Поиск 

Старение

Среда, Апрель 28, 2010 г.

Любая живая клетка представляет собой открытую обособленную информационную систему взаимосвязанных и взаимодействующих между собой молекулярных био-логических аппаратных средств, устройств и элементов, представляющих собой микроскопическую, непрерывно изменяющуюся сложную структурно-функциональную сеть, наполненную циркулирующей кодированной информацией. Поэтому основной функцией живой материи стала системная организация и интеграция в её структуре органического вещества, химической энергии и молекулярной биологической информации. Только эта триада составляющих, в виде их структурно-функционального единства (“слияния”), оказалась приспособленной к обеспечению процессов движения и развития биологической формы материи. Многие исследователи уже давно полагают, что без информационной составляющей существование живого немыслимо.

Сейчас уже ясно, что в информационных процессах живых систем, при программировании биологических структур и их функций, наряду с использованием ковалентных химических связей (при кодировании линейных молекулярных цепей), широко применяются и нековалентные типы связывания: электростатические эффекты, ионные и водородные связи, Вандерваальсовы силы, гидрофобный эффект и т. д. (при организации трехмерных молекулярных структур, а так же при информационном взаимодействии биологических макромолекул друг с другом с помощью их кодовых стереохимических микроматриц) [1].

Любопытно, что возникновение кодирования молекулярной информации напрямую связано именно с этими лабильными микроскопическими физико-химическими силами, связями и эффектами. Сейчас в живых системах эти естественные силы и связи повсеместно используются для воплощения молекулярной информации. Кодированная информация, как главный атрибут живой материи, сначала способствовала возникновению живого, а затем явилась причиной самоорганизации, управления и регулирования её биохимических процессов.

Первоначально развитие кодированной информации шло бок обок с эволюцией живой материи. Далее кодированная информация, как отдельно существующая субстанция, стала важнейшей сущностью биосферы нашей планеты, а затем, и причиной возникновения сознания и разума, а впоследствии, и основой развития техносферы, ноосферы, инфоноосферы. Ясно, что косная материя не обладает столь мощными факторами управления и развития, какими являются кодированная информация и химическая энергия.

Следует отметить, что природная кодированная информация, как мера упорядоченности структур и функций, является естественной характеристикой не любой, а только живой материи! По представлениям сегодняшнего дня сам факт возникновения кодирования связан не только с информационными феноменами живой материи, но и с проблемами её эволюции и другими аспектами жизни. Чрезвычайно важная роль кодирования информации связана не только с зарождением жизни на Земле, но и с её эволюционным развитием, неуемной жаждой активности, размножения и распространения.

Очевидно, что только информация, из трех составляющих живой материи, наделена чрезвычайно активной способностью проявлять себя – кодироваться, накопляться, перемещаться (передаваться), размножаться (воспроизводиться), самообновляться, преобразовываться, распространяться, восприниматься, декодироваться и т. д. Ясно, что это может происходить только на основе энергии, органического вещества как своего носителя и системной организации, Однако, такими способностями сами по себе не обладают ни вещество и ни энергия. Значит, только информация в структуре биоорганического вещества придает живой материи те основные биологические свойства, которые наблюдают биологи.

При передаче информации сам код столь же важен, как и используемые в нем символы. Наличие кода в любой системе всегда свидетельствует об определенном смысловом значении сообщения (семантике). Очевидно, что первая закодированная информация появилась на Земле более 3,5 миллиардов лет тому назад! И это была “буквенно-символьная” информация биологических макромолекул. Причем, она обеспечила не только потенциальную вероятность зарождения живой материи, но и процессы информационного управления обменом энергии и веществ.

Заложенная в генах информация является основным фактором, обуславливающим как функциональное поведение, так и развитие любой живой системы. Поэтому в ходе реализации различных биохимических превращений и биологических функций речь должна идти, в первую очередь, об управляемых информацией процессах! Многочисленные исследования и публикации на эту тему показывают, что в живых системах имеются естественные природные механизмы и технологии кодирования, преобразования, передачи и реализации наследственной информации, которые обеспечивают в живых клетках не только прямую и обратную информационную связь, но и повышенную достоверность передачи сообщений, высокую помехоустойчивость молекулярных кодов и сообщений.

Между тем, нематериальность (виртуальность) кодированной информации показывает, что нельзя в настоящее время трактовать жизнь, как чисто материальное явление. Объяснение жизни может базироваться только на общности материальных и информационных (нематериальных) процессов, которые присущи всем живым системам. Более того, при изучении явлений жизни должно превалировать не материальное, физико-химическое представление, традиционно доминирующее в естествознании, а, прежде всего, нематериальное мировоззрение, основанное на информационном подходе к молекулярно-биологическим проблемам [1].

Очевидно, что здесь к нематериальной части живого мы можем отнести не ту мифическую “животворящую силу творца”, которая декларативно заявляется приверженцами религии. А ту реально существующую информационную часть живого, которая заключена в программном обеспечении генома, в генетических информационных сообщениях, во всевозможных командах, данных, молекулярных кодовых сигналах и инструкциях макромолекул, разного назначения и различной структурной организации.

Ясно, что в основе организации всех живых систем лежат не только материальные (вещественные), но и виртуальные – информационные отношения. Отсюда становится очевидным, что жизнь – это бесценный дар не только материального мира нашей Вселенной, но и виртуального – нематериального мира, а сами мы: люди, животные, растения и даже микробы, являемся детьми этих двух миров.

Известно, что, точно так же, как наше тело состоит из отдельных типовых клеток, имеющих различную структурную организацию, так и все макромолекулы и клеточные структуры строятся на основе отдельных унифицированных био-логических элементов (нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других типовых мономеров). Этот универсальный набор представляет собой не что иное, как элементную базу живого, или общий молекулярный биологический алфавит, который служит не только для построения макромолекул и клеточных компонентов, но и для кодирования и программирования их молекулярных структур и биологических функций.

Мириады природных биохимических (био-логических) элементов (химических букв и символов) не могли бы программно (целенаправленно) соединяться в отдельные макромолекулы и работать в системе как единое целое, если бы в живой клетке не существовал информационный механизм их управления. В сложных механизмах управления любого организма имеется несколько уровней, но первым и основным из них является молекулярный уровень, который является в живых системах ключевым и фундаментальным. Поэтому живая материя управляется, регулируется, воспроизводится и идет по ступеням как индивидуального, так и эволюционного развития только благодаря наследственной информации и системной (клеточной) организации, которые и определяют циклическую непрерывность жизни из одного поколения в другое. Из всех составляющих компонентов живой материи, только молекулярная (наследственная) информация может претендовать на роль той движущей силы, которая определяет движение, развитие, поведение, воспроизведение, управление, регулирование, контроль и селекцию любых систем живой природы.

 Клетка, её структурные и программные элементы составляют материальную и информационную основу развития организмов 

Несмотря на различную индивидуальность живущих на Земле организмов, все они едины по своей биологической сути. Все они – смертны, а их жизнь это процесс чередования различных возрастных стадий. К примеру, за младенчеством человека приходит детство, его сменяет юность, затем наступает зрелость, за ней следует пожилой возраст, потом неизбежно – старость. И все это, как известно, результат развертывания во времени программной наследственной информации (общей программы развития целостного организма). Так почему же люди в наш просвещенный век постоянно ищут причины и природу процессов старения и факторы, приводящие к болезням и смерти, а некоторые из них даже отрицают неотвратимость данных событий?

Живая клетка – это ключевой уровень познания процессов, протекающих в организме. Разумеется, функции многоклеточного организма неизмеримо сложнее, чем жизнь отдельной клетки. И все же именно из работы отдельных клеток складывается удивительная по сложности функциональная деятельность различных органов и систем целостного организма. А от состояния клеток, в конечном счете, зависит и здоровье, и долголетие человека, поэтому большинство болезней, в том числе и таких тяжелых как рак, можно рассматривать как заболевания клеток.

