Изучая влияние радиации на живые организмы, Сциллард предложил свою теорию накопления ошибок в 1959 году. Согласно этой теории, старение это результат накопления различных ошибок в клетках и тканях организма в течение времени. Все биологические процессы в организме контролируются генами, которые содержатся в ДНК. Когда клетки делятся, они должны скопировать свою ДНК, чтобы передать её дочерним клеткам. Однако этот процесс не всегда проходит идеально, и иногда происходят ошибки копирования. Эти ошибки, или мутации, могут привести к изменениям в функционировании клеток и тканей.
Со временем, эти ошибки накапливаются. Некоторые из них могут быть исправлены механизмами ремонта ДНК, но некоторые остаются. С возрастом количество этих неисправленных ошибок увеличивается, что ведет к появлению большого количества заболеваний и в том числе ускоренному старению организма (мы затронем эту тему более подробно в следующей главе про генетику).
Сенесцентные клетки
Знали ли вы, что зомби обитают не только в фильмах ужасов, но и внутри нас?! Зомби-клетками называют клетки, которые перестают делиться и выполнять присущие им функции, и в то же время вместо того, чтобы умереть и разложиться в нормальном процессе апоптоза, они продолжают находиться в нашем организме, заражая соседние здоровые клетки, и побуждая их также войти в это состояние сенесценции (старения).
Присутствие сенесцентных клеток вызывает множество проблем: они снижают ремонт и восстановление тканей, увеличивают хроническое воспаление и даже в конечном итоге могут повысить риск рака и других заболеваний, связанных со старением.
Изношенные или сильно поврежденные клетки обычно уничтожают себя через запрограммированную клеточную смерть, называемую апоптозом, и они также удаляются иммунной системой. Однако, с возрастом иммунная система ослабевает, и все больше старых и поврежденных клеток ускользают от этого процесса и начинают накапливаться во всех тканях организма. К тому времени, когда люди достигают старости, значительное количество этих устойчивых к смерти клеток накапливается, вызывая хроническое воспаление и повреждение окружающих клеток и ткани. Эти сенесцентные клетки являются одним из ключевых процессов в прогрессировании старения.
Однако, биология и наука не были бы таковыми, если бы ученые не продолжали делать новые открытия и периодически опровергать или дополнять прежние факты и теории. Так, например, в последнее время растет количество данных о том, что сенесцентные клетки могут оказывать благотворное влияние, особенно в процессах заживления ран и регенерации тканей. В частности, исследования на саламандрах показало, что стареющие клетки играют ключевую роль в восстановлении утраченных конечностей этих животных. Увеличение количества стареющих клеток в ране стимулировало регенерацию, приводя к быстрому восстановлению тканей[15].
Теория перекрестных сшивок
Теория перекрестных сшивок объясняет процесс старения с точки зрения химических изменений, происходящих в теле. Согласно этой теории, когда глюкоза связывается с белком в присутствии кислорода, происходят молекулярные изменения, которые ведут к образованию вредных перекрестных химических связей между белками и структурными молекулами. Это приводит к утрате функциональности молекул на базовом уровне и, со временем, накопление сшитых молекул повреждает клетки и ткани, увеличивая их жесткость и замедляя процессы в организме.
В результате таких реакций ткани нашего организма теряют свою эластичность. Это можно наблюдать на примере кожи, которая со временем становится морщинистой в результате отвердения коллагена. Сшивки также влияют на повышение жесткости стенок кровеносных сосудов, замедленное заживление ран и снижение подвижности суставов.
В целом, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Однако это требует от организма очень больших энергозатрат. К счастью, сегодня уже разрабатывают специальные препараты, которые «распускают» внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки.
Что не так с классическими теориями старения и износа организма?
Итак, мы посмотрели на несколько классических теорий старения, связанных с поломками, мутациями ДНК, износом организма, и в целом, все они звучат достаточно логично и убедительно. Эти теории предполагают, что процесс старения возникает в результате накопления ошибок и повреждений в организме, вызванных внешними и внутренними факторами, что неизбежно ведет к смерти.
Однако, один примечательный факт ставит под сомнение все эти классические теории старения, связанные с износом организма. И этот факт заключается в наличии на Земле некоторых живых организмов, которые, по сути, бессмертны (или более научным термином обладают «пренебрежительным старением») и обладают удивительной продолжительностью жизни. Если эти существа и погибают, то, как правило, не от поломок и износа, а из-за других причин например, они могут быть съедены или не могут найти пищу из-за изменений в окружающей среде, стать слишком большими или погибнуть по другим причинам.
Поэтому давайте посмотрим на этих долгожителей-рекордсменов, перед тем как перейти к другой большой группе теорий старения.
Бессмертные виды
Эту главу стоило бы, пожалуй, начать со слов:
«Добро пожаловать в мир бессмертия!»
Потому что здесь мы познакомимся с организмами, которые бросают вызов всему, что мы знаем о жизни и смерти. Одни в свои 35 лет выглядят так же как и в 2 года от роду, другие умеют заново отращивать себе оторванные конечности, третьи умеют бесконечное количество раз возвращаться к своему детскому состоянию, чтобы заново пройти путь взросления.
Итак, давайте знакомиться.
1. Самый известный долгожитель это, пожалуй, голый землекоп. Эти маленькие грызуны обитают в сухих саваннах и полупустынях Кении, Эфиопии и Сомали и живут подземными колониями, которые насчитывают около 80 особей и имеют сложную социальную структуру. Если у людей после 40 лет риски смерти увеличиваются в геометрической прогрессии и удваиваются каждые 8 лет, то у землекопов нет корреляции смерти с возрастом. Голые землекопы живут более 30 лет[16], не болеют раком или другими известными болезнями, и умирают в основном в драках с другими сородичами, нежели от старения. Для сравнения, мыши и крысы, имеющие такие же размеры, живут 2 максимум 3 года. Эти маленькие грызуны просто разносят в пух и прах все классические теории старения, потому что у них никакого изнашивания организма не происходит: особь 30 лет голого землекопа может выглядеть примерно так же, как и особь, которой 12 года[17].
2. Turritopsis nutricula медуза, прозванная бессмертной, способна возвращаться в стадию полипа из половозрелой стадии. Как только она чувствует, что состояние океана становится угрожающей ее жизни (загрязнение, критическое изменение температуры, голодание), медуза опускается и прикрепляется ко дну океана, превращаясь (за счет изменения функций ее клеток) обратно в полип, которым она была на начальной стадии своего созревания. Через какое-то время, когда условия окружающей среды становятся более благоприятными, этот полип отпочковывается от дна, опять превращается в молодую медузу, и начинает заново расти, питаясь планктонами. Этот цикл может продолжаться бесконечно благодаря наличию у этой медузы уникальных генов. Важно отметить, что, хотя медуза и может избегать естественного старения, она не является полностью бессмертной в том смысле, что ей все еще грозят хищники, болезни и другие опасности окружающей среды. Несмотря на это, бессмертная медуза остается удивительным доказательством возможности обратного старения в природе.