Остановись, старение!
Майкл Роуз, профессор эволюционной биологии Калифорнийского университета в Ирвине
В 1939 году в журнале Human Biology была опубликована статья двух британских специалистов по статистике М. Гринвуда и Дж. О. Ирвина. Тогда она не вызвала особого интереса - Великая депрессия отнюдь не способствовала научному прогрессу. К тому же обилие математических выкладок, представленное в работе, попросту обескураживало биологов и медиков. В итоге неожиданное и удивительное открытие ученых было оставлено без внимания. А заключалось оно в следующем.
Изучая данные о смертности у женщин старше 93 лет, Ирвин и Гринвуд ожидали увидеть то же, что наблюдалось и среди всех остальных взрослых людей - с возрастом смертность должна была увеличиваться.
Однако то, что ученые обнаружили, привело их в недоумение: в промежутке между 93 и 100 годами смертность почему-то сохранялась на одном и том же уровне. Иными словами, в 99 лет старушки умирали не чаще, чем в 93 года.
Самим исследователям такие результаты показались абсурдными и нелепыми, ведь они противоречили всем общепринятым на тот момент представлениям. В конце концов авторы статьи сошлись во мнении, что «дальнейший рост показателя, конечно же, должен быть неизбежен». Но что если все обстоит иначе? Что если в конце нашей жизни процесс старения действительно прекращается? А вдруг можно остановить его намного раньше, пока человек еще обладает неплохим здоровьем?
С возрастом тела живых существ подвергаются деградации - это знали еще со времен античности. Аристотель написал замечательный трактат на данную тему 2300 лет назад. Старение, считал он, есть не что иное, как неумолимый процесс разрушения, продолжающийся до тех пор, пока смерть не положит конец нашим страданиям. О том же говорят и все современные молекулярно-клеточные теории. Они гласят, что, по мере того как мы становимся старше, в нашем организме накапливаются мутации, утрачивается способность к регенерации и устанавливается общий дисбаланс. Расхождения возникают лишь по поводу того, какие именно механизмы приводят к повреждению клеток. С позиций эволюционной теории, ключевую роль во всем этом играет естественный отбор.
Но в 1992 году две американские лаборатории - Джима Кэри из Калифорнийского университета в Дэвисе и Джима Кертсингера из Университета Миннесоты - независимо друг от друга опубликовали статьи, которые поставили под сомнение традиционную точку зрения (Science, т. 258, с. 457, 461).
Результаты работы Ирвина и Гринвуда могли быть не совсем точными, поскольку объектом их исследования был человек, а люди совершенно не подходят на роль лабораторных животных. Во-первых, они живут довольно долго. Во-вторых, их нельзя запереть в клетку, чтобы наблюдать за ними постоянно. К тому же последний отрезок своей жизни они проводят в относительно комфортных условиях. Так, может быть, неожиданно низкая смертность среди глубоких стариков - лишь следствие хорошего ухода и лечения?
Мрем как мухи?
Кэри и Кертсингер проводили свои эксперименты не с людьми, а с дрозофилами - стандартными участниками лабораторных опытов. Тысячи насекомых помещали в тщательно контролируемые условия и скрупулезно фиксировали потери до тех пор, пока не погибали все мушки.
К своему удивлению, ученые увидели ту же картину, что и Ирвин и Гринвуд десятилетия назад: вначале уровень смертности возрастал в геометрической прогрессии, но через несколько недель он переставал увеличиваться, а в некоторых случаях даже снижался. Невероятно, но стабильная ситуация со смертностью могла сохраняться на протяжении месяцев. Как будто относительно короткий период старения сменялся длительным плато, во время которого никаких возрастных изменений не происходило. В этот раз на феномен обратили внимание все.
Очень скоро тема «жизни после старости» стала популярной среди биологов. Новые эксперименты показали, что обнаруженный эффект наблюдается не только у мушек, но и у нематод и жуков, однако заметить его можно лишь в том случае, если число особей достаточно велико. Понятно, почему открытие не сделали раньше: просто никому не приходило в голову специально разводить огромные популяции подопытных животных лишь затем, чтобы детально исследовать последние этапы их развития. Стало очевидно, что результаты расчетов Ирвина и Гринвуда не были случайностью, а отражали реально существующую закономерность: в очень преклонном возрасте организм как будто бы вступает в некую «третью фазу», в которой старение каким-то непостижимым образом прекращается.