Главные свойства любой живой системы всегда связаны с удивительными свойствами наследственной информации, а именно: с её способностью к преобразованию, самовоспроизведению, размножению, декодированию, управлению, регулированию и движению (передаче). Оказывается, что все эти загадочные свойства, в том числе и движение давно наблюдают исследователи-биологи. Причем движение материи (вещества) можно объяснить, только потому, что движение (то есть передача) информации всегда обеспечивается материальными носителями (переносчиками). Поэтому движения информации в живой клетке всегда тождественно объясняются движением биоорганического вещества и наоборот.

“Удивительная подвижность клетки и движение её компонентов порой производит впечатление бурного кипения. Движется, резко меняя скорость, иногда приостанавливаясь, цитоплазма. Пульсирует, то сжимаясь, то расширяясь, и вращается ядро. Впячивается, захватывая питательные вещества, воду, и выпячивается, выделяя отработанные вещества, наружная клеточная мембрана. Внешнему наблюдателю это явление напоминает внезапное извержение гряды вулканов, – настоящее “клеточное землетрясение”. Очевидно, что движение молекулярной информации в живой клетке всегда можно отследить с помощью движения биоорганического вещества как своего носителя!

Движение биоорганического вещества, а, следовательно, и информации отражает не только жизнедеятельность клетки, но и непрерывно совершающиеся в ней процессы. Причем, мы должны помнить, что любая наблюдаемая нами клеточная деятельность независимо от природы обусловлена участием и работой многочисленной армии ферментов – своего рода молекулярных биологических автоматов с программной биохимической логикой управления. Ферменты и белки, благодаря информационным и управляющим органам и механизмам, самой природой приспособлены к самостоятельной автоматической деятельности.

В связи с этим, все белковые и другие функциональные макромолекулы клетки (как носители программной информации) представляют собой не только потоки биоорганического вещества, но они же, образуют и информационные потоки и сети, контролирующие различные биохимические и молекулярные функции живой клетки (организма). Программирование этих потоков и сетей обеспечивается экспрессией десятков и сотен различных генов, объединённых между собой скоординированными управляющими и регуляторными воздействиями. А если учесть, что различные ферментативные системы, состоящие порой из десятков и сотен ферментов, участвуют в организации множества различных последовательностей идущих друг за другом химических реакций, которые в совокупности составляют клеточный метаболизм, то можно констатировать, что управление химическими процессами и биологическими функциями клетки осуществляется молекулярными информационными потоками и сетями “автоматизированного” управления. Отсюда, как следствие, вытекает тот факт, что все клеточные процессы управляются, регулируются и взаимно координируются той программной информацией, которая (с помощью генетической информации и элементной базы) загружена в аппаратную систему клетки, то есть находится в функциональных биомолекулах и структурах клетки!

Структуры ферментов (белков) как молекулярных автоматов или манипуляторов обладают феноменальной способностью принимать самые разнообразные формы: белки при функционировании то набухают или пульсируют, то удлиняются или сокращаются, порой раскручиваются, иногда с ошеломляющей внезапностью и силой. Все это результат работы конформационных механизмов белковых макромолекул, действующих на основе информационных взаимодействий! [2]. Недаром же считается, что за каждой из тысяч химических реакций, протекающих в живых клетках, скрывается свой фермент (белок) – молекулярный биологический автомат с программной биохимической логикой управления. Таким образом, генетическая информация в клеточной среде программно перерабатывается при помощи молекулярных биопроцессорных систем транскрипции и трансляции, а функциональные программы затем реализуются при помощи программируемых молекулярных автоматов – белков и ферментов. Следовательно, программная информация в живой клетке реализуются в автоматическом режиме.

Очевидно, что “нельзя рассматривать генетические тексты как непосредственное зашифрованное описание порождаемых ими биологических структур”. На самом деле это программы структурного построения и функционального поведения соответствующих молекулярных биологических автоматов (ферментов и белков), которые должны быть использованы для построения и функционального программирования всех остальных макромолекул, структур и компонентов живой клетки. Таким удивительным образом, управляющая клеточная система, строит и программирует все клеточные компоненты и структуры. “Этот способ объясняет, почему сравнительно небольшой длине генетического кода соответствует огромный массив информации, необходимый как для непосредственного описания морфологических структур, так и их развития” [3].

Гены служат только для хранения информации, поэтому её необходимо, сначала считывать, а затем определённым образом перерабатывать с тем, чтобы получить форму, приспособленную для непосредственного применения в различных биологических процессах. Вот для этой цели в клетке и применяются аппаратные средства транскрипции и трансляции, которые представляют собой не что иное, как молекулярные системы для микропрограммной переработки генетической информации. Поэтому фактически каждая живая клетка для микропрограммной обработки генетической информации применяет такие аппаратные устройства, которые с кибернетической точки зрения вполне эквивалентны молекулярным биологическим процессорам.

Известно, что ДНК и РНК живой клетки построены из типовых мономерных звеньев – нуклеотидов. Однако между этими двумя нуклеиновыми кислотами имеются существенные структурные и функциональные различия, которые и привели к появлению в живой клетке особой молекулярной биопроцессорной системы, которая предназначена для считывания информации с ДНК-матрицы и переноса её на структуру РНК. “Этот процесс носит название транскрипции (переписывания). При этом часть двойной спирали ДНК раскручивается, и вдоль одной из её цепей движется особый фермент, который выстраивает нуклеотидные мономеры РНК против их партнёров на цепи ДНК и соединяет эти мономеры друг с другом, так что образуется длинная цепь РНК. На ДНК-матрице образуется три типа РНК: информационная (иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК)”.

Вспомним, генетическая информация кодируется в виде последовательности нуклеотидов ДНК, – значит, все программы ДНК записаны и хранятся на линейном языке ДНК, а переписываются (транскрибируются) они на “линейную” последовательность нуклеиновых кислот РНК. Известно, что первичный транскрипт РНК в клетках эукариот – это точная копия гена, содержащая как экзоны (кодирующие последовательности транскрипта), так и интроны (некодирующие последовательности), которые должны быть удалены. Во время процессинга “последовательности интронов вырезаются из середины транскрипта РНК, в результате чего образуется молекула иРНК, непосредственно кодирующая белок. Поскольку кодирующие последовательности с обеих сторон интрона после его удаления соединяются друг с другом, эту реакцию назвали сплайсингом РНК. Сплайсинг РНК протекает в клеточном ядре вдали от рибосом, и РНК переносится в цитоплазму только после завершения этого процесса”. Процесс вырезания интронов и сплайсинг РНК относится к малоисследованным информационным процессам.

Результатом работы транскрипционной процессорной системы является формирование транспортных и рибосомных РНК, и главное, – загрузка в оперативную память иРНК структурной и программной информации, которая необходима для выполнения различных биологических функций живой клетки. Поэтому основной смысл действия ядерных биопроцессорных систем транскрипции сводится к тому, чтобы передать программную информацию ДНК в оперативную память структуры РНК. Так происходит считывание генетической информации и передача её к другой биопроцессорной системе для трансляции.

В виде информационной РНК, которая в клеточной системе выполняет роль оперативной памяти, генетические программы по синтезу полипептидных цепей передаются к белоксинтезирующему аппарату клетки, то есть к рибосомам. Отметим, что все биопроцессорные системы трансляции генетической информации действуют по одному и тому же принципу, разница заключается в их различном программном обеспечении (при помощи иРНК).

Далее, в цитоплазме, программная информация переводится (транслируется) с оперативной памяти линейных цепей иРНК на полипептидные цепи белковых молекул. Этот этап характеризуется применением генетического кода и сменой молекулярного носителя информации, когда с помощью молекулярного аппарата трансляции и аминокислотной системы элементов строятся и программируются линейные структуры различных ферментов и других клеточных белков.

Хранящаяся в генах информация реализуется в ходе клеточного цикла в строго установленном порядке. Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени (в процессе реализации генетических программ) составляют содержание её жизненного (клеточного) цикла. Клеточный цикл – это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл – комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологических событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл служит универсальным механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа.

Главные события митотического цикла заключаются в следующем:
редупликация (самоудвоение) наследственного материала материнской клетки;
равномерное распределение этого материала между дочерними клетками.

Хромосомы во взаимодействии с другими клеточными механизмами обеспечивают:
хранение наследственной информации;
использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации;
регуляцию считывания наследственной информации;
самоудвоение генетического материала;
передачу его от материнской клетки дочерним клеткам.

