Живая природа хранит в себе три древние загадки: возникновения жизни, эволюции и смерти.
Чтобы разгадать первую из них, в настоящее время предпринимаются усиленные попытки воспроизвести процесс возникновения жизни в искусственных условиях.
Не менее сложна и вторая загадка - загадка эволюции, или усложнения и совершенствования живых систем при сохранении одних и тех же структурных элементов живой материи.
Действительно, природа одновременно и удивительно единообразна и поразительно разнообразна. Наиболее простые живые организмы - вирусы - имеют такое же строение, как и носители наследственности у высших организмов - гены. Белки у бактерий и у человека построены из одних и тех же строительных блоков - аминокислот.
Как же обеспечивается в природе стабильность основных ее элементов и поразительное усовершенствование их в процессе эволюции на пути от простейших одноклеточных к высшим организмам? От ответа на этот вопрос зависит многое. В том числе и разгадка смерти.
Мы привыкли считать, что всякая жизнь завершается смертью, что "жить - значит умирать" (Энгельс Ф. Диалектика природы).
Но что делает смерть неизбежной?
Прежде чем рассмотреть этот вопрос, напомню читателю: в природе, как известно, существуют два принципиально различных механизма смерти - от внешних и от внутренних причин.
Теоретически некоторые простейшие одноклеточные организмы бессмертны, так как после каждого деления подобного существа возникают два полностью одинаковых дочерних потомка, обладающих всеми свойствами исходного организма. В благоприятных условиях процесс последовательных делений может продолжаться неограниченно. Классический пример: деление одноклеточного организма - парамеции - в течение 8400 поколений. В данном случае не имеет значения, что в действительности лишь экземпляры некоторых простейших создают поколения, способные делиться вегетативно (без полового размножения) неопределенно долго. Если бы эта способность наблюдалась только у одного вида простейших или даже у одной ветви, то и тогда это было бы основанием для утверждения, что теоретически существует жизнь без внутренних причин смерти при наличии определенных благоприятных условий внешней среды. Свойство потенциального бессмертия можно увидеть и на примере сложных многоклеточных организмов, если в их клетках происходят так называемые злокачественные изменения. Действительно, нормальные клетки, из которых строится многоклеточный организм, находятся в таком взаимодействии друг с другом, что размеры органов остаются постоянными. Так, например, в желудочно-кишечном тракте происходит очень интенсивное обновление клеток. Но новые клетки регулярно приходят на смену гибнущим, то есть клеток появляется ровно столько, сколько необходимо для поддержания их "запланированного" количества. Более того, нормальные клетки, находясь в искусственных условиях вне организма, в так называемой культуре тканей, делятся лишь строго определенное число, раз и затем погибают.
Когда же клетка становится раковой, ее потомки могут жить и в культуре ткани, и в организме беспредельно, если их последовательно пересаживать, или трансплантировать. Знаменитый немецкий ученый Пауль Эрлих еще в 1906 г. выделил у мыши опухоль, которая и сейчас используется во всех странах в научных исследованиях, хотя максимальная длительность жизни мыши не превышает трех лет. Иными словами, как это ни парадоксально, рак обеспечивает потенциальное бессмертие клеток.
И все же и одноклеточные организмы, и раковые клетки погибают. Действительно, давно подсчитано, что если бы не происходило гибели одноклеточных, то потомки одной инфузории довольно скоро заняли бы объем, превышающий объем земного шара. Что же ограничивает длительность жизни одноклеточных существ? Таким ограничителем является прежде всего состояние среды их обитания.
Живой организм находится в очень тесных взаимоотношениях с внешним миром. Наличие или отсутствие пищи, физические условия среды, степень ее загрязнения - вот те главные факторы, с которыми неразрывно связана жизнедеятельность организма.
Вместе с тем любой организм может существовать, лишь если состав его тела поддерживается в определенных, обычно довольно узких пределах. Это положение великий французский физиолог Клод Бернар более 100 лет назад сформулировал следующим образом: постоянство внутренней среды является необходимым условием свободной жизни организма.
Закон постоянства внутренней среды организма - фундаментальный закон биологии. Я бы даже обозначил его как Первый фундаментальный биологический закон (хотя порядковый номер в данном случае мало что говорит: все фундаментальные законы характеризуются тем, что ни один из них не может быть нарушен).
