Альфред Уоллес – 1823–1913 – Английский путешественник, биолог, антрополог. В одно время с Чарлзом Дарвином разрабатывал учение о естественном отборе.
В 1972 году в британском научном журнале была опубликована статья, в которой впервые описан процесс запрограммированной гибели клетки. Оказалось, что в отдельных живых клетках существует генетическая программа, активация которой ведет к смерти этой клетки. Такой процесс был назван апоптозом[35]. В частности, апоптоз происходит в листьях деревьев перед опаданием. Авторы вспомнили знаменитый опыт Клавдия Галена, когда, наблюдая за увяданием листьев осенью, он обрубил ветку дерева, и листья с этой ветки остались зелеными в течение всей зимы. Когда опадают листья, происходит процесс массированной гибели клеток, который возможен только на живом растении.
Клавдий Гален 129 или 131 – ок. 200 или 217. Римский медик, философ.
За 40 с лишним лет про апоптоз написано около четверти миллиона научных публикаций, и биологи очень многое выяснили. Сегодня известно, какие внешние сигналы могут запустить программу самоубийства, через какие каскады идет этот процесс, какие белки выполняют свои функции в процессе реализации программы. В 2002 году все эти исследования увенчались Нобелевской премией, которую получили Сидней Бреннер, Джон Салстон и Роберт Хорвиц. Они обнаружили генетическую программу, показали гены апоптоза – гены запрограммированной смерти клетки. Таким образом, сейчас можно утверждать, что наши клетки умеют умирать запрограммированно.
Если обжечь палец горячим утюгом, первые клетки умрут от высокой температуры, а следующие получат сигнал, что не все в порядке, и тоже запустят программу самоубийства. Наш организм устроен так, что клетки в основном страшные меланхолики: чуть на них плюнь, они сразу запускают механизм самоубийства. На самом деле это противораковая защита. Если что-то пошло не так и у клетки есть риск развиться в опухоль, эта клетка получает сигнал на запуск программы самоубийства. Такие клетки разбираются на составные части, и на их место, если человек молод, приходят новые.
Все это касается отдельных клеток, и с этим уже не спорит ни один биолог. Я же постулировал запрограммированную смерть целого организма. Владимир Петрович Скулачев попросил своего хорошего друга Михаила Гаспарова придумать термин для запрограммированной смерти организма. Он предложил слово – «феноптоз»: в отличие от смерти одной клетки – апоптоза – это смерть целого организма. В природе есть организмы, которые состоят из одной клетки, и если эта клетка запускает программу апоптоза – то это и будет феноптоз, смерть всего организма.
Российский ученый Федор Северин обнаружил механизм запрограммированного самоубийства у пивных дрожжей: последовательная активация определенных генов приводит к смерти дрожжей. Исходным сигналом, запускающим программу, служит феромон – вещество, привлекающее особей разного пола друг к другу. Когда дрожжи делятся вегетативно, они практически бессмертны. В случае если условия жизни ухудшаются, дрожжи переходят к половому размножению, и тогда сигнал полового размножения запускает программу самоубийства. По этому поводу у нас вышла книга, в которой есть глава «Любовь и смерть пивных дрожжей» – душераздирающая история.
Половое размножение и смерть идут рука об руку. Примеры можно найти и у более крупных организмов. Классический пример – растение Arabidopsis thaliana[36], оно же резушка (резуховидка) Таля, один из любимых объектов биологов. Это однолетнее растение живет буквально несколько недель: зацветает и сразу же умирает. У него самый маленький геном, в десятки раз меньше генома человека и в пятьдесят раз меньше генома кукурузы, так что на нем очень удобно проводить эксперимент. Бельгийские ученые, изучавшие процесс цветения арабидопсиса, «выключили» у него два гена, которые отвечают за цветение. Семена этого генетически модифицированного арабидопсиса посадили: он начал расти, попытался зацвести и через несколько недель должен был умереть. Но он не умер, а стал расти дальше, и через четырнадцать месяцев это растение превратилось в огромный куст, который захватывал вокруг территорию, выпуская побеги, чего арабидопсис обычно не делает; вместо тщедушных тоненьких листиков появились мясистые листья, ствол начал деревенеть. Статья была опубликована, когда этому монстру было четырнадцать месяцев и умирать он явно не собирался.
Чтобы спасти жизнь арабидопсису, биоинженеры не делали ничего нового, а лишь уничтожили два гена. Оказалось, что арабидопсис может расти дольше нескольких месяцев, но по определенным биологическим причинам делать этого не хочет. Причины объясняются местообитанием растения. Экологическая ниша арабидопсиса – повреждения дерна. Представьте себе мощный летний луг с огромным количеством этих растений – между двумя стеблями нет места третьему, идет страшная конкуренция за питательные вещества, солнечный свет. Но вот пробегает олень и повреждает дерн. На освободившемся участке вырастет не самый сильный, а самый быстрый: пока какой-нибудь пырей вырастет до своих метровых размеров, арабидопсис успеет два раза вырасти и отцвести. Вероятно, когда-то арабидопсис был большим гордым деревом или кустарником, но потом в страшной эволюционной борьбе он решил, что лучше сократить себе срок жизни и развиваться быстрее. Маленький размер и скорость приспособления к новым условиям дали ему серьезное биологическое преимущество. То, что он себе изобрел, – по сути, гораздо более быстрая смерть, чем была у него до того. Очевидно, что эта смерть – запрограммированный процесс, ведь ее можно предотвратить даже простыми мутациями.
Рассказывая эти истории ботаникам, как будто ломишься в открытую дверь: всем известно, что растения умирают запрограммированно. Перейдем к животным. Есть вид осьминога, самки которого перестают питаться и умирают, едва на свет появляется потомство. Выяснилось: если у самки удалить определенные железы – оптические, хотя к зрению они не имеют никакого отношения, – она не теряет аппетит после кладки, а продолжает питаться и может еще несколько раз размножаться.
Говоря о любви и смерти, трудно не вспомнить и замечательный брачный обряд богомолов. Известно, что в процессе полового акта самка богомола отгрызает голову самцу. Раньше считалось, что это происходит из-за особой свирепости самки, и самец идет на самопожертвование, потому что не может противостоять своей природе. Недавно было выяснено, что голова самца постоянно посылает в его половую систему сигнал, препятствующий семяизвержению, и пока у самца голова на плечах, не может произойти оплодотворение. Я бы сказал, что это характерно не только для богомолов, но тут это имеет особое значение. Самка отгрызает голову, чтобы завершить половой акт. Это сделано, чтобы самец мог размножаться только один раз, тем самым обогащая разнообразие потомства. С накоплением случайных поломок это тоже не очень вяжется.
С примерами у высших млекопитающих сложнее. Как правило, нам разрешено размножаться много раз. Но примеры все же есть. У самцов австралийской сумчатой мыши после периода размножения в крови начинается сильнейший гормональный шторм, и они умирают от почечной недостаточности, к которой приводит их собственная гормональная система. Как и с богомолами, эта система разрешает самцам несчастной мыши размножаться только один раз, увеличивая разнообразие потомства.
«Я не уверен, что мы действительно сумеем замедлить старение, но если мы не попытаемся, это будет настоящим преступлением».
Максим СкулачевВ 1950-х годах в биологическом журнале была статья, утверждавшая, что подобный процесс можно запустить и у человека. Она описывает любопытный вариант казни у одного австралийского племени. Провинившегося объявляют мертвым, но не трогают, а начинают длительный обряд похорон – с поминками, пением и кострами. В течение нескольких недель приговоренные умирают по вполне медицинским причинам. В статье описан случай, когда этнографы, услышав характерное похоронное пение, успели известить полицию, и человека спасли: он выжил, но у него была диагностирована тяжелейшая почечная недостаточность.
Насколько это возможно в биологии, я доказал, что существует запрограммированная смерть живых организмов: не только отдельных клеток или одноклеточных организмов, но также и у растений, и у животных. Явление феноптоза существует, несмотря на то что любому живому организму хочется жить, а не умирать.
При чем здесь старение? Мы считаем, что феноптоз бывает быстрый – как в моих примерах – и медленный. Иногда природе выгоднее, чтобы процесс биохимического самоубийства был растянут во времени. У многократно размножающихся организмов это должен быть постепенный процесс ослабления функций, а не обезумевшие надпочечники, как у несчастного самца австралийской мыши. Доказательство того, что это так, я начну от противного: если старение – специально устроенная генетическая программа, то у кого-то ее может не быть. Значит, должны существовать нестареющие животные – и они, как ни странно, есть.