Для меня, геронтолога с пятнадцатилетним стажем, работы Кэри и Кертсингера стали настоящим шоком. Мои собственные взгляды формировались под влиянием работ великого английского биолога-эволюциониста Уильяма Гамильтона, разработавшего математическую модель возрастной деградации организма еще в 1966 году (Journal of Theoretical Biology, т. 12, с. 12).
Гамильтон утверждал, что природой безжалостно искореняются все гены, которые могут привести к гибели особи до того, как она успеет оставить потомство. В то же время генетические особенности, способствующие смерти в более зрелые годы, отбраковываются менее тщательно и потому могут передаваться из поколения в поколение. Таким образом, старение - результат ослабления защитных сил естественного отбора. А раз так, значит, оно неизбежно. По мере того как живое существо выходит из репродуктивного возраста, вредные наследственные признаки начинают проявлять себя все сильнее, пока наконец их суммарное действие не приводит к гибели. Всегда считалось, что до своего логического завершения этот процесс идет по нарастающей. И вот теперь выясняется, что он может остановиться!
Отключение старости
Два года я ломал голову, пытаясь понять, почему так происходит. И однажды мне на ум пришла одна интересная гипотеза. Я подумал, что мы, возможно, не совсем верно интерпретируем идеи Гамильтона. Что если в ходе эволюции функция старения культивируется целенаправленно? Тогда она должна отключаться в том возрасте, в каком сила естественного отбора сводится к нулю. У меня не было никаких доказательств, но я знал, как проверить свою догадку.
Мой коллега Ларри Мюллер - талантливый ученый, специалист в области компьютерного моделирования и статистики. К тому же его офис располагается по соседству с моим. Я попросил его составить несколько моделей на основе предложенного мной альтернативного толкования старой концепции. Я надеялся увидеть, что под влиянием определенных условий процесс возрастной деградации в поздние годы может останавливаться хотя бы в редких случаях.
Результат превзошел все мои ожидания. Эффект наблюдался всегда, какой бы вариант развития событий мы ни рассматривали. Возникало впечатление, будто бы сама эволюционная теория отрицала собственный постулат о бесконечном дряхлении организма (Proceedings of the National Academy of Sciences, т. 93, с. 15294).
Тогда мы подумали, а нельзя ли предсказать, в какой именно момент жизни произойдет остановка? Оказалось, можно. Как выяснилось, ключевую роль здесь играет возраст, в котором представители вида обычно имеют возможность в последний раз дать потомство. Чем раньше в популяции заканчивается размножение, тем скорее процесс старения входит в стадию плато, и наоборот. Итак, теория у нас уже была, оставалось только проверить ее с помощью эксперимента.
В опыте были задействованы десятки групп мушек по нескольку тысяч особей в каждой. Окончание репродукции строго контролировалось нами на протяжении сотен поколений. В течение долгих месяцев за насекомыми ежедневно наблюдали сотни студентов. До нас никто еще не проводил таких широкомасштабных исследований. В них было вложено столько труда, что коллеги совершенно справедливо прозвали мою лабораторию «потогонкой».
В конце концов мы убедились в том, что предсказания наших компьютерных моделей на практике сбываются с поразительной точностью: популяции с более ранним возрастом окончания способности к репродукции перестают стареть в более раннем возрасте и наоборот (Evolution, т. 56, с. 1982).
Такие результаты нас, безусловно, порадовали, но они не могли полностью исключить объяснение, которое в 1939 году предложили Ирвин и Гринвуд. По мнению ученых, остановка старения - всего лишь иллюзия, возникающая из-за различий в жизнестойкости отдельных организмов. В каждой популяции есть определенный процент «суперменов», некоторое количество «слабаков», большинство же находится где-то посередине. Первыми гибнут самые хилые, затем постепенно все остальные, пока наконец не останутся одни только «крепыши». Они-то и становятся долгожителями, заставляя нас думать, что время внезапно теряет над ними свою власть.
Однако биологи до сих пор не могут доказать, что подобная гетерогенность существует на самом деле. Эксперименты, проведенные моей аспиранткой Кэсси Розер, лишний раз опровергают эту теорию. Так что на сегодняшний день только наша модель подтверждается опытным путем.
Пока мы не в состоянии полностью описать всю генетическую подоплеку феномена. Вероятно, не последнюю роль здесь играет так называемая антагонистическая плейотропия, то есть передача по наследству генов, полезных в раннем возрасте, но разрушительно сказывающихся на здоровье в более зрелые годы. Мы продолжаем работать в этом направлении, но самое главное мы уже выяснили - старение действительно может прекращаться.