Обмен веществ, основанный на поступлении в организм пищи, воды и кислорода, прежде всего обеспечивает постоянство внутренней среды. У одноклеточных существ резервы энергетических материалов в организме очень невелики и соответственно их зависимость от поступления пищи, как правило, крайне выражена. Еще больше одноклеточные зависят от физических условий среды. Нежная оболочка клетки - клеточная мембрана - не может быть надежной защитой от повреждающих внешних факторов. Это понятно: и поступление пищи, и выделение отходов происходит через эту мембрану. По существу, одноклеточные организмы находятся в равновесии со своей средой обитания, и постоянство состава их тела, то есть требование, соответствующее Первому биологическому закону, может быть выполнено лишь в той степени, в которой сохраняется постоянство внешней среды. Изменения во внешней среде, вызванные, к примеру, самой жизнедеятельностью одноклеточных организмов, могут послужить причиной их гибели.
Таким образом, в большинстве случаев смерть у одноклеточных обусловлена действием внешних факторов, то есть является смертью от внешних причин. Это-то и дает основания утверждать, что теоретически некоторые простейшие могут оказаться бессмертными в условиях, когда внешняя среда этому благоприятствует.
Если говорить о человеке, то здесь внешние причины смерти связывают прежде всего с так называемыми болезнями цивилизации. Считается, что избыточное, или неправильное, питание, недостаточная физическая активность, психическое перенапряжение (эмоциональный стресс), токсические вещества, распространенные во внешней среде (например, канцерогены - химические вещества, вызывающие рак), - все это причины основных болезней человека: атеросклероза и рака. Тем самым предполагается, что и у человека именно внешние факторы определяют основные причины смерти.
Однако вряд ли стоит доказывать, что устранение внешних причин болезней не спасет высшие организмы от смерти. Для каждого вида организмов характерен определенный предел длительности жизни. Крыса не может прожить более четырех лет, слон - более 80, и никто не наблюдал, чтобы крыса жила дольше, чем это в норме свойственно слону.
Устранение внешних неблагоприятных факторов может лишь привести к тому, что продолжительность жизни индивидуума совпадет с видовым ее пределом. Так, если средняя длительность жизни человека составляет сейчас около 70 лет, то видовой ее предел, как уже было сказано, считается равным 120 годам. Пока же у большинства организмов видовых пределов жизни достигают только отдельные представители.
Сегодня наиболее общепринято считать, что существуют два независимых явления, ограничивающих длительность жизни: физиологический процесс старения и болезни, которые с возрастом все в большей степени поражают человека. При этом вычислили, что если будут устранены основные болезни старения - атеросклероз и рак, то длительность жизни человека увеличится на 18 лет; если же будут устранены все болезни пожилого возраста, то это даст в среднем дополнительно еще 2-5 лет жизни. На этом основании предполагается, что в условиях старения без болезней человек будет умирать в возрасте, близком к 100 годам. Картина весьма заманчива. Ведь пока что бремя болезней часто делает очень тяжелой жизнь человека еще в среднем, не говоря уже о пожилом возрасте.
Однако это оптимистическое построение, к сожалению, уязвимо. Главным образом в силу разделения естественных причин смерти на болезни и физиологическое старение. Действительно, каким образом физиологическое старение обрывает жизнь? Опять же вследствие развития болезней. Другое дело, что вероятность их с годами возрастает. Более того, это, как правило, вполне определенные болезни. Мы уже упоминали, что в среднем и пожилом возрасте десять главных болезней из многих сотен возможных служат причиной смерти каждых 85 человек из 100. Ими являются: ожирение, сахарный диабет тучных, атеросклероз, гипертоническая болезнь, метаболическая (обменная) иммунодепрессия, аутоиммунные болезни, психическая депрессия и рак. Эти болезни, а также климакс и гиперадаптоз по причинам, которые станут читателю понятными чуть позже, я обозначаю как нормальные болезни старения.
Есть много доводов в пользу того, что в возникновении этих болезней очень большое значение имеют внешние факторы. Так, ожирение, сахарный диабет тучных и атеросклероз возникают в результате переедания и снижения физической активности. В свою очередь, ожирение вызывает метаболическую иммунодепрессию, то есть снижение иммунитета, обусловленное избыточным использованием жира как источника энергии. Метаболическая иммунодепрессия способствует развитию рака. Стресс, психическое перенапряжение и длительно задержанные отрицательные эмоции вызывают гипертоническую болезнь, психическую депрессию и ускоряют течение рака.
Все это так. Но вместе с тем остается несомненным: хотя устранение неблагоприятных внешних факторов может увеличить длительность жизни, оно не может расширить ее видовой лимит.
