Старение организма начинается с мозга
|
Выдвинута новая теория старения млекопитающих. Непосредственной причиной старения названо нарушение гормонального гомеостаза в организме. Это происходит из-за снижения активности митохондрий в нервной ткани головного мозга. Нервные клетки с поврежденными оксидантами митохондриями умирают, а новые клетки не образуются. Млекопитающие - это единственная группа животных с обязательным и неизбежным старением. И именно им свойственна практически полная (с небольшими исключениями) невозобновляемость нейронов в мозгу. По мнению автора, нейроны не могут заменяться новыми потому, что транспортные пути для молодых нейронов - клетки радиальной глии - уже в начале постнатального развития реорганизуются в другие клетки - астроциты, выполняющие совершенно иные функции. Другие группы беспозвоночных и позвоночных животных с постоянно обновляемым запасом клеток, в том числе и нервных, способны обойти проклятие старения и стать потенциально бессмертными. При этом клетки радиальной глии, например у птиц, сохраняются в течение всей жизни. А. Г. Бойко приглашает к активному обсуждению глиальной теории старения специалистов-геронтологов и биологов.
А. Г. Бойко, сотрудник Национального Аграрного Университета Украины, предложил ответ на вопрос, почему млекопитающие обязательно должны стареть.
Что такое старость у одноклеточных организмов, неизвестно: одноклеточные, если их не разрушат внешние силы или не съедят хищники, обычно кончают жизнь самоубийством, то есть включением программы апоптоза. Принято считать, что старость появляется вместе с многоклеточностью. Но это не совсем верно как с точки зрения простейшей логики, так и фактов. Логика говорит о том, что смерть одной клетки - это еще не смерть целого, так как на место умершей клетки встает новая клетка и организм продолжает жить. Факты же таковы, что среди многоклеточных животных имеется много таких, которые могут жить бесконечно долго, если позволяют условия среды. Таким потенциально бессмертным организмом является, например, пресноводная гидра (Кто забыл, что это за животное, загляните в учебник зоологии для 6 класса. И жаль, что в учебнике ничего не сказано о бессмертии этого животного, наверняка этот любопытный факт поднял бы рейтинг зоологии у современных, далеких от культурного идеала школьников). У гидры новые клетки тканей постоянно генерируются в особой зоне роста, расположенной под венчиком щупалец, и оттуда мигрируют к подошве и щупальцам, замещая отмершие или испорченные клетки тканей. При благоприятных условиях среды скорость появления новых клеток равна скорости отмирания отслуживших свое, таким образом, гидра остается вечно молодой. Она умирает тогда, когда меняются условия среды: в этом случае деление клеток замедляется, их рост уже не восполняет потери отмерших и животное стареет и умирает.
Не стоит думать, что столь простой секрет вечной молодости доступен только совсем простым организмам, таким, как гидра. Не стареют, как известно, многие виды рыб: морские окуни ( Sebastes ) живут больше 200 лет; не стареют, хотя и живут не очень долго, аквариумные рыбы-зебры ( Danio rerio ). Среди долгожителей с незначительным старением - амфибии, черепахи. Так, для черепах зафиксирован возраст 188 лет. Некоторые крупные динозавры, судя по строению костей, не проявляли признаков старения. Долгожителями можно назвать и птиц. В среднем птицы живут дольше млекопитающих, и продолжительность жизни птицы по сравнению с млекопитающим сходного веса почти наверняка будет больше. Даже колибри, самые мелкие птички, живут около 15 лет, примерно столько же, сколько и вполне весомые кошки. Хотя нужно подчеркнуть, что потенциального бессмертия у птиц все же неизвестно. Среди растений имеется множество примеров нестареющих организмов, как деревьев, так и травянистых растений; растения вообще породили рекордсменов-долгожителей (о старении у растений см. статью Жмылева в Журнале общей биологии). Так что из всех живых организмов только млекопитающие не смогли изобрести своего философского камня, дающего бессмертие.
Что же отличает млекопитающих от всех остальных групп позвоночных животных? Прежде всего, они сильно обгоняют других животных по развитию нервной системы и в особенности головного мозга. Эволюция млекопитающих пошла по пути совершенствования поведения и обучения, что потребовало от конструкторов Природы пристального внимания к нервной организации. Благодаря эволюции и дифференциации головного мозга даже такое примитивное млекопитающее, как утконос - гений по сравнению с самой высокоразвитой рептилией.
