Содержание
Введение 3
Старение — уступка энтропии? 6
Бессмертные бактерии 7
От мыши до слона 8
С кислородом нужно обращаться осторожно 10
Биохимия старения 11
Ответы на вопросы 13
Литература 15
Введение
Нет человека, который не задумывался бы о старости, о смерти. Это вечная
тема для размышлений и лучших умов человечества, и самых обычных людей.
Ученые пытаются найти универсальные причины механизма старения, нащупать
пути управления этими процессами. Многие вопросы так и остаются открытыми,
на некоторые из них нашелся ответ совсем недавно.
...Уж если медь, гранит, земля и море
Не устоят, когда придет им срок,
Как может уцелеть, со смертью споря,
Краса твоя — беспомощный цветок?
В. Шекспир.
[pic]
Клетки, взятые от эмбриона, растут в стерильных сосудах до тех пор, пока
они не покроют его дно. Затем часть клеток переносят в новый сосуд со
свежей средой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока клетки сохраняют
способность делиться и размножаться. Так удалось экспериментально
установить, что нормальные (неопухолевые) клетки человека могут делиться “в
пробирке” не более 50 раз, если они взяты от эмбриона, и не более 20 раз,
если это клетки взрослого человека.
Тридцатиграммовая мышь, которая дышит с частотой 150 раз в минуту, за свою
трехлетнюю жизнь делает около 200 миллионов дыханий. Это же число дыханий
пятитонный слон, делающий 6 вдохов и выдохов в минуту, совершит за 40 лет.
Сердце мыши, бьющееся с частотой 600 ударов в минуту, за время ее жизни
сделает 300 миллионов ударов. Сердце слона, сокращающееся 30 раз в минуту,
совершит столько же ударов за его более долгую жизнь. Поэтому можно
сказать, что физиологически они проживают жизнь одинаковой протяженности.
Американская исследовательница Толмазофф и ее коллеги установили, что
продолжительность жизни прямо пропорциональна отношению активности фермента
супероксиддисму тазы к интенсивности обмена веществ: чем больше эта
величина, тем дольше живет организм. Активность же этого важнейшего
фермента, защищающего наши клетки от старения, существенно не меняется.
Старение — уступка энтропии?
Изредка встречаются люди, к которым неприменимы обычные законы и правила —
они могут обходиться без сна, не заражаются опасными инфекциями во время
самых страшных эпидемий. Однако нет человека, который неподвластен
старению. Все живое стареет, разрушается и погибает. И даже неживая
природа: здания, камни, мосты и дороги — тоже постепенно ветшают и приходят
в негодность. Очевидно, что старение — это некий обязательный процесс,
общий для живой и неживой природы.
Немецкий физик Р. Клаузис в 1865 году впервые пролил свет на глубинные
причины этого явления. Он постулировал, что в природе все процессы
протекают асимметрично, однонаправ ленно. Разрушение происходит само собой,
а созидание требует затраты энергии. За счет этого в мире постоянно
происходит нарастание энтропии — обесценивание энергии и увеличение хаоса.
Этот фундаментальный закон естествознания называется также вторым началом
термодинамики. Согласно ему, для создания и существования любой структуры
необходим приток энергии извне, поскольку сама по себе энергия имеет
тенденцию рассеиваться в пространстве (этот процесс более вероятен, чем
создание упорядоченных структур). Живые организмы относятся к открытым
термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию и
преобразуют ее в органические и неорганические соединения, животные
организмы разлагают эти соединения и таким образом обеспечивают себя
энергией. При этом живые существа находятся в термодинамическом равновесии
с окружающей средой, постепенно отдают или рассеивают энергию, поставляя
энтропию в мировое пространство.
Оказалось, однако, что существование живых организмов не полностью
исчерпывается вторым началом термодинамики. Закономерности их развития
объясняет третий закон термодинамики, обоснованный выдающимся бельгийским
ученым И. Пригожиным, выходцем из России: избыток свободной энергии,
поглощенный открытой системой, может приводить к самоусложнению системы.
Существует определенный уровень сложности, находясь ниже которого система
не может воспроизводить себе подобных.
Живые организмы в каком-то смысле противостоят нарастанию энтропии и хаоса
во Вселенной, образуя все более сложные структуры и накапливая информацию.
