Некоторые животные дестабилизируют научные представления о старении и смерти.
Гидры, а в частности Hydra vulgaris, — животные невзрачные. Максимальная длина этих пресноводных стрекающих (родственников медуз) достигает около сантиметра. Их миниатюрный организм — простая, незамысловатая трубка, на одном конце имеющая оперение из щупалец. Однако за их простотой скрывается удивительный секрет — похоже, что они не стареют. Данное наблюдение опровергает научные представления и теорию об эволюции, и благодаря этому некоторые приписывают этому виду полипов биологическое бессмертие, в том смысле, что — да, они умирают (от болезней, хищников, голода), но не из-за какой-либо клеточной неизбежности.
Сначала, Даниэль Мартинес (Daniel Martínez) решил развеять этот миф. Этот биолог, сейчас — профессор в Колледже Помоны, а в то время — аспирант Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук, считал, что благодаря тщательным наблюдениям и экспериментам он поймает гидру в момент старения. «Я полагал, что у многоклеточных организмов нет способов избежать старения», — рассказывает он изданию Popular Science.
Четыре года (длительный период для таких маленьких организмов) Мартинес находился в упорном поиске признаков увядания у гидр в своей лаборатории, признаков, указывающих на снижение их репродуктивности или на увеличение их шансов умереть спустя определённое время. И всё-таки он их не обнаружил. «Результаты не дают никаких свидетельств старения у гидр… Вероятно, гидры смогли избежать старения и потенциально могут быть бессмертными», —признался он в результатах своего исследования в 1998 году. В следующем исследовании, занявшем 8 лет, Мартинес и его коллеги получили идентичные результаты. Отдельные гидры жили у него по 12 лет, не показывая никаких признаков старения. Он с удовольствием продолжал бы свои наблюдения намного дольше, если бы жизнь не встала на пути его исследования бессмертия. «Я решил пойти в экспедицию по маршруту тихоокеанского хребта, поэтому не мог продолжать [поддерживать жизнедеятельность гидр], так как мне хотелось уйти в поход на пять месяцев», — говорит он.
Помимо других наблюдений, которые Мартинес всё-таки успел сделать, в итоге он признал, что «эти создания не умирают», — говорит он. Скептик признал свою неправоту, однако, с одной оговоркой. «Нам нужно проявлять осторожность, когда мы пользуемся словом «бессмертные», поскольку мы постоянно убиваем их в моей лаборатории, — говорит он. — На самом деле они не бессмертны [в смысле неуязвимы], просто похоже, что они не регистрируют время».
Гидры — выдающийся пример этого феномена, но они не уникальны в своём противлении времени. Некоторые другие животные демонстрируют неожиданное долголетие и совершенно незначительное старение.
Мало-помалу, наука обнаружила детали и развила теории различных способов, благодаря которым эти организмы избегают старения.
Как гидрам это удаётся?
Гидры размножаются как половым, так и бесполым путём, формируя отростки, из которых вырастают идентичные клоны. И всё-таки, они продолжают жизнь не только в виде этих двойников, но также и как отдельные личности. Почему? «У них масса стволовых клеток», — говорит Селина Джулиано (Celina Juliano), молекулярный и клеточный биолог из Калифорнийского университета в Дейвисе. В своей основе их организм почти полностью состоит из недифференцированных, «пластиковых» клеток, которые могут постоянно делиться и обновляться намного быстрее, чем, скажем, клетка человеческого сердца. Гидра может оправиться и восстановиться после почти любого повреждения, пока центральная часть её организма остаётся нетронутым. Примерно раз в 20 дней отдельная особь H. vulgaris обновляется и состоит полностью из новых (хотя и идентичных предыдущим) клеток, вроде крошечного корабля Тесея.
