CC BY
1
№ 1 (118)
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, МЕДИЦИНА И ФАРМАКОЛОГИЯ
СТАТЬИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ
январь, 2025 г.
КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
ГЕРОНТОЛОГИЯ И ГЕРИАТРИЯ
ЭТОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СТАРЕНИЯ
Огнивцев Сергей Борисович
д-р экон. наук, проф., генеральный директор Института системного анализа и интеллектуальной собственности,
РФ, г. Москва E-mail: [email protected]
THE ETHOLOGICAL THEORY OF AGING
Sergey Ognivtsev
Doctor of Economics, Professor, CEO Institute of System Analysis and Intellectual Property,
Russia, Moscow
АННОТАЦИЯ
В связи с закономерными ростом доли и значения группы людей старших возрастов и уменьшением рождаемости проблема обеспечения долгой и здоровой жизни приобретает новые социальные и политические черты. Несмотря на то, что этой проблемой занимается множество научных и медицинских организаций, единой теории, объясняющей старение, до сих пор нет. В статье на основе анализа сопутствующих старению процессов делается вывод о наличии некоторой программы, координирующей эти процессы. Описанные в статье основные теории старения не объясняют причины старения. Обосновывается целесообразность переноса исследований с молекулярных механизмов, связанных со старением, на которые сейчас приходится около 90% всех работ в этой сфере, на более высокий уровень межклеточных взаимодействий и коллективного клеточного интеллекта. Предложена этологическая теория (гипотеза), считающая, что старение, подобно развитию организма, является проявлением врожденной схемы коллективного поведения (коллективного интеллекта) клеток человека и заключающаяся в многократном ступенчатом торможении жизненных процессов клеток в ответ на негативные процессы в организме. Обосновывается гипотеза о наличии центра старения, расположенного в древних подкорковых областях головного мозга, и намечаются первые шаги в исследованиях схемы коллективного поведения клеточных сообществ, обуславливающей старение.
ABSTRACT
Due to the natural increase in the share and importance of the group of older people and a decrease in the birth rate, the problem of ensuring a long and healthy life is acquiring new social and political features. Despite the fact that many scientific and medical organizations are dealing with this problem, there is still no unified theory explaining aging. Based on the analysis of the processes accompanying aging, the article concludes that there is some kind of program coordinating these processes. The basic theories of aging described in the article do not explain the causes of aging. The expediency of transferring research from the molecular mechanisms associated with aging, which now account for about 90% of all work in this field, to a higher level of intercellular interactions and collective cellular intelligence is substantiated. An eth-ological theory (hypothesis) is proposed, which believes that aging, like the development of an organism, is a manifestation of an innate scheme of collective behavior (collective intelligence) of human cells and consists in multiple stepwise inhibition of the vital processes of cells in response to negative processes in the body. The hypothesis of the presence of an aging center located in the ancient subcortical regions of the brain is substantiated, and the first steps in the study of the scheme of collective behavior of cellular communities that causes aging are outlined.
Ключевые слова: демографический переход, старение, биологический возраст, эпигенетика, экспрессия, подсознание, клеточный интеллект, этология, схемы поведения, гипоталамус, промежуточный мозг, неокортекс.
Библиографическое описание: Огнивцев С.Б. ЭТОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СТАРЕНИЯ // Universum: медицина и фармакология : электрон. научн. журн. 2025. 1(118). URL: https://7universum.com/ru/med/archive/item/19031
№ 1 (118)
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, МЕДИЦИНА И ФАРМАКОЛОГИЯ
январь, 2025 г.
Keywords: demographic transition, aging, biological age, epigenetics, expression, subconscious, cellular intelligence, ethology, behavioral patterns, hypothalamus, intermediate brain, neocortex.
1. Введение
В настоящее время человечество вплотную приблизилось к демографическому переходу, к смене роста населения планеты его сокращением. В развитых странах население уже убывает, и вскоре эта тенденция станет мировой. Это приведет к быстрому росту доли старших возрастных групп, от здоровья и работоспособности которых все в большей степени будет зависеть мировая экономика и благополучие человечества.
По данным ВОЗ, доля населения старше 65 лет 2023 году превысила 740 млн и быстро растет. Ожидается, что к 2050 году численность людей старше 65 превысит 1,6 млрд. Еще быстрее растет доля людей старше 80. Ожидается, что за период с 2020 по 2050 год численность населения в возрасте 80 лет и старше вырастет втрое и достигнет 426 млн человек [1]. Причем среди них будет немало весьма состоятельных и желающих максимально продлить свою здоровую жизнь людей.
