Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

Но вот в чем загвоздка — существуют организмы, состоящие всего из одной клетки. Таковы бактерии, простейшие животные, вроде амеб, и давние друзья человека — одноклеточные грибы дрожжи. Если у этих тварей существует апоптоз, то это значит, что у них есть программа самоубийства всего организма, коль скоро в данном случае клетка и организм — одно и то же.

Программа самоуничтожения действительно была обнаружена у дрожжей, причем совсем недавно — в первые годы XXI века (кстати, главную роль в этом открытии сыграли российские биологи из МГУ, чем мы очень гордимся!) [300,321,266] [1] В квадратных скобках дана ссылка на научную статью Федора Северина и Энтони Хаймана, в которой, собственно и описан этот феномен. Полные данные статьи выглядят так: Severin, F.F., Hyman, A.A. (2002) Pheromone induces programmed cell death in S. cerevisiae. Current Biol 12, 7, R233-R235. То есть, приведены авторы, год публикации, название, курсивом — название научного журнала, в котором вышла эта статья, далее номер тома и номера страниц в этом журнале. В эпоху интернета любой желающий может найти сайт этого журнала и прочитать там эту статью, найдя ее по году и номерам страниц. Приводить полные данные в тексте книги неудобно, поэтому все ссылки пронумерованы и приведены единым списком в конце этой книги. Первая работа Северина и Хаймана стоит в нем под номером [300] Оказалось, что внешним сигналом, запускающим программу смерти, может быть феромон — вещество, выделяемое особями другого пола с целью привлечения партнера. Мы не будем здесь вдаваться в душераздирающие подробности полового размножения дрожжей — с ними можно познакомиться в части II (раздел II.1.3), но сформулируем главную мысль. Совершенно естественное вещество (феромон), запускающее половое размножение грибов, убивает дрожжевую клетку, если что-то идет не так в этом процессе. Причем делает это не потому, что оно само ядовито — его и образуются-то совсем ничтожные количества. Нет, дрожжи умирают потому, что феромон связывается с белком-рецептором на поверхности дрожжевой клетки и, тем самым, запускает сложнейший каскад «самораскручивающихся» реакций, в конце концов, приводящих к смерти этого одноклеточного организма.

Если вы найдете в себе силы читать нашу книгу дальше, то вы узнаете, что половое размножение и смерть, как правило, идут рука об руку практически у всех видов живых существ. И в этом есть глубокий биологический смысл.

Помимо дрожжей, существует огромный мир микроорганизмов, также одноклеточных, но устроенных гораздо проще. Так называемые прокариоты [2] Дрожжи, как и все остальные грибы, а также растения и животные (и люди) относятся к эукариотам — организмам, в клетках которых есть ядро и другие органеллы. Органеллы — это как бы «органы клетки», то есть, структуры, специализирующихся на выполнении тех или иных физиологических задач, важных для жизни клетки. Одноклеточные организмы, клетки которых не имеют органелл, называются прокариотами. — эубактерии и архебактерии, или археи. У них также обнаружены механизмы самоликвидации, хотя и работающие иначе, чем у наших клеток или у дрожжей (подробнее об этих механизмах см. в разделе II.1.3 и в Приложении 2).

Например, у эубактерий существуют системы типа «долгоживущий токсин — короткоживущий антитоксин», когда клетка медленно синтезирует белок, потенциально способный её убить. Такого убийства не происходит «в тучные годы», пока аминокислоты — вещества, необходимые для синтеза белков, находятся вокруг в достаточном количестве: клетка успевает быстро синтезировать белок-противоядие — антитоксин, который связывается с токсином и нейтрализует его. Токсины не только медленно синтезируются, но также медленно и распадаются. А вот антитоксин распадается быстро. В результате «в тощие годы», когда аминокислот начинает не хватать для синтеза новых белков, антитоксин распадается и исчезает, в то время как количество токсина уменьшается лишь незначительно. Итог печален: токсин, освобождаясь из комплекса с антитоксином, активируется и убивает бактерию.

Бактерии гибнут, их становится меньше, а стало быть, снижается и потребление ими аминокислот. В конце концов количество аминокислот в немногих бактериях, оставшихся в живых, поднимается до уровня, достаточного для синтеза белков, и выжившие бактерии-счастливчики начинают снова синтезировать антитоксин, связывающий избыток токсина. Таким образом, популяция бактерий на своем, микроскопическом уровне решает проблему перенаселения Земли [185,323,86,391].

Итак, программы гибели, открытые первоначально в клетках многоклеточных существ, есть и у одноклеточных организмов. Поскольку в случае одноклеточного понятия «клетка» и «организм» совпадают, можно утверждать, что запрограммированная смерть организма записана в геноме по меньшей мере у этого типа живых существ.

Но может быть старение запрограммировано только у некоторых одноклеточных, продолжительность жизни которых измеряется днями, а у человека и всех прочих ныне живущих многоклеточных такая программа утрачена, и они стареют и умирают как-то иначе? Давайте рассмотрим этот вопрос.

В этой главе мы попытаемся убедить вас, что умирать по программе могут не только одноклеточные, но и многоклеточные организмы. Для удобства изложения нам понадобится новый термин, обозначающий запрограммированную смерть организма. По аналогии с апоптозом клеток, мы назвали самоубийство организма феноптозом. Заметим, что, например, для наших любимых пивных дрожжей феноптоз и апоптоз — это одно и то же.

Где нам искать примеры феноптоза? Первый выбор достаточно очевиден, если задуматься, зачем это явление могло понадобиться природе. Речь пойдет об однократно размножающихся существах. Не всем животным и растениям повезло как человеку или, скажем, сосне. Нам с этими величественными деревьями разрешено иметь потомство много раз.

Для многих видов живых организмов слова «любовь» и «смерть» в действительности означают два следующих друг за другом события. И родители либо вообще никогда не видят своих детей, либо немного подращивают их, а потом освобождают место молодым. Это жестоко, но целесообразно с точки зрения выживания популяции. Так быстрее сменяются поколения, что позволяет перебрать больше вариантов, увеличив разнообразие потомства, т. е. быстрее приспосабливаться к меняющимся условиям среды.

Более или менее понятно, как рождается новое поколение существ, но задумаемся, а куда девается предыдущее поколение у таких однократно размножающихся видов? Мы считаем, что ответом на этот вопрос является феноптоз.