И всё-таки остаётся открытым вопрос почему их отдельные клетки настолько устойчивы. «То, что их стволовые клетки бесконечно создают новые клетки — удивительно», — говорит Джулиано. За несколькими исключениями (например клетки Hela Генриетты Лакс), другие линии клеток животных имеют ограниченное количество циклов деления. После каждого деления они повреждаются, их теломеры укорачиваются, и они стареют. Как именно клетки гидры избегают истощения, остаётся загадкой, хотя учёные делают в этом направлении большие успехи. «У них присутствует активная теломераза, фермент, позволяющий длинным, обладающим защитной функцией концам хромосом восстанавливаться, —говорит Джулиано, — и, возможно, в этом заключается часть разгадки. Другая часть, вероятно, состоит в том, что гидра способна подавлять коварные прыгающие гены, согласно исследованию лаборатории Джулиано, проведённому в 2020 году. Она надеется найти больше информации благодаря дальнейшему анализу ДНК.
Гренландская полярная акула
В противоположность гидрам, гренландские акулы огромны — они достигают до 7 метров в длину и веса до 900 килограммов. Это крупнейший вид акул, освоивший холодные северные моря суперхищник. Кроме того, это самый долгоживущий из известных видов позвоночных. В одном исследовании, проведённом в 2016 году, был оценен возраст хрусталиков глаз, извлечённых из тел 28 самок акул, и установлено, что самому старому из них было около 400 лет, а а может быть и свыше 500 лет. Похоже, что эти акулы достигают половозрелого возраста не раньше 150 лет, проводя в детстве и отрочестве полтора столетия.
«Вероятно, есть множество переменных, способствующих тому, чтобы эти крупные рыбы умудрялись жить сотни лет, но один из факторов — это их способность восстанавливать свою ДНК», — говорит Арне Сам, специалист в области вычислительной биологии и биоинформатики в Рурском университете в Бохуме (Германия). Сам и его коллеги изучают генетический код гренландских акул. Они обнаружили, что эти животные обладают исключительно крупным геномом со множеством повторяющихся генов. Некоторые из этих дубликатов — гены, которые кодируют восстанавливающие ДНК и подавляющие опухоли белки. «Идея достаточно проста — если у вас больше генов, участвующих в этом процессе, это даёт вам возможность лучше выживать и восстанавливать ДНК», — сообщил Сам Popular Science.
В другом исследовании было установлено, что белки ферментов, кодируемые акульими ДНК, обладают уникальной устойчивостью, и постоянно сохраняют высокий уровень активности, даже в течение десятилетий. В целом, когда животные стареют, активность их ферментов и общий метаболизм замедляются, но похоже, что гренландские акулы не испытывают подобной деградации.
Бессмертные медузы?
Гидры — не единственные кажущиеся нестареющими стрекающие. Turritopsis dornhii, также известная как бессмертная медуза, обладает своим, уникальным способом справиться со старением. Вместо того, чтобы подобно гидрам постоянно оставаться в состоянии полипа и менять свои отдельные клетки, T. dornhii вырастает до зрелой медузы, а затем чудесным образом становится самой собой в юности, демонстрируя феномен, очень похожий на взросление наоборот, который называется «трансдифференциацией».
Похоже, что, как и в случае с гидрой, поддержание длинных теломер делает этот чудесный круговой цикл возможным. Подобно гренландским акулам, эти медузы — мастера генетического и клеточного восстановления.
Однако не все уверены, что фокус, проделываемый Turritopsis, — чудо того же порядка, на что способна гидра. По мнению Мартинеса, клеточная реорганизация этой медузы больше похожа на бесполое размножение, воспроизводство отпрысков-клонов, чем на непрекращающийся процесс выживания индивидуума. «Она превращается в состоящий из клеток шар, и из него образует новый полип, но та, прежняя медуза — исчезла», — объясняет он. «Это поразительно, но это — другой феномен… этот распад, который происходит, это можно назвать старением», — добавляет он.
Однако, по мнению Джулиано, то, что происходит с гидрой и Turritopsis может указывать на то, что многие другие родственные виды также придерживаются собственных правил старения и регенерации. «Возможно, это происходит не исключительно со стрекающими», — говорит она, возможно вопрос в том, что исследовано, а что — нет. И, может быть, это распространяется и на другие филогенетические ветви. Некоторые планарии, или ленточные черви, имеют похожую, типа стрекающих, способность восстанавливаться до бесконечности. «Исследований по долголетию проведено немного, — говорит Джулиано, — но я знаю, что люди считают их бессмертными в принципе».
