Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Взломать старение почему теперь мы сможем жить дольше

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 367 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Скорость метаболизма укреветки меньше не в100млн , а«всего лишь» в1млн раз. Другими словами, скорость метаболизма растет пропорционально массе животного встепени ¾. Эта закономерность известна вбиологической науке с1930-х годов как закон Клайбера.

Пульс впокое тоже универсально снижается помере роста массы тела животного. Наэтот раз 100млн раз разницы ввесе между китом икреветкой превращаются вотличающиеся «всего лишь» в100 раз частоты сердечных сокращений. Вэтом случае пульс увеличивается обратно пропорционально весу животного встепени¼.

Заредкими исключениями продолжительность жизни, наоборот, увеличивается сразмером животного пропорционально весу встепени ¼. Перемножая продолжительность жизни напульс животного впокое, мы получаем полное число сердечных сокращений, которые независят отмассы тела. Иснова время жизни животного вединицах сердечных сокращений оказывается мировой (или фундаментальной биологической— наваш вкус) константой идля креветки, идля мыши, идля кита.

Как ниудивительно, новплоть досамого конца XXвека несуществовало никакого разумного— покрайней мере согласно стандартам, принятым вфизических науках,— теоретического объяснения этому.

Можноли теперь сказать, что предельное число сердечных сокращений или другие приметы ограниченного ресурса вжизни животных— это следствие аллометрических законов? Или аллометрические законы являются следствием существования предельного ресурса? Чтобы ответить наэти вопросы, нам потребуется хорошее объяснение аллометрическим законам. Оказывается, все степенные зависимости физиологических переменных отмассы, втом числе изакон

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРЕДЕЛ 61

Клайбера, могут быть полностью объяснены, исходя изпонятных физических принципов.

Американскому генералу Омару Брэдли приписывают саркастичное утверждение: «Дилетанты обсуждают тактику, апрофессионалы— логистику». Вопределении связи параметров метаболизма иразмера организма ключевую роль играют как раз параметры, связанные слогистикой, тоесть фундаментальные физические игеометрические ограничения кровеносной системы. Непрекраща ющийся нинасекунду поток крови переносит питательные вещества икислород— компоненты химического топлива, необходимые для выработки любых форм энергии. Кровь также непрерывно удаляет изорганизма продукты сгорания химического топлива (например, углекислый газ).

Кровеносная система состоит избесчисленного числа сосудов всех размеров, начиная отбольшой аорты, ее ответвлений, ответвлений отответвлений ит. д., вплоть домельчайших капилляров. Ученые предположили, что покрайней мере уживотных близких видов, таких как млекопита ющие, параметры течения жидкости всамых маленьких сосудах, непосредственно снабжа ющих клетки организма кислородом ипитательными веществами, зависят отсвойств клеток, нонезависят отразмера организма.

Логистика требует, чтобы каждая клетка организма имела достаточную возможность получать питательные вещества иизбавляться отпродуктов метаболизма. Это значит, что каждая клетка должна находиться вдостаточной близости ккапилляру. Кроме того, необходимость кровоснабжения недолжна приводить кпоявлению незаполненных полостей ворганизме.

Естественный отбор тоже непрощает несовершенства: предполагается, что архитектура системы кровоснабжения

62 ВЗЛОМАТЬ СТАРЕНИЕ

должна быть такой, чтобы обеспечивать минимальное гидродинамическое сопротивление. Иными словами, энергозатраты нациркуляцию жидкости ворганизме должны быть минимальны. Всреднем организмы ссубоптимальными энергозатратами неуспевали добежать доеды быстрее своих «лучше оптимизированных» собратьев ипотому реже оставляли потомство.

Оказывается, что для выполнения всех перечисленных условий кровеносная система должна быть организована вполне определенным образом. Каждый большой сосуд разветвляется наопределенное количество более мелких так, что размеры идлина новых сосудов накаждом уровне ветвления уменьшаются водно итоже число раз. Такая архитектура часто встречается вприроде иназывается фракталом.

Эта структура является нетолько красивой, ноиочень экономной. Во-первых, общее число ветвлений очень слабо зависит отразмера животного: уже знакомый нам кит весит в100млн раз больше, чем креветка, втовремя как число ветвлений вего кровеносной системе всего лишь на70% больше, чем умельчайших ракообразных.

Во-вторых, сопротивление течения жидкости всистеме сосудов минимально при условии равенства площади исходного ивыходящих сосудов накаждом уровне ветвления. Это свойство сосудистой системы минимизирует «отдачу»— гидравлический удар вместе ветвления сосудов вответ накаждый скачок давления вслед заударом сердца идействительно хорошо выполняется, покрайней мере для ветвления больших сосудов. Отклонения отэтой закономерности возникают вмельчайших сосудах иусамых мелких животных.

Как только геометрия кровеносной системы приведена всоответствие стребованиями оптимальности, вход идут законы физики. Джеффри Вест сколлегами показал спомощью

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРЕДЕЛ 63

расчетов, что скорость метаболизма (понимаемое как среднее количество кислорода, прокачиваемое через все сосуды вединицу времени) растет медленнее, чем размер организма, пропорционально весу встепени ¾.

