«Время от времени человеческий разум растягивается новой идеей или ощущением и никогда не сжимается до прежних измерений».
– Оливер Уэнделл Холмс-старший.
Рассматривая механизмы старения – мы стареем из-за генетических факторов и изменений, которые происходят в нашей ДНК, клетках и телах с течением времени. Рассматривая «почему» старения с более широкой точки зрения, в конечном итоге возникает тот фактор, который объясняет множество «почему» вопросов в биологии: эволюция.
Самые ранние размышления об эволюционной роли старения появились в работах по естественному отбору Альфреда Рассела Уоллеса и Чарльза Дарвина в 1860-х годах. Они считали, что старение является видом, характерным, как полосы на зебре, причем каждый вид имеет свой возрастный предел. Теперь мы знаем, что старение не программируется в гены так же, как другие биологические процессы, но, безусловно, существуют генетические и другие эволюционные силы на работе.
Потеря эволюционного давления
В 1952 году сэр Питер Медавар написал «Неразрешенная проблема биологии», посвященная эволюции старения. В нем он развил понимание того, что эволюционное давление теряет свою силу по мере того, как возраст животных. Примером его идей является то, что адаптация, которая улучшает физическую форму молодых (тех, кто еще не размножается), будет предпочтительнее, даже если эти адаптации приведут к пагубным последствиям или даже смерти, когда люди пройдут свое репродуктивное расстройство. Говоря чисто в эволюционных терминах, смерть пожилого члена населения часто имеет небольшой недостаток в плане выживания видов. Эволюционное давление, таким образом, способствует эволюции генов, отрицательные эффекты которых откладываются до тех пор, пока после размножения и влияния естественного отбора не уменьшится с возрастом.
Сила эволюционного давления зависит от требований экологической ниши. Например, животные, которые сталкиваются с интенсивным давлением выживания у хищников, могут способствовать эволюции быстрого производства больших пометов, таких как кролики или мыши. Напротив, обстоятельства, которые облегчают эволюционное давление, такие как сокращение хищничества из-за среды обитания, размера, скорости или способности летать, могут позволить более низкий объем репродукции и увеличить ценность, которую пожилые члены приносят к виду (например, воспитывая молодых ).
Одноразовая сома
В 1977 году английский биолог Том Кирквуд предложил теорию «Одноразовая сома» (или одноразовое тело). Вместо того, чтобы подчеркивать генетически запрограммированное старение или долголетие, эта теория фокусируется на том, что жизнь требует значительных ресурсов и энергии. С ограниченными ресурсами клетки и организмы попадают между расходами энергии на самообслуживание и размножение. Если взрослая смертность от хищников, инфекция, несчастный случай или голодание высока, то не имеет смысла использовать драгоценные ресурсы для восстановления ДНК, антиоксидантной защиты или оборота белка для производства длительного тела. В результате организмы развились так, что количество энергии, вложенной в поддержание тела, является достаточным для того, чтобы животное живое достаточно долго, чтобы воспроизводить, но меньше, чем это требовало бы для него жить бесконечно.
Сфокусировавшись на энергии и ресурсах, одноразовая теория сомы помогает объяснить различные виды жизнедеятельности среди видов. Вид с высокой внешней смертностью (например, от сильных давлений хищничества) должен логически инвестировать меньше энергии в поддержание сотовой связи и большую энергию в быстром воспроизведении. По этой теории члены таких видов будут иметь более короткие сроки жизни, если их возраст возрастет, поскольку их инвестиции в энергию в поддержании организма минимальны. Лабораторные данные и полевые работы из сравнительной биологии поддерживают эту теорию. Животные с приспособлениями, которые уменьшают внешнюю смертность, обычно имеют более длительный срок службы. Это различие даже наблюдалось у разных популяций одного и того же вида. Стивен Остад, клеточный биолог, обнаружил, что Виргинские опоссумы живут на острове, где смертельная смертность была низкой в возрасте более медленным темпом, чем опоссумы, живущие на материке, где был значительный риск смерти от хищничества. Не было доказательств того, что другие факторы окружающей среды (например, паразитизм, болезни или снижение доступности продуктов питания) способствовали этой разнице.
Теория одноразовой сомы была дополнительно подкреплена наблюдениями о том, что ограничение калорийности увеличивает продолжительность жизни у лабораторных животных. Имеет смысл, что ограничение калорийности будет направлять энергию, выделенную на рост и размножение, на ремонт и обслуживание. В голодном голодании существует постоянная угроза, приводящая к адаптивным ответам. Во времена дефицита воспроизводство будет уменьшено, поскольку выживанию потомства угрожает опасность. Вместо этого энергия будет инвестирована в поддержание тела, чтобы выжить до того времени, когда пища была бы более многочисленной, а репродуктивная эффективность была бы выше.
Динамика населения
В последнее время эволюционный биолог Джошуа Миттельдорф добавил демографическую теорию старения, основанную на динамике популяций. Он полагает, что естественный отбор на индивидуальном уровне подталкивает рождаемость неуклонно выше, до тех пор, пока темп роста населения не приблизится в три раза к скорости восстановления экосистемы. В этот момент неизбежно возникает хаотическая демографическая динамика. Индивидуальный выбор не может решить эту коллективную проблему. Вымирания населения, которые следуют, будут столь же частыми, насколько это необходимо, чтобы превзойти индивидуальный отбор и обеспечить соблюдение ограничений роста, приводя систему обратно в более стабильное состояние. Появление старения как адаптация хорошо вписывается в эту структуру. Старение станет одним из механизмов, с помощью которых вид может контролировать свой уровень смертности, подавляя сильные колебания, которые в противном случае могут привести к исчезновению. Старение вместе с репродуктивным и хищным сдерживанием помогло бы сохранить рост населения более стабильными темпами.
Метафизический ответ
И, возможно, есть метафизический ответ на вопрос «почему мы стареем?». Мы стареем, чтобы дать нашему сознанию способность расти. Поэтому наше сознательное старение не предопределено или не связано с простыми способами, как наша генетика. Это потенциальность, которую мы можем выбрать для развития или нет.