Генеральная Ассамблея ООН провозгласила период 2021-2030 гг. Десятилетием здорового старения ООН и поручила ВОЗ руководить его проведением [2]. Десятилетие здорового старения ООН — глобальное сотрудничество, в рамках которого правительства, гражданское общество, международные учреждения, специалисты, академические круги, средства массовой информации и частный сектор должны в течение 10 лет совместно предпринять согласованные усилия по содействию более длительной и здоровой жизни людей.
Осенью 2023 года была обнародована Дублинская декларация борьбы со старением [3], подписанная более чем 2000 ведущих ученых и специалистов всех стран мира. Именитые эксперты, подписавшие Декларацию, сходятся во мнении, что в сфере борьбы со старением в ближайшие годы ожидается прорыв и необходимо объединить усилия в борьбе со старением.
Таким образом, к настоящему времени в мире сформировался запрос общества на разработку методов замедления старения и продления периода здоровой жизни человека.
В ответ на этот запрос возникло предложение: в мире более 300 научных институтов и исследовательских центров занимается различными аспектами старения; появилось великое множество косметических и СПА центров, студий и клиник; вырос интерес к этой тематике со стороны гигантов ИТ-индустрии, которые создали биотехнологические и биоинформационные подразделения. Усилились инвестиционные потоки на борьбу со старением: проект Altos Labs привлек около 3 млрд долл., (инвесторы - Джефф Безос и Юрий Мильнер); в Швейцарии создан Фонд науки о долголетии с капиталом 1 млрд долл.; Саудовская Аравия объявила, что намерена тратить 1 млрд долл.
в год на борьбу со старением; Национальный институт здравоохранения США увеличил свой бюджет на исследования, связанные со старением, с 2,6 млрд долларов в 2014 году до 5,7 млрд долларов в 2021 году [4].
Оптимизм в борьбе со старением внушают также следующие соображения. От открытия Резерфордом атомного ядра (1913 год) до создания ядерного реактора и атомной бомбы (1942 -1945) прошло около 30 лет. Примерно столько же лет прошло от создания основ реактивного движения и ракетостроения Циолковским и Королевым (начало 1930-х годов) до запуска человека в космос (1961). В сфере борьбы со старением за точку отсчета можно принять расшифровку генома (2003). Следовательно, примерно через 30 лет, в начале 2030-х годов можно ожидать практического решения задачи радикального продления жизни.
В этой статье будут описаны основные процессы, сопутствующие старению, наиболее авторитетные гипотезы (теории) факторов и причин старения, роль коллективного интеллекта клеток в развитии живого организма и авторская гипотеза (теория) старения, как программы рефлекторного или инстинктивного поведения.
2. Старение и сопутствующие ему процессы
В жизненном цикле человека - рождение - взросление - размножение - старение - смерть, старение в среднем занимает все большую долю времени. Несмотря на обыденность и очевидность понятия «старение», его научное определение до сих пор остается спорным. Наиболее точным, пожалуй, является определение старения как периода быстрого роста риска смерти. Так, для человека, начиная с возраста 30 - 35 лет вероятность смерти каждые восемь лет удваивается.
Старению сопутствует множество процессов внешних, функциональных, структурных и системных изменений. Рассмотрим основные из них.
1. Внешние изменения. Для людей всегда было крайне важно определять реальный и особенно биологический возраст человека по его внешнему виду. Всегда нужно было оценивать возраст и физиологическое состояние (биологический возраст) своего полового партнера, возможного союзника и врага. За тысячелетия истории человечества люди прекрасно научились это делать. Даже средний человек, не говоря уже об опытном и внимательном эксперте, без особого труда назовет возраст первого встречного с точность до трех-пяти лет. При этом если реальный возраст и не будет угадан, то биологический возраст будет определен довольно точно. Вероятнее всего, точность определения биологического возраста по внешним признакам группой экспертов или натренированным на эту задачу искусственным интеллектом заметно превзошла бы аналогичную процедуру с использованием биомаркеров.
