Л оргель гипотеза ошибок

Содержание компаса

• Организменный уровень интеграции.
• Теория изнашивания
• Теория катастрофы ошибок
• Теория стрессового повреждения
• Теория аутоинтоксикации
• Эволюционная теория Уильямса
• Старение как спонтанная потеря и изменение информации
• В заключение
• Похожие компасы

Теории старения на организменном уровне интеграции

Компас посвящен теориям, которые рассматривают процесс старения на уровне целостного организма

Организменный уровень интеграции.

Жизни как природному явлению присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого.

Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненности структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования. Вследствие иерархической соподчиненности каждый из уровней организации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже и вышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.

Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от нижележащих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем.Растения (хламидомонада, хлорелла) и животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной клетки, представляют собой самостоятельный организм). А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать только в тесной взаимосвязи с окружающей средой. Организменный уровень именуют также онтогенетическим.

Теория изнашивания

История теорий изнашивания началась с работ Маупаса (C.Maupas) (1888) и Гертвига (R.Hertwig) (1914), которые считали, что «организм изнашивается как машина». Современные ученые пытаются заглянуть глубже.
Полагают, что прекращение жизнедеятельности происходит исключительно потому, что структурные компоненты, особенно те из них, которые не обновляются, приходят в негодность. Организм — это механизм, а все механизмы ухудшаются и портятся вследствие самой деятельности. Теории изнашивания не только в принципе объясняют старение организма ухудшением функционирования тех или иных систем, но и практически пытаются выявить конкретные структуры, которые <ломаются> в первую очередь. Особое внимание обращается на изнашивание коллоидных структур (гистерезис). Считается, что с возрастом в молекулах коллагена нарастают межмолекулярные водородные и другие, более <рыхлые>, связи, что приводит к уменьшению свободной энергии молекул и приближению всей коллоидной системы к наиболее вероятному термодинамическому состоянию. Обращалось внимание и на генетический материал. Ряд ученых полагает, что длительное пребывание ДНК в клетках организма, не сопровождаемое ее делением, приводит к утрате активности отдельных участков, нарушению репродукции РНК и белков в стареющих клетках. Широкое распространение имеет теория иммунологического старения организма, базирующаяся еще на идеях И.И. Мечникова. Предполагается, что у организма данного вида подавлена возможность синтеза антител на свои белки. С возрастом происходит ослабление этого <репрессирования>, и антитела начинают постепенно разрушать клетки собственного организма.

Исходя из теорий изнашивания, с целью увеличения продолжительности жизни нужно проявлять максимальную заботу о своем организме при его эксплуатации, и, в принципе, эксплуатировать его как можно меньше и реже.
Известным сторонником этой точки зрения был Ганс Селье, знаменитый канадский физиолог, основоположник учения о стрессе, который считал, что адаптационные ресурсы организма строго детерминированы, они только тратятся и не восстанавливаются.

Вывод: живые системы стареют под влиянием интенсивных жизненных процессов, а старение ускоряется или замедляется по законам физики в зависимости от динамики процессов на уровне клетки, тканей, целого организма. Сторонники теорий изнашивания доказывали, что все индивиды в популяции имеют приблизительно одинаковую продолжительность жизни, но ее фактическая граница определяется темпом изнашивания, при этом продолжительность жизни зависит от средней величины израсходованной энергии на килограмм веса индивида.

Автором современного вида теории изнашивания считается Захер (Sacher), который в 1966 году опубликовал статью по этому вопросу. Сейчас данная теория имеет лишь историческое значение.

Теория катастрофы ошибок

В соответствии с вышеизложенным в 1963 Л. Оргелем (L.Orgel) была сформулирована теория ошибок, которую он описал в статье «Поддержание правильного синтеза белка и связь с процессом старения». Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие).
Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно
регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК. 
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность всистеме передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием <Наука отрицает старость> французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.

В нашей стране эту теорию поддерживал профессор Ж. Медведев, президент международного общества геронтологов. Жорес Медведев — известный российский и британский биохимик, геронтолог и историк, — опубликовал более 15 книг по проблемам биохимии и биологии, а также по истории науки и истории СССР, среди них книги о ядерной катастрофе 1957 года на Урале и об аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Его труды переводились на разные языки и издавались во многих странах Европы и в Японии. Он придерживается идеи, что старение это процесс накопления ошибок в процессах транскрипции и трансляции и возникновении ферментов с дефектным функционированием. При этом механизмы репарации не могут справится со все возрастающим количеством дефектов.

Частично эта теория пересекается со свободнорадикальной теорией, т.к. большая часть повреждений ДНК происходит именно в результате действия активных форм кислорода. А также с теорией гликозилирования белков, т.к. именно таким способом могут повреждаться феременты, осуществляющие биологические процессы. Другими словами, теория накопления ошибок является неким обобщением различных теорий на уровне целого организма.

Теория стрессового повреждения

Сутью этой теории является то, что старение- это результат стресса. Автором ее является великий канадский физиолог и эндокринолог Ганс Селье, которого мы упоминали выше. В 1970 году он опубликовал статью «Стресс и старение».
 На основе клинических и экспериментальных исследований инфекционных болезней выдвинул гипотезу общего адаптационного синдрома, согласно которой болезнетворный фактор запускает выработанные в процессе эволюции механизмы адаптации к раздражителю. Позже эта гипотеза была конкретезирована применительно к человеческому организму, что что дало основание для выработки и развития понятия «психологический стресс». Селье не считал что сам по себе стресс вреден, он рассматривал его как реакцию, помогающую человеку выжить.
 Как писал сам Селье: <я впервые «наткнулся» на идею стресса и общего адаптационного синдрома в 1925 году>. Каждую составляющую своего определения Селье пояснил так: Общий — потому что к стрессу приводят факторы, которые, воздействуя на разные области организма, в итоге способны вызвать общую системную защиту; Адаптационный — потому что это явление как бы закрепляется, приобретает характер привычки; Синдром — потому что его отдельные проявления частично взаимозависимы. (Дербенёва Л. М. — 1999 г.). Позже (в1931-1932 г.) он назвал стресс неспецифической реакцией организма на любые раздражители. Представление о стрессе касается всех людей, больных и здоровых, преуспевающих и неудачливых, и всех сторон жизни. <Удалось показать, что стресс представляет собой скорость изнашивания человеческого организма, сопровождает любую жизнедеятельность и соответствует в определённом смысле интенсивности жизни. Он увеличивается при нервном напряжении, телесных повреждениях, инфекциях, мышечной работе или любой другой напряженной деятельности и связан с неспецифическим защитным механизмом, увеличивающим сопротивляемость к стрессовым факторам, или «стрессорам». Важной частью этого защитного механизма является повышенное выделение гипофизом так называемого адренокортикотропного гормона (АКТГ), который, в свою очередь, стимулирует выработку кортикоидов корой надпочечников. Весь синдром стресса, или, иначе, общий адаптационный синдром (ОАС), проходит три стадии:

1) «реакция тревоги», во время которой мобилизуются защитные силы; (Невольно возникает вопрос: какая же это защитная реакция организма, если нарушено столько его важнейших функций, причем на глубинном биохимическом уровне? Однако поверьте: это именно защитная реакция, и никакая другая! И ее биологический смысл вот в чем: организм в кратчайшие сроки должен получить дополнительную, «аварийную» энергию для того, чтобы максимально обеспечить условия для быстрого спасения от грозящей беды или даже гибели. Да, для организма это, безусловно, реакция энергозатратная — что для него в перспективе, конечно, плохо, — но иного выхода в данный момент нет. Ведь речь идет о спасении в целом.).

2) «стадия устойчивости» отражающая полную адаптацию к стрессору; (Крайне важно и то, что на этой стадии общие энергозатраты организма становятся меньше, чем на первой стадии: организм частично уже приспособился жить под давлением стрессирующего фактора — как бы отследил его. И тем не менее: Если стрессирующий фактор действует сильно и длительно, то постепенно развивается следующая, третья стадия).

3) «стадия истощения», которая неумолимо наступает, если стрессор оказывается достаточно силён и действует достаточно долгое время, поскольку «адаптационная энергия», или приспособляемость живого вещества всегда конечна>. (цит. по С.71-72 Селье Г. — 1987 г.). (И вот результат: устойчивость организма к внешним воздействиям резко снижается. То есть база для возможного развития патологии на клиническом уровне уже создана).

По мере формирования устойчивой адаптации нарушения гомеостаза, составляющие стимул стресс-симптома постепенно исчезают, как и сам стресс-симптом, сыграв свою важную роль в становлении адаптации. Это состояние между стрессом (агрессией) и адаптацией служит доказательством того, что стресс сложился в процессе эволюции как необходимое неспецифическое звено более сложного целостного механизма адаптации. Полная свобода от стресса, как считал Селье, означала бы смерть. В 1982 году Селье определил стресс как совокупность стереотипных филогенетических запрограммированных реакций организма, которые вызываются любыми сильными, сверхсильными, экстремальными воздействиями и сопровождаются перестройкой адаптивных сил организма. (Никонов В. В. — 2002 г.).

По признанию самого Г. Селье — он заимствовал у И. П. Павлова очень многое. То, что Павлов трактовал с точки зрения нервной системы, он перевел на язык и термины гуморальной (эндокринной) системы. Заслуга Павлова — в восприятии организма как целого, в объяснении того, каким образом это целое непрерывно адаптируется к окружающей среде. Именно эту идею целостности и адаптации он — Селье — почерпнул у Павлова, и именно она стала рычагом всей его экспериментальной работы и самой теории стресса. То, что внешние воздействия приводят только к расходу и исчерпанию адаптационных возможностей, в течение многих лет было убеждением Г. Селье, которое он лаконично формулировал как . Это убеждение основывалось на том, что он использовал преимущественно сильные патогенные воздействия. («Концепции о существовании генетически предопределённого потенциала роста берут начало от А. Вейсмана, который считал, что зигота обладает способностью осуществлять определённое и ограниченное число делений клеток, после чего развивающийся организма обрекается на старение и смерть. Немецкий физиолог и гигиенист Макс Рубнер (М. Rubner) (1854-1932) в связи с представлениями Вейсмана обосновал понятие о генетически предопределённом энергетическом фонде, который у всех видов млекопитающих, за исключением человека почти одинаков. Концепцию Рубнера и вытекающее из неё представление об онтогенезе, как о раскручивании пружины в заведенных часах, и развил <Селье в учении о стрессе и о предопределённом фонде «адаптивной энергии», сравнивая его с банковым вложением, которое можно расходовать, но нельзя увеличивать>. Во всех этих теориях речь идет о постепенном исчерпании некоего исходного потенциала (жизненной субстанции), приводящих живые организмы к состоянию равновесия. Развивая эти представления Ричард Перл пришел к мысли, что старение и смерть — расплата за преимущества какие дают специализация и дифференциация клеток у многоклеточных организмов, в отличие от практически бессмертных одноклеточных этими качествами не обладающими. (цит. по С.15. Аршавский И. А. 1982., С. 95 Аршавский И. А.- 1986 г.).

<Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявление ему требования. : С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой мы столкнулись. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или в адаптации.>

Книга Г. Селье «Стресс жизни».

Таким образом, теория стрессового повреждения перекликается с эволюционной теорией (т.к. адаптация приобретена в процессе эволюции и является промежуточным звеном для перехода к другому уровню), теорией изнашивания (т.к. адаптация приводит к изнашиванию организма) и эндокринной и элевационной теориями (т.к. адаптация достигается через каскад гормональных сигналов).

Теория аутоинтоксикации

Великий русский биолог, патолог, физиолог Илья Ильич Мечников говорил о том, что  «… кишечная аутоинтоксикация — главное препятствие в достижении долголетия.» Он полагал, что застой каловых масс в кишечнике ведет к возникновению ряда заболеваний. Однако было доказано, что количество бактерий в испражнениях при запорах уменьшается, а ядовитость их значительно ниже, чем при поносах или при нормальной деятельности кишечника. В настоящее время установлено, что нормальная кишечная флора, обитающая в строго определенных отрезках кишечника, для здорового человека непатогенна. Однако при изменении локализации кишечной флоры или при изменении нормального состояния кишечной стенки могут проявиться вредные влияния ее на организм. Утрачивая свои важные биологические функции вследствие изменения локализации, нормальная кишечная микрофлора может стать источником аутоинтоксикации и аутоинфекции.
Вредное влияние кишечной флоры сказывается в образовании раздражающих продуктов при разложении бактериями белковых веществ, особенно если они поступают в кишечник в избыточном количестве. Помимо Мечникова, теории аутоинтоксикации придерживались Бетц, Сенатор, Бушар, Роже (Betz, Senator, Bouchard, Roger).
Всасывание ядов, образовавшихся в кишечнике, усиливается в результате местного их действия на кишечную стенку. Она при этом становится проницаемой как для токсинов, так и для бактерий, которые вне мест своего постоянного обитания становятся особо патогенными. Так, например, кишечная палочка способна вызвать тяжелое поражение мочевых путей и септицемию. Повышению проницаемости кишечной стенки способствует застой каловых масс в кишечнике. Уплотненные каловые массы могут вызвать и механическое повреждение слизистой оболочки кишки.
Болезни недостаточного питания и авитаминозы, понижая устойчивость организма к инфекции, зачастую приводят к тому, что нормальная флора кишечника становится для него патогенной. Развитие атрофических процессов при этих состояниях, особенно при недостатке в организме витамина А, а также нарушение окислительного дезаминирования при дефиците витамина С и переаминирования при гиповитаминозе В-комплекса благоприятствуют процессам аутоинтоксикации и аутоинфекции.

Действительно, и это подчеркивал еще И.И. Мечников, в микробном «оркестре» толстой кишки у старых лиц часто отсутствует энтерококк, снижается содержание молочнокислых бактерий, появляются гнилостные формы типа клостридий (по мнению Ильи Ильича, в последние годы жизни он сам страдал от продуктов Clostridium butyricum). Сейчас известно, что в нормальном кишечнике взрослого человека обитает около 1014 бактерий. В единицах массы это количество измеряется многими сотнями граммов, обычно превышающими один килограмм. Понятно, что Мечников, а позднее и Давыдовский, не могли совсем не замечать возрастные сдвиги в таком «океане аутофлоры». Кроме того, было издавна известно, что у долгожителей, особенно из высокогорных регионов, потребляющих много молочных и кисломолочных продуктов, таких изменений нет. Все это даже дало повод Мечникову придти к следующему заключению : «Моя относительная долговечность зависит не от семейного предрасположения (мой отец умер на 68-м году, мать на 66-м году, старшая сестра на 65-м, старший брат в 45 лет, второй брат в 50 лет, третий брат на 57-м году). Я никогда не знал моих дедов. То, что я дожил до 70 лет в сравнительно удовлетворительном состоянии, я приписываю своей гигиене : более 18 лет я не ем ничего сырого, по возможности засеваю кишки молочнокислыми бактериями. Когда макробиотика сделается более совершенной, когда хорошая кишечная флора будет засеваться, начиная со времени отнятия детей от груди, то нормальный срок жизни значительно продлится.»
Мечниковская теория «интестинальной аутоинтоксикации» была поддержана в большом количестве зарубежных работ, опубликованных в первой половине 20-го века. Однако Давыдовский был одним из первых, кто подверг её критике. Он считал, что в этой теории центр тяжести переносится только на обменные процессы, создающие геронтогенные токсины. По мнению Ипполита Васильевича, попытки «нормализации» кишечной микрофлоры принесли скромные результаты. Он также полагал, что дисбактериозы толстой кишки даже в сочетании с запорами не препятствуют долголетию. Отсюда делался вывод, что старческие «сдвиги» в микрофлоре толстой кишки являются производными возрастной дисфункции (дискинезии) этой части пищеварительной системы. Кроме того, Давыдовский считал, что взгляды Мечникова предопределили возникновение более поздней «химической теории старости», в которой в качестве основы выдвигались макромолекулярные деформации белков и мукополисахаридов. Здесь нет возможности рассмотреть эту более позднюю концепцию. Важнее подчеркнуть её инициирующую роль в развитии целого ряда современных позиций.

Выраженная интоксикация возникает при условиях:
 — малоподвижный образ жизни
 — питание рафинированной, преимущественно масляной пищей с резкой недостаточностью в ней овощей, зелени и фруктов (клетчатки);
 — нервно-эмоциональные перегрузки, частые стрессы.

Сейчас теория «кишечной аутоинтоксикации» имеет лишь историческое значение, хотя многие ученые связывают с ней возникновение различных заболеваний, например, псориаза. Как говорилось выше, эта теория уступила место интоксикации, вызванной повреждением белков и углеводов.

Эволюционная теория Уильямса

Эволюционная природа старения владела умами ученых с того момента, как Дарвин опубликовал свои изыскания. Эта теория зародилась когда Рассел Уоллес(Russell Wallace), знаменитый эволюционист, работавший с Дарвином, выдвинул идею о том, что долголетие, превышающее возраст потомства невыгодно для видов. Дети и родители конкурируют за ресурсы. Это может свидетельствовать в пользу идеи о генетически программируемом старении. Дополнительным аргументом является программируемое кортикостероид-опосредованное саморазрушение лосося после нереста. Но как заметил биолог Герман Медавар (Herman Medawar), если бы не было старения, то не было бы необходимости в размножении.

В 1950-х гг. Дж. Уильямс из Университета штата Нью-йорк в Стони-Брук предположил, что аллели, которые в каком-то возрасте действуют разрушительно, могут сохраняться, если они в чем-то улучшают приспособленность организма в более ранний период его жизни; эта двойственность называется антагонистической плейотропией. Такую переменную роль вполне могут играть гены, определяющие синтез репродуктивных гормонов.
Как полагает С. Остад (Ostad) из Гарвардского университета, примером этого является увеличение с возрастом заболеваемости раком молочной железы : длительное существование в женском организме определенного уровня эстрогенов, необходимого для процесса оплодотворения, предрасполагает ткань молочной железы к злокачественному перерождению (статья).
Аналогично, К. Финч (Finch) из Университета Южной Калифорнии обнаружил, что некоторые нормальные гормоны и другие регуляторные вещества способны причинять вред клеткам и тканям, на которые они влияют. Так, у грызунов гипоталамус и гипофиз, которые управляют функционированием яичников, вносят, по-видимому, вклад и в их старение. В свою очередь яичники, посылающие сигналы в гипоталамус и гипофиз, способствуют, судя по всему, старению этих органов. Финч рассматривает эти плейотропные свойства как свидетельство того, что старение в некоторой степени проистекает из активности и взаимодействия нервной и эндокринной систем. (статья)

Эволюционная теория Ульямса пересекается с эндокринной и элевационной теориями, т.к. придает важную роль дисрегуляции гипоталамо-гипофизарной системе.

Можно предположить, что старение возникает в популяции в том случае, когда находящиеся под генетическим контролем системы обеспечения жизнедеятельности достаточно эффективны для того, чтобы особи успевали размножаться и тем самым продолжалось существование популяции, но не способны вечно поддерживать существование отдельного организма.

Открытие системы апоптоза дало новый импульс идее о том, что старение это средство поддержания прогрессивной эволюции популяции.

(Материал с сайта www.humbio.ru)

Теория Уильямса является главной эволюционной теорией на сегодняшний день. Подробнее о современных исследованиях в этой области можно прочитать в компасе «Эволюция старения».

Старение как спонтанная потеря и изменение информации

Суть этой теории сводится к тому,что старение проиходит из-за постоянных изменений информации в организме (системе), например, генетической информации в виде ДНК, и потерь информации в ходе этих изменений.

Существуют еще минимум два механизма старения, вносящие свой вклад в старение целостного организма.
Это, во-первых, изменение при старении обмена веществ (а также энергии и информации) с внешней средой и, во-вторых, повышение степени разнообразия для самых разных структурных элементов и связей в организме — «разрегулирование» целостной системы организма.

Оба механизма являются конкретизацией процесса спонтанной утраты информации в системе, за которым следует ее материальная и энергетическая деградация. Действительно, положим, что некоторая система (организм) получает извне поток вещества (Р1), энергии (W1) и информации (I1). Сохранение самое себя системой означает поддерживание постоянства материальной структуры системы (p2), энергетических потоков и взаимосвязей (w2) и тождества во времени информации о себе (i2); заметим также, что, так как организм только часть большего его некоторого целого — биосферы, например, то (P1, W1, I1) >>> (p2, w2, i2).

Кроме того, сохранение системы во времени означает тождество суммарных потоков, поступающих из внешней среды, выводящейся из системы и сохраняющегося динамически потока внутри системы. Не трудно видеть, что центральным при таком рассмотрении оказывается процесс сохранения информации в системе, т.к. вещественная и энергетическая организация являются только «материальными носителями» этой информации и, фактически, следуют качественно и количественно за изменением информации, которая выступает как регулирующий, управляющий и (само)-организующий фактор.

В общем виде информация в системе может изменяться благодаря следующим процессам:
 — поступлению информации (и энтропии) извне (например, «ремонт» силами извне или эволюционное давление при формировании новых признаков и т.п.);
 — появление новой информации (и энтропии) внутри системы за счет взаимодействия в ней вещества и энергии в ходе сложнейших взаимопревращений и взаимосвязей (метаболизм, рост и развитие, механизмы саморегуляции и самоорганизации и т.п.);
 — изменение и потеря информации в системе (развертывание программ роста и развития; «мутации» материальных носителей информации — ДНК, белков и иерархически других структурных уровней материальных носителей информации; спонтанный распад информации — производство энтропии и т.п.).
Учитывая, что нами поставлена задача рассмотреть возможность сохранения уже полностью сформировавшейся системы (организм после достижения взрослого состояния), нас будет интересовать только возможность сохранения уже имеющейся информации, т.е., вновь производимая информация должна быть идентична имеющейся и компенсировать потерю информации в ходе случайных «мутаций» ее.

Процесс утраты информации аналогичен ее изменению — «мутациям», причем он носит вероятностный характер и, по существу, сводится или к ошибкам в ходе процесса воспроизводства информации в ходе самокопирования материальных носителей информации, или к спотанному вероятностному «мутированию» невоспроизводящейся информации (например, повреждения свободными радикалами неделящейся ДНК и т.п.). Заметим, что во многих случаях «мутировавшая» информация способна к воспроизводству (например, большинство мутаций клеток не приводят к прекращению их деления) и часто сохраняется возможность функционирования воспроизводящихся на ее основе структур, которые, таким образом, вступают в конкуренцию с имеющимися ранее структурами организма.

Исходя из выше сказанного, можно свести главные процессы воспроизводства и изменения информации (и ее материально-энергетических носителей) в организме к следующим уравнениям. Для точного воспроизведения информации (I) используется механизм самокопирования, который сопровождается ошибками с воспроизведением измененной (Im) и некоторой необратимой потерей информации (анаболизм, распад и полная деградация структур с выведением вещества и энергии их из организма и рассеиванием их информации): dI/dt = k1 I — k2 Im — k3 I

Соответственно, «мутировавшая» информация может также воспроизводиться сама, пополняться за счет мутаций неизменившейся информации и рассеиваться (обратная мутация в исходную форму крайне мало вероятна и очень мала): dIm/dt = k4 Im + k2 Im — k5 Im

Для того, чтобы учесть требуемое сохранение постоянства вещества, энергии и информации после прекращения развития у взрослого организма, введем в формулы ограничение количества информации (I+Im=const), получив известную из кибернетики формулу самовоспроизводящейся системы с обратными положительными и отрицательными связями: dI/dt = k1 I / k4 (I + Im) — k2 Im — k3 I; dIm/dt = k5 Im / k4 (I + Im) + k2 Im — k6Im

Численная модель рассеивания начальной информации в стабилизировавшейся системе представлена на рисунке ниже.

При анализе модели учтено, что мутировавшие клетки обычно менее жизнеспособны и, кроме того, подвергаются иммунному надзору и гибнут поэтому быстрее, а также по тем же причинам с меньшей скоростью самообновляются. Соответственно коэффициенты для модели подобраны в случае графика: k1=0,3, k5=0,2, k4=0,1, k2=0,03, k3=0,05, k6=0,07.

На модели можно видеть, что со временем соотношение мутантных и неизмененных единиц информации стабилизируется, но в течение некоторого периода будет иметь место нарастание числа мутаци, что будет вести к нарастанию смертности. Вид кривой смертности, однако, не экспоненциальный, а линейный, а логарифм смертности — выпуклый, что значительно отличается от реальной картины. Это не удивительно, так как время установления равновесия I и Im невелико — фактически, например, время клеточного деления для клеток слизистой и кожи — дни и часы, поэтому на фоне многих лет жизни напрямую этот механизм вряд ли вносит существенный вклад в процесс старения. Накопление мутаций скорее отражает другие процессы — резкое (регуляторное) снижение скорости клеточного самообновления и снижение эффективности иммунного надзора с возрастом. Мутации важны и в случае повышения с возрастом риска возникновения опухолей, что вносит значительный вклад в причины смертности для млекопитающих вообще и человека в особенности.
На рисунке спонтанное рассеивание информации в сложных обновляющихся и мутирующих системах. По вертикали — значения параметров в условных единицах, по горизонтали — время в условных единицах.
I — количество начальной информации, Im — количество измененной информации, M — смертность, LgM — логарифм смертности. Коэффициенты подобраны для удоства отображения графика.

Так как мутации возможны самые разнообразные, то фактически за счет этого же механизма мы имеем и второе характерное для старения следствие: увеличение разнообразия исходно однородных структур. Увеличение разнообразия структур — появление большого количества «чужой» информации перегружает системы организма, ответственные за распознавание и удаление ее, причем, т.к. фактически, новые структуры лишь немного отличаются от старых и сохраняют во многих случаях практически на прежнем уровне функциональную способность и, соответственно, реальную ценность для организма, то чрезмерная реакция против «чужого» даже вредна.

Это известно на примере повышения уровня аутоантител против собственных структур организма с возрастом (результат реакции иммунной системы на «изменившееся свое») и снижении длительности жизни при слишком высоких уровнях таких антител. Фактически, организм со временем выходит на разумный баланс между аутоиммунным саморазрушением и неконтролируемым, в том числе опухолевым, ростом и разнообразием, причем оба процесса в конечном счете разрушительны.

Кроме того, так как информация контролирует потоки вещества и энергии, входящие в систему и выходящие из нее, то изменение баланса I/Im фактически означает снижение возможности отбора «нужной» вещественной и энергетической основы для строительства своей структуры и снижение распознавания и вывода «чужого» вещества и энергии — то-есть, отражает известный механизм старения — «накопления шлаков»: ( d(I/Im)/dt = d(p2,w2/P1,W1)/dt ).

