом накапливающихся повреждений. Раньше эволюционные биологи, подобно автору Майклу Роузу (Michael R. Rose), занимающиеся изучением старения, придерживались мнения, что цель их работы заключается в том, чтобы выяснить, каким образом естественный отбор допустил возможность накопления повреждений в организме.
Однако все начало стремительно меняться в 1992 году, когда Джим Кэри (Jim Carey) из университета Калифорнии в Дэвисе и Джим Керцингер (Jim Curtsinger) из университета Миннесоты независимо друг от друга опубликовали знаковые статьи в журнале Science:
Carey et al., Slowing of mortality rates at older ages in large medfly cohorts и Curtsinger et al., Demography of genotypes: failure of the limited life-span paradigm in Drosophila melanogaster.
Одной из основных проблем исследования 1939 года было то, что Гринвуд и Ирвин анализировали данные о людях, а человек является очень плохой экспериментальной моделью, так как он не хочет жить в лабораторной клетке, да еще и живет очень долго. Более того, люди, по возможности, стараются проводить последние годы своей жизни в относительно комфортных условиях. Поэтому можно предположить, что снижение уровня смертности является лишь эффектом хорошего ухода.
Кэри и Кертсингер изучали не человека, а излюбленную модель биологов, плодовую мушку дрозофилу, а вернее – сотни тысяч насекомых. Они содержали группы, состоящие из тысяч дрозофил одного возраста, в четко контролируемых условиях и тщательно регистрировали смерть каждого насекомого до гибели всей группы.
На первый взгляд невероятно, но выявленная ими закономерность точно совпадала с данными, полученными Гринвудом и Ирвином: вначале, по мере старения популяции, уровень смертности экспоненциально возрастает, однако через какое-то время (несколько недель в случае дрозофил) этот рост останавливается. Часть результатов, полученных Кэри, поистине невероятна: в течение нескольких месяцев уровень смертности насекомых оставался на одном и том же уровне или даже снижался. Это выглядело так, как будто сравнительно небольшой период старения сменялся продолжительным плато, на котором процесс старения как бы приостанавливался. На этот раз обе статьи были замечены.
Уже совсем скоро другие биологи бросились на поиски «жизни после старости» и, к всеобщему удивлению, она была найдена во всех лабораторных экспериментах, проведенных на достаточно больших популяциях круглых червей, дрозофил и других насекомых. Однако достаточно масштабных работ было проведено сравнительно мало и никто не пытался повторить подобных экспериментов на мышах или других млекопитающих. Однако полученные данные, несомненно, указывали на то, что открытая закономерность ранее просто оставалась незамеченной, так как никому не приходило в голову использовать для изучения уровня смертности в преклонном возрасте большие популяции. Переход на новый уровень экспериментирования подтвердил существование выявленной Гринвудом и Ирвином «третьей фазы» жизни, наступающей после взрослого состояния и характеризующейся стабильным уровнем смертности. Однако это по-прежнему противоречило здравому смыслу.
Эволюционным биологам того времени было чрезвычайно трудно осознать и принять новые данные. В основе общепризнанной тогда теории старения лежала работа выдающегося эволюциониста-теоретика Уильяма Гамильтона (William Hamilton). Гамильтон считал, что на ранних этапах формирования жизни любой ген, так или иначе способствующий гибели организма до достижения им репродуктивного возраста, безжалостно устранялся естественным отбором, так как его носитель просто не мог иметь потомства. Логично предположить, что гены, обуславливающие гибель на более поздних этапах жизни, подвергаются менее жесткому отбору и могут сохраняться в популяции. Согласно этим рассуждениям, процесс старения сформировался в результате «ослабления давления естественного отбора» по мере старения особей.
То, что неумолимое старение неизбежно, было общепринятой аксиомой, согласно которой по достижении индивидуумом возраста, в котором «плохие» гены больше не влияют на успех размножения, защитная функция естественного отбора и, соответственно, уровень выживаемости сходят на нет. Данные, согласно которым в действительности процесс старения останавливается, совершенно невозможно было согласовать с этой теорией.
После двух лет изматывающих размышлений об этой проблеме у автора статьи, которую вы сейчас читаете, Майкла Роуза, возникла идея, что традиционная интерпретация теории Гамильтона была неверна. Что, если старение действительно является результатом ослабления давления естественного отбора? Если это так, то полное исчезновение этого давления вполне может привести к остановке процесса старения. За помощью в получении подтверждения этого предположения он обратился к коллеге-эволюционисту Лоренсу Мюллеру (Laurence D. Mueller), владевшему навыками компьютерного моделирования.
Совместно с ним Роуз проанализировал несколько компьютерных моделей, построенных с учетом новой интерпретации теории Гамильтона. В каждом из проанализированных случаев процесс старения останавливался. Все это выглядело так, как будто бы эволюционная теория, подразумевающая бесконечный процесс старения, была в корне неверна. Результаты исследования были опубликованы в декабре 1996 года в Proceedings of the National Academy of Sciences в статье Laurence D. Mueller and Michael R. Rose Evolutionary theory predicts late-life mortality-plateaus.
Дальнейшее развитие этой идеи привело к еще более неожиданным выводам. Оказалось, что чем раньше популяция утрачивает способность к воспроизведению, тем раньше останавливается процесс старения ее особей. Для получения экспериментального подтверждения результатов компьютерного моделирования Роуз проанализировал собранные сотнями прошедших через его лабораторию студентов данные о смертности и продолжительности репродуктивного возраста нескольких десятков различных популяций дрозофил, наблюдавшихся в течение сотен поколений. Ранее никто не проводил настолько крупномасштабных экспериментов.
Результаты оказались более чем впечатляющими. Как и предсказала компьютерная модель, чем раньше дрозофилы утрачивали способность к воспроизведению, тем раньше останавливался процесс их старения и, соответственно, тем дольше была продолжительность жизни. Противоположная закономерности также имела место быть. Результаты представлены в статье Michael R. Rose et al. Evolution of late-life mortality in drosophila melanogaster, опубликованной в октябре 2002 года журналом Evolution.
Полученные результаты были весьма вдохновляющими, однако они не исключали верность другой интерпретации, предложенной Гринвудом и Ирвином в 1939 году. Вполне возможно, что остановка процесса старения является иллюзией, обусловленной индивидуальными различиями в степени «живучести» организма. То есть в каждой популяции мух всегда есть несколько «Суперменов» и несколько «Вуди Алленов», а все остальные являются промежуточными вариантами. Слабые умирают раньше, а до очень преклонного возраста доживают только самые выносливые, что и создает иллюзию резкого прекращения процесса старения.
Биологи до сих пор не могут получить убедительных доказательств этой гипотезы и единственной моделью, имеющей весомое экспериментальное подтверждение, является описанная выше модель Роуза и Мюллера.
Генетические причины остановки процесса старения пока до конца неясны. Одним из возможных объяснений является так называемый эффект «антагонистической плейотропии», обусловленный существованием генов, способствующих выживанию на ранних этапах жизни, но оказывающих пагубное влияние на здоровье стареющего организма. Полученные на сегодняшний день результаты экспериментов на мухах-дрозофилах указывают на реальность описанного эффекта, однако окончательных доказательств пока нет.
Сейчас мы уже понимаем, что старение вовсе не является результатом прогрессивного накопления химических повреждений, схожего с процессом изнашивания металлического агрегата. Оно является отражением сформированной эволюцией модели снижения функциональности организма. Как оказалось, Аристотель ошибался, также как и современные биологи, пытающиеся объяснить старение исключительно в контексте клеточной биологии.
Все полученные Роузом результаты длительных кропотливых исследований описаны в книге «Прекращается ли старение?» (Does Aging Stop?). Однако, по словам самого Роуза, то, что происходит сейчас, является только началом революции в понимании старения и подходов к его замедлению.
Примерно 10 лет назад Роуз высказал предположение, что раннее прекращение процесса старения было бы гораздо более эффективным, чем замедление его прогрессии. Это позволило бы увеличить не только собственно продолжительность жизни, но и «продолжительность здоровой жизни». Если бы старение удалось остановить в среднем возрасте, это позволило бы на неопределенный срок продлить доставляющий удовольствие человеку отрезок жизни и избавить его от периода дряхлости. В своей книге и на веб-сайте 55theses Роуз и его единомышленники предлагают один из возможных методов воплощения этой идеи.
За отправную точку взято предположение, что по мере старения организма давление естественного отбора ослабевает. Это означает, что в молодости организм легче приспосабливается к условиям окружающей среды, чем в старости. Или, другими словами, старение является прогрессивным снижением способности к адаптации.
Однако это не является единственным фактором. Адаптация требует времени, особенно если она происходит в ответ на изменения окружающей среды. Поэтому подобные изменения с возрастом могут еще более снижать способность к адаптации и, соответственно, отрицательно сказываться на состоянии здоровья. Только относительно недавно стало ясно, что наш вид претерпел очень сильное изменение условий обитания, обусловленное окружающей средой, – переход от охоты и собирательства к сельскому хозяйству и, соответственно, на рацион с большой долей молочных продуктов и углеводов. Вполне возможно, что это и стало причиной смещения «жизни после старости» на такой преклонный возраст.
Учитывая ослабление давления естественного отбора, можно предположить, что человек хорошо адаптирован к сельскохозяйственной диете на ранних этапах жизни и гораздо хуже – в старости. Это еще более усугубляет снижение нашей способности адаптироваться, ассоциированное со старением. И, наконец, переход к ведению сельского хозяйства мог способствовать увеличению репродуктивного возраста человека, что, как показали эксперименты на дрозофилах, сопровождается одновременным перемещением срока окончания процесса старения на более поздний возраст.
Для того, чтобы научится повышать качество жизни в преклонном возрасте и раньше останавливать старение, надо больше внимания уделять нашей эволюционной истории. Эта задача очень сложна, однако существуют определенные подсказки.
Наиболее простая эволюционная история характерна для индивидуумов, предки которых никогда не жили в сельскохозяйственных или промышленных регионах. Эти популяции очень невелики, однако изучение закономерностей старения их представителей имеет чрезвычайную важность для оценки возможностей, представляющихся каждому из нас. У аборигенов Папуа-Новой Гвинеи, предки которых познакомились с сельским хозяйством только в прошлом столетии, не было достаточно времени для адаптации к нему. В написанной в 2009 году книге «Питание и западные болезни» (Food and Western Disease) Стаффан Линдеберг (Staffan Lindeberg) из университета Лунда, Швеция описывает пользу для состояния здоровья, которую эти люди могут извлечь при возвращении к рациону питания их предков, добывавших пищу охотой и собирательством. Вычисления, представленные в книге «Прекращается ли старение?», также подтверждают идею, согласно которой возвращение людей, чьи предки были охотниками и собирателями, к образу жизни и питания прошлых поколений должно сдвинуть срок прекращения процесса старения на гораздо более ранний возраст.
Однако все остальные находятся в гораздо более сложной ситуации, так как в течение последних 10 000 лет люди, в основной массе, уже более-менее адаптировались к сельскохозяйственной диете. Однако, учитывая то, что давление естественно отбора наиболее сильно в молодом возрасте, можно предположить, что максимальная адаптированность к таким условиям питания приходится на период до примерно 30 летнего возраста. В более зрелом возрасте человек пережил меньше поколений естественного отбора, который был недостаточно силен для адаптации к новому образу жизни. Поэтому, вполне возможно, что переход на уровень активности и диету охотников-собирателей может оказаться очень полезным для здоровья стареющего человека.
Сам Роуз уже в течение двух лет практически не употребляет в пищу молоко и любые его производные, а также крупы, рис и другие продукты «травянистого» происхождения и утверждает, что очень доволен результатами.
Он не предлагает всем немедленно переключаться на рацион питания «каменного века», однако рекомендует задуматься об этом людям, возраст которых приближается к понятию «преклонный». Конечно, ожидаемый эффект для большинства из нас не может сравниться с пользой, которую переход на рацион предков может принести людям, не имеющим сельскохозяйственного наследия. Однако он вполне может повысить качество жизни в старости.
Существование возраста, в котором процесс старения человека останавливается, уже не вызывает сомнений, как и не оставляет сомнений его потенциальная изменчивость. А открытие существования такого возраста указывает на то, что желание значительно увеличить продолжительность жизни, испокон веков будоражащее воображение человека, является вполне реальной возможностью.
Приложение: фотогалерея «Секреты долголетия: жизнь начинается после 100».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
02.09.2011