Зависимость продолжительности жизни животных, принадлежащих к одному виду, от стабильности генома их клеток, «фактора цефализации» и скорости развития организма

У генетически различных линий животных, выведенных путем гибридизации и селекции, средняя продолжительность жизни существенно разнится, то есть существуют отдельные гены, которые резко влияют на скорость старения и долголетия. Такое заключение следует и из того факта, что продолжительность жизни детей коррелирует с продолжительностью жизни их родителей, бабушек, дедушек и т. д., а различия в продолжительности жизни близнецов (особенно однояйцевых), живущих даже в резко различающихся условиях, меньше, чем у остальных людей. Если бы нам удалось установить, мутации какого гена (или, точнее, генов) определяют долголетие, то, очевидно, по крайней мере частичное решение проблемы старения было бы не за горами. Однако пока идентифицировать такие гены не удалось. Попытаемся, однако, по косвенным данным понять свойства этих генов.

Короткоживучесть различных линий лабораторных животных связана, как правило, с их предрасположенностью к развитию раковых и аутоиммунных заболеваний. Кроме того, существует прямая корреляция между устойчивостью некоторых изученных биологических систем к старению и к действию радиации. Можно ли найти молекулярно-генетическую основу всех этих свойств организмов? Общим может быть только одно—увеличенная стабильность генома. Действительно, из радиобиологии известно, что радиорезистентность определяется прежде всего стабильностью генома клеток, их способностью к репарации, повреждений ДНК, вызываемых радиацией Предрасположенность к опухолям также зависит от того, насколько стабилен геном. Доказательств этому очень много. Среди тех, которые имеют прямое отношение к человеку, наиболее убедительным является тот факт, что при различных наследственных заболеваниях (синдроме Тэрнера, болезни Дауна и Клейнфельтера) стабильность генома значительно снижена и в то же время увеличена вероятность развития опухолевых заболеваний. Наконец, и развитие аутоиммунных заболеваний определяется прежде всего нестабильностью генома: ведь именно с возникновением мутаций, которые приводят к изменению структуры нормальных антигенов или к потере способности клеток, синтезирующих антитела, отличать свои антигены от чужих, связывают развитие аутоиммунных заболеваний.

Есть еще один подход определить связь между стабильностью генома соматических клеток животных и продолжительностью их жизни. Если такая связь существует, то, очевидно, частота хромосомных аберраций в клетках короткоживущих организмов должна быть больше, чем у долгоживущих. Это действительно так, например, частота хромосомных аберраций в клетках печени короткоживущих линий мышей больше, чем у их долголетних сородичей.

Выше мы видели, что продолжительность жизни определяется стабильностью генома не только соматических, но в еще большей степени стабильностью генома половых клеток. Разнятся ли частоты мутаций в этих клетках у линий животных с различной продолжительностью жизни? Да. Причем у более долголетних эта частота меньше.

Таким образом, различия между продолжительностью жизни у организмов различных видов и принадлежащих к одному виду определяются по крайней мере частично стабильностью генома.

То же самое можно сказать и относительно «фактора цефализации». Наиболее подробно зависимость между этим фактором и продолжительностью жизни организмов, принадлежащих к одному виду, изучена у собак. Эта связь настолько велика, что, например, продолжительность жизни собак определенной породы можно определить исходя из отношения веса мозга к весу тела. Существование такой зависимости убеждает в том, что афоризм «Умнейший живет дольше всех» верен не только для животных различных видов, но и для организмов, принадлежащих к одному виду.

Можно было бы привести много доказательств применимости этого заключения к человеку. Разумеется, при этом нужно учитывать не только вес мозга, но и другие, вероятно, даже более важные показатели, характеризующие функциональную способность его центральной нервной системы. Например, известно, что у долгожителей, как правило, очень сильный тип нервной системы. Это показывают исследования с применением различных психологических тестов. Однако у животных, по-видимому, грубым, приближенным показателем такой «силы» является вес мозга.

У короткоживущих линий млекопитающих обычно не только увеличена частота мутаций в половых и соматических клетках, но и период их развития заканчивается раньше. Такую же закономерность можно обнаружить и у пластинчато-жаберных моллюсков. У этих животных возраст и скорость роста достаточно точно можно определить по количеству и характеру расположения так называемых колец роста, аналогичных хорошо известным кольцам роста растений. Так вот, среди этих животных обнаружены особи с необычно большим количеством колец. Характер расположения у них колец роста указывает на то, что эти особи отличаются не только большим долголетием, но и исключительно медленной скоростью роста.

Другой пример касается одного из видов коловраток. Если самки этих животных откладывают яйца в возрасте пяти дней и больше, то продолжительность жизни коловраток, выведенных из таких яиц, значительно меньше, чем у потомства молодых матерей. Однако по мере увеличения возраста матери не только уменьшается продолжительность жизни потомства, но и увеличивается скорость их развития. Точно такая же закономерность обнаруживается и у чистокровных пород лошадей: потомки старых кобыл и развиваются быстрее, и живут меньше, чем потомки молодых кобыл. Наконец, самки камбал, которые могут расти в течение гораздо более длительного промежутка времени, чем самцы, и живут значительно дольше, чем последние.

Таким образом, закономерность, которую мы сформулировали раньше о связи между скоростью развития и продолжительностью жизни среди животных различных видов, можно распространить и на животных одного вида. В какой связи находится эта последняя закономерность с двумя другими? Я напомню их суть: продолжительность жизни тем больше, чем больше стабильность генома клеток и чем больше «организующая» роль центральной нервной системы в жизнедеятельности организма. Все эти свойства, очевидно, взаимосвязаны. С одной стороны, стабильность генома обеспечивает развертывание генетической программы в течение более длительного промежутка времени. С другой стороны, и замедленное развитие, и большая стабильность генома клеток, очевидно, являются условием формирования более совершенной центральной нервной системы, что, в свою очередь, обеспечивает большую стабильность функционирования организма на клеточном уровне и на уровне физиологических систем, то есть большую их продолжительность жизни.

Сказанное еще более подкрепляет положение о том, что у многих млекопитающих, в том числе и у человека центральным, критическим событием является повреждение ДНК неделящихся клеток, и прежде всего нейронов.

Конечно, со временем будут обнаружены другие свойства клеток и организмов, имеющие важное значение для их старения и долголетия. Не исключено, что среди этих свойств будут и такие, которые нужно будет считать не менее важными, чем стабильность ДНК неделящихся клеток. Однако останется верным положение о том, что повреждение и репарация ДНК этих клеток — процессы, относящиеся к числу определяющих скорость старения многих современных организмов.