Теперь понятно, что оно представляет собой не процесс накопления повреждений, напоминающийкоррозию, а постепенно затухающую функцию, которая поддерживается самой эволюцией. Выходит, Аристотель ошибался - точно так же, как и те, кто пытается все объяснить исключительно с позиций биохимии и биологии клетки.
Практика омоложения
Десять лет назад у меня возникла мысль, что, вместо того чтобы пытаться замедлить износ органов и систем с течением времени, намного лучше было бы останавливать возрастные изменения на ранних этапах, когда человек еще здоров и полон сил. В таком случае люди смогли бы отодвинуть смерть на неопределенный срок и в течение долгих лет жить активной и полной жизнью, избегая старческих болезней.
Тогда я понятия не имел, как это сделать. В конце концов мы с коллегами нашли способ, который теоретически мог бы быть довольно эффективным - о нем подробно рассказывается в нашей книге «Останавливается ли старение?» («Does Aging Stop?») и на посвящённом ей сайте 55theses.org.
Идея основана на следующем: чем старше мы становимся, тем меньше проявляют себя силы естественного отбора. Другими словами, мы лучше приспособлены к окружающему миру в молодости, чем в зрелом возрасте. На то, чтобы вид мог приспособиться к окружающей среде, требуется время. Поэтому, если условия существования популяции внезапно меняются, адаптивность - а вместе с ней и здоровье - в зрелом возрасте начинает ухудшаться еще быстрее (так как зрелая особь хуже приспособлена к этому миру). Что касается человека, то сравнительно недавно он перешел от охоты и собирательства к земледелию и, как следствие, молочно-злаковой диете.
Если принять во внимание, что давление селекции с годами ослабевает, то, по всей видимости, в молодости мы должны быть приспособлены к молочно-злаковой диете лучше, а в старости - хуже. Выходит, придерживаясь до конца своих дней рациона, включающего сельхозпродукты, мы лишь усугубляем свое состояние, ослабляем свою приспособленность. Переход на подобный рацион многие тысячелетия назад, скорее всего, поспособствовал тому, что репродуктивный период человека удлинился, а, как известно из экспериментов с мухами, чем старше особи, в последний раз дающие потомство, тем позже начинается период, когда особь перестает стареть.
Таким образом, мы можем преуспеть в борьбе со старостью, если будем учитывать тот путь развития, который прошло человечество до своего современного состояния.
Самый простой путь - у тех людей, чьи предки никогда не переходили к сельскому хозяйству. Подобных сообществ осталось совсем мало, но, глядя на них, мы можем лучше понять собственные возможности. Например, некоторые племена Папуа - Новой Гвинеи начали заниматься земледелием лишь в прошлом веке и поэтому еще не успели хорошо адаптироваться к смене продуктов питания. Их здоровье могло бы значительно улучшиться, если бы они вернулись к диете охотников-собирателей, утверждает Стаффан Линдеберг из Лундского университета (Швеция) в своей книге «Еда и болезни Запада» («Food and Western Disease»). Согласно расчетам Ларри Мюллера, возвратившись к старым гастрономическим предпочтениям, папуасы останавливали бы свое старение на более ранних стадиях.
С остальным человечеством все намного сложнее, ведь наши прародители жили сельскохозяйственным трудом в течение 10 000 лет, и мы уже успели в достаточной степени приспособиться к такому существованию. Но, как мы помним, сила естественного отбора максимальна, когда мы совсем молоды, скажем, лет до 30, а значит, именно в этот период наш организм лучше всего адаптирован к молоку и злаковым культурам. Логично предположить, что чем старше мы становимся, тем меньше подходит нам пища земледельцев (в старшем возрасте естественный отбор слабее, а значит, за многие поколения он сумел значительно хуже «подготовить» людей такого возраста к молочно-злаковой диете). Поэтому я бы советовал по достижении определенного возраста переключиться на рацион охотников-собирателей.
Сам я уже два года живу без мучного, риса, кукурузы, сахара и молока, и пока результат меня только радует. Я не призываю слишком рано отказываться от этих продуктов. Пока вы юны - ешьте их на здоровье. Но в зрелые годы переходите на «диету каменного века». Возможно, для вас пользы от нее будет меньше, чем для папуасов, но по крайней мере ваши шансы на долгую жизнь увеличатся.
Итак, то, что старение может остановиться, - доказанный наукой факт. А значит, есть надежда, что рано или поздно мы все-таки откроем секрет долгой молодости.
Статья опубликована в журнале NewScientist № 10, 2011 год.