Подвергнуть мутации тот или иной ген модельного организма – один из любимых способов биологов разобраться в проблеме. Вы можете думать об этом как об изменении или полном удалении одного компонента двигателя и наблюдении за тем, что происходит. Последствия могут начать говорить вам, для чего предназначен этот компонент и как он влияет на детали, с которыми связан, предоставляя данные, с помощью которых вы в итоге сможете понять, как работает двигатель. Что касается машины, сконструированной человеком, это крайне неэффективный путь к пониманию явлений. Результатом, вероятно, будет просто то, что она перестанет работать, не дав никакого знания о функции компонента. В биологических системах, которые беспорядочны, взаимосвязаны и эволюционировали с несколькими уровнями резервирования
[26], что часто делает их устойчивыми перед лицом небольших изменений, результаты несильной модификации могут быть гораздо более удивительными, например массовое увеличение продолжительности жизни.
Если вы можете так резко увеличить продолжительность жизни с изменением одного гена, это дает нам возможность задать огромный спектр новых вопросов. Что делает этот ген долголетия? С какими генами он связан? Если вы измените эти гены, эффект станет больше, меньше или вообще исчезает? Потянув за эти нити, биологи смогли начать исследовать процессы, которые приводят к старению, гораздо более систематически, чем тогда, когда не знали, с чего начать. В настоящее время известно более 1000 генов, способных увеличить продолжительность жизни различных организмов, в том числе 600 генов C. elegans.
Вот почему эти события ознаменовали зарождение новой области исследований. Старение стало теперь чем-то, во что можно вмешаться, что можно пощупать, потыкать и изучить. Изучение этого феномена больше не было странным времяпрепровождением, в значительной степени игнорируемым основной биологией, и не приводило к карьерному самоубийству в случае интереса к нему. Мы могли бы наконец ответить на извечный вопрос о том, что такое старение, не только в общем эволюционном смысле, когда оно представляет собой совокупность процессов, связанных с ухудшением состояния, но и в мельчайших клеточных и молекулярных схемах того, что может быть причиной или следствием. Это захватывающе с научной точки зрения, но также очень важно, если мы хотим иметь хоть какую-то надежду на лечение. Далее мы обратимся к тому, что открыла эта потрясающая новая наука.
4
Почему мы стареем
За последнее столетие появились десятки теорий, претендующих на то, чтобы объяснить, почему мы стареем и умираем. И многие из них сгибаются под тяжестью противоречащих друг другу свидетельств. Теория скорости метаболизма
[27], теория повреждения ДНК при старении, свободнорадикальная митохондриальная теория
[28], теория катастрофы из-за клеточного мусора
[29] ходила шутка, что теорий старения больше, чем ученых, которые над ними работают. Что, учитывая размеры поля исследований в прошлом, было не так уж далеко от истины. Одна особенно восхитительная теория старения состоит в том, что всем животным отпущено фиксированное число ударов сердца в течение жизни. Мышиные сердца бьются с невероятной скоростью 500 раз в минуту, а галапагосских черепах – почти в 100 раз медленнее, всего шесть. Может ли быть совпадением, что галапагосские черепахи живут 175 лет, почти в 100 раз дольше, чем мыши, двухлетняя жизнь которых кажется жалкой подачкой? Если вы соберете данные, исследуя большое количество различных видов, то обнаружите поразительную закономерность: частота сердечных сокращений за всю жизнь удивительно постоянна у животных от крыс и мышей до слонов и китов. Каждый из нас получает примерно по одному миллиарду ударов, а потом мы умираем.
Теория, по-видимому, работает как внутри видов, так и между ними: врачи знают, что пациенты с более высокой частотой сердечных сокращений в состоянии покоя подвергаются повышенному риску смерти. Частота сердечных сокращений в состоянии покоя 100 ударов в минуту удваивает годовой риск смерти по сравнению с теми людьми, чьи сердца бьются со скоростью 60 ударов в минуту. Может быть, это потому, что они расходуют отведенный им лимит с неподобающей поспешностью?
Хотя эта идея интригует, она, вероятно, имеет ограниченную практическую ценность. Начнем с того, что отношения между разными животными не такие тесные, как предполагают заголовки. Я уверен, что некоторые из вас провели математические расчеты для мыши и черепахи, и результат приближается к полумиллиарду ударов. А люди – крупные существа, стоящие обособленно от других, с примерно тремя миллиардами ударов сердца за всю жизнь. Это также может быть просто совпадением – мы уже видели, что более крупные животные живут дольше. И, как известно, существует связь между размером тела и частотой сердечных сокращений, так что, возможно, масса является здесь причинным фактором. Наконец, неясно, как и действительно ли это приведет к изобретению лечения. Хотя есть лекарства для снижения частоты сердечных сокращений, они, возможно, будут лечить симптом заболеваний или восполнять отсутствие физической подготовки, которые приводят к высокой частоте сердечных сокращений, а не причину. И очевидно, что есть нижний предел. Мы могли бы представить себе использование лекарств для перемещения пациента с уровня в 80 до 60 ударов в минуту, но должен наступить момент, когда сердце просто не будет биться достаточно быстро, чтобы снабжать организм кровью. (Кстати, лучшее лечение высокого сердечного ритма в состоянии покоя – это почти наверняка увеличение количества физических упражнений.)
Биогеронтологи, врачи и все остальные действительно хотят понять глубинные причины старения – клеточные и молекулярные изменения, которые лежат в основе последствий для таких органов, как сердце. Благодаря способности вмешиваться в процесс старения как генетически, так и с помощью питания, а также передовой молекулярной биологии, позволяющей выявлять возникающие изменения, современная биогеронтология получила возможность изучать процесс старения гораздо более подробно, чем подсчет ударов сердца. За последние два десятилетия ученые обнаружили изменения, которые происходят в организме с возрастом, и начали собирать воедино целостную картину того, как они связаны с болезнями и дисфункциями, сопровождающими этот процесс. Исследователи делают это не только из чисто научного интереса, но и потому, что болезни, которые ближе к первопричинам, лучше поддаются лечению. Замедление сердечного ритма до нуля, чтобы остановить старение, не имеет смысла, но идея о том, что устранение первопричины старения может улучшить здоровье, вполне логична.