Голые землекопы
Голые землекопы, практически не имеющие волосяного покрова подземные социальные грызуны с иерархической структурой, похожей на пчелиную, выделяются во многих отношениях. Один из пунктов в длинном списке их причуд — продолжительность жизни. По сравнению с другими грызунами (и с небольшими грызунами в целом) голые землекопы живут удивительно долго. Известно, что они доживают до 40 лет, на 12 лет дольше, чем их ближайший соперник из грызунов, хохлатый дикобраз, доживающий до 28 лет.
Хотя это бесконечно далеко от бессмертия, голые землекопы, подобно гидрам, достигают преклонных лет без видимого ухудшения физического и умственного здоровья. Отчасти это связано с замедленным обменом веществ. Голые землекопы очень медленно дышат, их клетки устойчивы к кислородному голоданию, и у них настолько низкая температура тела, что они фактически относятся к эктотермам (или холоднокровным животным). Кроме того, влияют и другие факторы.
Особенно голые землекопы удивительны своей способностью бороться с раком, болезнью старых, которая широко распространена среди других грызунов. «Исследования показывают, что они делают это благодаря «раннему контактному торможению», — говорит Сам. Когда их клетки начинают уплотняться и сталкиваться друг с другом, как при раннем формировании опухоли, запускается механизм, который тормозит рост клеток в зародыше. Соединение, которое запускает клеточный противораковый каскад, гиалуроновая кислота, — распространённый ингредиент косметических и омолаживающих препаратов, но их хвалёное действие в сыворотках и кремах сильно отличается от того, что они делают в клетках голых землекопов.
Черепахи
Некоторые черепахи живут так долго, что умудряются стать знаменитостью, будучи на втором столетии жизни. Но удивительную способность ускользать от смерти демонстрируют не только несколько избранных видов черепах. Многие виды черепах показывают минимальное старение, в частности в неволе, согласно исследованию 2022 года, опубликованному в журнале Science. Три четверти из 52 исследованных видов практически не показывали признаков старения. «Фактически это означает, что год за годом риск смертности у них не повышается», — говорит Фернандо Колчеро (Fernando Colchero), статистический демограф из Института эволюционной антропологии им. Макса Планка в Германии.
Однако, эта тенденция применима только в отношении животных, содержащихся в зоопарках и аквариумах. «На воле эти показатели намного ниже, чем в зоопарках», — говорит Колчеро. «Это, — утверждает он, —иллюстрирует ту же тенденцию, что и продолжительность жизни человека за последнее столетие: когда вы улучшаете условия среды организма, он способен прожить более долгую и здоровую жизнь. Как именно черепахи минимизируют или останавливают старение при содержании в неволе — вопрос остаётся открытым, — отмечает Колчеро, — но, очевидно, существует взаимосвязь между средой и старением».
Омары (и другие ракообразные)
Омар — ещё одно невероятно долго живущее морское животное, и некоторые особи живут более 100 лет. Помимо очень медленного старения, ракообразные также никогда не прекращают расти (официальный мировой рекорд составил 20 килограммов). Они становятся всё больше и больше до тех пор, пока весь этот рост и линька не становятся невыносимыми. Наращивание и линька этого вечно увеличивающегося экзоскелета становятся слишком энергозатратными, и в итоге они становятся неспособны линять и погибают. Хотя это не является старением в традиционном, эволюционном понимании, где клетки со временем деградируют, это — увеличение риска смертности как побочный продукт продолжающегося взросления.
И среди морских существ с раковинами омары — не самые впечатляющие. Океанические куахоги, вид моллюска, могут доживать до 500 лет. Отдельный экземпляр, окрещённый Мингом (в честь китайской династии, во время правления которой он родился), был найден рядом с побережьем Исландии в 2006 году. Подсчёт годовых колец на раковине показал, что этот моллюск пережил 507 годовых циклов, прежде чем его убили для исследования. Это самое долгоживущее из когда-либо найденных неколониальных животных.
Автор — Лорин Леффер (LAUREN LEFFER).
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Вам также может быть интересно: