Неизбежность старения доказали математически

 Jan Jansz Treck. Vanit?, nature morte, 1648

Londres. National Gallery.

Расчеты эволюционных биологов из университета Аризоны показали, что старение многоклеточных организмов неизбежно. Математическая модель, построенная учеными, продемонстрировала, что в многоклеточном организме снижению жизнеспособности клеток в перспективе есть только одна альтернатива — рак. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В своих рассуждениях ученые отталкивались от двух популярных генетических теорий старения: теории накопления соматических мутаций и теории антагонистической плейотропии. Первая из них, как следует из названия, гласит, что старение происходит в результате накопления в ДНК мутаций в процессе жизни. Вторая теория подразумевает, что некоторые гены имеют плейотропный (неоднозначный) эффект на приспособленность организма: в молодом возрасте эти гены, или их определенные аллели, увеличивают репродуктивный успех, и поэтому поддерживаются отбором, однако с возрастом начинают негативно влиять на приспособленность.

Обе эти теории подразумевают существование неких генетических вариантов, ассоциированных со старением. Если представить существование достаточно сильного отбора против этих вариантов, в процессе эволюции возможно получить некий «бессмертный генотип». В противном случае, клетки неизбежно деградируют по разным причинам — к примеру, в результате постепенного накопления неправильно свернутых белков и удаления эпигенетических меток.

Для осуществления отбора необходима межклеточная конкуренция, которая существует в сообществах одноклеточных организмов. Однако в рамках многоклеточного организма межклеточная конкуренция ограничена необходимостью поддерживать некие функции, полезные для организма в целом. Авторы работы определяют это ограничение как кооперацию и подразумевают, что кооперация ассоциирована с постепенным снижением жизнеспособности отдельных клеток за счет отсутствия отбора. В то же время наличие отбора на приспособленность неизбежно приводит к снижению уровня кооперации и к образованию раковых клеток. Различные варианты развития событий, предсказанные моделью, представлены на графике ниже.

Графики, отражающие изменение со временем соотношения функциональных (черным цветом), стареющих (серым) и раковых (штриховкой) клеток в многоклеточном организме при отсутствии конкуренции (верхняя панель) и при наличии конкуренции (нижняя панель). Графики E и F наиболее приближены к реальности, так как подразумевают наличие и стареющих клеток, и раковых

Paul Nelson and Joanna Masel / PNAS 2017

Таким образом, приспособленность отдельной клетки и кооперация являются противоположными по смыслу величинами. В то же время, жизнеспособность многоклеточного организма — это функция от обеих этих переменных. Модель, построенная учеными, показала, что возрастание одной переменной не компенсирует снижение другой. Поэтому, как снижение приспособленности, так и снижение кооперации неизбежно ведет к общей потере жизнеспособности.

Логику модели можно вкратце объяснить так: если в многоклеточном организме между клетками не будет конкуренции, они неизбежно состарятся и умрут. Однако если конкуренция будет, в перспективе соревнование выиграют бессмертные раковые клетки, которые растут по своим законам и не считаются с нуждами организма.

Сами авторы признают, что их модель имеет ограничения, например, подразумевает, что между приспособленностью и кооперацией нет положительной корреляции, в то время как в более сложных системах она может быть.

Мы рассказывали о том, что у людей признаки старения мозга обнаруживаются уже в молодости, а максимальную продолжительность человеческой жизни на основании статистических данных ограничили 115 годами.

Дарья Спасская

Источник: nplus1.ru

Комментарии: