Глава 4. Продолжительная непродолжительность жизни
При рассмотрении средней продолжительности жизни мы имеем дело со статистикой. Но определяется ли возможная фактическая продолжительность жизни каждого индивидуума видовым ограничением продолжительности жизни?
Биологически целесообразная продолжительность жизни человека 35—45 лет. Этого достаточно для воспроизведения численности вида и его эволюционного развития. Кратковременность жизни животного способствует быстрой смене поколений, и работает на эволюционное развитие биологического мира. Такая продолжительность жизни сегодня типична для некоторых племен центральной Африки и новой Гвинеи. Для эволюции вида наиболее важным является репродуктивный период индивидуального развития особи. Пострепродуктивный период для биологической эволюции не имеет значения. У некоторых видов животных и растений пострепродуктивного периода совсем нет. Смерть у них наступает сразу же после выполнения ими своей репродуктивной функции, то есть без наступления старости как конечного этапа онтогенеза. У тихоокеанских лососей, осьминога после размножения запускается программа биохимического самоубийства. Овес, пшеница, умирают сразу после того, как зерно созрело, хотя при теплой погоде и обилии питательных веществ в почве ничто не препятствует дальнейшей жизни растения. Бабочки-подёнки живут несколько часов: выводят личинки и умирают. Исследования показали, что после единственного в их жизни акта размножения, из клеточных ядер перестает поступать информация о синтезе некоторых ферментов, без которых клетки быстро погибают.
Почему же нам позволено жить после окончания репродуктивного периода? С точки зрения эволюции это бессмысленно; если ты не размножаешься, ты потерян, передача генома не происходит.
Видовая продолжительность жизни является одним из важнейших количественных показателей вида. Еще во времена И. Мечникова шли споры о том, есть ли у человека так называемая видовая продолжительность жизни как некий универсальный закон для всех биологических видов. Для этого сравнивали видовую продолжительность жизни различных животных и искали возможные закономерности, которые могли объяснить конкретную продолжительность жизни животных и человека.
Сама проблема определения видовой продолжительности жизни является непростой задачей. Как ее определить, если всегда существует некоторое распределение по срокам жизни, зависящее от внешних условий и генетической структуры популяций особей данного вида? Какую цифру выбрать и как обосновать этот выбор?
– Сосущие инфузории рода Tokophrya при обильном питании живут несколько дней, в роде Paramaecium одни клоны живут не более 2 месяцев, другие – до 10 лет
– максимальная продолжительность жизни одноклеточного – порядка 1 года
– по данным опытов с мечеными атомами, физиологическая продолжительность жизни эритроцитов составляет около 120 суток
– нейроны в мозге могут функционировать 100 лет и более
– из многоклеточных животных губки живут до 10—15 лет
– актинии в ряде случаев до 70—80 лет
– представители различных групп червей от 1—3 до нескольких десятков лет
– пауки 4—5, но, иногда до 20 лет (самки тарантулов),
– ракообразные от нескольких недель (дафнии) до 50 лет (омары)
– насекомые живут обычно недолго, но некоторые равнокрылые до 40—60 лет
– продолжительность жизни пластинчатожаберных моллюсков до 100 лет, однако, многие виды моллюсков живут всего по нескольку месяцев или даже недель
– осётр, щука живут свыше 80 лет
– мелкие рыбы – анчоусы, бычки и т. п. живут обычно не долее 1,5—2 лет
– мыши живут в среднем – 1—2 года, хотя некоторые особи достигают 5—6 лет
– Крысы живут 2—3 года, встречаются крысы-долгожители, чей возраст достигает 6 и более лет
– хомячки живут 1,5—3 года
– морские свинки живут 6—8 лет
– шиншиллы живут 15 лет
– бурундуки живут 10 лет и более
– кролики живут в среднем 5—7 лет
– средняя продолжительность жизни лошадей составляет 20—25 лет. Максимальная достоверно известная продолжительность жизни лошади составила 62 года. У пони этот показатель меньше. Самому старому пони было 54 года
– продолжительность жизни коров составляет около 20 лет, некоторые доживают до 35, быки живут чуть меньше: 15—20 лет
– продолжительность жизни слонов 60—70 лет
– продолжительность жизни медведей 30—45 лет
– продолжительность жизни лисиц в среднем 6—8 лет, но в неволе они могут жить до 20 лет и дольше
– продолжительность жизни бобров обычно 10—12 лет, хотя в благоприятных условиях зоопарков они доживают и до 20 лет
– продолжительность жизни у макак составляет от 15 до 20 лет, в неволе они могут дожить до 30 лет
– продолжительность жизни орангутангов в природе около 35—40 лет, а в неволе редкие особи доживают до 60-летнего возраста
– шимпанзе – около 45 лет
– из позвоночных дольше всех живут черепахи. Возраст каролинской коробчатой черепахи (Terrapene carolina), найденной на Род-Айленде, достигал 130 лет.
