Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия

НЕ ЛУЧШЕ ЛИ ОБРАТИТЬСЯ К СУЩЕСТВАМ, более родственным человеку, например млекопитающим или вообще позвоночным?! Хотя этот подтип животных не может похвастать поразительным разбросом продолжительности жизни, характерным для живых существ вообще (от мотыльков до секвой), разница и здесь бывает впечатляющей. Некоторые мелкие виды рыб живут лишь несколько месяцев, а гренландский кит известен тем, что живет 200 лет и более, и даже, как считается, были случаи, когда гренландские акулы доживали почти до 400 лет.
  
Почему даже в пределах одной группы животных, например млекопитающих, сроки жизни так варьируют? Можем ли мы на основании каких-то общих признаков выявить некую закономерность, действующую для всех этих видов? Ученые давно ищут такого рода взаимосвязи. Особенно любят открывать универсальные законы для объяснения разрозненных наблюдений физики. Джеффри Уэст из Института Санта-Фе как раз из тех физиков, которые сейчас исследуют сложные системы, в том числе их старение. Уэст придерживается широкого подхода, изучая, как растут, стареют и умирают не только живые организмы, но и компании и города. Одновременно он исследует [38], как разные особенности живых организмов связаны с их размерами и продолжительностью жизни, которые варьируют в широких пределах.
Если взять млекопитающих, то у них, как правило, чем животное крупнее, тем дольше оно живет. С точки зрения эволюции в этом есть смысл. Мелкому животному, которое легко становится добычей хищника, большая продолжительность жизни ни к чему, ведь его, скорее всего, съедят гораздо раньше, чем оно успеет состариться. Но более глубинная причина зависимости долголетия от размера в том, что размер влияет на скорость обмена веществ, а это, так сказать, скорость переработки топлива – в виде пищи – в энергию, необходимую для функционирования организма. У некрупных млекопитающих поверхность тела относительно его общего размера больше, и они теряют тепло быстрее. Чтобы это компенсировать, они должны вырабатывать больше тепла, а это означает ускоренный метаболизм и поедание бо́льших объемов пищи относительно собственного веса по сравнению с более крупными животными. Это означает, что общее количество калорий, сжигаемых организмом за час, возрастает медленнее, чем масса животного. Животное в 10 раз больше другого сжигает за час лишь в 4 раза больше калорий. Так что мелкие животные потребляют больше калорий относительно своего веса, чем крупные. Соотношение между массой животного и скоростью потребления калорий называется законом Клайбера, в честь химика Макса Клайбера, доказавшего в 1930 г., что скорость метаболизма у животных пропорциональна массе организма в степени 3/4 [39]. Точный показатель степени – вопрос дискуссионный, некоторые данные говорят о том, что для млекопитающих ближе к истине показатель 2/3.
Поскольку частота пульса также пропорциональна скорости метаболизма, то всем млекопитающим – самых разных размеров, от хомяков до китов, – как правило, отведено приблизительно одинаковое число сердечных сокращений за всю жизнь: около 1,5 млрд. У современных людей этот показатель почти в два раза больше, но надо учесть, что средняя продолжительность жизни у нас за последние 100 лет выросла вдвое. Млекопитающие, так сказать, сконструированы с расчетом на определенное число сердцебиений, как обычный автомобиль рассчитан на пробег около 200 000 км. Уэст отмечает, что 1,5 млрд – это также и приблизительное число оборотов, совершаемых автомобильным мотором за ожидаемый срок службы, и задает вопрос, возможно не без иронии, является ли это простым совпадением или свидетельством каких-то универсальных закономерностей в механизме старения?
Подобные соотношения наводят на мысль, что у продолжительности жизни есть естественные ограничения, поскольку размер животных и скорость их метаболизма могут варьировать лишь в определенных пределах. Например, эволюция не может создать сколь угодно огромное существо: его раздавит собственная масса. Кроме того, подобный организм испытывал бы немалые затруднения с обеспечением всех клеток необходимым количеством кислорода. Обмен веществ должен быть достаточно быстрым, чтобы животное могло передвигаться и находить пищу, при этом также существуют биологические ограничения в отношении скорости метаболизма, доступной очень мелкому существу. Однако в пределах допустимого диапазона эти правила работают довольно стабильно. Джеффри Уэст заявляет, что, зная размер млекопитающего, он может с помощью законов масштабирования рассказать об объекте практически все: от объема потребляемой пищи до частоты сердцебиения и продолжительности жизни.
Это весьма примечательно, и, хотя речь идет о средних значениях, вероятно, существует универсальное правило, ограничивающее время жизни. Но как объяснить чрезвычайный рост продолжительности жизни человека, наблюдаемый в последние сто лет? Как отмечает Уэст, все дело в том, что именно подразумевать под продолжительностью: в последнее столетие мы почти удвоили ожидаемую продолжительность жизни, но нам так и не удалось увеличить предельный срок, который остается на отметке примерно 120 лет. Он утверждает, что, согласно имеющимся данным, старение и умирание являются следствием износа организма в процессе жизни. Неумолимая сила энтропии – меры хаоса, подталкивающая в сторону распада и неупорядоченности, стоит на пути к осуществлению мечты о бессмертии. В отличие от машин, состоящих из механических деталей, которые легко заменить по мере износа, мы не можем просто замещать поврежденные органы и ткани и функционировать бесконечно.
ХОТЯ ЭТО УНИВЕРСАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ РАЗМЕРА, метаболизма и продолжительности жизни – удивительный феномен, биологи склонны больше интересоваться исключениями из этого правила. Им нравится изучать организмы, выходящие за рамки этой системы, в надежде найти у них какие-то подсказки о всеобщем механизме, лежащем в основе старения. Один из главных вопросов состоит в том, существует ли хотя бы в теории какой-то максимум продолжительности жизни? Мы знаем, что некоторые виды, например гидра или бессмертная медуза, по-видимому, не стареют вовсе и действительно могут бесконечно заменять у себя изношенные части. Биологи прекрасно осведомлены о существовании второго закона термодинамики, который гласит, что в любом естественном процессе степень неупорядоченности, или энтропия, возрастает со временем, – но большинство из них не согласны с тем, что он безоговорочно применим к процессам старения и умирания, поскольку биологические системы не являются закрытыми (для которых и сформулирован этот закон), а для своего существования нуждаются в постоянном поступлении энергии извне. Строго говоря, при достаточных затратах энергии можно действительно обратить энтропию вспять, если речь идет об уборке на чердаке или очистке жесткого диска, просто большинство из нас не видит в этом особого смысла.
Соответственно, биологи не считают [40] старение неизбежным. Скорее всего, все, о чем заботится эволюция, – это приспособленность, выражающаяся в возможности наиболее успешно передать гены. Но жить долго имеет смысл лишь в том случае, если тебя не съедят хищники и ты не погибнешь от болезни или несчастного случая еще до того, как придет пора умереть от старости. Поэтому птицы, которые могут спастись от хищников, улетев прочь, живут в целом дольше, чем нелетающие существа сопоставимого размера. Для тех счастливчиков, кому не приходится так уж бояться хищников, долгая жизнь означает больше времени на поиск пары и продолжение рода. Замедление метаболизма, чтобы не приходилось каждый день добывать большие объемы пищи, может быть просто способом успешно дожить до старости. В каждом случае продолжительность жизни всего лишь является отражением того, как эволюция оптимизирует приспособленность вида.