Почему мы стареем? Нет, не так. Почему мышь стареет в 40 раз быстрее нас? А кит в 2 раза медленнее? Есть ли какой-то фундаментальный закон физики, которым обусловлено старение живых систем?
Странно видеть, что в 21-ом веке ещё есть кто-то, кто до сих пор считает, что в старении повинна “энтропия”, а именно второй постулат термодинамики, в котором говорится, что в изолированных системах энтропия не может понижаться. Кстати это “не может понижаться” почему-то часто трансформируется в “обязана возрастать”. При этом временные сроки, в которые она обязана это делать, не озвучиваются. Ну да ладно, нет смысла пытаться обсуждать оттенки серого, когда перед нами зелёный: организмы не являются изолированными системами. Совсем наоборот, они только и делают, что поглощают энергию извне, используя её на различные нужды, включая снижение своей энтропии. И очень может быть, что отличительная черта живых организмов — более эффективное по сравнению с неживыми системами повышение внешней энтропии, о чём говорят нам гипотезы биофизика Джереми Ингланда (1, 2).
Кстати, физики задавались вопросами взаимоотношений живых систем с энтропией испокон веков — размышления на эти темы встречаются ещё в работах 19-го века, но, наверное, первым глубоким и широкомасштабным анализом стала книга “Что есть жизнь?” одного из известнейших физиков 20-го века, Эрвина Шрёдингера. Хотя в народных массах, думаю, более известен его кот:
В своей книге Шрёдингер отмечал, что одно из ключевых отличий живых систем от неживых состоит в том, что они умеют “создавать порядок из хаоса”, то есть снижать свою энтропию. Он даже выдвинул определение, что жизнь “питается отрицательной энтропией”, хотя потом понял, что сморозил глупость, и многократно разъяснял, что на самом деле жизнь конечно же “питается” свободной энергией, которую тратит на снижение или поддержание на одном уровне своей энтропии, но осадочек — в виде понятия негэнтропии — остался.
Что ж, спасибо физикам, что подвели теоретическую базу под вполне очевидные наблюдения. Да, живые системы, а вернее их гены, отлично научились справляться с энтропией, а именно, используя энергию извне, снижать её во время размножения и поддерживать на низком уровне годами или даже десятилетиями после рождения. Соответственно, единственная причина того, что после определённого возраста энтропия организма начинает повышаться — это то, что генная программа перестаёт должным образом её понижать, а то и вовсе пускает своего репликатора в расход (аки вмч. лосося). Причём для каждого вида этот возраст свой, разнящийся между видами на порядки, что явно говорит о том, что этот процесс обусловлен не каким-то законом физики, а является биологической адаптацией.
Что же мешает генам поддерживать в живых своих репликаторов веками или тысячелетиями? Да ничего не мешает. По-видимому, им это просто не нужно — и так всё неплохо получается. Более того, излишне долгая жизнь репликаторов может наоборот быть даже вредна для долгосрочной выживаемости генов. Ведь кооперативы генов (виды) играют в свои “Голодные игры” не в одиночестве, а в многомиллиардном мультиплейере, где каждое звено в нащупавшей хрупкое временное равновесие пирамиде предации зависит от звеньев под ним. В таких условиях успешное долгосрочное существование вряд ли возможно без многоуровневой кооперации и адаптации ко всей экосистеме в целом.
Кстати, лучшей иллюстрацией скупости генов в дозировании срока жизни своих созданий являются социальные насекомые. Королевская каста у них живет на 1–2 порядка дольше рабочей, при том, что гены у них одинаковые. Недавно вышла очень интересная статья про термитов (которых, к слову, окончательно разжаловали в тараканы), показавшая, что у их королевы механизмы защиты ДНК от транспозонов (вредоносных “прыгающих генов”) одинаково активны и в молодости, и в старости, а вот у рабочих особей эта защита очень быстро выключается. Кстати, те же механизмы защиты (пиРНК) от транспозонов используются и в наших половых клетках, но не в соматических.
Казалось бы, всё понятно — не хотят гены разрешать рабочим особям долго жить. Специально их убивают, попросту говоря. Но нет, жертвы Стокгольмского синдрома найдут оправдание генам-убийцам. “Наверное, слишком энергозатратно поддерживать экспрессию генов защиты от транспозонов во всех термитах”, говорят они:
“It would, after all, probably be too energetically costly to maintain an active piRNA signalling pathway permanently in all the cells of an organism — or in all the individuals of a colony.”
Что значит “слишком энергозатратно”? В королеве, которая попутно откладывает 20 000 яиц в день, не затратно, а в работнике затратно? И о какой энергии речь, о еде? Или опять о неком магическом “ресурсе”, который существует только в фантазиях приверженцев трейд-оффа? Да и где тот трейд-офф, если королева живет 20 лет, а рабочая особь лишь несколько месяцев? Не наблюдается никакого трейд-оффа. И с энтропией как-то проблем у королевы не возникает.
Ещё более вопиющий пример волюнтаризма генов в выборе срока жизни своих созданий — бабочка Монарх. Летом эти бабочки живут лишь несколько недель, а по осени мигрируют на юг на зимовку, и такие мигранты живут до 7 месяцев. Более того, эти самые мигранты сначала совершают перелёт длиной в тысячи километров, а весной летят обратно, причём в обратный путь самки пускаются беременными.
Самое интересное, что за огромную разницу в продолжительности жизни (ПЖ) между мигрантами и немигрантами у Монархов отвечает один-единственный гормон JH1 из семейства “ювенильных гормонов”. Если ввести его бабочкам в лабораторных условиях, они живут в 2 раза меньше контрольных, а если наоборот блокировать его выработку, то бабочки живут в 1,5 раза дольше. На графиках ниже видна огромная разница (в 3 раза!) в медианной ПЖ между теми, кто получал JH1 дополнительно (синие кривые) и теми, у кого его выработка блокировалась (красные). Верхний ряд — самки, нижний — самцы.
Кстати, ювенильные гормоны отвечают за развитие у очень многих насекомых, включая социальных. Скорее всего, именно они во время развития определяют у пчёл кому стать королевой, а кому работником.
Так что на термодинамику гены нашли управу давным-давно. И тот факт, что они могут поддерживать энтропию организма на достаточно низком уровне, чтобы позволить королеве жить 20 лет, но не используют это умение для работника, означает лишь то, что генам это попросту невыгодно, а не теоретически невозможно.
Более того, свою собственную энтропию гены поддерживают на низком уровне уже миллиарды лет. И мы с вами как раз тот инструмент, который помогает им в этой смертельной схватке. Только “Fatality!” выпадает практически исключительно на нашу долю, то есть именно наша смертность обеспечивает генам бессмертие. Не знаю как вам, а мне надоела такая ситуация. Я в репликаторы-камикадзе не нанимался. Поэтому считаю, что нужно срочно делать всё возможное, чтобы сбросить иго генов, и освободить наши личности от уз биологии. Гены геть!
Автор: Юрий Дейгин