Полные математические выкладки для иллюстрации выше сказанного достаточно трудоемки, однако, не трудно видеть, что в общем виде оба процесса старения, как впрочем и уже описанные выше, это только частные проявления процесса нарастания энтропии, рассматриваемые с различных «точек зрения» — с точки зрения различных свойств живого вещества, живых систем. Действительно, и спонтанная потеря жизнеспособности в целом, и регуляторное снижение самообновления, и снижение структурной однородности и «загрязнение» организма не выведшимися и отложившимися «балластом» веществами — все это в глобальном плане есть отражение действия единственной причины — дискретности организма, действия законов термодинамики на частично открытую систему, не способную, после окончания развития, к эффективной дальнейшей эволюции. Авторы теории считают, что старение не есть «выработавшийся в эволюции феномен», нужной для исключения неэффективных форм жизни и смены новыми, старение отражает более глобальные закономерности Бытия вообще.

Использован материал с сайта www.longevity-library.narod.ru

Но некоторые ученые, занимающиеся исследованиями в рамках этой теории, например, Хамалайнен (Hamalainen) из Queen’s University, Kingston, считают, что можно отказаться от роли эволюции в старении.  В своей статье «Термодинамика и информация в процессе старения» он пишет, что эти основополагающие принципы биологии в отношении старения остаются спорными. Если брать во внимание термодинамику и информацию в эволюционном аспекте, то они приводят к старению, как уже говорилось выше. Жизнь использует хранение информации для того,чтобы не находится в термодинамическом равновесиию. Т.к. любой процесс не может проходить со 100%-ной эффективностью, то силы отбора должны поддерживать «информационную жизнеспособность». Естественный отбор действует на уровне популяций, организм в отдельности не может осуществить аналогичный селективный процесс. Автор признает, что в этой теории старения есть еще много неясного, прежде всего спорная (по мнению многих ученых) роль эволюции.

В заключение

Теории старения, рассматривающие процесс на организменном уровне, это некие обобщения теорий на нижележащих уровнях организации. Они тесно переплетены между собой, хотя некоторые из них в настоящее время представляют собой чисто исторический интерес, но на их основе выросли современные теории старения…

18 ноября 2008 года

«Старение – это ошибка»

Гипотеза
«старения по ошибке» была выдвинута в
1954 г. американским физиком М. Сциллардом.
Исследуя эффекты воздействия радиации
на живые организмы, он показал, что
действие ионизирующего излучения
существенно сокращает срок жизни людей
и животных. Под воздействием радиации
происходят многочисленные мутации в
молекуле ДНК и инициируются некоторые
симптомы старения, такие как седина или
раковые опухоли. Из своих наблюдений
Сцилард сделал вывод, что мутации
являются непосредственной причиной
старения живых организмов. Однако он
не объяснил факта старения людей и
животных, не подвергавшихся облучению.Его
последователь Л. Оргель считал, что
мутации в генетическом аппарате клетки
могут быть либо спонтанными, либо
возникать в ответ на воздействие
агрессивных факторов – ионизирующей
радиации, ультрафиолета, воздействия
вирусов и токсических (мутагенных)
веществ и т. д. С течением времени система
репарации ДНК изнашивается, в результате
чего происходит старение организма.

Теория апоптоза (самоубийства клеток)

Академик
В. П. Скулачев называет свою теорию
теорией клеточного апоптоза. Апоптоз
(греч. «листопад») – процесс
запрограммированной гибели клетки. Как
деревья избавляются от частей, чтобы
сохранить целое, так и каждая отдельная
клетка, пройдя свой жизненный цикл,
должна отмереть и ее место должна занять
новая. Если клетка заразится вирусом,
или в ней произойдет мутация, ведущая
к озлокачествлению, или просто истечет
срок ее существования, то, чтобы не
подвергать опасности весь организм,
она должна умереть. В отличие от некроза
– насильственной гибели клеток из-за
травмы, ожога, отравления, недостатка
кислорода в результате закупоривания
кровеносных сосудов и т. д., при апоптозе
клетка аккуратно саморазбирается на
части, и соседние клетки используют ее
фрагменты в качестве строительного
материала.

Самоликвидации
подвергаются и митохондрии – изучив
этот процесс, Скулачев назвал его
митоптозом. Митоптоз происходит, если
в митохондриях образуется слишком много
свободных радикалов. Когда количество
погибших митохондрий слишком велико,
продукты их распада отравляют клетку
и приводят к ее апоптозу. Старение, с
точки зрения Скулачева, – результат
того, что в организме гибнет больше
клеток, чем рождается, а отмирающие
функциональные клетки заменяются
соединительной тканью. Суть его работы
– поиск методов противодействия
разрушению клеточных структур свободными
радикалами. По мнению ученого, старость
– это болезнь, которую можно и нужно
лечить, программу старения организма
можно вывести из строя и тем самым
выключить механизм, сокращающий нашу
жизнь.По мнению Скулачева, главная из
активных форм кислорода, приводящих к
гибели митохондрий и клеток – перекись
водорода. В настоящее время под его
руководством проходит испытания препарат
SKQ, предназначенный для предотвращения
признаков старения.

БИЛЕТ
№ 35

1.Предмет,
задачи и методы генетики. Наследственность
и изменчивость. Понятие о генетическом
материале. Роль ядра и цитоплазмы в
наследственности и изменчивости.

Генетика—-
наука о наследственности и изменчивости
живых организмов и методах управления
ими. В ее основу легли закономерности
наследственности, установленные
выдающимся чешским ученым Грегором
Менделем (1822—1884) при скрещивании
различных сортов гороха.

Наследственность
— это неотъемлемое свойство всех живых
существ сохранять и передавать в ряду
поколений характерные для вида или
популяции особенности строения,
функционирования и развития.
Наследственность обеспечивает постоянство
и многообразие форм жизни и лежит в
основе передачи наследственных задатков,
ответственных за формирование признаков
и свойств организма. Благодаря
наследственности некоторые виды
(например, кистеперая рыба латимерия,
жившая в девонском периоде) оставались
почти неизменными на протяжении сотен
миллионов лет, воспроизводя за это время
огромное количество поколений.

В
то же время в природе существуют различия
между особями как разных видов, так и
одного и того же вида, сорта, породы и
т. д. Это свидетельствует о том, что
наследственность неразрывно связана
с изменчивостью.

Изменчивость
— способность организмов в процессе
онтогенеза приобретать новые признаки
и терять старые. Изменчивость выражается
в том, что в любом поколении отдельные

особи
чем-то отличаются и друг от друга, и от
своих родителей. Причиной этого является
то, что признаки и свойства любого
организма есть результат взаимодействия
двух факторов: наследственной информации,
полученной от родителей, и конкретных
условий внешней среды, в которых шло
индивидуальное развитие каждой особи.
Поскольку условия среды никогда не
бывают одинаковыми даже для особей
одного вида или сорта (породы), становится
понятным, почему организмы, имеющие
одинаковые генотипы, часто заметно
отличаются друг от друга по фенотипу,
т. е. по внешним признакам.

Таким
образом, наследственность, будучи
консервативной, обеспечивает сохранение
признаков и свойств организмов на
протяжении многих поколений, а изменчивость
обусловливает формирование новых
признаков в результате изменения
генетической информации или условий
внешней среды.

Задачи
генетики вытекают из установленных
общих закономерностей наследственности
и изменчивости. К этим задачам относятся
исследования: 1) механизмов хранения и
передачи генетической информации от
родительских форм к дочерним; 2) механизма
реализации этой информации в виде
признаков и свойств организмов в процессе
их индивидуального развития под контролем
генов и влиянием условий внешней среды;
3) типов, причин и механизмов изменчивости
всех живых существ; 4) взаимосвязи
процессов наследственности, изменчивости
и отбора как движущих факторов эволюции
органического мира.

Генетика
является также основой для решения ряда
важнейших практических задач. К ним
относятся: 1) выбор наиболее эффективных
типов гибридизации и способов отбора;
2) управление развитием наследственных
признаков с целью получения наиболее
значимых для человека результатов; 3)
искусственное получение наследственно
измененных форм живых организмов; 4)
разработка мероприятий по защите живой
природы от вредных мутагенных воздействий
различных факторов внешней среды и
методов борьбы с наследственными
болезнями человека, вредителями
сельскохозяйственных растений и
животных; 5) разработка методов генетической
инженерии с целью получения высокоэффективных
продуцентов биологически активных
соединений, а также для создания
принципиально новых технологий в
селекции микроорганизмов, растений и
животных.

При
изучении наследственности и изменчивости
на разных уровнях организации живой
материи (молекулярный, клеточный,

организменный,
популяционный) в генетике используют
разнообразные методы современной
биологии: гибридологический,
цитогенетический, биохимический,
генеалогический, близнецовый, мутационный
и др. Однако среди множества методов
изучения закономерностей наследственности
центральное место принадлежит
гибридологическому методу. Суть его
заключается в гибридизации (скрещивании)
организмов, отличающихся друг от друга
по одному или нескольким признакам, с
последующим анализом потомства. Этот
метод позволяет анализировать
закономерности наследования и изменчивости
отдельных признаков и свойств организма
при половом размножении, а также
изменчивость генов и их комбинирование.

Наследственность
и изменчивость являются одними из
определяющих факторов эволюции
органического мира.

Наследственность
— это свойство живых организмов сохранять
и передавать потомству особенности
своего строения и развития. Благодаря
наследственности из поколения в поколение
сохраняются признаки вида, сорта, породы,
штамма. Связь между поколениями
осуществляется при размножении через
гаплоидные или диплоидные клетки (см.
разделы «Ботаника» и «Зоология»). Из
органоидов клетки ведущая роль в
наследственности принадлежит хромосомам,
способным к самоудвоению и формированию
с помощью генов всего комплекса
характерных для вида признаков (см.
главу «Клетка»). В клетках каждого
организма содержатся десятки тысяч
генов. Вся их совокупность, характерная
для особи вида, называется генотипом.

Изменчивость
противоположна наследственности, но
неразрывно с ней связана. Она выражается
в способности организмов изменяться.
Благодаря изменчивости отдельных особей
популяция оказывается разнородной.
Дарвин различал два основных типа
изменчивости.

Ненаследственная
изменчивость (см. о модификациях в главе
«Основы генетики и селекции») возникает
в процессе индивидуального развития
организмов под влиянием конкретных
условий среды, вызывающих у всех особей
одного вида сходные изменения, поэтому
Дарвин эту изменчивость назвал
определенной. Однако степень таких
изменений у отдельных индивидуумов
может быть различной. Например, у травяных
лягушек низкие температуры вызывают
темную окраску, но интенсивность ее у
разных особей различна. Дарвин считал
модификации не существенными для
эволюции, так как они, как правило, не
наследуются.

Наследственная
изменчивость (см. о мутациях в главе
«Основы генетики и селекции») связана
с изменением генотипа особи, поэтому
возникшие изменения наследуются. В
природе мутации появляются у единичных
особей под влиянием случайных внешних
и внутренних факторов. Характер их
предсказать трудно, поэтому Дарвин эту
изменчивость. назвал неопределенной.
Мутации бывают незначительными и
существенными и затрагивают различные
признаки и свойства. Например, у дрозофилы
под влиянием рентгеновских лучей
изменяются крылья, щетинки, окраска
глаз и тела, плодовитость и т. д. Мутации
могут быть полезными, вредными и
безразличными для организма.

К
наследственной изменчивости относится
комбинативная изменчивость. Она возникает
при свободных скрещиваниях в популяциях
или при искусственной гибридизации. В
результате рождаются особи с новыми
сочетаниями признаков и свойств,
отсутствовавшими у родителей (см. о
дигибридном скрещивании, новообразованиях
при скрещиваниях, перекресте хромосом
в главе «Основы генетики и селекции»).
Соотносительная изменчивость также
наследственна; она выражается в том,
что изменение одного органа вызывает
зависимые изменения других (см. в главе
«Основы генетики и селекции» множественное
действие гена). Например, у гороха с
пурпурными цветками всегда с таким же
оттенком черешки и жилки листьев. У
болотных птиц длинные конечности и шея
всегда сопровождаются длинными клювом
и языком. Наследственную изменчивость
Дарвин считал особенно важной для
эволюции, так как она служит материалом
для естественного и искусственного
отборов при образовании новых популяций,
видов, сортов, пород и штаммов.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ
МАТЕРИАЛ любой материал растительного,
животного, микробного или иного
происхождения, содержащий функциональные
единицы наследственности ( Конвенция
о биологическом разнообразии. )

Ядро
— основной компонент который несет
информацию. Оно может находиться двух
состояниях: покоя — интерфазы_ж_Дбления
— митоза или мейоза. Интерфазное ядро
представляет собой круглое «образование»
с многочисленными глыбками белкового
вещества, названного хроматином. Выделяет
два типа хроматина: гетерохроматин и
эухроматин. Первый из Waxможно наблюдать
в интерфазном ядре под световым, второй
— только под электронным микроскопом.
Гетерохроматин и ухроматин выполняют
разные функции в генетическом биосинтеза
белков.

Детальнде
изучение ядра под эектрнным микроскопом
показало, что хроматин состоит из очень
тонких нитей, получив-ЧВТТ звание
хромосом. Именно в них заложена основная
часть — Шнетической информации индивидуума.

Тельца,
называемые ядрышками. Количество их в
зависимости от типа клеток неодинаково.
По современным данным, на ядрышках
осуществляется синтез рибосомной
рибонуклеиновой кислоты (рРНК), а также
ядерных белков (гистонов). Участки, или
районы, хромосом, где происходит синтез
рРНК, называют организаторами ядрышка.
Например, у свиней организаторы ядрышка
найдены на~3=й и 10-й хромосомах. Учеными
обнаружены изменчивость в ядрыш-кообразующих
районах хромосом свиней и связь этого
явления с отдельными болезнями, в
частности с прогрессирующей атаксией
и синдромом нарушения координации
движений.

