Мы стареем из-за динозавров: как доминирование гигантских рептилий навсегда укоротило нашу жизнь

Многие виды рептилий, амфибий и рыб имеют странную устойчивость к течению времени. С возрастом их физиологические показатели практически не ухудшаются, а вероятность смерти не возрастает по экспоненциальной кривой. В науке это явление получило название «пренебрежимое старение». В то же время ни одно млекопитающее — от лабораторной мыши до человека — не обладает подобным свойством. Для нашего класса позвоночных характерна обязательная, системная и неотвратимая деградация организма.

Биолог Жоао Педро де Магальяйнс из Бирмингемского университета опубликовал работу, в которой предложил обоснование этого нашего недостатка. Он переносит фокус с клеточной биологии на палеонтологию и эволюционную историю. По его версии, базовые причины нашего быстрого старения кроются в условиях, в которых предки современных млекопитающих существовали более ста миллионов лет назад, во времена доминирования динозавров.

Физиологические барьеры млекопитающих

Сначала уточним, каких именно биологических функций лишены млекопитающие по сравнению с другими позвоночными. Разница заключается не просто в скорости старения, а в отсутствии базовых механизмов восстановления тканей.

Во-первых, это регенерация зубов. Рептилии и рыбы способны обновлять зубы на протяжении всей своей жизни по мере их изнашивания или потери. Млекопитающие тут ограничены: человек, как и большинство родственных нам видов, имеет лишь два набора зубов. Когда второй набор разрушается, организм не способен запустить процесс формирования третьего.

Во-вторых, это репродуктивное старение. Самки млекопитающих появляются на свет с уже сформированным, конечным запасом яйцеклеток. С возрастом этот запас истощается, что приводит к менопаузе и полной остановке репродуктивной функции. Напротив, многие виды амфибий и рептилий сохраняют способность к образованию новых яйцеклеток и размножению до самого конца своей долгой жизни.

В-третьих, это устойчивость к онкологическим заболеваниям и способность к регенерации сложных тканей. Земноводные могут заново отращивать утраченные конечности с полным восстановлением костей, мышц и нервов. Млекопитающие отвечают на подобные травмы формированием рубцовой ткани. Более того, клетки млекопитающих гораздо хуже справляются с накоплением генетических ошибок с возрастом, из-за чего вероятность развития рака у млекопитающих в старости возрастает многократно.

Главный вопрос: почему эволюция лишила нас этих полезных свойств? Ответ скрыт в эпохе мезозоя, которая длилась от 200 до 66 миллионов лет назад.

Правило быстрых жизней

В мезозойскую эру высшими и самыми массовыми наземными хищниками были динозавры. Первые млекопитающие, появившиеся примерно в то же время, оказались в крайне невыгодном положении. Они не могли конкурировать с гигантскими рептилиями за ресурсы или территории. Чтобы выжить как класс, наши отдаленные предки были вынуждены стать очень мелкими животными, весом не более 250 граммов, и перейти к строго ночному образу жизни, скрываясь в темноте и питаясь насекомыми.

Такой формат существования означал крайне высокий уровень внешней смертности. Мелкие млекопитающие постоянно становились добычей хищников. Вероятность того, что отдельная особь проживет несколько лет, была минимальной.

В таких условиях законы естественного отбора начинают работать специфическим образом. Биологические ресурсы организма не бесконечны. Защита клеток от рака, поддержание сложной системы регенерации конечностей или постоянное обновление зубов требуют огромных затрат энергии. Если животное с вероятностью 99 процентов будет съедено хищником в первый год своей жизни, природе нет никакого смысла тратить энергию на поддержание систем, которые обеспечат этому животному здоровье на десятилетия вперед.

Единственной успешной стратегией выживания для ранних млекопитающих стало максимальное ускорение жизненного цикла. Эволюция отдавала предпочтение тем особям, которые быстрее росли, раньше достигали половой зрелости и немедленно приносили потомство. Де Магальяйнс называет этот период «бутылочным горлышком долголетия».

Любая мутация, вызывающая рак или старческие болезни на пятом году жизни, перестала отбраковываться естественным отбором, потому что почти никто из млекопитающих до этого возраста просто не доживал. В результате механизмы долгосрочного восстановления организма перестали поддерживаться эволюцией и постепенно исчезли из генома.

Утрата генетического кода

Гипотеза подтверждается прямыми молекулярными доказательствами. В процессе эволюции виды могут терять гены, если те долгое время не используются или если их отсутствие не влияет на выживание до момента размножения.

Самый изученный пример таких потерь у млекопитающих — система фотолиазы. Это особый фермент, который присутствует у большинства растений, рептилий и птиц. Его задача — быстро и эффективно находить и устранять повреждения в структуре ДНК, которые возникают под воздействием ультрафиолетового излучения солнца.

Предки плацентарных млекопитающих, прячась от дневных хищников, провели миллионы лет в темноте. Они практически не подвергались воздействию прямых солнечных лучей. Фермент фотолиаза стал ненужным. Случайные мутации, отключавшие гены, ответственные за производство этого фермента, больше не приводили к гибели особей. В итоге вся линия развития современных млекопитающих полностью утратила эту мощную систему защиты ДНК. Сегодня наши клетки вынуждены использовать другие, менее эффективные механизмы для устранения повреждений от ультрафиолета, что напрямую связано с риском развития рака кожи.

Жизнь после мезозоя

Около 66 миллионов лет назад падение астероида привело к вымиранию динозавров. Давление на млекопитающих резко снизилось. Они вышли на свет, начали осваивать новые территории, увеличиваться в размерах и занимать высшие ступени пищевых цепей. Появились виды, способные жить долго: слоны, приматы, китообразные.

Однако эта новая эволюционная ступень базировалась на генетическом фундаменте, сформированном миллионами лет выживания мелких короткоживущих предков. Эволюция не способна просто вернуть утраченные гены обратно.

Современные долгоживущие млекопитающие достигают своего возраста не за счет изначальной генетической стабильности, а за счет вторичных адаптаций. Например, гренландские киты и слоны выработали механизмы подавления опухолей путем копирования других защитных участков генома, а не за счет возвращения идеальной системы регенерации, которая есть у рептилий. Именно поэтому даже самые успешные долгожители среди млекопитающих, включая людей, подвержены физиологическому старению. Наш организм изнашивается, потому что фундаментальные ограничения были заложены в него сотни миллионов лет назад.

Значение для науки о старении

Долгое время исследователи концентрировали свои усилия на изучении геномов мышей, обезьян и людей в попытках найти универсальные ключи к остановке старения или лечению возрастных заболеваний.

Однако если «гипотеза бутылочного горлышка» верна, то изучение только млекопитающих имеет пределы. Мы пытаемся найти решения внутри генетической системы, из которой эти решения были удалены естественным отбором в эпоху динозавров.

Для того чтобы понять, как работает истинное предотвращение клеточной дегенерации, современной науке необходимо расширить масштаб секвенирования и анализа. Ученым следует гораздо пристальнее изучать генетический код рептилий, амфибий и некоторых видов рыб. Именно в их ДНК, не прошедшей через стомиллионный период ускоренной жизни и ранней смертности, сохранились полные инструкции по долгосрочному поддержанию здоровья и регенерации тканей, которых так не хватает современному человеку.

Источник: BioEssays