Книга Стареть, не старея. О жизненной активности и старении - Рюди Вестендорп

Цена секса

Чтобы получить экспериментальное доказательство теории «тела на выброс», было проделано множество опытов на дрозофилах. Плодовые мушки давно используются в различных исследованиях, ставших богатым источником новых научных знаний. Дрозофилы стареют уже через несколько недель, что является важным условием в исследованиях долготы жизни. Последнее, и немаловажное, преимущество заключается в том, что массовое разведение их в лабораторных условиях обходится очень недорого. Однако при проведении опытов возникает принципиаль­ная проблема: как только экспериментатор устанавлива­ет, что какая-то мушка живет очень долго, то оказывается, что биологически она достигла старости, стала менее плодовита и скоро погибнет. Но ведь это именно те мушки, на которых исследователь хотел бы провести свои опыты (скрещивание).

Бас Зваан, увлеченный профессор-генетик, в ходе своих диссертационных исследований нашел элегантное решение этой проблемы. Он воспользовался тем, что дрозофилы при низкой температуре живут дольше, а при высокой — продолжительность их жизни сокращается. Каждое новое поколение дрозофил он произвольно делил на две группы, и одну группу подвергал действию высокой температуры. Таким образом можно было быстро установить, имеет он дело с более — или с менее долго живущими особями, которых другим способом различить было бы невозможно. Как только он устанавливал, какие именно семьи живут меньше, а какие дольше, он брал выживших при более низкой температуре братьев и сестер, чтобы продолжать опыты уже с ними. Ре­зультаты этих экспериментов весьма примечательны. Оказалось, что селекция наиболее долго проживших мушек, повторявшаяся на протяжении нескольких поколений, привела к значительному увеличению средней продолжи­тельности их жизни. Программу селекции Баса Зваана ради увеличения продолжительности жизни дрозофил можно сравнить, также и по эффективности, с программой Us Mem [Наша Мать (фризск.)] по выведению племенных фризских коров с целью получения высоких надоев.

Одновременно Бас Зваан изучал способность долго живущих дрозофил к яйценоскости. Заметим: здесь не производилась селекция ни «за», ни «против». Он установил, что долго живущие дрозофилы в течение жизни откладывают меньше яиц. Справедливо было также обратное: у мушек, вырабатывавших много яиц, жизнь была значительно короче. Выводы этих биологических экспе­риментов полностью согласуются с теорией «тела на выброс»: вложение ресурсов в более продолжительную жизнь происходит за счет вклада в число потомков.

Механизму, который лежит в основе вопроса: «Что стоит на первом месте: собственный организм или дети?» — можно также дать название the cost of sex, цена секса. Британский биолог Линда Партридж попыталась проникнуть в суть этого механизма. В одном из экспериментов, изучая выживаемость самцов дрозофилы, она разделила их на две группы: тех, у кого были, и тех, у кого не было сексуальных контактов. Оказалось, что у мушек-самцов, которые соединялись с самками, риск умереть был в пять раз выше, чем у самцов, у которых контактов с самками не было. Возросшая опасность умереть полностью исчезала, если самцы совершенно не имели контактов с самками. Под микроскопом было видно, что самцы получали серьезные повреждения при спаривании, в том числе были повреждены крылышки. Поскольку дрозофилы обладают весьма ограниченными возможностями регенерации, спаривание ведет чаще всего к остаточным повреждениям, потере функций и повышению смертности. Осложнения, связанные со спариванием, были названы прямой ценой секса.

Но есть также и непрямая цена секса. Она связана не со спариванием, но со способностью быть готовым к сексуальной активности и к получению потомства. Другими словами, цена, которая должна быть уплачена, чтобы можно было получить различные варианты одного и того же вида. Большей частью существует разделение на два пола, мужской и женский, в каждом из которых наличествует только один вид половых клеток. Но существует также и двуполость — гермафродитизм. Двуполые особи способны размножаться самостоятельно, без того чтобы спариваться с другими особями своего вида.

Первое свидетельство непрямой цены секса мы видим в жизненном пути такого бесполого вида, как гидра. Полип размножается, вырастая из одной «омнипотентной» стволовой клетки. Этот вид стволовых клеток рассеян по всему телу. В размножении никакой пол не участвует. Из тех же самых стволовых клеток могут образовываться различные ткани. Таким образом полип обрета­ет возможность размножаться посредством клонирования и одновременно, благодаря хорошей регенерации, избе­жать процесса старения.

Не так давно обнаружили, что в лаборатории некоторые особи гидры подвергались половой трансформации. Она происходит в том случае, если окружающая среда становится менее благоприятной. Изменение условий гидра воспринимает как опасность для выживания. В ка­честве реакции на произошедшее изменение бесполая гидра трансформируется в двуполую. С точки зрения эволюции это можно объяснить тем, что в изменившихся условиях двуполая гидра при половом размножении имеет более высокие шансы на успешное получение потомст­ва, чем бесполая гидра. Но за такую половую трансформацию приходится платить высокую цену. В отличие от бесполых особей риск смерти в данном случае значительно увеличивается. Двуполые гидры стареют!

Исследователи стволовых клеток открыли причину того, почему это происходит. У всех млекопитающих половые клетки появляются из полового зачатка. Половой зачаток, в яичниках и в яичках, состоит из одной группы унипотентных стволовых клеток, обладающих возможностью развиться лишь в половые клетки. Половые клетки в половом зачатке, таким образом, существенно отли­чаются от омнипотентных стволовых клеток, из которых могут образовываться все ткани организма и с помощью которых, например, гидра может себя клонировать. Если гидра двуполая, у нее есть еще и стволовые клетки, так же как в половом зачатке, но они больше не обладают омнипотентной способностью, в отличие от стволовых клеток бесполых гидр. Вывод очевиден: половая трансформация происходит ценой утраты способности к регенерации. Иными словами, гидра получает «тело на выброс».

Дрозофилы-аристократы

В 1998 году в Манчестере я целый год работал с Томасом Кирквудом. Его теория «тела на выброс» побудила меня задуматься о том, как и почему мы стареем. Усвоив пони­мание эволюционных процессов, неизбежно приходишь к вопросу: применима ли теория «тела на выброс» также и к человеку? Пока что доказательства справедливости этой теории могли предоставить лишь дрозофилы.

Я обучался в Лейдене у профессора Яна Ванденбруке наблюдательному методу научных исследований челове­ка — эпидемиологическому методу. Большинство биологов прибегают в своей работе к экспериментам: в лабо­раториях они целенаправленно изменяют генетический материал подопытных животных или окружающую их среду и изучают полученные результаты. Но бóльшая часть этих лабораторных опытов по различным при­чинам неосуществима на людях. От Яна Ванденбруке я узнал, что с человеком происходят спонтанные перемены, которые сравнимы с целенаправленными изменениями при лабораторных экспериментах, но, безусловно, не являются запланированными. Тщательно изучая эти явления — псевдоэксперименты — у человека, можно получить информацию о причинах его болезней или здоровья. Так, люди, страдающие старческой слепотой, вероятно, являются носителями генетических вариантов в иммунной системе. Знание этого помогло определить роль воспалений в повреждении сетчатки.