Хранилище наследственной информации (генетическая память) 

Хранилищем и источником наследственной информации в каждой живой клетке является ДНК хромосом. Генетическая память, как долговременное запоминающее устройство, служит для длительного хранения данных и программ. Однако, естественно, всегда надо помнить, что генетическая память хромосом – это понятие несравненно более обширное и более грандиозное, чем, к примеру, память компьютерная. К этой многосложной молекулярной структуре, отождествляющей “спираль жизни”, нельзя относиться без особого уважения и благоговения.

Генетическая память обладает феноменальными информационными возможностями. И, действительно, в последовательности оснований внутри двойной спирали ДНК закодирована вся необходимая информация для осуществления жизнедеятельности, развития и самовоспроизведения живой системы. Генетическая память имеет: операционную систему; полный набор программных средств для обслуживания ступенчатых процессов катаболизма и энергетического обеспечения; программные средства для обслуживания процессов биосинтеза молекул, систем репарации ДНК, аппаратных устройств ввода молекулярной информации питательных веществ и вывода конечных продуктов обмена веществ и т. д.

Генетическая память живой клетки имеет пакет программ, кодирующих и программирующих молекулярные средства и механизмы самовоспроизведения, которые начинают синтезироваться и действовать строго в соответствии с общей программой развития. А программирование самой генетической памяти осуществляется особым репликативным аппаратом живой клетки в S-период её развития, и дочерние клетки получают полный дубликат генетического материала. Этот аппарат является молекулярной биопроцессорной системой репликации. Программное обеспечение клетки – это важнейший проблемный вопрос молекулярной биологической информатики.

В генетической памяти хранится множество пакетов программ, обеспечивающих те или иные биологические функции и процессы.

Поэтому “автоматизированное” управление процессами решения различных биологических задач в живой системе осуществляется на основе принципа программного управления. Для программной переработки генетической информации широко применяется принцип микропрограммного управления, когда выполнение одной биологической операции (например, в процессах репликации, транскрипции или трансляции), распадается на последовательность отдельных элементарных операций. А главной задачей программных средств, используемых в живых клетках, является обеспечение оперативного взаимодействия управляющей системы с молекулярными объектами управления (субстратами).

Причем, ключ к решению биологических задач, с помощью управляющей системы, лежит не в переборе вариантов при поиске решений. Программы, загруженные в структуру белковых и других биомолекул, реализуют стереохимические принципы узнавания и динамического взаимодействия, которые гарантируют точность матричного спаривания биологических молекул и проверку их на комплементарное соответствие друг другу. То есть в процессе взаимодействия биомолекул широко используются принципы обратной связи. Этим достигается не только повышенная помехоустойчивость при прохождении управляющей информации, но и высокая достоверность передачи сообщений.

В свете рассмотренных идей (молекулярной биохимической логики и информатики), становятся понятными и механизмы организации доступа к информации генетической памяти. Хромосомы ядра, благодаря присутствию в них структурных и регуляторных белков, а также “малых” двухцепочечных РНК, являются чрезвычайно активными динамическими компонентами клетки. Гибкость ДНК в составе хромосом позволяет регуляторным белкам и РНК информационно связываться с различными её участками и влиять на транскрипцию генов. При этом каждый из этих управляющих белков и “малых” РНК, благодаря загруженной в их структуру информации и своим стереохимическим кодовым компонентам, – четко знает свою функциональную роль.

Согласованность действия различных управляющих, а также регуляторных белков и “малых” РНК достигается за счет генетической информации, которая заранее была загружена в их структуру. А загруженные в их структуру программы являются составляющими того пакета программ, который предназначен как для организации автоматического доступа к генам ДНК, так и для управления и регуляции процессами транскрипции генетического материала.

В силу этих обстоятельств отдельные домены хроматина в хромосомах в процессе функционирования разворачиваются, а после окончания считывания информации с генов ДНК вновь упаковываются. Поэтому сами хромосомы представляют собой активные динамические структуры, в разных участках которых идут процессы считывания информации с ДНК. Доступ к генетической памяти основан на тех же правилах информационного стереохимического управления и тех же принципах динамического взаимодействия биологических молекул друг с другом, которые являются основой управляющих био-логических процессов в живой клетке. Нам остаётся лишь научиться расшифровывать и понимать эту информацию.

Очевидно, что накопление, обновление, движение и воспроизведение самих ресурсов наследственной информации разных видов, является главной движущей силой эволюционных биологических процессов. Мы выяснили, что жизнью движет непрекращающееся воспроизведение, движение и обновление наследственной информации как в онтогенезе, так и в эволюционных процессах.

Если рассматривать связь между размножением клеток и их созреванием, то все гены соматических клеток можно разделить на три большие группы:
Гены, управляющие размножением, или аутосинтетические гены (АС-гены);
Гены, регулирующие специфическую активность клеток (движение, выделение, раздражимость, переваривание инородных тел), или гетеросинтетические гены (ГС-гены);
Гены, несущие информацию для самосохранения (СС-гены), например гены, регулирующие дыхание клетки.

Эти названия указывают, что обмен веществ клеток АС-типа направлен только на воспроизведение себе подобных, а специализированная активность ГС-клеток направлена на поддержание всего организма. В молодых клетках прежде всего проявляется активность АС- и СС-генов, а ГС-гены находятся в “дремлющем” состоянии. Созревание всегда определяется каким-либо индуктором (фактором). В ходе дифференцировки понемногу активируются ГС-гены и начинается синтез специализированных белков. В клетках средней степени зрелости еще активны АС-гены и уже проявляется активность ГС-генов. Иными словами, для одновременного размножения и роста клеток необходима активность специфических веществ. В то же время в работу включается новый регулирующий ген (регулятор), который определяет синтез внутриклеточного ингибитора. Этот ингибитор связывается с АС-генами, блокируя их. Постепенно размножение, регулируемое АС-генами, прекращается, и зрелые тупиковые клетки более не способны к делению. [5].

Жизнь каждого высокоорганизованного существа начинается с оплодотворенной яйцеклетки. В ход пускается хорошо запрограммированный механизм. Из одной-единственной клетки за относительно короткий промежуток времени образуется 100 миллиардов клеток. Количественный рост, однако, лишь одно “чудо света”. Другое состоит в том, что за это же время клетки становятся не похожими на исходные. Из дифференцированных клеток строятся ткани и органы. Так между клетками возникает истинное разделение труда. Интересно, что характер размножения клеток меняется по мере развития индивидуума. В определенный период, а именно на стадии “тутовой ягоды” (морулы), клетки быстро и синхронно делятся. С началом дифференцировки размножение клеток замедляется, становится асинхронным. Дифференцировка начинается по определенному сигналу, исходящему от индуктора. В ходе эмбрионального развития и регуляции клеточного деления включаются все новые и новые стимуляторы, и особенно ингибиторы. Заметим, что ингибиторы обладают тканевой специфичностью.

Как же происходит рост организма после рождения? Напомним, что так называемые статические клетки вскоре перестают делиться. Тем не менее, мозг и поперечно-полосатые мышцы продолжают увеличиваться в размерах, но лишь за счет увеличения размеров клеток, а не их размножения. Клетки других популяций и увеличиваются в размерах и размножаются. Размеры тела увеличиваются только до созревания, то есть достижения взрослого состояния. Гормон роста – это лишь один из многих регуляторов клеточной пролиферации. Гормоны и гормоноподобные вещества, представляют собой те малоизученные информационные сигналы в живой системе, которые после полового созревания обуславливают рост тканей и органов. Таким образом, исключительно наследственная информация обуславливает не только циклы и стадии развития отдельных клеток, но и все периоды жизни многоклеточных организмов.

Исчерпание программных ресурсов (лимитов) онтогенеза постепенно ведет к старению и смерти организма

Человеку, как и любому другому биологическому виду, живая природа “отмерила” свою определенную продолжительность жизни, называемую “видовой”, – 80 – 95 лет. Различные виды имеют характерную продолжительность жизни. Для насекомых продолжительность жизни это несколько часов или суток, для мышей и крыс – два-три года. Соловей живет 12 – 18 лет, собака до 20 лет. Дельфин, кошка, лев, карась до 30 лет Максимальный срок жизни обезьяны до 40 лет, лошади до 55 лет, филина до 68 лет. Индийский слон может прожить до 70 лет, лебедь до 80 – 100 лет, а черепаха до 150 – 200 лет. Все эти сроки устанавливались в ходе эволюции, посредством естественного отбора, в пределах, наиболее благоприятных для выживания каждого вида. Они наследственно закреплены и практически не могут быть изменены без воздействия на интимную биологию организма. И то, что генетически определенные видовые пределы жизни существуют, сегодня уже никого не удивляют. А поскольку видовой предел обозначен, то следовательно, в нем отражены какие-то внутренние причины и движущие силы развития, созревания, старения и смерти.

В настоящее время, не представляет большого секрета, что этими движущими причинами и силами являются наследственные информационные ресурсы, которыми обеспечивается каждый живой организм, каждая особь, даже каждая клетка при их сотворении. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) осуществляется реализация информации генов в конкретные признаки и свойства организма путем дифференциации клеток, тканей, органов. Сущность дифференциации заключается в том, что зигота дает морфофизиологически разные клетки. Различия, возникающие при дифференцировке клеток и передающиеся следующим клеточным поколениям, называют эпигенетическими. Такое наследование объясняется изменениями регуляторных механизмов генома. Морфофизиологическое отличие генотипических равноценных клеток может быть обусловлено только тем, что у них оказываются активизированными разные комплексы генов. В каждой клетке в конкретный момент онтогенеза реализуется только определенная часть наследственной информации. Все это обеспечивается поэтапной реализацией общей программы развития организма (онтогенеза). С точки зрения генетики онтогенез есть процесс постепенной реализации генотипа по частям, от момента зарождения организма до самой его смерти. Блокировка или активация генов зависит от условий окружающей среды, на которую, в свою очередь, влияют внутренние и внешние условия организма. Следовательно в процессе онтогенеза эпигенетической регуляцией последовательно охватываются все этапы жизни организма, в том числе и старение.

Естественно, что движение, использование и последовательное претворение в жизнь наследственных ресурсов особи и реализация информации в процессах функционирования определяет главную сущность онтогенеза на всех его стадиях, а исчерпывание этих информационных ресурсов, по мнению автора статьи, постепенно ведет к старению и смерти. Заметим, что ресурс наследственной информации (ДНК) всегда реализуется постепенно и небольшими частями. Вследствие чего, детство и юность неизбежно сменяются зрелостью, вслед за зрелостью приходит старость. Старость и смерть… Но почему организмы растут, созревают, стареют? Это один из фундаментальных вопросов биологии развития и непосредственно с ней смыкающейся биологии старения.

Экспериментальные исследования механизмов старения насчитывают многие десятилетия. Вначале это были попытки понять закономерности увядания на уровне целого организма. Потом внимание исследователей переключилось на изучение изолированных клеточных систем. Изучение клеточных культур позволило установить ряд принципиально важных фактов. Исследователями был выявлен твердо установленный факт – индивидуальные клетки стареют. Их продолжительности жизни при культивировании, ограниченна. Однако здесь следует оговориться о том, что старение относится не столько к отдельной клетке, сколько к длительности жизни и старению всей происходящей от неё клеточной линии. Иными словами изучается старение клона, то есть целой линии клеток, возникающих в результате повторных митотических делений.

Этот факт был установлен американским исследователем Л. Хейфликом в 1961году. Было обнаружено, что клетки соединительной ткани (фибробласты) человеческого зародыша, выделенные из организма и помещенные в плоские стеклянные флаконы для культивирования, после примерно 50 пересевов теряют способность к нормальным делениям. Позже в той же лаборатории было показано, что фибробласты, взятые от взрослого человека, могут поделиться в культуре всего 20 раз. Так родилось представление о том, что в основе старения лежит истощение способности клеток к делению. В случае некоторых простейших, говоря о старении, также обычно имеют в виду характеристики клона, а не особей. Однако неясным остаются два важных вопроса: первый – связь между старением всего организма и второй – причины конечной продолжительности клеток.

Тенденция к обновлению и реализации информации осуществляется не только параллельным и последовательным способами, но и различными путями: 1) во-первых, параллельная экспрессия различных генов собственных нужд клетки осуществляет обеспечение тех или иных её функциональных процессов; 2) последовательное переключение регуляторных генов в процессе реализации программы развития клетки ведет к экспрессии тех генов (а значит и той наследственной информации), которые обеспечивают (обслуживают) прохождение клеточного цикла; 3) во время дифференцировки клеток (во время эпигенетической регуляции) происходит последовательная активация новых генов, а новая информация дает жизнь новым (дифференцированным) клеткам.

Таким образом, реализация информационных ресурсов организма идет в различных формах и направлениях, во-первых, – в зависимости от клеточных целей и нужд, и, во-вторых, – в зависимости от нужд развития целостного организма. Причем, приоритеты направлений экспрессии генов часто меняются, к примеру, во время дифференцировки клеток, большая часть генов, программы развития самой клетки, оказывается заблокированной, то есть подчиненной общей программе развития целостного организма.

Несмотря на то, что на клеточном уровне исследуемый материал гораздо доступнее, однако искать природу и механизмы старения здесь весьма проблематично. Жизнь многих клеток заканчивается не в результате гибели и разрушения, а вследствие их деления. Однако информационные механизмы функционального поведения живой клетки и движения её по ступеням развития здесь наглядно видны. Главное, в чем можно убедиться на примере клеток, так это в том, что каждая клетка имеет свою собственную программу развития, которой подчиняется весь её жизненный цикл, а, следовательно, и все её жизненные процессы. Данные, полученные при изучении ритма размножения клеток многоклеточного организма, их созревания и продолжительности жизни позволили разделить их на три основные большие группы.

1) Клетки из обновляющейся популяции, которые интенсивно размножаются. Во время деления непрерывно образуются более зрелые формы и, в конце концов, начинают преобладать полностью созревшие (тупиковые) функционирующие клетки. Таковы кроветворные клетки или, например, клетки кишечного эпителия. Тупиковые клетки к дальнейшему делению уже не способны. Продолжительность жизни таких активно функционирующих клеток часто бывает невелика. В частности, эпителий кишечных ворсинок быстро изнашивается, и гибнут эритроциты, осуществив свою функцию по переносу кислорода, а лейкоциты погибают в борьбе с инородными телами, вирусами и бактериями. Однако вся популяция не исчезает, так как всегда имеется резерв из покоящихся клеток, которые обеспечивают постоянное пополнение клеточной популяции. 2) Клетки поперечнополосатых мышц, сердечной мышцы и особенно нервные клетки, называемые статичными, которые практически не обновляются. У зародышей деление этих клеток идет интенсивно, однако вскоре после рождения прекращается. Складывается такая ситуация, при которой возраст некоторых типов клеток соответствует возрасту организма в целом. Так, например, в специальной литературе приводятся данные, указывающие на то, что у человека этот возраст может достигать 100 лет, а у гигантской черепахи – 150. Следует, однако, заметить, что жизнь статических клеток иногда продолжается особенно долго благодаря не клеточному, а молекулярному обновлению (а это означает, что молекулярное (информационное) самообновление в течение жизни не прекращается). 3) Переходной группой между двумя упомянутыми выше является группа экспансивно растущих клеток, например печеночных. Они продолжают довольно хорошо размножаться у подростков, а у взрослых эти клетки размножаются редко, и они постепенно пополняют ряды погибших клеток.

Старение – это завершающая стадия реализации общей программы онтогенеза живого организма

 Длительность периода старения нельзя определить точно, так как неизвестно, в какой момент времени начинается нарушения функций. Если принять за критерий старения исчезновение способности к самовоспроизведению, то можно считать, что у женщин оно начинается в возрасте около 45 лет. Однако известно, что некоторые функции, например мышечная активность и дыхание, начинает нарушаться и у мужчин, и у женщин уже в возрасте около 30 лет.

Тот факт, что старение обусловлено информационными процессами, обеспечивающими различные этапы онтогенеза организма, хорошо просматривается как при нормальном развитии организма, так и при различных генетических заболеваниях, ускоряющих процессы эпигенетической регуляции. К примеру, известно редкие генетические заболевания человека – прогерия, при котором наблюдается замедление роста и атеросклероз всех крупных кровеносных сосудов, включая аорту и коронарную артерию, уже в 9-летнем возрасте, а также значительное отложение возрастного пигмента липофусцина в клетках многих органов. Картина преждевременного старения выражена столь ярко, что ребенок в возрасте 9 лет напоминает 70-летнего человека. Больные остаются бесплодными и умирают, не достигнув 20 лет.

Другое генетическое заболевание – синдром Вернера является сходным, но его симптомы развиваются позже; больные тоже имеют сниженную продолжительность жизни, в среднем около 47 лет. Основные симптомы: высокая частота злокачественных новообразований, ранняя потеря и поседение волос, малый рост, юношеская катаракта, склонность к диабету, ранний атеросклероз, кальцификация кровеносных сосудов и остеопороз. Понимание биохимической основы синдрома Вернера, вероятно, не приведет к пониманию процессов, контролирующих нормальный процесс старения, хотя некоторые черты сходства с нормальным старением здесь действительно есть [8,10]. Однако по этим примерам можно констатировать, что основной движущей силой, ведущей по этапам онтогенеза любого организма, является – эпигенетическая регуляция, от информационного обеспечения которой и зависит прохождение всех процессов.

Итак, периоды развития, воспроизведения и старения следуют один за другим. Время наступления, длительность и скорость старения зависят от репродуктивного периода, а свойства последнего определяются периодом развития. Все три периода взаимосвязаны. Следовательно, старение нельзя рассматривать как изолированный и независимый период жизни. Поэтому в настоящее время есть все основания думать, что процессы старения у всех организмов одинаковы, и закономерности проявления старения у разных организмов идентичны. В качестве примера можно указать на результаты обработки данных по смертности различных живых организмов и людей, которые приведены в специальной литературе. В разных случаях интенсивность смертности растет по одному и тому же закону. Это означает, что ни один биолог и демограф не способен отличить графическую “кривую” (график) приращения интенсивности смертности от возраста людей от аналогичной “кривой” для испытуемых лабораторных животных, если возраст в них приведен в “безразмерном” виде. Иначе говоря, такие “кривые” принципиально неразличимы, чего трудно было бы ожидать, если бы человек действительно старел и умирал “принципиально иначе, чем животное”. Для обстоятельной проверки адекватности этого закона в 1979г. было обработано 285 кратных таблиц смертности людей по всем географическим районам мира: Африке, Америке, Азии, Европе, СССР, Австралии и Океании [8,10]. Все они подтвердили адекватность этих закономерностей.

Теорий старения, как известно, множество. Что ни геронтолог, то своя теория старения! Автору этой статьи ближе всего по пониманию процессов старения высказывание нашего биолога Льва Владимировича Комарова, который отметил, что “не разделяет воззрений многих биологов, предполагающих, что в основе старения лежит накопление каких-то повреждений или ненормальностей в клетках: мутаций, поперечных связей, ошибок синтеза, повреждений в генах. Старение – процесс, который неизбежен при нормальной работе генов и других элементов клетки. Обобщенно и упрощенно говоря, старение – это увеличение всегда имеющегося в клетке несоответствия между образованием ферментов, метаболитов, структурных и шлаковых веществ. Если рассмотреть ход изменений с возрастом подобных “несоответствий” для ферментов – дегидрогиназ в митохондриях печени крыс (до наступления зрелости и после нее), то отчетливо будет видно, как та “степень несоответствий”, которая нужна, чтобы организм развился до стадии зрелости, с годами не только не сохраняется, но возрастает – все показатели как бы веерообразно расходятся. 

Возрастной “феномен раскрытия веера” можно наблюдать и на других примерах. Это раскрытие и приводит, по-видимому, с возрастом к избытку или исчерпанию в организме ряда веществ (например, снижается содержание АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, а содержание некоторых веществ наоборот повышается). Это приводит к расстройству оптимальных соотношений между множеством различных параметров и характеристик. Если биохимия и биоэнергетика достигшего зрелости организма напоминает игру слаженного оркестра, то со временем “уставшие музыканты” все больше начинают играть “кто в лес, кто по дрова”. Происходит как бы диссоциация жизненных процессов, постепенно ведущая к старости и, соответственно, к старческим болезням.

Сегодня, когда средняя продолжительность жизни в России практически ниже пенсионного возраста, сама мысль о том, что можно жить долго, не старея, кажется фантастической. И это мнение не лишено основания, так как старение в большинстве случаев связано не с материальными (физико-химическими) основами жизни, а только с её наследственной информационной составляющей, то есть со свойствами не самой материи, а со специфическими свойствами и характеристиками информации. Материя (вещество) в данном случае выступает лишь как носитель информации, поэтому биоорганическое вещество в живой системе ведет себя так, как указывает ей информация. Не биохимия и биофизика, а только молекулярная информатика и информационные закономерности могут объяснить прохождение сложных биохимических процессов живых организмов.

Какой вывод напрашивается из выше приведенных примеров? Видимо тот, что факторы и причины нормального старения организмов следует искать не в их материальных компонентах, а в их наследственном программном обеспечении. Однако в этом направлении исследователи еще, к сожалению, не работали, – не искали не только причин функционального поведения живой материи, но и причин и факторов её развития, воспроизведения и старения! И ведь, действительно, если программа развития живой клетки полностью обеспечивает функционирование и жизнь на всех её стадиях и циклах, то почему же тогда программа онтогенеза, последовательно обеспечивающая возникновение, развитие и созревание целостного организма, а также период его репродукции, не может обеспечить последнюю его завершающую стадию – старения и смерти?

Известно, что с возрастом стабилизация активности регулирующих (информационных) систем не наступает. Это и приводит к постепенному нарушению постоянства внутренней среды организма. С этой точки зрения старение – это болезнь или сумма болезней регуляции. В этом и заключается противоречие, скрытое в самом развитии, которое, продолжаясь после созревания, приводит к своему отрицанию. Иными словами, программа болезней старения, по существу, хотя и не закодирована в генетическом коде, но реализуется она с тем же постоянством, с каким осуществляется запрограммированный процесс развития организма!

Эта тема имеет и свое продолжение, о чем говорит, например, короткая заметка, опубликованная в газете “Советская Россия”: “Продолжительность жизни запрограммирована в генетическом коде и передается от отца к сыну и от матери к дочери, утверждают ученые из университета Синсю в японском городе Мацумото. К этому заключению специалисты университета пришли в результате проведения двух параллельных исследований. Первое проводилось на излюбленных генетиками мухах-дрозофилах, отдельные виды которых имеют строго определенные сроки жизни – 35, 45 и 60 дней. В результате экспериментов было обнаружено, что на протяжении 20 поколений 99 процентов мушек, получивших в результате перекрестного скрещивания, идентичные гены, имели также и одинаковую продолжительность жизни.

Другая группа исследователей того же университета в течение 10 лет изучала генеалогию около 5000 жителей деревень в окрестностях города Мацумото. Итоги исследований показали, что 73,2 процента долгожителей-мужчин имели долгожителей-отцов. У женщин эта зависимость проявилась не так явно и выразилась цифрой 58,3 процента. Однако в 72 процентах случаев дочери наследовали недолгую продолжительность жизни матерей”. Поэтому недаром в народе часто говорят, что “лучший способ обеспечить себе долгую жизнь – это выбрать себе родителей и дедушку с бабушкой из числа долгожителей”.

Указанные выше примеры явно подтверждают мысль о том, что нет специальной программы старения, – есть общая программа онтогенеза, которая и определяет все этапы и сроки развития, созревания, воспроизведения и старения. А старение – это просто завершающая стадия реализации общей программы онтогенеза живого организма. Следовательно, старение, как и любые другие, но более сложные стадии развития организмов (в том числе и их эволюции) носит характер программных, а, следовательно, и регуляторных информационных процессов.