Общее правило нестареющего организма - это постоянная замена «испорченных» клеток новыми. У рыб, земноводных, рептилий отслужившие клетки мозга постоянно замещаются новыми. Это справедливо в некоторой степени и для птиц. А в мозгу млекопитающих нервные клетки в постнатальный период практически не обновляются, значит, мозг обречен износиться и постареть. В мозгу млекопитающих имеется лишь две области, где все же имеется постоянный приток новых клеток. Это, во-первых, субвентрикулярная зона, расположенная в стенках боковых желудочков. Эта область обслуживает обонятельную функцию у млекопитающих, формирует новые нейроны обонятельной луковицы. Вторая область - это зубчатая фасция гиппокампа, отвечающая за формирование памяти. Это означает, что нейрогенез у взрослых млекопитающих хоть и в малых дозах, но существует. Следовательно, причина невозобновляемости мозга не в принципиальной остановке нейрогенеза, а в чем-то другом. Таким ключевым механизмом может оказаться отсутствие транспортных средств от места возникновения к месту назначения нейробластов.
У позвоночных передвижение нейробластов от зон пролиферации (размножения клеток) к месту дифференцировки происходит вдоль клеток радиальной глии. Вскоре после окончания формирования мозга клетки радиальной глии преобразуются в астроциты. Астроциты - это многофункциональные клетки: они передают питательные вещества и кислород из капилляров, выносят продукты метаболизма, участвуют в передаче электрического сигнала, но больше не являются проводниками для молодых нервных клеток. Радиальная глия сохраняется у взрослых млекопитающих только в субвентрикулярной зоне и области зубчатой фасции гиппокампа, то есть там, где продолжается возобновление нервных клеток. У других позвоночных клетки радиальной глии многофункциональны, они выполняют и транспортные задачи, и задачи жизнеобеспечения. Их функциональная специализация ограничивается преобразованием только отростков глиальных клеток, но не целой клетки. У млекопитающих преобразуется вся клетка целиком. Это, безусловно, увеличивает эффективность обслуживания нейронов астроцитами, но за счет потери части функциональных возможностей. Так что совершенствование головного мозга у млекопитающих привело к потере возможности пополнять армию нервных клеток, а в конечном итоге - к потере всей армии.
Как стареет мозг? А. Г. Бойко соглашается с другими авторами в том, что причиной является накопление в митохондриях оксидантов и разрушение митохондрий. Это заставляет нормально работающие клетки принимать на себя дополнительную нагрузку, то есть работать за себя и за погибшего товарища. Сверхнагрузки ускоряют гибель нервных клеток, так что старение мозга - это самоускоряющийся процесс. Причиной старения мозга может быть и сниженная способность нервных клеток к репарации, т.е. починке испорченной ДНК.
Почему из-за старения мозга стареет весь организм? Этот вопрос обсуждался геронтологами в течение всего 20-го столетия. Наиболее разработанной в настоящее время считается концепция Дильмана. Согласно этой теории развитие организма - это результат запрограммированного изменения его внутренней среды. Старение как завершающая стадия развития может рассматриваться как результат определенного сочетания гормональных стимулов. Гормональная настройка организма построена по принципу обратной связи. Если теряется чувствительность гипоталамуса к сигналам, посылаемым от различных систем организма, то настройки сбиваются. В результате снижается адекватность реакций, возникает гормональная анархия и организм стареет. А старение мозга неизбежно ведет к изменению чувствительности гипоталамуса, заведующего гормональной регуляцией организма.
Большую роль в этом процессе играют факторы роста. А.Г.Бойко приводит любопытные факты, доказывающие, что гормональный статус, генерируемый мозгом животного, напрямую связан со старением всего организма. В числе этих примеров опыты с персадкой тканей и органов от старых животных молодым и наоборот. В этих экспериментах показано, что если донором будет старое животное, то организм молодого реципиента омолаживает ткани и органы. И все наоборот, если реципиентом будет старое животное. То есть рецепиент подтягивает трансплантируемые ткани и органы к своему состоянию. Но! если пересадить старому животному участок гипоталамуса от молодого животного, то весь организм омолаживается.
Старение и смерть потенциально бессмертных организмов происходит при смене условий среды. Такой способ организации жизни и смерти не поддается внутреннему контролю. Эволюция не терпит бесконтрольности, стремясь обеспечить организму все большую автономность. А. Г. Бойко вслед за другими авторами рассматривает старение как эволюционную попытку достичь автономности и в этом вопросе. Автономное старение может быть полезно группе (таксону) животных для ограничения роста популяции, для установления адекватной условиям жизненной стратегии - короткоцикловой или длинноцикловой, избегания хищников того или иного размерного класса.
Статья содержит множество ярких примеров из области трансплантологии, генетики, сравнительной морфологии позвоночных, геронтологии, изобилует рассуждениями и логическими схемами, объединяющими факты из различных областей биологии. В этих схемах имеются недоработки, но сам автор не считает свою теорию законченной, поэтому приглашает к содержательному обсуждению специалистов всех профилей биологии.