Читать книгу Жизнь без старости - Максим Скулачев - Страница 6

По большому счету, существование программы смерти отдельной клетки ничего не доказывает (кроме разве что сущей безделицы: оказывается, природа умеет программировать живые объекты на смерть). Действительно, все наши клетки живут в составе многоклеточного организма, и, как было сказано выше, гибель отдельных из них может быть очень даже полезна для него. Например, если это раковая клетка или клетка хвоста головастика, которому пришла пора превратиться в лягушку. Никогда не задумывались, куда девается хвост в этом случае? Все очень просто: его клетки получают команду на апоптоз и аккуратно самоликвидируются.

Дрожжи (их клетки под микроскопом) обладают программой самоуничтожения

Превращение головастика в лягушку происходит в том числе и благодаря явлению апоптоза

Но вот в чем загвоздка – существуют организмы, состоящие всего из одной клетки. Таковы бактерии, простейшие животные, вроде амеб, и одноклеточные грибы – дрожжи. Если у этих организмов существует апоптоз, то это значит, что у них есть программа самоубийства всего организма, так как в данном случае клетка и организм – одно и то же.

Если бы не апоптоз

Представляешь, дорогой читатель, если бы не апоптоз, то у нас с вами были бы, например, перепонки между пальцами, как у человека-амфибии! Да-да, в определенный момент развития эмбриона человека между пальцами образуются перепонки, которые затем рассасываются при помощи апоптоза.

Программа самоуничтожения действительно была обнаружена у дрожжей, причем совсем недавно – в первые годы XXI века (кстати, главную роль в этом открытии сыграли российские биологи из МГУ, чем мы очень гордимся!). Оказалось, что внешним сигналом, запускающим программу смерти, может быть феромон – вещество, выделяемое особями другого пола с целью привлечения партнера.

Среди всех организмов, состоящих всего из одной клетки, наверное, наиболее известна амеба

Мы не будем вдаваться в подробности полового процесса дрожжей, а сформулируем лишь главную мысль. Совершенно естественное вещество – феромон, запускающее половой процесс у грибов, убивает дрожжевую клетку, если что-то идет не так, как надо. Причем делает это не потому, что оно ядовито. К тому же количество феромона образуется совсем незначительное. Нет, дрожжи умирают потому, что феромон связывается со специальным белком-рецептором на поверхности дрожжевой клетки и тем самым запускает сложнейший каскад «самораскручивающихся» реакций, в конце концов приводящих к смерти этого одноклеточного организма.

Эукариоты и прокариоты

Дрожжи, как и все остальные грибы, а также растения, животные и люди относятся к эукариотам – организмам, в клетках которых есть ядро и другие органеллы. Органеллы – это как бы «органы клетки», то есть структуры, специализирующиеся на выполнении тех или иных физиологических задач, важных для жизни клетки. Одноклеточные организмы, клетки которых не имеют органелл, называются прокариотами.

Биологический смысл убийства полового партнера у дрожжей с помощью феромона мог бы состоять в очистке популяции от клеток-«неудачников», неправильно склеившихся при попытке передачи ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Выполнению «убийственной» функций феромона в этом случае должно способствовать его длительное выделение в узкую щель между половыми партнерами.

Если вы найдете в себе силы читать нашу книгу дальше, то узнаете, что половое размножение и смерть идут рука об руку у целого ряда видов живых существ. И в этом есть глубокий биологический смысл.

Помимо дрожжей, существует огромный мир микроорганизмов, также одноклеточных, но устроенных гораздо проще. Это так называемые прокариоты – эубактерии и архебактерии, или археи. У них также обнаружены механизмы самоликвидации, хотя и работающие иначе, чем у наших клеток или у дрожжей.

Например, у бактерий существуют системы типа «долгоживущий токсин – короткоживущий антитоксин», когда клетка медленно синтезирует белок, потенциально способный ее уничтожить. Такого убийства не происходит «в тучные годы», пока аминокислоты – вещества, необходимые для синтеза белков, находятся вокруг в достаточном количестве: клетка успевает быстро синтезировать белок-противоядие – антитоксин, который связывается с токсином и нейтрализует его. Токсины не только медленно синтезируются, но и медленно распадаются. А вот антитоксин распадается быстро. В результате «в тощие годы», когда аминокислот начинает не хватать для синтеза новых белков, короткоживущий антитоксин распадается и исчезает, в то время как количество токсина уменьшается лишь незначительно. Итог печален: токсин, освобождаясь из комплекса с антитоксином, убивает бактерию.

При необходимости бактерии (на фото) тоже могут самоликвидироваться

Бактерии гибнут, их становится меньше, а стало быть, снижается и потребление ими аминокислот. В конце концов количество аминокислот в немногих бактериях, оставшихся в живых, поднимается до уровня, достаточного для синтеза белков, и выжившие бактерии-счастливчики начинают снова синтезировать антитоксин, связывающий избыток токсина. Таким образом, популяция бактерий на своем (микроскопическом) уровне решает проблему перенаселения Земли.

Существенно, что не только нехватка аминокислот, но и субстратов дыхания и кислорода, появление в среде чужеродных токсинов и антибиотиков, а также другие неблагоприятные факторы, тормозящие биосинтез белков, могут включать систему «токсин-антитоксин» как последнюю линию защиты бактериальной популяции от полного вымирания. По мнению Лейна, массовая гибель водных микроорганизмов при появлении в водоеме вирусов может иметь тот же смысл: применение тактики «выжженной земли» как способ блокировать наступление врага – инфекции.

У бактерий также описана особая сигнальная система, вызывающая ряд событий в ответ на повреждение ДНК. Сначала – стимуляция репарации, то есть процесса починки ДНК, затем (если это оказывается недостаточным) – блокада размножения и, наконец, при еще большей степени повреждения – активный лизис бактериальной стенки, ведущий к гибели клетки. Такой, в общем-то, беспощадный принцип позволяет предотвратить утрату генетического наследия вида из-за ошибок, вкравшихся в «биологический текст» генома при его сохранении и многократном воспроизведении. Как пишет микробиолог К. Льюис: «Вполне возможно, что основная опасность, подстерегающая одноклеточные организмы – это не конкуренция, патогены или истощение питательных материалов, а их собственный клон, превратившийся в группу «безнадежных монстров», способных вызвать смерть всей популяции». Чтобы избежать этой опасности, бактерия с поврежденной ДНК кончает с собой задолго до того, как геном до такой степени испортится, что прекратится синтез белков.

Итак, программы гибели, открытые первоначально в клетках многоклеточных существ, есть и у одноклеточных организмов. Поскольку в последнем случае понятия «клетка» и «организм» совпадают, можно утверждать, что запрограммированная смерть организма записана в геноме по меньшей мере у этого типа живых существ.

«Но ведь совершенно очевидно, – говорят в этом месте пессимисты, – что для индивида нет ничего хуже, чем умереть! Как же такой вредный признак, максимально контрпродуктивный для индивида – его носителя, не был выбракован естественным отбором?».

Репликативное старение у дрожжей

У одноклеточных эукариот, а именно у дрожжей, на которых была открыта смертоносная программа, включаемая феромонами, существует так называемое репликативное старение: дрожжевая клетка, делясь, может дать почку, дающую затем дочернюю клетку, примерно 30 раз, после чего детородная функция исчезает (совсем как у стареющих высших животных, достигших состояния менопаузы).

К сожалению, сегодня мы еще не можем прямо ответить на этот каверзнейший вопрос, хотя у нас есть определенные соображения по данному поводу. Но каким бы он ни был, уже сейчас нельзя отрицать очевидный факт существования программ смерти одноклеточных. А если это так, то почему программа старения не может быть частным случаем явлений такого типа, эдаким медленным самоубийством?

Но может старение запрограммировано только у некоторых одноклеточных, продолжительность жизни которых измеряется днями, а у человека и всех прочих ныне живущих многоклеточных такая программа утрачена, и они стареют и умирают как-то иначе? Давайте рассмотрим этот вопрос.