Поскольку все сложнейшие процессы индивидуального развития организмов обеспечиваются наследственной информацией, то естественно предположить, что и продолжительность их жизни лимитируется наследственными информационными ресурсами. И действительно, вариабельность по срокам жизни у разных видов организмов чрезвычайно обширна. Похоже, что длительность жизни отдельных организмов всецело зависит от того программного лимита (информационного ресурса), которым они обеспечиваются при рождении. У каждого организма есть свои наследственные информационные ресурсы, обеспечивающие прохождение всех процессов и периодов онтогенеза. Очевидно, что к последнему периоду онтогенеза – старению и смерти может привести только исчерпывание этих программных лимитов (информационных ресурсов).

Возрастные изменения при этом проявляются двояким образом. Во-первых, они приводят к повышению вероятности смерти; во-вторых, при старении понижается способность организма противостоять тем факторам, которые с большой вероятностью могут стать причиной смерти, то есть происходит снижение жизнеспособности. Сейчас, достаточно сказать, что, судя по имеющимся данным, на продолжительность жизни оказывает влияние генотип живого организма, а поскольку в популяции отдельные особи обычно генетически различны, это означает, что или скорость старения, или начальный уровень жизненности, или обе эти характеристики для разных особей могут быть различны. Старые люди обычно некритично относятся к своему уровню жизнеспособности и поэтому могут попадать в такие условия, которые несовместимы с уровнем их жизнеспособности, что часто и приводит к летальным исходам.

Старение можно определить как “изменение физических функций, чувствительности и энергии с возрастом, которое постепенно увеличивает вероятность смерти индивидуума от привходящих, случайных причин. Строго говоря, слово “случайных” излишне, так как любая смерть в какой-то степени случайна. Ни одну смерть нельзя назвать “естественной”, в полном смысле слова; никто не умирает только от бремени лет” Стрелер (Strehler, 1962) определял старение как “совокупность изменений, возникающих, как правило, в пострепродуктивном периоде и приводящих к понижению жизнеспособности данного индивидуума”. Таким образом, старение ведет к уменьшению способности организма приспосабливаться к окружающей среде. Кроме того, неблагоприятные изменения, связанные с возрастом накапливаются. Смерть – конечный результат старения – внезапна, но процесс старения включает прогрессивное возрастание вероятности смерти.

Известный индийский специалист в области геронтологии М. Канунго в 1970 году предложил генно-регуляторную теорию старения, а в 1975 году он разработал ее в виде модели, которая объясняет два характерных признака старения:

а) снижение функциональной активности и б) фиксированную продолжительность жизни представителей одного вида.

В соответствии с моделью старение может развиваться в результате изменения экспрессии генов после достижения половой зрелости. Дифференцировка и рост сопровождаются последовательной активацией и репрессией определенных уникальных генов, функционирующих только в этих фазах. Основные и побочные продукты генов, ответственных за дифференцировку и рост, достигают критического содержания и стимулируют другие уникальные гены, продукты которых, например половые стероидные гормоны, обуславливают переход к репродуктивному периоду. Репродуктивная способность жизненно необходима для сохранения и эволюции вида. Некоторые генные продукты, образующиеся в репродуктивной фазе, в свою очередь подавляют функцию генов роста и дифференцировки, в связи с чем, дальнейший рост организма прекращается у большинства животных после короткого периода размножения. Вопрос состоит в том, почему репродуктивный период не продолжается беспрерывно.

Репродуктивная способность организма наиболее высока вскоре после достижения половой зрелости. Однако при репродукции определенные факторы могут утрачиваться и, будучи утраченными, уже не возмещаются. А между тем эти факторы могут быть исключительно важны для поддержания определенных генов в состоянии экспрессии или репрессии, тогда как другие факторы в процессе репродукции могут накапливаться. В результате всех этих событий может произойти дестабилизация тех уникальных генов, от функционирования которых зависит репродуктивная способность. Иными словами, в репродуктивном периоде нарушается гомеостатический контроль. Происходит постепенное снижение плодовитости, что отчетливо регистрируется вскоре после достижения половой зрелости. Изменения содержания гормонов и других модуляторов, прямо или косвенно влияющих на функцию генома, могут привести к постепенному снижению репродуктивной активности и к старению.

Сегодня задача человека состоит не в том, чтобы продлить видовой срок жизни, а в том, чтобы не сокращать его

Исследователи неоднократно подтверждали мысль о том, что с точки зрения физиологии старение связано, прежде всего, с недостаточностью или отказом регуляторных механизмов. Чем сложнее данная функция в биологическом плане, тем более вероятно её ухудшение с возрастом. К примеру, если естественные или искусственные стрессовое воздействие приводит к изменению состава внутренней среды, множество механизмов обратной связи стремится вернуть его к норме. Ясно, однако, что с увеличением возраста эти механизмы гомеостатического контроля становятся менее эффективными. Именно в период старения уменьшается приспособляемость к внешним и внутренним стрессам, разрушается механизм гомеостаза и увеличивается подверженность болезням.

Очевидно, что все эти регуляторные механизмы имеют информационный характер, так как основаны на ресурсах наследственной информации, которая в живой системе является главной движущей силой как функционирования живой системы, так и всех этапов её развития. Следовательно, информационная концепция старения является основной и определяющей, которая может объяснить неотвратимость хода “биологических часов” только в одном направлении”. Поскольку все живые системы, в конечном счете, зависят от генетической программы, старение тоже в этом смысле можно считать запрограммированным. Однако старение лучше рассматривать как побочный результат осуществления программы, направленный на поддержание жизни, а не как конечную цель специальной “программы смерти”.

Ясно, что все жизненные процессы и все универсальные способности живого обеспечиваются только системной организацией и кодированной информацией, существующей на основе биоорганического вещества, как своего носителя, но никак не самим веществом, какими бы уникальными физическими или химическими свойствами оно не обладало. Только кодированная информация, благодаря уникальным способностям к смене своего носителя (например, генетическая), приобретает воистину удивительные способности – “вечности своего существования”! Поэтому можно сказать, что информация, хотя и зависит от многих факторов, однако она способна существовать неограниченно долго, что явно свидетельствует о том, что информация не зависит от времени своего существования. Это еще одно важное подтверждение того, что информация как сущность – нематериальна. Не удержусь от соблазна заметить, что ни в чем другом, как только в уникальной способности информации к вечному существованию заложена и потенциальная вероятность продления биологической жизни любого живого организма, в том числе и человека. По мнению автора статьи, видовые пределы жизни можно отодвинуть только через влияние на интимные информационные механизмы организма. Сейчас в нашей стране проводятся подобные опыты на мышах с использованием уникальных свойств реликтовых бактерий. Судя по телевизионным новостям, уже достигнуты впечатляющие результаты.

Максимальная видовая продолжительность жизни человека, установленная эволюцией, по Комфорту, составляет 113 – 120 лет. “Продолжительность жизни” обычно означает возраст, которого могут достичь некоторые члены популяции, но не среднюю ожидаемую длительность жизни всех её индивидуумов. К сожалению, средняя продолжительности жизни у нас в России составляет только половину максимальной видовой продолжительности жизни человека. К примеру, многие из нас бывали на кладбище по поводу горестного случая прощания с родным, близким, коллегой, или просто знакомым человеком. Грустны, строги и спокойны эти скорбные поселения, которые по своей численности могут сравниться с живыми поселками, деревнями и городами. Это последнее печальное пристанище людей со своими улицами, переулками и оградами. Что здесь поражает, так это то, что редко на надгробных крестах, плитах и памятниках можно увидеть срок жизни равный 80 – 100 лет, который отмерен человеку. С удивлением мы обнаруживаем, что большинство людей проживает едва ли половину жизненного срока, отмеренного им самой живой природой.

Так почему же, несмотря на естественное стремление прожить дольше, человек практически живет на Земле удивительно мало? Но что изумляет, несмотря на удручающую статистику, – некоторые люди подчас высокомерно относятся к смерти, иногда даже воинственно утверждая об её отсутствии. Не поэтому ли у нас в Интернете появились даже сайты “бессмертных”? Однако если за основу все-таки взять суровую действительность, то получается, что среднестатистический человек у нас не может дожить даже до своей пенсии. Стремление людей обмануть себя удивительно. Говоря о своих планах и теоретических возможностях люди, в большинстве своем, не только не предпринимают никаких профилактических мер, но более того, своими действиями и поступками укорачивают и так весьма короткий срок своего существования.

С давних времен люди стремились обеспечить себе активное долголетие, отсрочить наступление дряхлости, сохранить даже в преклонном возрасте здоровье и трудоспособность. Общеизвестны факторы, способствующие этому: приносящая удовлетворение работа, физическая активность, отказ от алкоголя, курения и т. д. Но старость может быть “отодвинута” и путем направленного воздействия на различные системы организма с целью максимального использования внутривидовых возможностей увеличения продолжительности жизни, равных “прибавке” в 25 – 30 лет, а затем прорыва и видовых границ срока жизни. Уже доказана принципиальная возможность создания средств увеличения продолжительности жизни, влияющих на механизмы ускорения старения. А некоторые из этих средств, например, поливитаминные и аминокислотные препараты и комплексы, микроэлементные препараты, уже применяются на практике. Просто надо уметь ими пользоваться.

Итак, если рассуждать чисто теоретически, то у людей по срокам жизни есть в запасе почти 50 – процентный неиспользованный биологический резерв. В связи с этим, отметим, что многие существующие “теории старения” имеют для нас определенную ценность для понимания тех причин, которые так существенно укорачивают длительность нашей жизни. Если естественное старение, контролируемое генетически (нормальной работой генов), может обеспечить человеку максимальную продолжительности жизни, которая иногда превышает 100-летний рубеж, значит, есть и причины, укорачивающие видовой срок. Природа и причины, которые так существенно сокращают срок нашей жизни и преждевременно ведут к старости и возрастным болезням, биологам уже известны. Ясно и другое, что проблема здоровья и продления человеческой жизни в России стала актуальной проблемой. Поэтому сегодня первоочередная задача, которая стоит перед человеком состоит не столько в том, чтобы продлить видовую продолжительности жизни, сколько в том, чтобы по возможности не сокращать её. Необходимо оговориться, что в историческом плане причины, сокращающие видовую продолжительность жизни, часто становились основой различных гипотез и теорий старения. В этих вопросах биологи еще не достигли единого соглашения.

Причины, ведущие к болезням и сокращению видовых пределов жизни

1. И. И. Мечников о природе и о причинах старения

 Илья Ильич Мечников – замечательный русский ученый, положивший начало целому ряду важнейших разделов биологии, в том числе – биологии старения. Геронтология – наука сравнительно молодая. Первая статья Мечникова по вопросам старения опубликована в 1899 году, а его фундаментальные труды на эту тему – “Этюды о природе человека”, “Этюды оптимизма”, “Сорок лет искания рационального мировоззрения” – вышли в свет уже в 20 веке. Подлинное же развитие геронтологии началось лишь в 3 – 4 десятилетии 20 века. Тем не менее, масштабы и темпы современной науки таковы, что уже к настоящему времени геронтология располагает обширным количеством ранее неизвестных фактов, требующих глубокого осмысления.

“Старость наша есть болезнь, которую надо лечить, как и всякую другую”. Эти не очень радужные, но отнюдь не обезоруживающие слова принадлежат, как известно, Мечникову. Полезно вспомнить, какие факты и соображения привели великого биолога к столь ответственному заключению. Оказывается, на ученого-эволюциониста, плодотворно и часто пользовавшегося в своих разнообразных исследованиях (зоологических, эмбриологических, иммунологических) методом сравнений, произвела большое впечатление обнаруженная им “аналогия старческого вырождения с атрофическими болезнями наших важнейших органов”. Постарение ткани и ее истощение, вызванное болезнью, неразличимы – таков был главный итог мечниковских усилий, направленных на отыскание характерных примет старости.

Это положение Мечникова, несмотря на гигантский прогресс цитохимии, электронной микроскопии и других методов исследования, до сих пор никем не опровергнуто. В монографии “Геронтология”, один из крупнейших паталогов современности, советский ученый И. В. Давыдовский, писал, что отличить изменения, обусловленные “нормальным” старением и болезнями в старости, например, истощением (инфекционным, раковым, голодным, раневым), практически невозможно. Некоторые старческие болезни непосредственно “вырастают из возрастных изменений органов”.

Причиной старческого вырождения тканей (то есть отмирания их “благородных” элементов) Мечников считал самоотравление организма продуктами жизнедеятельности гнилостных микробов, населяющих толстый кишечник. Сейчас считается, что вредоносное значение кишечных ядов несколько им переоценивалось (хотя практический вывод о пользе молочнокислых продуктов остается в силе). Сама же идея возрастающего с возрастом самоотравления организма не только не изжила себя, но находит все новые подтверждения.

2. Гипотеза накопления суммы повреждений

 Данную гипотезу развивал советский ученый академик Н. М. Эмануэль. Гипотеза основывается на предположении, что в основе старения организма лежит накопление в нем некоей суммы повреждений. “В биологии существует много примеров критических явления. Так, перевиваемые опухоли развиваются лишь тогда, когда количество опухолевых клеток, вводимых животному, достигает определенного критического значения. При меньшем числе клеток опухоли не развиваются”. Для прекращения функционирования биологической системы тоже необходимо определенное, критическое число повреждений. Повреждения возникают в организме в основном под влиянием различных факторов внешней среды – физических (облучение, резкие температурные колебания), химических (мутагены, канцерогены, токсические вещества), биологических (бактерии, вирусы и другие). Во многих случаях при этом в организме образуется некоторое количество молекулярных “осколков” – свободных радикалов, которые легко химически реагируют с молекулами основных биологических субстратов – с ДНК, РНК и белками. Это ведет к накоплению “неправильных” молекул, “ошибочных” клеток и других необратимых изменений.

Разрушительной деятельности свободных радикалов организм противопоставляет природные антиокислители (антиоксиданты), среди которых главную роль играют жироподобные соединения (липиды) печени. По их антиокислительной активности судят об интенсивности свободно-радикальных реакций. При облучении, стрессе и других паталогических ситуациях, когда количество свободных радикалов в организме резко возрастает, уровень антиокислительной активности падает, и наоборот. При старении уровень антиокислительной активности монотонно снижается. Следовательно, процесс старения наряду с накоплением свободных радикалов характеризуется и потерей природных антиоксидантов. Этот факт лег в основу нового направления в профилактике и лечении преждевременного старения. Создан ряд искусственных антиоксидантов или ингибиторов (тормозителей) процессов. Причем, антирадикальные препараты не только не замедляют наступление возрастных изменений, но и оказывают благоприятное действие при многих патологических состояниях – таких, как лучевое поражение, вирусное заболевание, рак.

3. Гипотеза свободных радикалов 

Свободными радикалами называют химические частицы, имеющие неспаренный электрон на внешней орбитали. Этот неспаренный электрон делает их чрезвычайно реакционноспособными. Было высказано предположение, что некоторые из этих радикалов, образующихся как в метаболических реакциях, так и при случайных спонтанных процессах, могут способствовать старению. Свободные радикалы могут вызвать значительные повреждения, так как они взаимодействуют с такими важными молекулами, как ДНК, белки и липиды. Гипотеза о том, что возрастные изменения – это результат накопления повреждений, вызываемых свободными радикалами, базируется отчасти на сходстве между некоторыми видами лучевого поражения и рядом проявлений естественного старения. Считают, что вредное действие ионизирующего излучения в значительной мере связано с ионизацией воды и с образованием и последующими реакциями радикалов ОН, ООН и Н. Эти радикалы могут взаимодействовать с органическими молекулами, что ведет к их полимеризации или окислению до перекисных состояний.

Свободные радикалы могут взаимодействовать с белками и ДНК и создавать в них внутри- или межмолекулярные поперечные сшивки. Однако, по общему мнению, особенно чувствительными к свободнорадикальным повреждениям должны быть, вероятно, внутриклеточные мембраны, так как они содержат в большом количестве ненасыщенные жирные кислоты. Свободные радикалы вызывают повреждение последних, и это может влиять на функционирование мембран. Например, реакции, приводящие к поперечному сшиванию или расщеплению цепей липидов в мембранах митохондрий, могли бы приводить к инактивации этих органелл с вытекающими отсюда последствиями. По мнению исследователей, у старых животных действительно обнаруживаются многие изменения, которые, вероятно, могли бы быть следствием перексидации липидов.