В чем же здесь дело? Почему старение сочетается с определенной группой болезней, а не с любыми болезнями из многих сотен известных патологических процессов? Чем определяется видовой лимит жизни - физиологическим старением, то есть изнашиванием, истощение организма, связанным с прекращением обновления его клеток, или определенными болезнями, которые возникают под влиянием внутренних причин? И если верно последнее, то, что это за внутренние причины, которые действуют с такой закономерностью?
В живой природе существуют примеры механизма смерти, явно не связанного с влиянием внешних причин. Всем известен вид смерти, свойственный бабочке поденке. Такая бабочка, возникнув из личинки поутру к концу первых суток закончив цикл размножения, погибает. Смерть наступает независимо от условий внешней среды - как будто кончается завод часов.
Подобная смерть от внутренней причины - не исключение. Еще" отчетливее ее можно наблюдать у более сложного организма - горбуши.
Эта рыба в течение четырех-пяти лет живет в Тихом океане. В этот период происходит созревание и увеличение размера тела, а в печени и теле накапливается жир. Но вот приближается период размножения, и горбуша начинает свой длинный путь, иногда в тысячи километров, к устью той реки, в которой она появилась на свет. С самого начала этого пути рыба в качестве источника энергии использует главным образом печеночные резервы жира. Запас жиров снижается, но растет концентрация в крови холестерина, который синтезируется из жира. И в течение одного-двух месяцев рыба "стареет". У нее изгибаются челюсти, западают глаза, истончается кожа. В организме горбуши происходят очень глубокие сдвиги - появляются признаки, свойственные сахарному диабету и атеросклерозу, снижается устойчивость к инфекции. Наконец горбуши-самки откладывают икру, которая осеменяется мужскими особями горбуш. Через одну-две недели рыбы-родители погибают. Причиной смерти являются множественные инфаркты сердца, мозга, легких, почек. Это понятно, так как концентрация холестерина в крови у горбуши в период нереста увеличивается до 1000 мг%, то есть примерно в 10 раз.
Механизм гибели горбуши - это типичный пример смерти от внутренних причин, причем пример, создающий впечатление о существовании запрограммированной смерти. Жизнь рыбы как бы оканчивается в соответствии с программой, хранящейся в генах, - будто в них записан сигнал "стоп", который остро обрывает жизнь.
Описание естественной смерти горбуши очень часто используется как пример, характеризующий наличие генетической программы старения и смерти. Но так ли это?
Действительно, каждому виду свойствен свой определенный лимит длительности жизни, следовательно, генетический, то есть "записанный" в генах, предел. Наиболее распространенным воззрением на происхождение лимита, ограничивающего продолжительность жизни, является теория "клеточной смерти". Известно, что в культуре ткани, то есть вне организма, некоторые клетки плода человека способны делиться 50±10 раз, а затем погибают. Если клетки взять от человека более старшего возраста или у лиц с преждевременным старением, то пропорционально уменьшается число делений, предшествующих гибели клетки. На основании этих данных стало модным считать, что часы, отмеряющие время жизни, заключены в каждой клетке. Предполагается, что гибель клеток или ослабление функций в тех клетках, которые не делятся после окончания развития, в конечном счете приводит к ослаблению и гибели самого организма. Таким образом, естественную смерть горбуши часто рассматривают как иллюстрацию к этому построению.
Но имеется существенное наблюдение, которое отнюдь не укладывается в эти рамки. Американские ученые О. Робертсон и Б. Векслер (1962) удалили половые железы у нескольких экземпляров родственного горбуше пресноводного вида рыбы и содержали затем их в специальных резервуарах. Это кажется невероятным, но длительность жизни кастрированных рыб удвоилась и даже в некоторых случаях утроилась! Приведенный пример поучителен в ряде отношений.
Во-первых, он демонстрирует наличие смерти от внутренних причин у такого достаточно сложного организма, как горбуша. Во-вторых, эффект кастрации показывает, что видовые пределы жизни могут быть расширены, то есть что возможно вмешательство в программу, которая с незыблемой генетической закономерностью воспроизводится из поколения в поколение, из года в год, так сказать, от века.
Но, пожалуй, самый важный вывод заключается в следующем. В основе механизма запрограммированной гибели горбуши лежат регуляторные сдвиги, а именно такие сдвиги в регуляции обмена, которые приводят к резкому повышению содержания холестерина в крови. При этом гибнет каждый индивидуум, каждая горбуша, ибо ни одна рыба этого вида уже никогда после нереста не возвращается в океан.
Принято считать, что смерть связана с истощением, изнашиванием, самоотравлением организма продуктами его жизнедеятельности, гибелью функционально важных клеток, например клеток нервной системы - нейронов, то есть связана со стойкими и грубыми дефектами, или органическими нарушениями.
На примере механизма гибели горбуши становится очевидным, что в основе смерти лежат нарушения регуляции, то есть функциональные и поэтому в принципе обратимые нарушения. Иначе говоря, запрограммированная гибель горбуши связана с нарушением закона постоянства внутренней среды организма, или с отступлением от основного биологического закона. В результате чрезмерное повышение уровня холестерина практически непосредственно приводит к смерти.
Теперь зададимся еще двумя вопросами. Что же вызывает изменение в продуцировании холестерина? И являются ли нарушения, наблюдаемые у горбуши, частным случаем или регуляторный тип смерти наблюдается в природе и у других видов, включая человека? Ясно, что эти вопросы в определенной мере взаимосвязаны.
Стоит отметить, что если пример с горбушей во многом поучителен, то именно в отношении поиска общих причин, вызывающих регуляторные нарушения, он может завести в тупик. Действительно, тот факт, что удаление половых желез тормозит выполнение "программы смерти", показывает, что у горбуши половые железы являются источником сигналов, включающих механизм смерти от внутренней причины. Иными словами, созревание половых желез "запускает" механизм размножения, а затем и естественной гибели горбуши. Исходя из подобных примеров, многие биологи приходят к выводу, что цель живой природы - размножение, воспроизведение себе подобных; как только эта цель достигнута, включаются механизмы, обрывающие жизнь. Внешне такое построение выглядит весьма правдоподобно.
Но вдумаемся: признавая справедливость этого вывода, мы тем самым должны были бы признать, что у природы имеется цель и что этой целью является смерть индивидуума после окончания воспроизведения. Между тем можно утверждать вполне определенно: у природы нет и не может быть такой цели (как, впрочем, и никакой другой).
Как же могут быть совмещены эти друг друга исключающие положения? То, что действительно зафиксировано в генетическом коде организма,- это воспроизведение себе подобных. Этот процесс должен быть материально обеспечен. У горбуши, вероятно, в силу ряда условий обитания, большинство половых клеток погибает после нереста, так и не будучи оплодотворенными. Но способность производить большое количество половых клеток смягчает действие этого неблагоприятного для размножения фактора.
В чем смысл накопления жира в печени и в емкости "горба", если горбуше суждено в ближайшее время после нереста погибнуть? В том, что из жира образуется холестерин, а каждая половая клетка должна содержать много холестерина. Этот холестерин является материалом для построения оболочек (мембран) клеток, которые после оплодотворения должны начать развиваться в сложный организм. Одновременно повышение содержания холестерина в крови вызывает у горбуши поражение сосудов и в конечном итоге приводит организм к гибели. Таким образом, по существу, избыток холестерина в крови служит обеспечению процесса размножения, а гибель горбуши является лишь побочным следствием, вызванным нарушением постоянства внутренней среды организма. Постоянство внутренней среды в медицине обозначается термином "гомеостаз" ("гомео" - подобный, "стаз" - состояние). Поэтому явление, о котором только что шла речь, я считаю правильным квалифицировать как закон отклонения гомеостаза.
Гомеостаз - необходимое условие жизни. Однако сложность состоит в том, что и закон отклонения гомеостаза записан в генетическом коде, то есть сами высшие организмы одновременно подчиняются и закону сохранения и закону отклонения гомеостаза.
Но прежде чем перейти к подробному рассмотрению этого вопроса, читателю придется преодолеть небольшие трудности, чтобы ознакомиться с некоторыми основами строения и функций человеческого тела,- именно этому и посвящена следующая глава.
Это тяжеловесное слово - гипоталамус - необходимо запомнить Гибрид нервной и эндокринной системы, место стыковки двух миров - внутреннего и внешнего гипоталамус - это чудо природы.
См. также:
Предисловие
Глава 1. Из истории геронтологии
Глава 3. Иерархия управления в организме: роль гипоталамуса
Глава 4. Закон отклонения гомеостаза
Глава 5. Внешняя среда и болезни старения
Глава 6. Нормальная болезнь адаптационного гомеостата - гиперадаптоз
Глава 7. Нормальная болезнь репродуктивной системы - климакс
Глава 8. Возрастные изменения в регуляции аппетита
Глава 9. Нормальная болезнь энергетического гомеостата - ожирение
Глава 10. Ожирение: болезнь болезней
...
Обсудить на форуме