Этот процесс противоположен процессу старения. Такая борьба с энтропией
возможна, по-видимому, благодаря существованию неустаревающей генетической
программы, которая многократно переписыва ется и передается следующим
поколениям. Живой организм можно сравнить с книгой, которая постоянно
переиздается. Бумага, на которой написана книга, может износиться и
истлеть, но содержание ее вечно.
Бессмертные бактерии
Когда мы говорили о том, что все живое подвержено старению, то допустили
неточность: есть ситуации, к которым это правило неприменимо. Например, что
происходит, когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится
пополам? Она дает начало двум другим клеткам, которые в свою очередь снова
делятся, и так до бесконечности. Клетка, давшая начало всем остальным, не
успела состариться, фактически она осталась бессмертной. Вопрос о старении
у одноклеточных организмов и непрерывно делящихся клеток, например половых
или опухолевых, остается открытым. А. Вейсман в конце ХIХ века создал
теорию, которая постулировала бессмертие бактерий и отсутствие у них
старения. многие ученые согласны с ней и сегодня, другие же подвергают ее
сомнению. Доказательств хватает у тех и других.
А как обстоит дело с многоклеточными организмами? Ведь у них большая часть
клеток не может постоянно делиться, они должны выполнять какие-то другие
задачи — обеспечивать движение, питание, регуляцию внутренних процессов.
Это противоречие между необходимостью специализации клеток и сохранением их
бессмертия природа разрешила путем разделения клеток на два типа.
Соматические клетки поддерживают жизненные процессы в организме, а половые
клетки делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и
умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных
многоклеточных организмов, содержащих триллионы соматических клеток, в
сущности направлено к тому, чтобы обеспечить бессмертие половых клеток.
Как же происходит старение соматических клеток? Американский исследователь
Л. Хейфлик установил, что существуют механизмы, ограничивающие число
делений: в среднем каждая соматическая клетка способна не более чем на 50
делений, а затем стареет и погибает. Постепенное старение целого организма
обусловлено тем, что все его соматические клетки исчерпали отпущенное на их
долю число делений. После этого клетки стареют, разрушаются и погибают.
Если соматические клетки нарушают этот закон, они делятся непрерывно,
многократно воспроизводя свои новые копии. Ни к чему хорошему это не
приводит — ведь именно так появляется в организме опухоль. Клетки
становятся “бессмертными”, но это мнимое бессмертие в конечном счете
покупается ценой гибели всего организма.
От мыши до слона
Проблема старения напрямую связана с вопросом о разной продолжительности
жизни у разных организмов. Немецкий физиолог М. Рубнер в 1908 году первым
обратил внимание ученых на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем
мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака — 20 лет, лошадь — 46, слон —
70. Рубнер объяснил это разной интенсивностью обмена веществ.
Суммарная затрата энергии у разных млекопитающих в течение жизни примерно
одинакова — 200 ккал на 1 грамм массы. По мнению Рубнера, каждый вид
способен переработать лишь определенное количество энергии — исчерпав ее,
он погибает. Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода
зависят от размеров животного и площади поверхности тела. Масса возрастает
пропорцио нально линейным размерам тела, взятым в кубе, а площадь — в
квадрате. Слону для поддержания своей температуры тела необходимо гораздо
меньше энергии, чем такому же по весу количеству мышей — общая поверхность
тела всех этих мышей будет значительно больше, чем у слона. Поэтому слон
может себе “позволить” гораздо более низкий уровень обмена веществ, чем
мышь. Этот высокий расход энергии у мыши и приводит к тому, что она быстрее
исчерпывает отведенные на ее долю энергетические запасы, чем слон, и срок
ее жизни намного короче.
Таким образом, существует обратная зависимость между интенсивностью обмена
веществ у животного и продолжительностью его жизни. Малая масса тела и
высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Эта
закономерность была названа энергетическим правилом поверхности Рубнера.
Несмотря на убедительную простоту открытого Рубнером правила, многие ученые
не согласились с ним. Они усомнились в том, что правило объясняет причины
старения всех живых организмов — из него существует немало исключений.
Например, человек не подчиняется этому закону: суммарная затрата энергии у
него очень высокая, а продолжительность жизни в четыре раза больше, чем
Страницы: 1, 2