Если возрастные изменения связаны с повреждением мембран и других компонентов клетки свободными радикалами, то можно ожидать увеличения длительности жизни клеток и животных под влиянием веществ, взаимодействующих с такими радикалами. Некоторые данные подтверждают это предположение. Например, добавление витамина Е в корм мышей или дрозофилы в некоторых случаях приводило к продлению жизни. Продолжительность жизни культур фибробластов можно намного увеличить, добавляя в среду витамин Е или гидрокортизон, который также стабилизирует мембраны.

4. Теория соматических мутаций 

Исследователи Росс и Скот первыми сообщили, что крысы, подвергнутые тотальному облучению, слишком слабому, чтобы вызвать какие-либо острые изменения, погибают раньше, чем необлученные контрольные животные. Поэтому предположили, что облучение вызывает ускорение процесса старения. Основываясь на этих данных, Сцилард предложил для объяснения старения “теорию соматических мутаций”, согласно которой мутации, возникающие беспорядочно и самопроизвольно, разрушают гены и хромосомы постмитотических клеток в течение жизни организма, постоянно повышая мутационный груз. При увеличении числа мутаций и потере функциональных генов наблюдается снижение синтеза функциональных белков. Смерть клетки наступает тогда, когда мутационный груз превышает критический уровень. В результате число постмитотических клеток уменьшается, а общая функциональная активность организма снижается. Эта теория была проверена в опытах с мышами. Выяснилось, что “представление о том, что облучение приводит к преждевременному старению, верно наполовину и в широком смысле отражает нечеткость исходного параметра – продолжительности жизни”. Проникающая радиация не ускоряет процесс естественного старения, но вызывает раннюю смерть из-за повышения частоты рака или других болезней. Очевидно, что накопление соматических мутаций не может быть причиной старения. В настоящее время имеется достаточно доказательств для утверждения, что старение не вызывается соматическими мутациями, возникающими в результате действий проникающей радиации и других экзогенных факторов.

5. Гипотеза о “катастрофе” ошибок 

В 1963году Оргель высказал мысль, что одним их факторов, способствующих старению клеток, может быть прогрессирующее снижение точности белкового синтеза. Он указал на неизбежность метаболических ошибок и на то, что, хотя в большинстве своем они, вероятно, несущественны, некоторые из них могут приводить к дальнейшим ошибкам; в конце концов в клетке может накопиться так много дефектных молекул, что она уже не сможет нормально функционировать. Информация о структуре белков содержится в ДНК клеточного ядра. Процесс синтеза белка включает этапы транскрипции и трансляции этой информации. Для каждого данного белка последовательность оснований ДНК, кодирующих полипептидную цепь, сначала транскрибируется в структуру молекулы информационной РНК (иРНК). На рибосомах, находящихся в цитоплазме, структура иРНК транслируется в последовательность аминокислот, составляющих полипептидную цепь. ДНК содержит также информацию для построения рибосомальной РНК (рРНК) и транспортных РНК (тРНК). рРНК – важнейший компонент рибосом; тРНК представляет собой молекулы, приспособленные для переноса определенных аминокислот и присоединения их к растущей полипептидной цепи в порядке, диктуемой структурой иРНК.

Некоторые из белков, синтезируемых на рибосомах, сами являются составной частью аппарата белкового синтеза; таковы, например, белки рибосом, РНК-полимераза, участвующая в транскрипции, и аминоацил-тРНК-синтетазы, молекулы которых активируют аминокислоты и прикрепляют их к соответствующим тРНК. По предположению Оргеля, именно эти белки могли бы играть важную роль в процессе старения.

Рассмотрим случай, когда в результате неверного включения аминокислоты в полипептидную цепь в структуре белка возникает ошибка. Чаще всего это не будет иметь особого значения, если белок сохранит способность нормально функционировать. В отдельных случаях, однако, замена аминокислоты будет приводить к нарушению функции. Последствия этого могут быть и совсем несущественными для клетки, и гибельными для нее – в зависимости от назначения измененного белка. Если, однако, измененная белковая молекула участвует в процессе транскрипции или трансляции, то это может привести к очень серьезным вторичным следствиям. Например, дефектная молекула РНК-полимеразы могла бы исказить транскрипцию кода ДНК и таким образом вызвать дальнейшие ошибки; из-за дефекта в молекуле тРНК- синтетазы может случиться, что в растущие полипептидные цепи будут включаться “не те” аминокислоты. Так как ферменты, имеющие отношение к транскрипции и трансляции, будут участвовать в построении многих других белковых молекул и так как некоторые из этих новых молекул сами могут быть частью белоксинтезирующего аппарата, исходный дефектный белок может вызвать, по выражению Оргеля, “катастрофу ошибок”. И такая “катастрофа ошибок” может стать причиной нарушения функции и даже гибели клетки.

Одно из предсказаний, вытекающее из гипотезы Оргеля, – то, что с возрастом должно увеличиваться количество дефектных белков. Прямых данных о том, что старые клетки содержат больше измененных молекул, пока не получено. Тем не менее, было показано, что по мере старения в тканях и клетках появляются дефектные ферменты, которые могли образоваться в результате неточной трансляции. У исследованных видов старение также сопровождается увеличением количества дефектных белков.

В настоящее время в Интернете можно найти множество публикаций, посвященных проблемам и теориям старения. К примеру, по приведенной ниже таблице можно судить о состоянии теоретических исследований в этой области. Однако заметим, что эти гипотезы и теории в основном отражают не информационную сущность старения, а дефекты самой материально-вещественной основы живого, приводящие, в первую очередь, к “структурным неисправностям” биоорганического вещества, а затем и к функциональным неполадкам. То есть в данном случае исследователи в основном рассматривают не сам нормальный информационный процесс, приводящий к старению, а изучают слабые стороны биоорганического вещества, как носителя информации.

Биоорганическое вещество, как известно, является носителем химической энергии и программной (наследственной) информации и подчиняется только своим физико-химическим законам. Поэтому основные теории и гипотезы старения организмов следует отнести не к информационным концепциям, а к материально-вещественным гипотезам и теориям старения. Очевидно, что во всех биологических исследованиях давно следовало бы “отделить” информационную составляющую живого от её материальной (вещественной), с тем, чтобы изучать их раздельно, так как это, весьма различные по своей природе – материальные и нематериальные (виртуальные) сущности нашего мира, и каждый из них подчиняется только своим законам, принципам и правилам (закономерностям)! Биологи же до сих пор игнорируют информационную сущность живого, забывая, о том, что только наследственная информация в живых системах является главной движущей силой любых биологических процессов.

Источник: sciteclibrary.ru
Теги: Биология | Здоровье Автор: Tais | Просмотров: 5620 | Нет комментариев | print |

Похожие статьи

все похожие статьи 
Категории
ТОП 10 - Авторы
  1     Луна   1964     2.93   
  2     pobeda   487     2.96   
  3     Tais   444     3.11   
  4     Foma   139     2.92   
  5     Lubov   52     2.91   
  6     Angel   45     2.93   
  7     Dolores   45     2.77   
  8     Paradiz   31     2.84   
  9     Xenta   29     2.85   
  10     Pryanik   26     2.8   
все авторы 
Последние статьи

Торт Пьяная вишня

Понедельник, Апрель 01, 2019 г.
|
Луна | 1442 |

Вода

Среда, Январь 24, 2018 г.
|
Луна | 924 |

Фруктовые соки

Среда, Январь 24, 2018 г.
|
Луна | 785 |

Вода и жизнь

Среда, Январь 24, 2018 г.
|
Луна | 1339 |

Голубцы с грибами

Среда, Январь 24, 2018 г.
|
Луна | 1361 |
Популярные статьи

Мавритания

Понедельник, Март 14, 2011 г.
|
Луна | 6215 |
|
pobeda | 70030 |

Вулканы

Вторник, Май 11, 2010 г.
|
Tais | 69943 |

Горные породы

Четверг, Май 13, 2010 г.
|
Tais | 83542 |

Материки

Вторник, Май 11, 2010 г.
|
Tais | 327442 |

Облако тегов