Отставание мощности отразмера (аллометрическая степень ¾ вместо единицы) означает, что уровень метаболизма наединицу массы при этом даже снижается. Mожно считать, что помере роста размеров системы нарастают конструктивные сложности или издержки, связанные сорганизацией управления, тоесть обеспечения ивзаимодействия между частями. Сложная система, такая как живой организм, неравняется сумме своих частей.

Закон Клайбера (наверное, правильнее называть его теперь законом Клайбера–Веста) описывает идеальные машины. Лучшие механизмы, созданные человеком досих пор, далеки отсовершенства живых систем, где отклонение отидеальной эффективности безжалостно наказывается невидимой рукой естественного отбора. Силовые машины (моторы, генераторы), покрайней мере пока, конструируются существенно нефрактальными, апотому мощность их растет пропорционально размеру. Большая машина— значит, хорошая. Мощность— это прекрасно, ноее избыток наединицу массы, согласно модели Веста, всегда приводит кросту потерь. Нам все еще есть чему научиться уприроды.

Обратите внимание: энергетические возможности организма вмодели Клайбера–Веста независят оттого, живет он вАфрике или плавает подо льдами, ест планктон или гоняется заантилопами. Универсальные законы тем ихороши, что сложные явления описываются одинаковыми закономерностями независимо отвременных масштабов итонких деталей внутреннего устройства. Вконце статьи Джеффри Вест отмечает, что аллометрический закон Клайбера является,

64 ВЗЛОМАТЬ СТАРЕНИЕ

возможно, самой универсальной закономерностью, работающей «под капотом» уэволюции инезримо подпитыва ющей все токолоссальное биологическое разнообразие, которое мы видим заокном.

Блеск инищета теорийограниченногоресурса

Вернемся, однако, кпроблемам старения. Теперь мы свами знаем, сколько энергии вединицу времени доступно любому животному взависимости отразмера. Разобравшись сразделом « Доходы» вэнергетическом балансе, давайте обсудим расходную часть. Следуя идеям Джеффри Веста, попробуем понять, как устроены законы развития ироста сложных систем, компаний или живых организмов. Оказывается, итут все подчинено универсальным закономерностям!

Начтоже мы тратим свою энергию? Может показаться, что впервую очередь речь идет про утренние пробежки, работу (это то, чем мы сейчас заменили охоту или поиск еды) или поиск полового партнера. Насамом деле все это вместе составляет малую часть энергетического баланса. Основные траты связаны ссобственно нормальным существованием: необходимо поддерживать кровоток идыхание, синтез нужного, деградацию ивывод ненужного, теплообмен— все то, что каждую минуту помогает избежать тепловой смерти.

Еще одной важнейшей функцией организма иважнейшей расходной частью энергетического баланса является поддержание целостности организма. Это энергия, которая тратится наисправление всевозможных регуляторных ошибок— невовремя отданных или неадекватно услышанных команд ифизических повреждений, скорость появления которых пропорциональна массе или размеру животного.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРЕДЕЛ 65

Процессы роста иподдержания работоспособности уже выросшего организма конкурируют заиспользование всей доступной вырабатываемой энергии. Вначале жизни размер тела невелик относительно растущих возможностей погенерации энергии иизбыток может быть использован для роста организма. Врезультате животное быстро увеличивается вразмере.

Свозрастом скорость роста метаболизма наединицу массы замедляется всилу того самого закона Клайбера–Веста, арасходы наподдержку и«ремонт» единицы массы организма остаются наопределенном постоянном уровне. Врезультате избыток энергии, которую можно былобы потратить нарост, постепенно сходит нанет, ирост организма прекращается. Вконечном итоге организм достигает своего взрослого размера, иразмер животного начинает лишь случайно отклоняться отнормы врезультате перерывов впитании или повреждений.

Характер функциональной зависимости массы отвозраста оказывается универсальным для животных самого разного размера. В1999году взамечательной статье вжурнале

Nature27 Джеффри Вест иего коллеги показали, что универ-

сальные законы роста позволяют описать одним итемже уравнением зависимость роста отмассы для креветок, окуня, курицы или коровы. Чаще, впрочем, самым интересным встатье оказывается нето, что вней написано, ато, что должно былобы быть, ноотсутствует. Впубликации нет данных про человека, имы скоро поймем почему.

Время, необходимое животному для набора взрослой массы, растет помере увеличения размера животного пропорционально массе встепени ¼. Вот как аллометрический закон Клайбера порождает все остальные аллометрические законы: чтобы возраст зрелости увеличился в10 раз, масса организма должна вырасти в10 000 раз (!).

66 ВЗЛОМАТЬ СТАРЕНИЕ

Очень советую прочитать историю обуниверсальных законах роста иустройства живых организмов иобщественных структур изпервых уст вкниге Джеффри Веста «Масштаб»28.

Для нашего рассказа важно другое. Продолжительность жизни большинства животных растет помере увеличения размера организма, причем время жизни пропорционально массе втойже самой степени ¼, что ивмодели роста! Вест обращает внимание наэто «совпадение» ипредлагает считать, что нетолько время взросления, ноипродолжительность жизни животных подчиняется томуже закону. Предполагается, что теперь унас вруках хорошая теория продолжительности жизни.

Предложенное объяснение позволяет заново переосмыслить многие факты, связанные состарением человека иживотных. Так, например, увеличение скорости метаболизма, согласно теории, должно приводить ксокращению продолжительности жизни. Скорость химических реакций очень сильно зависит оттемпературы иснижается нахолоде. Вот почему холоднокровные животные так чувствительны кусловиям внешней среды. Жизнь круглых червей влабораторных условиях удлиняется ажна10 дней (30 дней против 20 ), если понизить температуру с20 до15°C. Инаоборот, жизнь червей сокращается примерно с20 до10 дней всреднем при увеличении температуры натеже 5°C— с20 до25°C.

Также логично, сточки зрения теории Веста, что увеличение стрессовой нагрузки отбирает ресурсы отроста впользу регенерации, апотому неизбежно замедляет развитие. Можно, например, былобы ожидать, что стимуляция организма небольшим стрессом (диеты, контрастный душ или сауна) может увеличить продолжительность жизни. Инаверняка любое такое воздействие должно иметь больший эффект вмолодости, пока скорость роста велика, искорее

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРЕДЕЛ 67

ничтожный вконце жизни организма. Все эти явления хорошо известны вбиологии старения, ивпоследу ющих разделах мы увидим, как природа использует каждый изэтих рецептов вочередной новой попытке создать долгоживущий организм.

Для человека теория Веста определяет возраст зрелости в35 лет, что очень близко ксредней продолжительности жизни запоследние тысячи лет или характерному времени обновления популяции втеории Капицы. Перемножая время взросления начастоту сердечных сокращений вмодели Веста, мы получаем константу. Теперь мы понимаем, что умлекопита ющих это 1 млрд сердечных сокращений отпервого вздоха дозрелости, носовсем необязательно досмерти.

Ненадо недооценивать наших предков: «смешные» посовременным меркам аргументы оконечном числе вздохов исердечных сокращений втечение жизни оказались совершенно верным эмпирическим наблюдениям. Или почти верным— ненадо забывать, что наши предки жили вовремена, когда смерть наступала зачастую даже раньше, чем зрелость иотличить старость отзрелости было крайне трудно!

Теория индивидуального развития (или, выражаясь языком биологии, онтогенеза) Веста позволяет поспекулировать, каким образом такая важнейшая величина, как скорость роста или время развития, мо жет быть «закодирован а» вгеноме. Оказывается, нет необходимости создавать «часы смерти»— одну специальную систему изнескольких генов, непосредственно регулиру ющих старение или ожидаемую продолжительность жизни. Вместо этого подойдет любой ген, который влияет нанастройки систем метаболизма, или любой другой ген, регулиру ющий работу любого компонента систем регенерации. Таких генов должно быть очень иочень

68 ВЗЛОМАТЬ СТАРЕНИЕ

много, икаждый изних втой или иной степени влияет еще инаразвитие истарение организма как целого.

Вот, например, почему рост человека определяется неодним геном, агенетическими вариациями сотен изних. Впоследние годы удалось построить расчетные модели роста человека наосновании генотипа, способные предсказать рост сточностью до2см.Мы вернемся кэтому вопросу чуть позже, апока заметим, что рост оказывается практически полностью генетически предопределенным, нонет особого гена, отвеча ющего зарост.

Вследу ющей главе мы ответим навопрос, почему ипри каких условиях возраст зрелости ипродолжительность жизни оказываются связаны между собой. Отметим еще раз, что фактически удвоение продолжительности жизни человека впоследние 100лет заставляет думать, что прямой связи между временем развития организма ипродолжительностью жизни может инебыть. Зато подробное изучение таких исключительных ситуаций— животных снеобычно большой продолжительностью жизни для своего размера— привело, пожалуй, ксамому большому открытию внауках остарении вXXIвеке, аименно кдемонстрации существования пренебрежимого старения умлекопита ющих.

Что мы узнали?

Мать природа бесконечно креативн а, новынуждена

•

соблюдать закон сохранения энергии (первое начало термодинамики). Джеффри Вест сколлегами показал, спомощью математических расчетов, что скорость метаболизма, время роста, размер ипродолжительность жизни организма взаимозависимы иподчиняются универсальным законам.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРЕДЕЛ 69

Чем больше энергии животное тратит наподдержание

•

своей целостности (исправление ошибок намолекулярном уровне, борьба сострессовыми факторами), тем дольше занимает развитие.

Предположения, что длительность человеческой

•

жизни зависит отколичества вздохов, сердечных сокращений или длины теломер, неболее чем ложная закономерность.

Если предел исуществует, тоон точно зарамками

•

привычных нам цифр.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 367 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]