2.
Биотические факторы. Цепи питания.
Правило экологической пирамиды. Концепция
биогеоценоза. Экологическая сукцессия
и климакс.

Биотические
факторы окружающей среды (Биотические
факторы; Биотические экологические
факторы; Biotic factors; Biological factors; от греч.
Biotikos — жизненный) — факторы живой среды,
влияющие на жизнедеятельность организмов.

Беклемишев
В.Н. разделил биотические факторы на 4
группы:

топические
— по изменению среды (разрывание почвы)

трофические
— пищевые отношения (продуценты,
консументы, редуценты)

фабрические
— по жилищу (паразитические черви
используют организм как среду обитания)

форические
— по переносу (рак отшельник переносит
актинию)

Действие
биотических факторов выражается в форме
взаимовлияний одних организмов на
жизнедеятельность других организмов
и всех вместе на среду обитания. Различают
прямые и косвенные взаимоотношения
между организмами.

Внутривидовые
взаимодействия между особями одного и
того же вида складываются из группового
и массового эффектов и внутривидовой
конкуренции.

Межвидовые
взаимоотношения значительно более
разнообразны. Возможные типы комбинации
отражают различные виды взаимоотношений:

нейтрализм
— взаимоотношения между организмами
не приносят друг другу ни вреда, ни
пользы

синойкия
(квартирантство) — сожительство, при
котором особь одного вида использует
особь другого вида только как жилище,
не принося своему «живому дому» ни
пользы, ни вреда. Например, пресноводная
рыбка горчак откладывает икринки в
мантийную полость двухстворчатых
моллюсков. Развивающиеся икринки надежно
защищены раковиной моллюска, но они
безразличны для хозяина и не питаются
за его счет.

конкуренция
— антагонистические отношения между
организмами (видами), связанные борьбой
за пищу, самку, место обитания и другие
ресурсы

мутуализм
(взаимовыгодный симбиоз) — совместное
сожительство организмов разных видов,
приносящее взаимную пользу. Например,
лишайники являются симбиотическими
организмами, тело которых построено из
водорослей и грибов. Нити гриба снабжают
клетки водоросли водой и минеральными
веществами, а клетки водорослей
осуществляют фотосинтез и, следовательно,
снабжают гифы грибов органическими
веществами.

протокооперация
(кооперация) — это полезные взаимоотношения
организмов, когда они могут существовать
друг без друга, но вместе им лучше.
Например, рак-отшельник и актиния, акулы
и рыбы-прилипалы.

комменсализм
— совместное сожительство организмов
разных видов, при котором один организм
использует другой как жилище и источник
питания, но не причиняет вреда партнеру.
Например, некоторые морские полипы,
поселяясь на крупных рыбах, в качестве
пищи используют их испражнения. В
желудочно-кишечном тракте человека
находится большое количество бактерий
и простейших, питающихся остатками пищи
и не причиняющих вреда хозяину.

аменсализм
— это взаимоотношения между организмами,
при которых один несет ущерб, а другому
они безразличны. Например, гриб пеницилл
выделяет антибиотик, убивающий бактерий,
но вторые на гриб никак не влияют.

паразитизм
— это форма антагонистического
сожительства организмов, относящихся
к разным видам, при котором один организм
(паразит), поселяясь на теле или в теле
другого организма (хозяина), питается
за его счет и причиняет вред. Болезнетворное
действие паразитов слагается из
механического повреждения тканей
хозяина, отравления его продуктами
обмена, питания за его счет. Паразитами
являются все вирусы, многие бактерии,
грибы, простейшие, некоторые черви и
членистоногие. В отличие от хищника
паразит использует свою жертву длительно
и далеко не всегда приводит ее к смерти.
Нередко вместе со смертью хозяина
погибает и паразит. Связь паразита с
внешней средой осуществляется
опосредованно через организм хозяина.

хищничество.

Пищева́я
(трофи́ческая) цепь — ряды видов растений,
животных, грибов и микроорганизмов,
которые связаны друг с другом отношениями:
пища — потребитель.

Пищевая
цепь представляет собой связную линейную
структуру из звеньев, каждое из которых
связано с соседними звеньями отношениями
«пища — потребитель». В качестве звеньев
цепи выступают группы организмов,
например, конкретные биологические
виды. Связь между двумя звеньями
устанавливается, если одна группа
организмов выступает в роли пищи для
другой группы. Первое звено цепи не
имеет предшественника, то есть организмы
из этой группы в качестве пищи не
использует другие организмы, являясь
продуцентами. Чаще всего на этом месте
находятся растения, грибы, водоросли.
Организмы последнего звена в цепи не
выступают в роли пищи для других
организмов.

Каждый
организм обладает некоторым запасом
энергии, то есть можно говорить о том,
что у каждого звена цепи есть своя
потенциальная энергия. В процессе
питания потенциальная энергия пищи
переходит к её потребителю. При переносе
потенциальной энергии от звена к звену
до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный
факт ограничивает длину цепи питания,
которая в природе обычно не превышает
4-5 звеньев. Чем длиннее трофическая
цепь, тем меньше продукция её последнего
звена по отношению к продукции начального.

Организмы
последующего звена поедают организмы
предыдущего звена, и таким образом
осуществляется цепной перенос энергии
и вещества, лежащий в основе круговорота
веществ в природе. При каждом переносе
от звена к звену теряется большая часть
(до 80—90 %) потенциальной энергии,
рассеивающейся в виде тепла. По этой
причине число звеньев (видов) в цепи
питания ограничено и не превышает обычно
4—5.

Антагонистические
взаимоотношения паразитов и хищников
со своими жертвами поддерживают
численность популяции одних и других
на определенном относительно постоянном
уровне, что имеет большое значение в
выживании видов.

Правило
экологической пирамиды

Количество
растительного вещества, служащего
основой цепи питания, примерно в 10 раз
больше, чем масса растительноядных
животных, и каждый последующий пищевой
уровень также имеет массу, в 10 раз
меньшую.

Биогеоценоз
— это динамическое и устойчивое
сообщество растений,

животных
и микроорганизмов, находящееся в
постоянном взаимодействии и

непосредственном
контакте с компонентами атмосферы,
гидросферы и литосферы.

Биогеоценоз
состоит из биотической (биоценоз)

и
абиотической (экотоп) частей,

которые
связаны непрерывным обменом веществом,
и представляет собой

энергетически
и вещественно открытую систему (рис.
16.2). В него поступают энергия Солнца,
минеральные вещества

почвы,
газы атмосферы, вода. Из него выделяются
теплота, кислород, углекислый

газ,
биогенные вещества, переносимые водой,
перегной.

Биогеоценоз
содержит следующие обязательные

компоненты
(рис. 16.3): 1) абиотические

неорганические
и органические вещества среды; 2)

автотрофные
организмы — продуценты

биотических
органических веществ; 3)

гетеротрофные
организмы (консументы) —

потребители
готовых органических веществ первого
(растительноядные животные) и

следующих
(плотоядные животные) порядков; 4)

детритоядные
организмы —

редуценты-разрушители,
разлагающие органическое вещество.

Как
через любую диссипативную (т.е. рассеивающую

энергию)
систему, через биогеоценоз протекает
регулируемый поток энергии. Эта

энергия
затрачивается на обеспечение постоянного
круговорота веществ,

поддержание
целостности системы и обеспечение ее
эволюции. Энергия проходит

через
серию трофических уровней, являющихся
звеньями цепей питания.

Рис.
16.2. Биогеоценоз — открытая

экологическая
система

Первичным
источником энергии служит солнечное

излучение,
энергия которого составляет 4,6 •

1026
Дж/с (1,1 • 1026

кал/с).
1/2000000 этого количества

энергии
достигает поверхности Земли, при этом
1,0—2,0%

ассимилируются
растениями, 30—70%

поглощенной
энергии используется ими для обеспечения
собственной

жизнедеятельности
и синтеза органических веществ.

Энергия,
накопленная в растительной биомассе,

составляет
чистую первичную продукцию

биогеоценоза.
Фитобиомасса используется в качестве
источника энергии и

материала
для создания биомассы потребителей
первого порядка — растительноядных
животных и далее по пищевой

цепи.
Количество энергии, расходуемой на
поддержание собственной жизнедеятельности,

в
цепи трофических уровней растет, а
продуктивность падает. Обычно

продуктивность
последующего трофического уровня
составляет не более 5—20% предыдущего.
Это находит отражение в

соотношении
на планете биомасс растительного и
животного происхождения.

Так,
суммарная биомасса организмов, обитающих
на

суше,
составляет примерно 3 • 1012

т.
Лишь 1—3% этого количества — зообиомасса.
Масса животного вещества,

приходящегося
на людей, составляет около 0,0002%

от
суммарной массы живого вещества планеты.
Объем энергии, необходимый для

обеспечения
жизнедеятельности организма, растет с
повышением уровня

морфофунк-циональной
организации. Соответственно количество
биомассы,

создаваемой
на более высоких трофических уровнях,
снижается. Например, в разных

биогеоценозах
95—99,5% зообиомаесы

приходится
на беспозвоночных животных.

Рис.
16.3. Живые организмы — компоненты
биогеоценоза

Прогрессивное
снижение ассимилированной энергии в

ряду
трофических уровней находит отражение
в структуре экологических пирамид.

Продукция
живого вещества растительноядными

животными
составляет в данном случае 12,5%,

а
человеком — 0,6% продукции растений.

Снижение
количества доступной энергии на каждом
последующем трофическом уровне

сопровождается
уменьшением биомассы и численности
особей. Таким образом,

пирамиды
биомассы и численности организмов для
данного биогеоценоза повторяют в

общих
чертах конфигурацию пирамиды
продуктивности.

Размеры
биогеоценозов, выделяемых экологами,

различны.
Совокупности определенных биогеоценозов
образуют главные природные экосистемы,
имеющие глобальное значение в обмене

энергии
и вещества на планете. К ним относят: 1)

тропические
леса; 2) леса умеренной

климатической
зоны; 3) пастбищные земли

(степь,
саванна, тундра, травянистые ландшафты);

4)
пустыни и полупустыни; 5)

озера,
болота, реки, дельты; 6) горы; 7) острова;

моря.

Главным
компонентом биогеоценоза, от состояния

которого
зависят его существование и изменения
во времени, служит биоценоз. Биоценозы
отличаются по

видовому
составу, и важнейшей их характеристикой
является постоянное прямое или

опосредованное
взаимодействие популяций организмов
друг с другом. Влияние любой

популяции
распространяется до экологически
отдаленных элементов биоценоза через

взаимодействие
с конкурентами, хищниками, жертвами.
Так, насекомоядные птицы не

оказывают
прямого действия на растения, но, снижая
численность насекомых,

питающихся
листьями или опыляющих растения, они
тем самым воздействуют на

воспроизведение
фитобиомассы. Последнее существенно
для состояния популяций и продуктивности

растительноядных
животных, хищников, паразитов. Экологические
влияния отдельной

популяции
распространяются в биоценозе во всех
направлениях, но по мере

прохождения
последовательных звеньев в цепи
взаимодействия интенсивность

влияния
ослабевает.

Показателями
структуры и функционирования биоценозов

служат
их видовой состав, число трофических
уровней, первичная продуктивность,

интенсивность
потока энергии и круговоротов веществ.
Структура биоценозов

складывается
в процессе эволюции, причем каждый вид
организмов эволюционирует

таким
образом, чтобы занять в биоценозе
определенное место. Совместное

историческое
развитие многих видов на одной территории
способствует их

специализации
к использованию лишь части наличных
пищевых ресурсов и

ограниченному
местообитанию. В результате достигается
состояние

взаимоприспособленности
видов друг к другу, или коадаптации,
которая служит обязательным условием
стабильности

биоценоза.

В
качестве примера рассмотрим ситуацию,
возникшую в

искусственном
оз. Гатун, которое образовалось в начале
XX столетия в зоне Панамского канала. В
течение нескольких

десятилетий
биоценоз озера отличался стабильностью
благодаря коадаптации

организмов
основной пищевой цепи: фитопланктон —

зоопланктон
— планктоноядные рыбы.

Последние,
поедая зоопланктон, снижали его
численность, что способствовало

поддержанию
количества фитопланктона на достаточно
высоком уровне. В 1967 г. случайно в озеро
была интродуцирована

хищная,
прожорливая рыба туканаре. Она быстро
сократила численность

планктоноядных
рыб, что привело к размножению зоопланктона
и сокращению

количества
фитопланктона. Одновременно снизилась
численность обитающих на озере

крачек
и зимородков, питающихся рыбой, и
повысилась численность комаров,

личинки
которых прежде поедались рыбой.

Таким
образом, появление нового вида вызвало

серьезные
нарушения в экономике биоценоза озера
и временно дестабилизировало

его
структуру. В дальнейшем, по мере развития
коадаптации, при измененном

видовом
составе стабильность биоценоза может
восстановиться. Состояние

коадаптации
достигается даже между видами-антагонистами:
хищником и жертвой,

хозяином
и паразитом.

Наиболее
устойчивыми являются биогеоценозы,

характеризующиеся:
1) большим видовым

разнообразием,
2) наличием

неспециализированных
видов, 3) слабой

степенью
отграниченности от соседних экологических
систем и 4) большой биомассой. Действительно,

разнообразие
видового состава биоценозов обеспечивает
реальное существование не

столько
цепей, сколько сетей питания, поскольку
на каждом трофическом уровне

находятся
организмы разных видов, способные
заместить друг друга в выполнении

функций
биотического круговорота веществ при
изменении экологической ситуации

(рис.
16.4).