Продолжительность жизни животных со временем, вероятно, меняется, особенно у домашних животных. По некоторым данным, продолжительность жизни копытных и хищников увеличилась в 1,5—2 раза за последние 60 млн. лет.
Известные долгожители, т.е. виды, живущие дольше 100 лет: белуга – 118 лет, североамериканский белый осетр – 100 лет, палтус – 120 лет, коралловый лосось – 100 лет, морской каменный окунь – 205 лет. Гренландский кит живет свыше 210 лет. Из беспозвоночных животных своей долгой насыщенной жизнью выделяются несколько видов морских двустворчатых моллюсков – 220 лет, мидия грэя – 150 лет, гигантская тридакна – 200 лет. Недавно биологи из Университета Bangor, (Уэльс) обнаружили экземпляр моллюска Arctica islandica, возрастом 405—410 лет. Среди пресноводных двухстворчатых замечательна пресноводная жемчужница Margaritifera margaritifera, обитающая в Европе и Северной Америке, имеющая самую длинную жизнь среди пресноводных беспозвоночных животных – 210 – 250 лет, хотя моллюски, обитающие на юге Европы, живут всего до 35 лет. Морские ежи – свыше 200 лет.
Но, существуют животные, которые, разрывают этот порядок вещей, или, условно говоря, не умирают; т.е. не умирают в нашем человеческом понимании. Животные – nonaging.
Медуза Turritopsis nutricula – до 5 мм в диаметре, живёт в тёплых тропических водах в Карибском бассейне; есть подозрение, что этот вид распространен и в других регионах.
Достигнув зрелости, Turritopsis Nutricula снова превращается в молодую особь, и так она способна повторять этот цикл бесконечно. Эти существа, представляющие класс гидрозоев, умирают, только если их съедят или убьют. Ее секрет кроется в явлении, которое ученые называют «трансдифференциацией», состоящем в трансформации одного типа клеток в другой. Таким образом, это существо может прожить бесконечное количество жизней и не может умереть естественной смертью. Учитывая, это обстоятельство, эти медузы при определенных условиях способны, слишком сильно размножившись, нарушить равновесие мирового океана. Но у Turritopsis Nutricula много врагов, которые не дают ей распространяться бесконечно.
Гидра – мелкое беспозвоночное кишечнополостное животное с телом цилиндрической формы и со щупальцами вокруг рта, обитающее в пресных водоёмах, в болотах, в речках с медленно текущей водой.
В конце XIX века была выдвинута гипотеза о теоретическом бессмертии гидры, которую пытались научно доказать или опровергнуть на протяжении всего XX века. В 1997-ом году гипотеза была доказана экспериментальным путём Даниэлем Мартинесом. Эксперимент продолжался порядка четырёх лет и показал отсутствие смертности среди трёх групп гидр вследствие старения. По критерию выживаемости гидры похожи на Turritopsis nutricula. Считается, что бессмертность гидр напрямую связана с их высокой регенерационной способностью. Так, например, если рассечь гидру надвое, то обе части регенерируют до полноценной особи. Специальные камеры организма гидры способны легко отмирать, а после заменятся новыми камерами.
