Программа самоуничтожения (феноптоз) – самурайский закон жизни, или тактика выживания вида


Эволюция жизни на Земле насчитывает более 4 миллиардов лет. До сих пор точно не известно было ли это самозарождение в первичном органическом «бульоне» океана, или же жизнь занесена из космоса метеоритами или кометами. В любом случае в начале всей эволюционной эстафеты находились простейшие формы жизни. Даже сегодня ученым трудно провести четкую грань между простейшими формами жизни и неживыми сложными органическими молекулами и определить ту грань, когда они превращаются в живой объект. Особенно трудно классифицировать вирусы и прионы – они демонстрируют признаки как живого, так и неживого.

Еще одним сложным вопросом биологии является цель эволюционных процессов. Наиболее точно кажется, по этому вопросу высказался Бернард Шоу: «Единственная цель жизни в ее продолжении». Это очень трудная цель, так как жизнь очень хрупка и требует определенных констант внешней среды. В природе часто бушуют стихии, способные уничтожить не только все живое, но и сжечь все органическое. При всем этом воображение потрясает количество и разнообразие живых форм. Этим разнообразием мы обязаны прежде всего совершенствованию программного обеспечения живых систем, которое запрограммировано в ДНК.

Как  и в мире компьютеров, хорошие программы нуждались в хорошей защите, надежном копировании (без ошибок) и как можно более быстром тиражировании. Противостоять стихиям природы хрупкая жизнь может только быстрым заполнением пригодного для жизни пространства и быстрой адаптации к меняющимся внешним условиям. Какими же способами решала жизнь эти задачи?

Одной из самой сложной задачей стала защита от повреждений ДНК, как носителя жизнеобеспечивающих программ. Для этого природа создала много механизмов: это репарация поврежденного участка, двойная спираль ДНК, двойной набор хромосом и генов, и специальные защитные белки, а также антиоксидантная система защиты от свободных радикалов. Ну а что все же происходит с организмом, если его система защиты ДНК не справилась с поставленной задачей? Тиражирование организмов с поврежденной ДНК грозит популяции катастрофой: рождением уродов и вымиранием.

По мнению Владимира Петровича Скулачева (академика Российской академии наук, члена президиума Европейской Академии, директор института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского) в биологии действует  диктатура генома и самурайский закон: «Самоуничтожение живых организмов при условии, когда повреждения их ДНК достигают определенного критического значения». Самоуничтожение митохондрий при повреждении называется митоптозом, всей клетки – апоптозом, а всего организма – феноптозом.


В опытах на бактериях уже доказано, что бактерия, обнаружив определенную степень повреждения своей ДНК, кончает с собой задолго до того, как эти нарушения достигнут такой степени, что жизнедеятельность её окажется невозможной. Иными словами, при определенной степени повреждений ДНК клетка гибнет, потому что воспринимает такое повреждение как требование к самоубийству, а не потому, что ее ДНК так сильно испорчена, что не может нормально функционировать.

Такая стратегия еще одна иллюстрация самурайского принципа: «Лучше умереть, чем передать потомству ошибки в ДНК». Эта стратегия призвана гарантировать защиту генетической программы потомства даже ценой своей жизни.

В последнее  время доказано, что феноптоз зараженных инфекцией  особей служит последней обороной сообщества живых существ от грозных эпидемий инфекционных заболеваний в том числе от туберкулеза и СПИДа.


Мысль от том, что старение и смерть могут быть запрограммированы, будучи завершающим этапом онтогенеза, была высказана Августом Вейсманом в его знаменитой лекции, прочитанной в 1891 году. Вейсман предположил, что смерть от старости была специально изобретена живыми существами в ходе эволюции. В этой лекции он утверждал: «Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто приобретенное вторично в процессе адаптации. Я понимаю, что жизнь имеет фиксированную продолжительность не потому что по природе своей не может быть  неограниченной, а потому что, неограниченное существование индивидуумов было бы роскошью без какой либо проистекающей из нее выгоды. Изношенные индивидуумы не только бесполезны для вида, но даже вредны, поскольку они занимают место тех, кто здоров.»

В 50-е годы 20 века гипотеза Вейсмана была раскритикована П.Медаваром, утверждавшим, что в естественных условиях внешней среды большинство организмов гибнет раньше, чем успеет состарится, и потому такой механизм не имеет практического значения для видов и не мог быть отобран эволюцией. Однако в 2000 году Джон Боулс убедительно показал, что это утверждение неприемлемо ко многим видам животных в определенные периоды их истории. Так как было доказано, что особи с измененным геномом могут сильно повлиять на судьбу сообщества, даже если эти особи малочисленны. Сегодня уже ясно, что даже одна трансгенная особь участвуя в репродуктивном процессе может вызвать гибель всего стада хоть и через большое число поколений.

К. Льюис после изучения микробных сообществ утверждает: «Вполне возможно, что главная опасность, подстерегающая одноклеточные организмы – это не конкуренция, патогены или отсутствие пищи, а их собственное сообщество в котором опасные мутации могут их превратить в безнадежных монстров и вызвать гибель популяции». Такое утверждение можно перенести также на многоклеточные достаточно высокоорганизованные живые существа. Это и не удивительно, если учесть, что вероятность какой либо роковой для популяции ошибки тем выше, чем сложнее организмы, образующие популяцию. Очевидно, что само существование какого либо вида, дошедшего до наших дней спустя многие миллионы лет после его возникновения, предполагает совершенство системы защиты генома индивидуумов, составляющих этот вид. Такая система включает специальные меры по: 1) предотвращению окислительного или другого повреждения генома; 2) репарации поврежденного генома; 3) очистки популяции живых существ от потенциальных мутантов. Повреждение генома неизбежно накапливается с возрастом. Поэтому смерть от старости могла бы быть способом защиты генофонда популяции по третьему типу, а старение организмов  частным случаем феноптоза.

Итак, долгожительство особей может оказаться нежелательным для популяции не только потому, что старые индивидуумы накапливают мутации и могут наплодить мутантов а, прекратив размножаться, «заедают чужой век». Сверх того, долгожительство означает медленную смену поколений и, стало быть, уменьшает шансы возникновения новых признаков в результате полового размножения. Вот почему запрограммированная смерть старых особей (старческий феноптоз) могла бы использоваться биологическими сообществами для достижения по крайней мере 2х целей: 1) очистка популяции от мутантов и бесплодных особей  2) регуляция частоты смены поколения.

Старческий феноптоз может выглядеть как внезапная смерть, наступающяя при достижении организма некого критического возраста. Дж. Боулс описывает один из видов морских птиц, которые внезапно умирают в 50 лет без всяких признаков старения. У людей тоже часто при внезапной смерти морфологи не могут найти  морфологическую причину, которая могла бы привести к внезапной смерти. Часто это развивающая электрическая нестабильность сердца (фибриляция желудочков).

Быстрый феноптоз является скорее исключением, чем правилом. У большинства видов смерть от старости – результат процесса, сильно растянутого во времени, по меркам нашей жизни. Это объясняется тем, что биологическая функция старческого феноптоза – ускорить эволюцию и улучшить породу. Для многократно размножающихся существ медленный феноптоз лучше отвечает этому требованию. При наличии полезных признаков, они могут длительное время компенсировать нежелательные явления старения и способствовать более длительному репродуктивному периоду. Например: сильный олень даже в старости имеет шанс оставить потомство, выиграв весеннюю битву за самку у молодого, но низкорослого сородича. В человеческом сообществе преуспевающие в обществе мужчины зачастую даже на склоне жизни заводят детей с молодыми женщинами.

Старческие болезни, как проявление старческого феноптоза.

Наиболее частые смертельные заболевания пожилых людей: инфаркт и инсульт очень напоминают феноптоз при септическом шоке в одном очень важном аспекте. Во всех трех случаях происходит катастрофическое распространение апоптоза среди клеток жизненно важных органов. Вот почему одним из перспективных подходов в лечении этих заболеваний является блокада апоптоза в раннем начале этих заболеваний. В нескольких лабораториях уже доказано благоприятное терапевтическое действие блокирующих апоптоз ингибиторов пептидных каспаз при ишимической болезни сердца и мозга у животных.

Возникает недоумение, почему организм допускает такую сильную активацию апоптоза, которая приводит его к гибели?

Ответом на этот вопрос может быть то, что ишимические болезни служат механизмом реализации программы самоубийства, если рассматривать старение, как форму феноптоза старых особей.

К сожалению блокада апоптоза в течении длительного времени грозит другой неприятностью – увеличению риска онкозаболеваний, в основе которых лежит недостаточность апоптоза, который служит одной из главных линий антираковой защиты организма. Известно что рак, подобно инфаркту и инсульту является болезнью преимущественно пожилых. В 50% случаев это обусловлено накоплением мутаций в гене белка р.53, активирующего апоптоз. В других случаях рак вызывается избыточной продукцией антиапоптозного белка Bcl-2. Примечательно, что все эти 3 заболевания развиваются быстро и, если не принять экстренные меры приводят к летальному исходу. На самом деле они являются разными проявлениями возрастного феноптоза.

Специфические особенности старения человека.

У многих видов животных, включая высших обезьян, самки умирают вскоре после прекращения репродуктивного периода. Продолжительность жизни женщин вдвое больший, чем у самок высших обезьян, за счет того, что пострепродуктивный период сильно растянут. К. Льюис считает, что передача знаний от дедушек и бабушек молодому поколению служит той биологической функцией, ради обеспечения которой произошло увеличение продолжительности жизни людей. И заботу о детях осуществляет обычно 2 поколения – родители и бабушки. По данным Б. Пенникса есть корреляция между смертью от старости и психологическими факторами, такими, как утрата эмоциональной поддержки со стороны окружающих и утрата способности быть хозяином своей жизни. Таким образом физическая и творческая активность в старости, эмоциональная поддержка детей и внуков отодвигает включение феноптоза у людей. У мужчин часто замедляющий эффект на реализацию программы самоликвидации оказывает значительно более молодая женщина, с которой установлены регулярные эмоциональные и интимные связи, а также появление поздних детей, нуждающихся в заботе.

Пока остается тайной, какие биохимические сигналы и механизмы ответственны за регуляцию продолжительности жизни. Тем не менее очевидно, что факторы психологического порядка могут вызвать «биохимическое» самоубийство человека. В.А. Крыжановский в руководстве «диагностика и лечение инфаркта миокарда» в разделе: «Социальный стресс, депрессия, как факторы риска ишимической болезни сердца» приводит следующие интересные данные: в Германии среди рабочих сталелитейной промышленности (J. Siegrist etal., 1992) изучали, как влияет на состояние здоровья стресс на работе, понимаемый как несоответствие между высокими трудовыми затратами и неадекватными оплатой и продвижением по служебной лестнице. Исследовали 416 мужчин среднего возраста (40,8±9,6 лет) в течение 6,5 лет. Оказалось, что, наряду с такими соматическими факторами, как артериальная гипертензия, гиперлипидемия и гипертрофия левого желудочка, психосоциальные факторы (напряженный ритм работы, неадекватная оплата и продвижение по служебной лестнице) имели независимое прогностическое значение в аспекте определения риска развития инфаркта миокарда или инсульта. S.A. Everson с соавторами (1997) считает, что сильное длительное состояние неуверенности в будущем – особо атерогенно и угрожает ранним инфарктом или инсультом. Результаты «многоцентрового клинического исследования», поставленного историей над населением бывшего Союза, подтверждают данные о важной роли психосоциального стресса в развитии сердечно-сосудистой патологии и росте смертности. Социальные потрясения привели к сокращению средней продолжительности жизни более, чем на 30% в этих странах. Тут уже не требуется никакого Фременгемского исследования… «Испепеляющие годы»,  - как писал А. Блок и о своем времени.

Феноптоз у людей В.П. Скулачев предлагает рассматривать, как вредный атавизм, доставшийся нам от животных предков. В дикой природе феноптоз полезен для выживания и эволюции сообществ организмов в агрессивных условиях среды. Люди все меньше и меньше зависят от внешних условий и не надеются на медленный ход эволюции. Развивая биотехнологии, мы скоро сможет заблокировать реализацию феноптоза и осуществить настоящий рывок в продлении жизни людей. Сегодня наших знаний еще недостаточно для окончательного решения: смерть от старости это результат накопления случайных поломок или включение программы самоубийства. Возможно, дальнейшие исследования могут эти концепции из альтернативных сделать взаимодополняющими. Может быть именно накопление поломок и запускает программу самоубийства задолго до того, как эти поломки сами по себе станут несовместимыми с жизнью организмов.

Век самураев в истории Японии давно прошел. Возможно наступило время отменить эти законы и в человеческой жизни?!

Литература

1. Скулачев В.П. Явления запрограммированной смерти. Митохондрии, клетки и органы: роль активных форм кислорода. // Соросовский образовательный журнал, том 7, №6, 2001.
2. Скулачев В.П. Явления запрограммированной смерти организмов. // Соросовский образовательный журнал, том 7, №10, 2001.
3. Самуилов В.Д. Биохимия программируемой клеточной смерти (апоптоза) у животных. // Соросовский образовательный журнал, том 7, №10, 2001.
4. Владимиров Ю.А. Биологические мембраны и незапрограммированная смерть клетки. // Соросовский образовательный журнал, том 6, №9, 2001.
5. Крыжановский В.А. Диагностика и лечение инфаркта миокарда. // Обозревательная программа по кардиологии, 2001.

Запись на консультацию

(098) 256-65-10