Читать книгу Старение как побочный эффект эволюции - Сергей Юрьевич Кашников - Страница 9

Росс Секорд, доцент кафедры Земли и атмосферных явлений, а также ведущий палеонтолог Небраски, в ходе своих исследований воссоздали модель, согласно которой в далёком прошлом происходили климатические сдвиги. В частности, удалось получить очень интересные данные о глобальном потеплении, происходившем около 56 млн лет назад, когда ещё не было ни заводов, ни автомобилей. Изучив состав изотопов кислорода в зубах извлечённых из земли доисторических животных, палеонтологи смогли определить, насколько интенсивно шёл рост температуры в период того древнего глобального потепления. Оказалось, что в древности Земля разогревалась примерно на 10 градусов за 100 лет. Понятно, что тогда полностью отсутствовало какое-либо антропогенное воздействие на атмосферу, значит, и сейчас процесс идёт независимо от деятельности человека. Как считают эксперты, глобальное потепление спровоцировали большие выбросы парниковых газов. К счастью или несчастью, нам ещё не дано влиять на естественные природные циклы, проходящие на нашей планете («Самые великие» № 2, 2014).

Ли Камп, профессор Университета штата Пенсильвания с коллегами, геологами и климатологами в поиске достоверных свидетельств того, что называют самым резким глобальным потеплением всех времён отмечали, что около 56 миллионов лет назад в течение нескольких тысяч лет – одно мгновение для геологического времени – температура в мире повысилась на 5^оС, ознаменовав планетарную тепловую вспышку, известную учёным как палеоцен-эоценовый термальный максимум (РЕТМ). Высвобождение парниковых газов спровоцировало РЕТМ. Тогда климатические пояса на суше и на море сдвинулись в направлении полюсов, вызвав миграцию животных и растений, которым предстояло адаптироваться или погибнуть. Некоторые глубокие части океана подкислились и потеряли кислород, что привело к гибели многих обитавших там организмов. В течение 200 тыс. лет природа приходила в равновесие и снижала температуру.

Известно, что в летнем воздухе содержание кислорода снижено (Миронова В., 2010). И по мере увеличения температуры глубинных вод содержание кислорода в них тоже уменьшается (тёплая вода не может растворять столь много этого жизненно важного газа, как холодная). Подобные изменения катастрофичны для микроорганизмов – фораминифер, обитающих на дне морей и в придонных отложениях. Исследование ископаемых остатков показывает их неспособность выжить: 30-50% видов этих микроорганизмов вымерли (Камп Л., 2011).

Множество окаменелых останков одноклеточных водорослей обнаружили британские палеонтологи (Virginia Gewin, 2012). Окаменелостям 56 миллионов лет, и они так хорошо сохранились, что можно разглядеть даже внутреннюю структуру организмов микронных размеров. Кокколитофориды, а нашли именно их, представляют особый интерес для учёных: по их известковым скелетам можно сказать, как эволюционировала биота в океане в момент резкого потепления и насыщения воды углекислым газом. Считается, что излишняя кислотность вымывает кальций из раковин, угнетая планктон. Сейчас ситуация примерно такая же, как в то время, когда найденные образцы ещё были живыми водорослями. Как и миллионы лет назад, климат меняется и растёт кислотность океанов.

Профессор Роберт Врайенхук из Исследовательского института Аквариума в Монтере (штат Калифорния, США) доказал, что причиной резкого уменьшения в атмосфере и гидросфере Земли кислорода является предшествующее этому процессу палеоцен-эоценовое потепление. Именно оно привело к широкому распространению бескислородных зон и как следствие – к заморам в глубоководных районах океана и массовому вымиранию морских животных (Краснова Е., 2013).

Ученым известно, что без кислорода жизнь в ее наиболее организованных формах невозможна, поскольку бескислородные биоэнергетические процессы дают в десятки раз меньше энергии. А, как известно, от количества энергии зависит величина активного долголетия. Еще за триста лет до наступления нашей эры в своем трактате «О молодости и старости» Аристотель писал: «Старение вызвано постепенным расходованием природной силы, которая выдается человеку при рождении». Количеством энергии определяется степень активности генов. Последние научные исследования показали, что именно от того, в каком состоянии в хромосоме находятся гены (активном или неактивном) зависит локализация хромосомы в клеточном ядре (центральном или периферийном). А от этого зависит состояние организма: болен он или здоров. Ведь известно, что всякого рода заболевания происходят по причине недостатка энергии в организме. И преждевременное старение тоже происходит из-за недостатка энергии. Недостатком энергии объясняется и недорепликация ДНК соматических клеток.

Основная загадка в науке о старении, за которой тянется все остальное, заключается в смертности соматических клеток. Ещё французский учёный А. Каррель в своих исследованиях показал, что сами по себе соматические клетки не стареют: старение же – это свойство самого сложного организма, – за это открытие он получил Нобелевскую премию в 20-е годы XIX века. А в 1961 году Л. Хейфлик показал, что соматические клетки не могут делиться неопределённо долгое время, им свойственен предел, который, например, для фибробластоэмбриона человека составляет примерно 50 делений (Неумывакин И. П., 2008).

Однако в условиях ограниченности энергетического ресурса расходы на выработку спермиев и яйцеклеток – клеток зародышевой линии и их защиту от вредных воздействий превышают расходы на поддержание соматических клеток. Поэтому строжайший механизм контроля качества, отбраковывающий все, что не соответствует стандартам, у них (соматических клеток) отсутствует или не работает. В результате со временем в соматических клетках накапливаются повреждения, и, в конце концов, некоторые органы перестают выполнять свои функции (Кирквуд Т., 2010).

Именно недостатком энергии, то есть кислорода, в результате чего в соматических клетках накапливаются повреждения, можно объяснить тот факт, что сами по себе нестареющие соматические клетки у человека делятся только 50 раз. Поэтому он не достигает тех размеров и продолжительности жизни, которые изначально были в него заложены генетически. И причиной этого является изменение климата – глобальное потепление и резкое уменьшение в атмосфере и гидросфере Земли кислорода.

Боб Слоан из Миннесотского университета утверждает: «Малый рост – наивернейший способ поведения при грандиозном вымирании. Крупным существам нужно много пищи, им труднее найти убежище». По утверждению ученых каждый новый экологический кризис был мощным стрессобразующим фактором, приводящим к грандиозному вымиранию предыдущих видов, а также к мутированию уцелевших. При этом выживали мелкие формы и создавали определенный шаблон поведения, спасительный при следующих вымираниях (Гор Р., 1989).

По нашему мнению, уменьшение размеров млекопитающих (см. раздел 1.6) и других видов животных можно объяснить изменением активности TOR-системы (от target of rapamycin). Установлено, что TOR-система реагирует на разные стрессовые факторы, в том числе на понижение уровня кислорода и повреждение ДНК. Во всех случаях, когда возникает серьёзная угроза для клетки, активность TOR падает. В результате вырабатывается меньше белков, и клетка может расходовать ресурсы на репарацию ДНК и другие неотложные нужды. Как показывают опыты на плодовой мушке, в ответ на требование экстренного ограничения синтеза белков клетка начинает вырабатывать повышенное количество ключевых митохондриальных компонентов – по-видимому, для того чтобы поддержать свою энергетическую систему. Несомненно, настолько развёрнутый ответ на стресс выработался в ходе эволюции как способ выживания в неблагоприятных условиях (Стипп Д., 2012).

Понятно, что чем меньше белков вырабатываетя в организме, тем он мельче и менее энергоёмок. По мнению английского антрополога Марка Томаса, регулярные экологические катаклизмы уничтожали господствующие виды живых существ, открывая дорогу более энергетически слабым видам, которые меньше нуждались в питательных веществах и кислороде (Гор Р., 1989).

Но энергетически более слабые виды, меньше нуждающиеся в питательных веществах и кислороде, очевидно, обладают не только меньшими размерами тела, но и меньшим периодом роста (периодом молодости) и меньшей продолжительностью жизни.