Вероятно, за эту способность жить неограниченно долго древние греки ввели это животное в пантеон мифологических животных. Лернейская гидра – порождение Ехидны и Тифона имела огромное змееподобное тело и девять голов, одна из которых была бессмертной. Геракл убил смертельную для людей гидру в рискованном бою. Нелегко ему было, пока он не добрался до бессмертной головы. Это был второй подвиг Геракла.
Рыба ланг обитает на озере Виктория.
Это существо способно переживать длительные периоды засухи, которые могут длиться до одного года. Рыба зарывается в сухую грязь, впадает в спячку и переживает засуху без поступления в организм питательных веществ. Живет, пока ее не съедят крокодилы.
Тихоходки (Tardigrada) – тип микроскопических беспозвоночных.
Тело у тихоходок имеет размер 0,1—1,5 мм, полупрозрачное, из четырёх сегментов и головы. Феноменальная способность к выживанию в любых условиях. Тихоходки могут выжить при температуре 273 градуса по Цельсию ниже нуля и до 151 градуса выше нуля. Дозы радиации животное выдерживает – до 1000 раз превышающие максимально допустимый уровень для любых других живых существ на планете. Способна тихоходка находиться без воды до десяти лет. В 2007 был проведен эксперимент, тихоходки, будучи помещенными в полный вакуум, находились на орбите Земли. Все вернулись на Землю живыми. Однажды, случайно, мох, взятый из пустыни спустя приблизительно 120 лет после его иссушения, поместили в воду, и одна из находившихся в нём тихоходок обнаружила признаки жизни.
В России водится не менее уникальный медленно стареющий зверек – летучая мышь ночница Брандта. Этот мелкий зверек (в среднем весит 7 г) способен в условиях дикой природы дожить до 41 года.
Видим довольно пеструю картину – от нескольких часов до нескольких сот лет и более. Кажется, нет, никакой зависимости между продолжительностью жизни животных и степенью эволюционного развития. Более того, среди особей одного и того же вида встречаются животные с различной продолжительностью жизни. Так, например, некоторые коловратки, живут 50—60 часов, а эхинококк 50—60 лет. Некоторые насекомые, например поденки, живут несколько часов, а термиты более 25 лет.
Максимальная продолжительность, которую удалось обнаружить на планете Земля, принадлежит представителям растительного мира.
У травянистых многолетников продолжительность жизни варьирует: у некоторых папоротников она составляет более 100 лет, у горицвета весеннего – 150 лет, у высокогорных кустарников (терескен, подушковидная азорелла) – до 300—800 лет, у можжевельника – свыше 500 лет.
Возраст секвойя дендрона составляет 4 000 лет, тис, кипарис вечнозеленый, каштан, платан, грецкий орех, дуб могут жить свыше 2 000 лет. Липа, сосна – живут 500 лет, береза, осина – 80—100 лет. Неопределенно долго могут сохранять жизнеспособность многие споры и семена. Так, удалось прорастить семена лотоса, пролежавшие в торфе 2 000 лет, и семена арктического люпина, находившиеся в вечной мерзлоте около 10 000 лет.
В 1954 – 1955 доктор Э. Шульман (Edmund Schulman) со своим ассистентом К. В. Фергасоном (C.W.Ferguson) провел масштабную исследовательскую работу, охватив участок от Калифорнии до Колорадо. Они изучали деревья сосны остистой на высоте 3048 – 3354 м в, казалось бы, невозможных местах.