Неспециализированные
виды, способные обитать в

меняющихся
условиях и использовать разные источники
питания, объединяют разные

трофические
уровни экологической пирамиды, упрочивая
тем самым ее структуру.

Обмен
видами между соседними биоценозами
может обеспечить восстановление даже

существенно
нарушенного экологического равновесия.
Большое количество вещества,

накопленного
в виде биомассы, обладает свойствами
буферности, обеспечивая

систему
веществом и энергией при длительном
действии неблагоприятных

экологических
факторов, например, во время полярной
ночи в высоких широтах или

при
длительных сезонных наводнениях в
странах с муссонным климатом.

Рис.
16.4. Пищевая сеть в биогеоценозе смешанного
леса

Тесные
коадаптации популяций разных видов,
входящих

в
состав биоценоза, проявляются, как и
любые другие эволюционные события; на

фенотипическом
уровне, но по существу они —

результат
микро- и макроэволюционных процессов,
затрагивающих в первую очередь

их
генофонды. Поэтому экологический
гомеостаз базируется на коадаптациях

популяционных
генофондов и проявляется как выражение
свойства наследственности на
биогеоценотическом уровне.

Приобретение
экологической системой новых видов или
их утрата, изменение

скорости
и объема круговорота веществ, связанное
с изменениями генофондов

популяций
биоценоза, а также приспособление его
в целом как системы к

меняющимся
экологическим факторам есть проявление
свойства изменчивости. Другие
характеристики живых систем — обмен
веществ, выступающий в биогеоценозе в

виде
биогенного круговорота, и самовоспроизведение,
в результате которого на

базе
исходного биогеоценоза возможно
возникновение дочерних экосистем, —
также проявляются на этом уровне
организации

жизни.
Благодаря этому в биогеоценозах
реализуется и такое фундаментальное

свойство
живого, как способность эволюционировать.

3.
Основные формы биотических связей в
антропобиоценозах. Паразитизм как
биологический феномен. Карликовый
цепень. Биологические основы аутоинвазии.

Паразити́зм
(от др.-греч. παράσιτος —
«нахлебник») — один из видов сосуществования
организмов. Это явление, при котором
два и более организма, не связанные
между собой филогенетически, генетически
разнородны, сосуществуют в течение
продолжительного периода времени, при
этом они находятся в антагонистических
отношениях. Паразит использует хозяина
как источник питания, среду обитания.
Таким образом, комар является непостоянным
паразитом, хотя в этом случае взаимодействие
между организмами носит эпизодический
характер, самки комаров потребляют
кровь хозяина. В сфере медицинской
паразитологии термин «паразит» означает
эукариотический патогенный организм.
Простейшие и многоклеточные возбудители
инфекции классифицируются как паразиты.
Грибы не обсуждаются в учебниках
медицинской паразитологии, хотя они
являются эукариотами. Среди архей (они
не являются эукариотами) по состоянию
на 2003 год был известен лишь один
паразитический организм — Nanoarchaeum
equitansФормы паразитизма и
связанные с этим взаимные адаптации
паразитов и их хозяев чрезвычайно
многообразны. Различают эктопаразитизм,
при котором паразит обитает на хозяине
и связан с его покровами (клещи, блохи,
вши и др.), и эндопаразитизм, при котором
паразит живет в теле хозяина (паразитические
черви, простейшие и др.) По степени
тесноты связей паразита и хозяина
выделяют две формы паразитизма: облигатный
и факультативный. В первом случае вид
ведет только паразитический образ жизни
и не выживает без связи с хозяином
(паразитические черви, вши). Факультативные
паразиты, как правило, ведут свободный
образ жизни и лишь при особых условиях
переходят к паразитическому состоянию.
По продолжительности связей с хозяином
существуют постоянные и временные
паразиты; на сегодняшний день известен
только один паразит, который функционально
замещает собой орган хозяина — Cymothoa
exigua. Существуют также
различные формы «социального паразитизма»:
клептопаразитизм (то есть присвоение
чужой пищи), в том числе его особая форма
— т. н. яичный паразитизм, наблюдаемый
у некоторых видов рыб, птиц и насекомых,
когда для высиживания яиц и воспитания
новорожденных один организм подкидывает
свои яйца в гнездо другого (характерный
пример — кукушка) и др. Пути проникновения
паразитов в организм хозяина: пероральный,
перкутанный, контактный, внутрикишечный,
транспланцентарный, трансмиссивный,
трансовариальный.

[править]

Эволюция

Биотрофичный
паразитизм обычно является весьма
успешным приспособлением. В зависимости
от системы определений, около половины
известных видов животных имеют как
минимум одну паразитическую стадию в
своем жизненном цикле[источник не указан
436 дней]; также паразитизм довольно часто
встречается среди растений и грибов. С
другой стороны, практически все
свободноживущие виды животных являются
хозяевами одного или нескольких таксонов
паразитов.

Организмы-хозяева
обычно в ходе эволюции также изменяются;
у них появляются защитные механизмы
против паразитов. Растения часто
продуцируют токсины, которые могут
одновременно наносить эффективное
воздействие на паразитических грибов,
бактерий и растительноядных животных.
Иммунная система позвоночных способна
нейтрализовывать большинство паразитов
(особенно микропаразитов) при их контакте
с жидкостями организма.

С
другой стороны, большинство паразитов,
особенно микроорганизмов, эволюционно
приобрели адаптации для защиты от
противодействия хозяев. Такими адаптациями
могут быть утолщенные клеточные стенки
бактерий, клещи-захваты на конечностях,
предотвращающие вычесывание блох и
клещей из волосяного покрова, и т. д.

При
описанном типе взаимодействия оба вида
(хозяин и паразит) обычно совместно
эволюционируют к более-менее стабильному
состоянию, когда их влияние на численность
друг друга становится минимально
возможным (но из этого правила могут
быть и исключения — см. Паразитоиды).

Иногда
исследования паразитов помогает выявить
родственные связи между их хозяевами.
Например, длительный диспут орнитологов
относительно систематического положения
фламинго — являются ли они более
родственными с рядом Ciconiiformes
(Аистообразные) или Anseriformes
(Гусеобразные) — был решен благодаря
исследованию их паразитов, которые
оказались общими с таковыми у гусеобразных
(впрочем, исследования ДНК в последние
годы показало, что фламинго — не очень
близкие родственники и этого отряда).

Важно
отметить, что такие определения, как
«польза» и «вред», в случае паразитизма
иногда относятся не к отдельным индивидам,
а к виду в целом. Например, если при
поражении паразитом индивид становится
более сильным и выносливым, но теряет
функцию размножения (как это бывает при
поражении улитки некоторыми плоскими
червями), надо считать, что в эволюционном
смысле этот организм понес ущерб от
данного паразита. Сам по себе вред,
причиненный паразитом хозяину, может
варьировать в очень широких пределах:
от различного типа тканевых повреждений,
нарушений регуляторных механизмов к
гораздо более изощренным, таких как
изменение поведения хозяина. Негативное
воздействие инфекционных патогенных
микроорганизмов обычно связано с их
размножением в организме и воздействием
продуктов их жизнедеятельности на
хозяина.

[править]

Жизненный
цикл

Жизненный
цикл дизентерийной амебы

[править]

Вирусы

Вирусы
являются облигатными паразитами — они
не способны размножаться вне клетки.
Вирусы — сборная группа, не имеющая
общего предка. В настоящее время
существует несколько гипотез, объясняющих
происхождение вирусов. Считается, что
крупные ДНК-содержащие вирусы происходят
от более сложных (и, возможно, клеточных,
таких как современные микоплазмы и
риккетсии), внутриклеточных паразитов,
утративших значительную часть своего
генома

Карликовый
цепень (лат. Hymenolepis nana) — вид ленточных
червей отряда циклофиллид (Cyclophyllidea).
Половозрелые особи паразитируют в
кишечнике человека, намного реже у мышей
и крыс. Является одним из немногих
представителей ленточных червей, которые
могут осуществлять все стадии жизненного
цикла, не выходя из окончательного
хозяина.

Строение
взрослой стадии

Длина
тела половозрелой стадии (стробилы)
составляет 1—3 см. Состоит из головки
(сколекса) ( с 4 присосками и хобботком
с венчиком из 24-30 крючьев ), и до 200 члеников
(проглоттид). Сколекс переходит в
нечленистую шейку, от которой растут
членики, чем дальше членик, тем он старше.
Вначале идут незрелые членики, затем
гермафродитные, а последние (зрелые)
содержат матку, наполненную округлыми
или широкоовальными яйцами размером
до 40 мкм. Яйцо одето двумя прозрачными
оболочками, между которыми идут
извивающиеся нити — филаменты, отходящие
от утолщенных краев внутренней оболочки.
В яйце находится онкосфера диаметром
16-19 мкм, имеющая три пары крючьев.

Старение физиологический процесс, который сопровождается характерными возрастными изменениями, в результате которых организм утрачивает способность поддерживать гомеостаз, выполнять жизненно важные функции, что приводит к смерти.

Механизм старения реализуется благодаря основным двум компонентам:

1. Механическому изнашиванию клеток, тканей и структур организма.

2. Генетическим повреждениям.

Всем процессам старения свойственны:

· гетерохронность – возрастные изменения различных органов, тканей и систем могут проявиться в разное время;

· гетеротопность – выраженность процессов старения может отличаться в разных органах и системах;

· гетерокинетичность – развитие возрастных изменений имеет различную скорость.

Геронтологи – учёные, занимающиеся изучением всех аспектов старческих изменений, – считают, что, разобравшись во всех его механизмах, можно не только максимально продлить жизнь, но и улучшить самочувствие пожилых людей.

Классификация теорий

Все теории старения человека можно классифицировать по разным критериям. Так, исходя из уровня организации живой материи, можно выделить:

· клеточные;

· системные теории.

В зависимости от ведущего механизма возрастных изменений выделяют 2 большие группы теорий:

1. Эволюционные. Согласно им считается, что дряхление и увядание организма – необходимость для популяции вида, именно поэтому это запрограммированный и неизбежный процесс.

2. Теории повреждения. Предполагают что старение – не неизбежность, а всего лишь результат накопления повреждений, компенсация которых со временем становится невозможной, что и приводит к смерти.

Гипотезы и теории раскрывают процессы старения с разнообразных ракурсов, наиболее популярные идеи развиваются в течении многих лет и дорабатываются сразу несколькими ученными, которые становятся последователями родоначальников предположения.

История возникновения основных теорий

Первым значительным прорывом в изучении старения стала работа Вейсмана, в которой он утверждал, что данный процесс – необходимость для популяции человечества. Также ученный предположил, старость – результат длительной эволюции вида, позволяющий молодым особям занять место «бесполезных, утративших ценность и даже вредных индивидов».

Позднее, в 1951 году, Питер Медавар выступил на заседании Лондонского королевского общества с докладом «Нерешённая проблема биологии». Он отметил, что в условиях естественной среды обитания большинство животных не доживают до преклонного возраста, а значит никакого влияния эволюция на процессы старения оказать не могла.

В последующие годы учёные открывали всё новые факты, которые объясняли механизмы запуска и протекания старости.

Основные теории

Всего гипотез очень много (по некоторым данным – более 100 шт.), изучить особенности каждой из них не получится, но мы рассмотрим основные теории старения, достойные внимания. Ведь они не только формируют общее представление, но и объясняют процессы и механизмы, с помощью которых данный процесс осуществляется.

Эллевационная

В начале 50 годов её представил и обосновал Владимир Дильман, учёный из Ленинграда. По его убеждению, механизмы старения реализуются из-за возрастания порога чувствительности к гормонам в крови тканей гипоталамуса. Это приводит к тому, что концентрация данных веществ значительно увеличивается. Следствием этого становятся самые разнообразные нарушения, характерные для старческого возраста:

· диабет,

· ожирение;

· атеросклероз;

· гипертония;

· депрессия;

· канкриофилия;

· метаболическая иммунодепрессия;

· гиперадаптоз;

· климакс;

· аутоиммунные болезни.

Эти патологии значительно ухудшают здоровье, способствуют старческим изменениям, в конечном счёте приводят к смерти. Дильман предполагал, что эти изменения – «побочный эффект» онтогенеза (развития организма). По его утверждению, каждый человек изначально имеет определенную продолжительность жизни. Когда она близится к окончанию, автоматически запускаются характерные для пожилых возрастные деструктивные процессы. Именно они вызывают гибель организма.

Ученный предполагал, что стабилизировав гемостаз на постоянном уровне, можно избежать естественных старческих изменений, чем значительно увеличить продолжительность жизни человека.

Теория клеточного старения

Её представил на суд общественности Леонард Хейфлик в 1961 году. Он указал, что любая клетка человеческого организма имеет свой лимит успешных делений, так для фибробластов это не более 50-60 раз даже в идеальных условиях. Данный факт получил название «предел Хейфлика», хотя обоснования и пояснение природы этого явления автор так и не предоставил.

Теломерная теория

Объясняет механизмы «предела Хейфлика» и является неким развитием предыдущей теории. Так, в 1971 году Оловников А.М., который тогда являлся сотрудником Института биохимической физики, предположил, что природа ограниченного количества делений клеток в том, что с каждым циклом их хромосомы незначительно укорачиваются. А точнее уменьшаются их концевые участки, которые называются теломерами. В определенный момент они становятся настолько малы, что дальнейшее деление клетки просто невозможно.

Теорию подтвердило открытие, сделанное в 1985 году. Человечество узнало о существовании фермента, который называется теломераза. Его обнаружили в половых клетках, а также в атипичных единицах опухолей, данное вещество достраивало укороченные теломеры. Именно поэтому данные типы клеток способны делится бесконечное число раз.