Эти деревья, растущие в самых экстремальных условиях, на скудной почве и при минимальной влажности, оказались самыми старыми деревьями на всем земном шаре! Было найдено несколько деревьев возрастом от 3 000 до 4 000 лет и старше. Первое дерево, возраст которого оказался более четырех тысяч лет, назвали «Сосна Альфа». Позднее в 1957 г. Был найден «Мафусаил», тогда ему было 4 723 лет. От несчастного случая погибла сосна «Прометей», которая была примерно на 300 лет старше «Мафусаила» и росла в соседнем штате Невада. Подсчет колец показал, что возраст дерева составлял 4862 года.
В 1990 году, был введен специальный термин пренебрежимое старение (negligible senescence) то есть старение в крайней степени незначительное, старение, которым можно пренебречь. Существует как минимум два признака нестарения организма:
– возможность в том же темпе, как в молодости, производить потомство,
– расти в том же темпе, как в молодости.
Например, гренландский кит не болеет и не стареет. Он растет до тех пор, пока его собственный вес позволяет питаться и двигаться. У гигантской черепахи всю жизнь растет панцирь. Когда панцирь становится слишком тяжёлым, нестареющая черепаха не в состоянии передвигаться и умирает от голода.
Обычная бегония, которая размножается вегетативно, практически не стареет.
Совсем недавно уникальное долголетие было обнаружено у небольшого роющего грызуна семейства землекоповых – голый землекоп (Heterocephalus glaber). Процесс старения у них либо полностью отсутствует, либо протекает настолько медленно, что его скорость практически невозможно отследить в лабораторных условиях. Уникальный зверек обитает в сухих саваннах и полупустынях Кении, Эфиопии и Сомали. У землекопов четырех возрастных групп были исследованы многие признаки, которые у других животных изменяются с возрастом. Масса тела, базальный уровень метаболизма, химический состав тела, минерализация костей, активность антиоксидантных систем организма – все эти показатели не подлежали возрастным изменениям! Сердечнососудистая система у 20-летних животных была почти в таком же хорошем состоянии, как у 2-х летних. А ведь именно болезни сердечнососудистой системы организма, такие как инфаркт, чаще всего приводят к смерти. Голые землекопы не болеют раком и атеросклерозом. Самка – королева голого землекопа не теряет способности к рождению детенышей почти до окончания жизни. Иными словами необычные грызуны сохраняют молодость до самой смерти!
Исследования механизма «пренебрежительного старения» начались недавно, но один важный вывод уже можно сделать. На основании статистических данных, первые из которых появились еще в 1939 году, ученые пришли к выводу о том, что феномен пренебрежимого старения также есть и у людей, доживших, примерно, до 90 лет, после достижения которых, их шанс дожить до каждого следующего года не уменьшается с годами. Кроме того, все дожившие до этих лет, генетически похожи друг на друга. Надо сказать, что до возраста 70 лет действительно существует определенная связь между продолжительностью жизни предков и выживаемостью потомства, однако потом эта связь совсем исчезает.
Еще в 1953 году канадский психофизиолог Д. Хебб (Hebb, Donald) попытался подвести черту в спорах о том, что важнее – наследственность человека или условия, в которых он растет. Он, шутливо спрашивал: «От чего больше зависит площадь прямоугольника – от длины или ширины, и в какой степени?». Но, с тех пор меньше спорить не стали.
Следовательно, задача для современных разработчиков «молодильных яблок» может быть сформулирована как «достижение наступления стадии пренебрежимого старения у человека в постпродуктивном состоянии».
Ученые всегда делали немало попыток найти общий принцип, объясняющий столь большую разницу в продолжительности жизни отдельных животных.
1. Французский естествоиспытатель Жорж Луи Бюффон (1707—1788) еще двести лет назад утверждал, что продолжительность жизни в 6 или в 7 раз дольше периода роста, который занимает у человека 14 лет, следовательно, продолжительность равняется 90—100 годам. Несколько позже соотечественник Бюффона физиолог и врач Пьер Жан Флуранс (1794—1867), согласившись со своим предшественником, увеличил время роста до 20 лет, а число периодов изменил на 5 и в конечном итоге пришел к тому же числу – 100 лет.