Однако следует отметить, что существуют стволовые, раковые клетки, лимит делений которых исчисляется не десятками, а тысячами раз. Это свидетельствует о том, что теломерная теория в полной мере не раскрывает всех механизмов старения человека.

Теория перекрестных сшивок

Суть её в том, что глюкоза, наряду с другими сахарами, взаимодействует с белками, преобразовывая их в «клеточный мусор». Молекулы сахаров не только соединяются с белками, но и сшивают их между собой, это приводит к тому, что они теряют способность к выполнению своих функции.

Результат таких реакций – все наши ткани теряют эластичность. Увидеть это воочию можно на примере кожных покровов, которые со временем покрываются морщинами. Но самое опасное – возрастные изменения сосудистых стенок, в основе которого лежат те же механизмы внутренних сшивок молекул. К счастью на данном этапе развития медицина уже разработала специальные медпрепараты, которые борются с данным явлением и «расшивают» молекулы.

Апоптозная гипотеза

Автор данной идеи – академик В.П.Скулачёв – представлял апоптоз, как некий «суицид» клеток. По его убеждениям, в случае заражения вирусом, либо подвергшись какой-то мутации, единицы тканей самораспадаются с целью защиты окружающих структур. Это несёт двойную пользу для организма в целом – не происходит дальнейшего распространения влияния опасного фактора, и в тоже время соседние клетки используют структуры погибшей единицы в качестве строительного материала.

Однако в данном явлении сдержится не только польза, но и вред для организма, ведь гибнет значительно большее количество функциональных клеток, чем образуется новых. Не успевая строить новые единицы, организм замещает их соединительной тканью, что приводит к ухудшению работоспособности целых органов и систем.

Также Скулачёв доказал, что способность к апоптозу имеют не только клетки, но и её структуры, в частности митохондрии. Если в их составе образуется излишек свободных радикалов, они умирают, а при скоплении большого количества отмерших митохондрий в клетке она сама подвергается гибели. Все силы ученный приложил не только к изучению описанных явлений, но и к поиску средств противодействия клеточному распаду.

Сейчас разработан и активно изучается препарат SKQ, который по убеждению Скулачёва сможет справиться с механизмами старения человеческого организма.

Адаптационно-регуляторная теория

В.В.Фролькис работал над этой теорией 10 лет – с 1960 по 1970. Он развивал гипотезу о том, что смерть и старость – явления генетически запрограммированые. Он считал – на скорость наступления возрастных изменений влияет некий баланс между старением и «антистарением», который сам автор назвал витауктом.

Витаукт – механизм защиты организма от неизбежной старости, цель которого максимально увеличить продолжительность жизни благодаря повышению адаптационных способностей организма. Также в состав данной теории вошла гипотеза генорегуляции, согласно которой первично старение осуществляется за счет нарушений в работе регуляторных генов. Фролькис считал, что именно эти механизмы запускают реализацию распространенных возрастных патологий: диабета, атеросклероза, рака, болезни Альцгеймера, Паркинсона. Также на основе этих предположений была предложена идея генорегуляторной терапии, которая могла бы откорректировать сдвиги, находящиеся в основе возрастных патологий.

Работа Фролькиса получила широкое распространение и с 1995 года в Америке (первый международный конгресс касательно данной темы), как и в других странах мира, проходит детальное её изучение.

Редусомная теория

Имеет некоторое сходство с теломерной, но только в отличие от неё рассматривает не изменение хромосом при делении, а линейной молекулы ДНК редусомы. Её длина также уменьшается с каждым последующим делением, что со временем приводит и к снижению количество генов, зашифрованных в ДНК. Этот процесс и приводит к развитию возрастных изменений.

Вероятность соматических мутаций

Если все вышеописанные теории рассматривали старение как результат поломки в каком-то одном жизненно важном процессе, то данная считает возрастные изменения следствием комплексного воздействия внешних и внутренних неблагоприятных факторов на состояние генетического материала клетки. Каждая клеточная структура накапливает случайные мутации в своем геноме, что со временем приводит к акти- или инактивации специальных генов, ответственных за контроль роста и регуляцию клеточного цикла. Эти процессы лежат в основе многих возрастных механизмов старения и патологий, включая онкозаболевания.

Теория одноразовой сомы Кирквуда

Предложена Томасом Кирквудом, впервые опубликована в 1977 году на страницах журнала «Эволюция старения». Суть данной гипотезы: не существует какого-либо одного механизма запуска старости, а возрастные изменения являются результатом комплексного воздействия вредоносных факторов. Также Кирквуд предположил, что продолжительность жизни зависит от определенных генов, например генами репарации ДНК. Так, было получено подтверждение того, что даже стволовые клетки с возрастом становятся более чувствительные к генотоксичным воздействиям и значительно теряют регенеративные способности.

Согласно утверждениям Кирквуда, старость – необходимость для вида в целом, ведь организму приходится затрачивать значительное количество энергии для поддержания жизнеспособности. Гипотеза одноразовой сомы утверждает: природой заложено естественное увядание, дабы эта энергия направлялась не на увеличение продолжительности жизни, а на повышение репродуктивных способностей. С точки зрения эволюционного аспекта, удлинение продолжительности жизни отдельных представителей вида возможно тогда, когда вся популяция будет жить в хороших безопасных условиях. Проще говоря, избавив вид от естественного отбора, можно значительно увеличить время существования каждого его представителя.

Теория ошибок

В 1954 году американский физик изучил возрастные процессы на примере организмов, подвергшихся излучению радиацией. Он отметил что под её воздействием во всех клетках как человеческого, так и организмов животных, происходит целый ряд мутаций в молекулах ДНК. Помимо этого запускаются некоторые процессы, характерные для преклонного возраста – образование седины, появление раковых клеток. Исходя из этого, ученный сделал вывод о том, что старение – результат мутации. Самым большим минусом данной гипотезы является то, что Сциллард так и не объяснил, почему стареют не только организмы, подвергшиеся облучению радиацией, но и те, которые проживали в абсолютно благоприятных условиях.

Оргель О., ставший последователем американского физика, доработал гипотезу и объяснил старение не только результатом радиационного облучения, но и воздействием других негативных факторов – ультрафиолетом, различными токсическими веществами, вирусами и т.д. Он считал, данные «повреждающие агенты» приводят к изнашиванию ДНК, что и становится причиной старости.[3]

Теории старения

Сколько может прожить человек? Отчего одни люди  живут дольше других? Существуют ли «секреты» долгожительства и можем ли мы с вами ими воспользоваться? На эти вопросы отвечают разнообразные  науки.

Систематическое изучение продолжительности человеческой жизни началось в конце XVIIв., и на-ча.ло этому положил английский астроном эдмунд Галлей, тот самый, что открыл комету Галлея. Пы-таясь вывести математическую закономерность, которая  позволила бы определить возможную продол­жительность жизни, Галлей взял данные о смертности жителей польского города Бреслау (теперешний Вроцлав), в ту пору входившего в состав Германии, и составил так называемую «таблицу жизни», из ко­торой было видно, сколько человек умирло в том или ином возрасте. По расчетам ученого, ожидаемая продолжительность жизни жителя Бреслау в среднем составляла 34 года.

В XVIII—XIX столетиях науку о продолжительности жизни значительно продвинули вперед математики, работавшие в страховых компаниях — последние были заинтересованы в возможно более точных пределениях вероятной продолжительности жизни, так это позволяло вычислить сумму взносов, приносящих прибыль  по большинству страховых полисов. Первым математиком, составившим «таблицы жизни» для страховых компаний, был Джеймс Додсон.

Гипотезы износа.

Наиболее примитивные механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Известность получила одна из первых обще­биологических теорий, предложенная Н. Рубнером (1908). Автор исходил из существования обратной зависимости меж­ду интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни: «энергетическая теория старения». Согласно расче­там Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которое может быть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных, и’только человек имеет энергетический фонд в 3—4 раза больший, чем другие животные. Впоследствии это рассуждение не подтвердилось для многих видов. Неверным с точки зрения геронтологии был и вытекающий отсюда вывод, что для продления своей жизни человек должен проявлять минимальную активность. На самом деле ситуация противо­положная, и пассивный образ жизни сокращает ее срок.

Гено-регуляторная гипотеза.

Согласно этой концепции первичные изменения происхо­дят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов (структурных), от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Пря­мых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи ста­рения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении. Сообщалось и об открытии особого хромосомного фермента, препятствующего старению ДНК и способного омолаживать клетки человека (В. Райт и сотруд­ники).

Нейро-эндокрцнные и иммунные гипотезы.

Рекомендуемые материалы

Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие меха­низмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейро-эндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конк­ретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейро-эндокринная ситуация организма.

Довольно широкую известность получили гипотезы, связы­вающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биоло­гических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуля­ции деятельности желез внутренней секреции, которая осуще­ствляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.

Согласно гипотезе «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), старость рассматривается как нарушение внут­ренней среды организма, связанное с нарастанием активнос­ти гипоталамуса. В итоге в пожилом возрасте резко увеличи­вается секреция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Но наряду со стимуляцией одних структур гипоталамуса, другие при старении снижают свою активность, что приводит к «разрегулированию» многих сторон обмена и функции организма.

Молекулярно-генетические гипотезы.

Наибольшее внима­ние обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматри­ваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться зап­рограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетичес­кой информации.

Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в оп­ределенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тог­да при «растягивании» программы развития замедляется ра­бота «биологических часов», задающих темп программе ста­рения. Например, в опытах с ограничением питания в моло­дом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя меха­низм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окон­чательных размеров тела приводит к увеличению продолжи­тельности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онто­генеза, контролируется генами.

Старение по ошибке

Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генети­ческих повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различ­ными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в орга­низме побочных продуктов химических реакций и другие). Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК.

В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в си­стеме передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активнос­тью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждев­ременного старения и резкого укорочения длительности жиз­ни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые дан­ные о многочисленных репарациях ДНК, которые использу­ются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под на­званием «Наука отрицает старость» французский исследова­тель Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов тео­рия накопления ошибок в нуклеотидных последовательно­стях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не при­водит к 100% исправлению повреждений.

Многие геронтологи считают, что старение—ре­зультат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, «потеря точной или надежной (контролирующей)  информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода „поражений», „повреждений», „погрешностей» или „ошибок», нормальные биологические процессы пре­кращаются и возрастные изменения становятся оче­видными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».

Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского универ­ситета, полагают, что ключевым моментом в старе­нии являются ошибки в ДНК. Необратимые измене­ния в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации—это изменения в информа­ции, зашифрованной в структуре ДНК, которая конт­ролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании повой ДНК, в результате ошибок в про­цессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка нач­нет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков — ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестает  выполнять свои функции или даже погибнет.

Теория старения в результате накопления мута­ций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом  который пришел к этому выводу, на­блюдая за действием радиации на людей и живот­ных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения лю­дей и животных. И хотя он не сумел объяснить, ка-ким образом мутации возникают у людей и живот­ных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они. возможно, есть не что иное, как результат есте­ственных повреждений клеток.

Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхвейнской националь­ной лаборатории в Нью-Порке, разделяют точку зре­ния Сцилардл и также считают, что старение вызы­вается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное му­тациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы 11 клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДИК.

По мысли некоторых ученых, обусловленное мута­циями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправимыми  повреждениям и РНК, белков и ферментов Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старе­нию клеток в результате, как он это назвал, «ката­строфы ошибок». Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит «матрицей», с которой делается множество идентичных копий мо­лекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с «конвейера» будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, не­которые ферменты участвуют в производстве белков на базе «матричной» РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные «матрицы», что приведет к кумулятивному эффекту — лавинообразно­му накоплению ошибок и к последней катастрофе— смерти.

Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит под­тверждением теории «катастрофы ошибок» Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старе­ние, вызванное накоплением ошибок, окажутся успеш­ными. Возможно, понадобится устранять не первич­ную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуля­ции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, за­ключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ и клетках, что уменьшает вероят­ность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения  температуры тела. Как подтвер­дили опыты, жизнь животных низших животных — рыб и черепах —  действительно от этого удлиняется.

Истребление свободных радикалов

Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, ста­тичных конструкции наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные бил  длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые до­вольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны дру­гих молекул—одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма. другие — вещест­ва, загрязняющие окружающую среду, и частности свинец.  Таким образом, в клетке постоянно образуются  новые молекулы, заменяющие поврежденные. В процессе обмена веществ образуются молекулы Особою рода, которые называются свободными радикалами, они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обме­на веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для «сжигания» углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и об­ладающий высокой активностью, соединяется с молекулми клетки.

По определению Алекса Комфорта, свободный радикал—это «высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно». В результате бес­контрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также мо­лекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы —  применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долю сохраня­ющиеся продукты, которые подвергались влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидаит называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных ко­личествах. На всех этикетках круп, жевательной ре­зинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и дру­гих пищевых продуктов можно найти надпись: «Для сохранности добавлен ВНТ». Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании «Шелл», но его так заворожили «бессмерт­ные» клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский ин­ститут, чтобы посвятить себя изучению процесса ста­рения) показали, что крысы, которым скармливался

ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не полу­чавшие этого препарата. Вслед за Харменом, Ком­форт показал, что антиоксидант этоксихин увеличи­вает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продле­вают жизнь крыс и мышей на 15—20 %.

В настоящее время ВНТ и другие антиоксидан­ты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экс­периментах на животных. Но все же их можно рас­сматривать как один из способов продления жизни —  при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.

Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Map (Ка­лифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 10 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.

Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроет­ся в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжитель­ности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь. Добавим   только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола близкого к другому химическому веществу — диэтиламиноэтанолу образующемуся при инъекциях людям геровитала препарата против      старения.

Ещё     один путь предотвращения  старения, вызванного свободными радикалами — разнообразные диеты. Как   полагает Хармен, липиды особенно ненасыщенные, которыми   богаты масла и растительные   продукты, участвуют в свободнорадикальных реак­циях и таким образом могут способствовать ускорен­ному старению. Скармливая мышам повышенные до­зы ненасыщенных липидов или увеличивая процент­ное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.

Защитой от свободных радикалов является и ви­тамин Е. «Старение обусловлено процессом окисле­ния,— говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе,— а так как витамин Е при­надлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому про­цессу в организме». Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы вита­мина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина  в  их корме определенно со­кращает срок жизнь этих животных. Он также изу­чал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: «Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения… идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека… Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения».

Тэппел указывает также, что в пище должно со­держаться достаточное количество витамина С — он действует синэргически, способствуя более эффек­тивному удалению свободных радикалов витами­ном Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различ­ных поправок в нашей пище, а именно за счет сни­жения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста мо­жет дать значительный положительный эффект. Ди­еты «с учетом свободных радикалов», заключает Хармен, открывают перед нами «перспективы продле­ния срока жизни свыше 85 лет, а также возможность  для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».

Старение от «поперечных сшивок»

Юхан Бьёркстен возглавляет некоммерческий Ис­следовательский центр в Мэдисоне (штат Вискон­син), который он основал в 1952 г. для проведения герпетологических исследований. Бьёркстен начал свою деятельность в геронтологии весьма необычно. В начале 40-х годов он работал биохимиком в фир­ме «Дитто» (которая в те времена была самым круп­ным производителем пленки для процесса, предшест­вующего ксерокопированию) и занимался исследованиями целью которых было предотвратить порчу («старение») пленки. Основным ингредиентом плен­ки, помимо специальных химических добавок, без ко­торых копирование невозможно, является желатин — студнеобразная взвесь белков в воде. Бьёркстен об­ратил внимание на сходство процессов старения же­латина пленки и подобных ему белков в организ­ме — хрящей и связок. Оба процесса связаны с ре­акциями в белках, приводящими к потере эластич­ности.

Бьёркстена заинтересовало следующее обстоятель­ство: скованность в мышцах и суставах пожилых людей очень напомнила ему процесс дубления, при котором белки в коже или желатине затвердевают под воздействием определенных химикатов. Бьёрк­стен знал, что при дублении между молекулами бел­ков образуются своеобразные химические «мостики», которые носят название поперечных сшивок, и ему пришла в голову мысль о том, что старение человека может объясняться возникновением таких же «мостиков». В 1942 г. он выразил эту мысль следующим образом «Мне кажется, что старение живых  организмов обусловлено случайным образованием «сшивания» мостиков между молекулами белков, которые репарирующие ферменты клетки уже не в состоянии разорвать. Продолжая работать над теорией сшивок, Бьёркстен Что имеется еще один тип сшивок — в молекулах ДНК. По мысли Бьёркстеда между двумя цепочками поперечные сшивки не могут быть разрушены нормальными репарационными системами клетки. Этот неустраним мыи «мостик» мешает синтезу РНК на ДНК что в свою очередь нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК о процессе деления клетки и таким обра­зом препятствуют возобновлению клеток

Образование сшивок в белках и ДНК может быть вызвано многими химическими веществами, которые обычно находятся в клетках в виде продуктов процесса обмена, или загрязнителями вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих «сшивки» в нашем организме, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему ста­рение протекает так медленно.

Доказательствами теории Бьёркстена занимался финский ученый Э. Хейккинен из Университета в Турку, который продемонстрировал прогрессирующее с возрастом накопление «сшивок» в коже крыс. Дру­гие исследователи обнаружили подобные же возраст­ные накопления сшивок в артериях, хрящевой ткани и мышцах не только у крыс, но и у людей.

Но Бьёркстен не остановился на теоретических изысканиях. Много лет он занимался исследования­ми, которые, по его замыслу, должны были найти практическое применение в борьбе со старением, вызванным «сшивками». Ряд экспериментов проводил­ся на почвенных бактериях, которые обладают способ­ностью расщеплять «сшитые» молекулы, так как обитают в среде, где основным источником их питания служат именно «сшитые» молекулы мертвых тканей, например опавших листьев. По мнению Бьёркстена, некоторые из этих бактерий синтезируют ферменты, которые позволяют им расщеплять такие «сшитые» молекулы на усваиваемые фрагменты. Пока ученому удилось выделить около 140 таких культур бактерий. Ему удалось также выделить ферменты из этих бактерий. и он обнаружил, что один из этих ферментов оказался   особенно эффективным при разрушении «сшивок» в мертвой ткани тела человека. В опытах на живых мышах он показал, что фермент не токсичен, более того, мыши старели медленнее и жили несколько дольше, чем мыши, не получавшие фермента.  Однако пока невозможно сделать какие-либо конкретные выводы на основании немногочисленных опытов на животных, целью которых была проверка на токсичность.

Вместе с тем не исключено, что потенциальные возможности ферментов, открытых Бьеркстеном. Могут заключаться не только в замедлении процесса старения или в омолаживающем эффекте. Их особенности позволяют надеяться, что они окажутся эффективными «растворителями» веществ, вызывающих атеросклероз. Атеросклероз – «затвердеваниеартерий»  — главный убийца мужчин в США, ибо он является причиной инфарктов и инсультов. И хотя мы до сих пор многого не знаем об атеросклерозе, изве­стно, что «затвердение» вызывается отложением на стенках артерий определенного сочетания жиров и белков, соединенных огромным количеством «сши­вок». Если ферменты Бьёркстена и в самом деле смогут устранить атеросклероз, вполне возможно, что они добавят лет двадцать к средней продолжительно­сти жизни человека, так как помогут предотвратить инфаркты и инсульты.

Нарушение регуляторной функции мозга

Человеческий и организм хорошо функционирует только в том случае, если все его части взаимодей­ствуют четко и в должной последовательности На эту необходим ос п. сложенного физиологического функционирования различных систем организма впер­вые обратил внимание еще в прошлом веке блестя­щий французский философ и физиолог Клод Бернар. Исследования Бернара помогли нам понять, как про­текает процесс пищеварения, каким образом углево­ды запасаются  в печени, чтобы использоваться затем и случае необходимости, и как работают мозг, серд­ца и плацента.

Бернар обратил внимание на то, что клетки тела омываются внеклеточной  очной жидкостью, похожей на кровь, и что она доставляют питательные  вещества и кислород из крови и клетки, а также уносит шлаки, в том числе двуокись углерода, из клеток в кровь. Бернар придавал большое значение сохранению этой жидкости в теле для нормального функционирования клеток; он назвал ее milieu interieur—внутренней средой организма. Он писал: «Неизменность внутрен­ней среды организма есть непременное условие сво­бодной и независимой жизни… Все жизненные меха­низмы тела, сколь бы разнообразны они ни были, служат одной-единственной цели: сохранению посто­янства условий жизни во внутренней среде организма ».

Вслед за Бернаром другие физиологи также начали сознавать, что для нормального функционирования  организма необходима согласованная работа всех его частей. В самом начале нашего века Уолтер Кэннон, профессор физиологии Гарвардского универ­ситета, назвал способность организма регулировать функции и взаимодействие всех его частей гомеостазом (от греческих слов homoios — «подобный» и sta­sis—«неподвижность»). Кэннон подчеркнул, что гомеостаз так же необходим для организма в целом, как и, по мнению Бернара, для внеклеточной жид­кости.

Согласно  высказываниям  советского кого  ученого В. М. Дильмана (Научно-исследовательский онколо­гический институт им. Н. В. Петрова в Ленинграде), основным условием поддержания гомеостаза являет­ся «скоординированная деятельность двух главных регулирующих систем — эндокринной и нервной». Эн­докринные железы — это органы, выделяющие в кровь гормоны: щитовидная железа, околощитовидные железы, яичники и яички, надпочечники, поджелудоч­ная железа, тимус (вилочковая железа) и гипофиз. Гормонами называют химические вещества, регули­рующие различные особенности обмена веществ на клеточном уровне и в организме в целом, а в некото­рых случаях и выделение других гормонов. Эндокрин­ные железы постоянно «надзирают» за внутренней средой организма, отмечая любое отклонение от нор­мы; при обнаружении таких отклонений они выделя­ют в кровь гормоны, которые нормализуют состояние. Например, поджелудочная железа выделяет инсулин в кровь после еды, когда сахар из перевариваемой пищи поступает в кровоток и его содержание в крови превышает норму. Инсулин позволяет клеткам тела Использовать сахар для производства энергии и в то же время запасать избыточный сахар в виде жира.

Гипофиз — «главная железа организма» — выде­ляет множество гормонов, которые в свою очередь управляют выделением гормонов другими железами внутренней секреции. Но на самом деле «главная железа—лишь «рабыня» гипоталамуса, которым являются подлинным  центром регулирования гомеостаза тела. Гипоталамус, как и гипофиз, находится и головном мозге управляет многими нашими жизненно важными отправлениями, среди которых назовем сон, жажду,      голод, половое  влечение, менструальный цикл у женщин, водно-солевой баланс, температуру тела, кровяное давление и выделение гормонов.

Некоторые геронтологи, в том числе и Дильман, полагают, что многие изменения, появляющиеся в ор­ганизме по мере старения человека, обусловлены по­степенной утратой организмом способности сохранять гомеостаз посредством гормонального контроля и моз­говой регуляции. Многие симптомы старения, судя по всему, объясняются потерей контроля за образовани­ем гормонов, в результате чего их вырабатывается либо слишком много, либо слишком мало и регули­рование жизненных процессов разбалансировывается. Климакс, например, обусловлен потерей гормона эстрогена, производимого яичниками. Это приводит к снижению способности к деторождению и уменьше­нию влагалищных выделений, (что может нарушать половое общение), снижению тонуса мышц, источение и сухости кожи. В климактерический период воз­растает количество холестерина и крови, а это значит, что после прекращения менструаций женщины под­вергаются наравне с мужчинами опасности заболева­ний сердца, которые связаны с тем, что отложения холестерина блокируют кровоснабжение сердца.

Д-р Калеб Финч из Геронтологического центра Андруса при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе относится к числу выдающихся исследова­телей роли нарушения гомеостаза при старении. На­рушение гомеостаз Финч объясняет не просто не­правильным функцнониронованием самих эндокринных желез, а нарушением контроля гипоталамуса над ги­пофизом, что в свою очередь приводит к потере конт­роля над деятельностью эндокринных желез. В под­тверждение своей гипотезы он ссылается на экспери­менты двух ученых Тайваньского университета, Мин Цу п пена и Хай Хохуана. Последние показали, что янчннкн, пересаженные от старых крыс молодым, «омолаживались» до такой степени, что снова начи­нали выделят яйцеклетки. Более того, как продемон­стрировали английские ученые, молодые самки крыс оказывались оплодотворен н ым и даже в том случае, если им пересаживали яичники от старых, стериль­ных самок, причем потомство было нормальным во всех отношениях. А это значит, по мнению Финча, что яичники и другие эндокринные железы управляются гипоталамусом и нарушение эндокринного гомеостаза происходит не в эндокринных железах, а в гипота ламусе.

Другое доказательство того, что за нарушение го­меостаза, которое, возможно, приводит к старению, ответствен гипоталамус, представлено д-ром Джозе­фом Мейтесом из Мичиганского университета. Мейтесу удалось вызывать овуляцию у старых самок крыс препаратом L-ДОФА (диоксифенилаланин). Это ле­карство увеличивает в мозгу количество молекул хи­мических веществ, называемых катехоламинами, ко­торые концентрируются в гипоталамусе и других от­делах мозга. Возможно, что катехоламины являются регулирующими веществами, которые производятся некоторыми клетками гипоталамуса для контроля над гипофизом, а тот в свою очередь выделяет гормоны, контролирующие деятельность других эндокринных желез, и тем самым оказывает влияние почти на все жизненные процессы организма. Таким образом, утверждает Финч, «изменения в небольшой популяции клеток в мозгу (т. е. в гипоталамусе) могут быть причиной многих изменений в организме… Эти клет­ки могут оказаться регуляторами вызываемого гормонами процесса старения». Как показали эксперимен­ты, проведенные Мейтесом, L-ДОФА увеличивает ко­личество катехоламинов. Это позволяет сделать вывод. что сравнительно несложные приспособительные изменения химизма тела могут компенсировать нару­шения в гипоталамусе. Препарат L-ДОФА уже много лет используется для лечения болезни Паркинсона почти без каких-либо побочных явлений. Возможно, «И окажется вполне безопасным средством в борьбе со старением

И в самом деле, уже появились данные о том, что препарат L-ДОФА способен продлевать жизнь. В 1974 г. Джордж Котциас, ученый Брукхейвенской национальной лаборатории, сообщил, что при скармливал мышам L-ДОФА «продолжительность их период расцвета сил значительно увеличиваются». По сравнению  с контрольной группой  вдвое больше экспериментальных животных дожило до полуторагодичного возраста. Котциас также давал значительные дозы L-ДОФА людям без видимого вреда (правда, эти дозы были меньше, чем в опытах на мышах).   Согласно Котциасу, крупному рогатому ско­ту постоянно скармливают бархатные бобы, растение, которое иногда содержит огромные количества L-ДОФА — втрое больше, чем получали мыши в его опытах,— и тем не менее никакого побочного эффекта не наблюдалось. Лекарства, которые называют инги­биторами моноаминоксидазы и которые психиатры ис­пользуют в качестве антпдепрессантов, могут также, по мнению некоторых врачей, применяться для уве­личения количества катехоламинов в мозгу человека.

Аутоиммунное старение

Иммунная система тесно связана с адаптацией, приспособ­лением организма к стрессу, вызываемому изменениями ок­ружающей среды. Здоровая иммунная система защищает орга­низм от вторжения вирусов, бактерий, грибков и многих дру­гих чужеродных субстанций. При старении ее функция сни­жена, она теряет свою эффективность в выполнении ряда специфических задач. С этим связано повышение восприимчивос­ти организма к ряду заболеваний, особенно к так называемым аутоиммунным болезням, в основе которых потеря способнос­ти организма отличать «свои» белки от «чужих». У пожилых людей процент различных аутоантител, вырабатывающихся против собственных белков, значительно повышен. В период от 40 до 80 лет он может увеличиться в 6—8 раз. Все это ведет к са­моразрушению и старению организма, его «иммунологическо-му разоружению». Критика этой гипотезы сводится к тому, что в этом случае речь идёт не о первичных изменениях. Посколь­ку сама иммунная система очень сложна, а ее регуляция не вполне выяснена, попытки ее «омоложения» еще не вполне под­готовлены: «взбодрение» общей иммунной реакции может уси­лить аутоиммунные процессы.

Иммунная система организма защищает его от различных болезнен, в том числе от рака. Как мы уже отмечали, гллнпымп компонентами иммунной си­стемы являются белые клетки крови двух типов: В и Т. В-клетки специализированы для борьбы с бак­териями, вирусами и раковыми клетками: они выде­ляют белки, называемые антителами, которые при­крепляются к болезнетворным организмам и способ­ствуют их разрушению. Т-клетки в первую очередь атакуют и разрушают чужеродные тела, например раковые клетки и трансплантаты.

Д-р Рой Уолфорд из Калифорнийского универси­тета в Лос-Анджелесе предполагает, что клетки обо­их типов с возрастом начинают функционировать все хуже. Заболевемость раком потому и учащается в старости, что В- и Т-клетки более не способны актив­но атаковать раковые клетки. Другая причина заклю­чается в том, что по мере старения организма В- и Т-клетки начинают вести себя ненормально, нападая не только на раковые, но и на нормальные, здоровые клетки. Такое разрушение тела его собственной за­щитной системой получило название аутоиммунитета. «Старение — это… аутоиммунный процесс»,— утвер­ждает Уолфорд и приводит в пример целый ряд атоиммунных болезней, которые сопровождаются симпто­мами старения: ревматизм, повреждающий сердечные клапаны; гломерулонефрет разрушающий почки; рев­матический полиартрит, приводящий к постепенному разрушению суставов. По словам д-ра Патриции Ме­редит, коллеги Уолфорда, «нормальный процесс ста­рения у человека может быть аналогичен некоему аутоиммунитету, затрагивающему все ткани тела».

Д-р Уильям Адлер из Национального института гериатрии штата Мэриленд, касаясь «интригующей гипотезы о возможной связи между функциями им­мунном системы и явлениями старения», говорит, что имеются данные о снижении с возрастом производства антител и функции Т-клеток в человеческом орга­низме.

Ученые пытаются найти способы «омолаживания» Иммунной системы, чтобы предотвратить аутоиммуное старение. В 1969 г. Такаши Макинодиан, коллега Адлера по институту гериатрии, продемонстрировал. что удаление селезенки у старых мышей почти удво­ило продолжительность их жизни. Алекс Комфорт назвал это самым значительным из всех известных сроков продления жизни.

Селезенка — орган, который в случае повреждения легко удаляется без видимых вредных для организма последствий расположена под левым легким рядом с желудком. Она служит хранилищем красных клеток крови: в экстренных случаях. когда происходит большая потеря крови, селезенка высвобождает для кровообращения свои запасы. В селезенке также хра­нятся Т-клетки; вот почему по мере того, как тимус теряет способность производить новые Т-клетки, в организме все же остается достаточное их количество.

Это обстоятельство позволило Макинодиану пред­положить, что, будучи депо Т-клеток, селезенка у состарившихся животных (и людей) содержит избыточ­ное количество дефектных Т-клеток и это приводит к аутоиммунному старению, поэтому удаление селезенки у старых животных способно продлить им жизнь. Вводя клетки селезенки от старых мышей бо­лее молодым, ученый показал, что экспериментальные мыши меньше живут. Из этого он сделал вывод: се­лезенка хотя бы отчасти «виновна» в старении и смерти и ее удаление «значительно повышает вероят­ную продолжительность жизни».

Однако, предупреждает ученый, удаление селезен­ки само по по себе не будет полностью эффективным Средством продления жизни, ибо в этом органе нахо­дится множество функционирующих Т-клеток, необхо­димых организму для борьбы с болезнями и раковыми

Клетками. Согласно Макинодиану, после удаления селезенки больному следует ввести Т-клетки из его собственного организма (взятые в молодости и замо­роженные) или от более молодого донора, клетки ко­торого совместимы с клетками реципиента. Получе­ние Т-клеток от молодого организма вполне возмож-но, так как тимус и селезенка быстро восполняют их недостачу. Макинодиан проводил предварительные исследования такого «омолаживания Т-клетками», вводя клетки от молодых крыс старым. Последние оказались более устойчивыми к болезням, чем конт­рольные старые крысы. Из этого ученый сделал сле­дующий вывод: если сначала удалить селезенку, а затем вводить в старый организм молодые функцио­нирующие Т-клетки, то «введение молодых Т-клетой может открыть возможность значительного продления жизни».

Аутоиммунное старение может также быть замед­лено или обращено вспять тимозином — гормоном, выделяемым вилочковой железой (тимусом). Этот гормон обнаружил в 1965 г. Аллан Голдстейн из Ме­дицинской школы Техасского университета в Галвестоне. По предположению ученого, тимозин поддер­живает функционирование Т-клеток. Голдстейн также знал, что существует особый тип Т-клеток, клетки-по­мощники, которые каким-то образом помогают В-клеткам синтезировать антитела. Следовательно, поддерживая активность клеток-помощников, тимозин будет так же способствовать сохранению функций В-клеток, как и Т-клеток. Тимозин обнаруживается в тимусе многих животных, в том числе мышей, кро­ликов и коров, а также человека, но Голдстейн пред­почитает пользоваться тимозином коров, так как он активен и в организме человека. Коровий инсулин, применяемый для лечения диабета у людей, уже спас тысячи жизней со времени его открытия в 1921 г.; кто знает, быть может, коровий тимозин поможет нам справиться с аутоиммунным старением.

Голдстейн показал, что с возрастом количество тимозина у человека уменьшается. Это позволило ему утверждать, что именно недостатком тимозина объяс­няются более частые случаи заболевания раком среди пожилых людей, а также увеличение числа аутоиммунных заболеваний, которые Уолфорд считает  причиной старения. Таким образом, мы получили убедительные доказательства того, что недостаток тимозина, по крайней мере отчасти, является причиной аутопммунных заболеваний и даже дегенеративных изменений в преклонном возрасте. Голдстейн уже по­казал, что тимозин эффективен в борьбе с определен­ными видами рака. Дальнейшие исследования пока­жут, насколько он сможет замедлить или предотвратить  процесс старения.

Аутоиммунное старение может быть замедлено также диетой, а именно строгими ограничениями в еде. Более 40 лет назад, в 1935 г., Клив Мак-Кей из Корнеллского университета продемонстрировал, что если крысы получают ровно столько пищи, сколько требуется для сохранения веса тела, продолжитель­ность их жизни возрастает на 25%. Другие исследователи показали, что ограничение в пище, особенно для более старых животных, продлевает им жизнь. Так, в 1968 г. Д. С. Миллер и П. Р. Пейн из Кол­леджа королевы Елизаветы в Лондоне обнаружили. что при уменьшении количества белков в рационе стареющих мышей их жизнь продлевалась на 28 %.

Во всех этих опытах крысы получали меньше ка­лорий, чем обычно, вместе с тем пища была полно­ценной в отношении питательных веществ: в нее вхо­дили достаточные для сохранения здоровья количество белков, углеводов, жиров и витаминов. В итоге удалось выявить, что старые животные, которых держали на ограниченном рационе, реже болели раком, болезнями почек и сердца, чем животные, получав­шие стандартный рацион. Как утверждает Алекс Комфорт, эксперименты со строгими ограничениями в еде оказались настолько успешными, что этот способ «остается наиболее эффективным из всех известных  настоящее время методов изменения скорости… Одряхления».   Ограничение в пище, дающее эффективное продление жизни, по мнению уже известного нам Уолфорда» также действует путем замедления процесса аутоиммунного старения. «Существенное продление жизни за счет ограничения в еде говорит Уолфорд. — можно объяснить тем, что иммунная система… более всех других систем организма восприимчива к голоданию». Ограничение в пище не вредит иммунной  системе.   напротив, оно замедляет ее деградацию, снижая актив­ность, поэтому, по крайней мере у животных, Т- и В-клетки дольше остаются «молодыми». На самом деле Уолфорд показал, что ограничение в пище снижает активность иммунной системы у молодых мы­шей, но повышает активность Т- и В-клеток у старых мышей, что делает их более устойчивыми к болезням более того, у них обнаруживается меньше признаков аутоиммунного старения, чем у старых мышей, полу­чающих стандартный рацион.

Следовательно, если мы будем есть меньше, со­храняя при этом необходимое для жизни количество питательных веществ, то сможем замедлить темпы аутоиммунного старения. Комфорт считает, что этой возможности ученые до сих пор не уделяли должного внимания. Он говорит: «Если учитывать важность ограничения в еде для замедления старения, то эта проблема еще не получала достаточного освещения и слабо проверяется экспериментальным путем».

«Лимфоидная гипотеза».

Вместе с этой лекцией читают «12 Оценка параметров регрессионной модели».

 Новый вариант иммунной теории старения основывается на представлении о старении как воз­растном снижении интенсивности самообновления организма и утрате его сопротивляемости, на несомненной связи иммун­ной системы со старением и длительностью предстоящей жизни (Подколзин, Донцов, 1996). Предполагается, что причиной рано наступающего снижения иммунных функций является необходимость ограничения роста, причем, лимфоцитам при­писывается контроль над процессами деления самых различ­ных типов клеток, а следовательно, участие в ключевых ме­ханизмах реализации программы роста. Ослабление этой фун­кции лимфоцитов может предопределить и снижение потен­циальной способности клеток к делению в старости. Морфо­логическим субстратом старения, по мнению авторов гипоте­зы, является гипоталамус, оказывающий первичное регули­рующее влияние на иммунную систему.

В качестве аргумента приводятся, в частности, некоторые результаты пересадки регуляторных ядер гипоталамуса ста­рым животным, что позволило восстановить у них ряд частных функций (половую, иммунную и другие) и достичь неко­торых показателей общего омоложения.

Единая адаптационно-регуляторная теория

Опыт создания общебиологической комплексной теории ста­рения целостного организма отражен в адаптационно-регуляторной гипотезе (Фролькис, 1970, 1975. Фролькис, Владимир Вениаминович, академик АН Украины, круп­ный советский и украинский геронтолог и экспериментатор). Она опирается на общее представление об изменениях саморегуляции организма на разных уровнях его организации как причинах старения. Следствием этих процессов являются сдвиги в адаптивных воз­можностях. Благодаря неравномерному характеру этих возра­стных изменений, приспособительные механизмы развивают­ся на разных уровнях жизнедеятельности, начиная с регуля-торных генов. Ведущее значение в механизмах старения целос­тного организма придается изменениям нейрогуморальной ре­гуляции, затрагивающим и сферу психики, эмоций, мышечную работоспособность, реакции в системах кровообращения, дыха­ния и т. д. Вместе с гено-регуляторной концепцией (см. выше), эти положения и составляют основу адаптационно-регулятор-ной теории, рассматривающей старение как сложный, внутрен­не противоречивый процесс. В. В. Фролькис (1995) считает, что болезни старости также зависят от изменения активности оп­ределенных генов. Следовательно, можно предположить связь возрастной патологии с генорегуляторными механизмами ста­рения.

Наряду с возрастной инволюцией, угасанием, нарушения­ми обменно-гормонального статуса и ряда функций, этот пе­риод характеризуется также возникновением важных адап­тивных механизмов. Так, например, при падении секреции гормонов щитовидной железы повышается чувствительность к ним соответствующих тканей («мишеней»),

Особые приспособительные механизмы, характерные толь­ко для человека, — это высокий уровень социально-трудовой деятельности, активности, что позволяет сохранить умствен­ную и физическую работоспособность до глубокой старости. Они тормозят старение и способствуют увеличению продол­жительности жизни. Такое понимание механизмов старения согласуется с представлением о нем как о развивающейся в эволюции адаптации.

В заключение можно отметить, что к настоящему времени собрано огромное количество фундаментальных данных о сущ­ности, особенностях и механизмах процессов старения на раз­ных уровнях биологической организации. Хотя предложено уже около 300 гипотез, действенная полноценная теория он­тогенеза пока еще не создана. Несомненно, что она вберет в себя многое из того, что содержится в современных гипотезах. В лю­бом случае, очевидно, что поскольку старение человека определя­ется, по крайней мере, двумя группами факторов — генетически­ми и экологическими, — не существует какой-то единственной универсальной причины старения, но множество частично вза­имосвязанных и независимых механизмов как запрограммиро­ванных, так и случайных, которые и составляют комплексный феномен—старение.