Бюффон, один из первых подчеркнул существование закономерной взаимосвязи между старением и ходом развития организма на предшествующих этапах онтогенеза. Однако, сопоставление периода роста и продолжительности жизни у разных млекопитающих не укладывается в один неизменный математический коэффициент. Связь между ростом и старением организма в ходе эволюции приобретает различные количественные и качественные выражения.
2. Интересную попытку связать продолжительность жизни с развитием мозга сделал австрийский ученый X. Фриденталь. Он предложил формулу зависимости между весом мозга, тела и продолжительностью жизни животного. Свои наблюдения Фриденталь обобщает так: «более умный живет дольше». Математически это выглядит так: lgх = 0,6lgz – 0,23lgу +0,99, где х – продолжительность жизни в годах, у – масса тела и z – масса мозга в граммах.
Этот взгляд имеет также ограниченный диапазон приложения. Уровень развития нервной системы определяет важные механизмы приспособления организма к среде – это бесспорно. Но, вместе с тем все богатство связей, способность реагирования, совершенствование функций нервной системы не могут быть выражены в простых коэффициентах соотношения веса мозга и тела животного. Поэтому эта внешняя характеристика не раскрывает глубины приспособительных явлений, возникающих у высших животных.
3. В позапрошлом столетии Вейсман пытался найти обратную зависимость между продолжительностью жизни животного и его плодовитостью. Действительно, в ряде случаев подобную зависимость можно установить. Такие птицы, как стервятник, филин, кондор, кладут всего по нескольку яиц в год и живут более 50 лет. Однако существует множество исключений, необъяснимых этим правилом. Очень плодовитый попугай живет более 40 лет, а некоторые животные, кладущие тысячи яиц, живут по 80—100 лет.
4. Долгое время широкое распространение имело представление немецкого физиолога М. Рубнера. В 1908 г он предположил, что продолжительность жизни обратно пропорциональна интенсивности обмена веществ и энергии в организме. Рубнер исходил из предположения, что каждый килограмм веса животного потребляет в течение жизни примерно одно и то же количество энергии. Чем стремительнее энергетические траты, тем короче продолжительность жизни организма. Известно, что обмен веществ у мелких животных больше, чем у крупных. Этим Рубнер и объяснял, что мелкие животные живут меньше крупных. Однако много фактов не укладывается в схему Рубнера. Вот один из примеров. Кролики и зайцы примерно одного размера, но вот, разница в продолжительности жизни у них почти в два раза. Продолжительность жизни дворняги равна 10—13 годам, шотландских овчарок 20—27 годам. И наконец, обезьяна и человек: мартышки и макаки живут 10—12 лет, гиббоны и капуцины – 20—25 лет, шимпанзе, гориллы и орангутанги – 40—50 лет, человек – 80—100 лет. Многие животные разного размера имеют одну и ту же продолжительность жизни (летучая мышь, ястреб, осел, корова), и, наоборот, животные одинаковых размеров имеют неодинаковую длительность жизни (лошадь и корова). И эти факты никак нельзя объяснить, исходя из предположений Рубнера. Рубнер рассматривал только одну сторону обменных реакций в организме и не учитывал возможности приспособления к разным условиям жизни. Согласно современным представлениям о диалектическом единстве процессов ассимиляции и диссимиляции оптимальные энергетические траты не укорачивают, а, наоборот, удлиняют продолжительность жизни. В настоящее время доказано, что восстановительные процессы стимулируются в ходе утомления. Без напряженной, интенсивной деятельности оптимальный уровень работоспособности ткани не может быть, достигнут.
Как правило, все эти представления строятся на статистических соотношениях между длительностью жизни и каким либо из показателей функции организма. Но параллелизм изменений двух явлений в природе вовсе не означает, что между ними существуют причинно-следственные взаимоотношения. Кроме того, все приведенные расчеты имеют довольно ограниченное приложение, характеризуя сроки жизни лишь некоторых представителей животного мира.