2. Рост риска смерти от ассоциированных со старением болезней. Известно, что 80% смертей наступает от болезней, сопутствующих старению: сердечно-сосудистых заболеваний, онкологии, сахарного диабета, хронических болезней легких, деменции и т.д. Кривые рисков смерти от этих болезней имеют сходный характер, что наводит на мысль о единой вызывающей их причины. Кроме того, из приведенного рис. 1 следует, что избавление от одной из этих болез-
ней, например рака, вовсе не решит проблему значительного увеличения продолжительности жизни, поскольку люди будут по-прежнему умирать от других ассоциированных со старением болезней. Следовательно, эффективным будет только борьба с первопричиной всех этих болезней - старением.
Рисунок 1. Логарифмические графики рисков смерти от ассоциированных со старением болезней [5]
3. Снижение выработки гормонов и нейромеди-аторов с возрастом.
С возрастом выработка целого рядя гормонов начинает быстро убывать.
Как видно из рис. 2, кривые выработки гормона роста соматотропина, вырабатываемого гипофизом, гормона эпифиза мелатонина, половых гормонов тестостерона и эстрогена, тиреотропного гормона, управляющего работой щитовидной железы, и мно-
гих других важных гормонов, вырабатываемых различными железами эндокринной системы весьма сходны.
Одновременно снижается выработка многих нейромедиаторов, сигнальных молекул и концентрация их рецепторов. По всей видимости, эти процессы снижения каким-то образом координируются.
Рисунок 2. Снижение уровня гормонов с возрастом (juliasherbatova.ru)
4. Перестройка эпигенетического профиля (эпигенетики). Если сопоставить каждому из примерно 20 тысяч генов его активность, выраженную в процентах (от 0 - не работает, до 100% - работает на полную мощность), то мы получим последовательность, которую называют эпигенетическим контуром клетки или, короче, эпигенетикой клетки. Чем активнее ген, тем больше он производит ферментов, обеспечивающих связанную с ним химическую реакцию в этой клетке. Таким образом, изменения в эпигенетике ведут к изменению интенсивности химических реакций в клетке, составляющих суть её жизнедеятельности. С возрастом многие гены снижают свою активность (экспрессию) и производят меньше белков-ферментов, необходимых для химических реакций в клетке. При снижении экспрессии число ферментов уменьшается и пропорционально снижается интенсивность химических реакций. Экспрессия других, чаще всего не нужных для правильного функционирования клетки генов, напротив, растет, что приводит к интенсификации часто вредных реакций и производству ненужных мусорных белков. Жизнь клетки перестраивается, и она стареет. Старая или сенесцентная подает сигналы окружающим её клеткам с призывом о переходе к сенесцентному состоянию. Поэтому старение клеток распространяется как эпидемия.
В каждой функциональной клетке (печени, сердца, мышц) работает своя группа генов. Если на шкале отметить все примерно 20 тысяч генов и для каждого гена проставить степень его активности (экспрессии) в процентах, получится эпигенетический профиль клетки. Так что каждая функциональная клетка отличается присущим ей эпигенетическим профилем. С возрастом этот профиль меняется, и по нему можно довольно точно определить биологический возраст человека (эпигенетические часы старения).
5. Старение иммунной системы. С годами организм делает ставку на энергетически малозатратные, грубые методы борьбы с инфекциями, снижая затраты на тонкие и дорогие, ювелирные механизмы приобретенного адаптивного иммунитета. Снижается производство клеток приобретенного иммунитета. Так что роль врожденного иммунитета с возрастом растет, а приобретенного или адаптивного снижается. Активизация грубого врожденного иммунитета приводит к тому, что его клетки начинают по ошибке атаковать собственные клетки человека, что вызывает хронические воспаления.
Вышеописанные сопутствующие старению процессы удивительно хорошо координируются, что наводит на мысль о наличии некоторой программы и, возможно, хранящего её центра.
3. Имеющиеся объяснения (теории, гипотезы) старения
К настоящему времени имеется около 200 различных объяснений процесса старения. Их принято называть теориями, хотя, по сути, они являются только гипотезами или правдоподобными объяснениями [6].
Все теории старения можно разделить на две большие группы. К первой относят объяснения, центральное место в которых занимают процессы возрастного разрушения и износа клеток, тканей, органов и систем. Авторы и сторонники второй группы теорий считают, что процессы старения проходят в соответствии с заложенной где-то в организме человека, вероятнее всего в ДНК, программой.
В этом разделе мы очень кратко остановимся на наиболее авторитетных теориях (гипотезах), их положительных и отрицательных чертах.
1. Теория старения из-за накопления поломок и мутаций в ДНК. Под воздействием внешних факторов и при делении в ДНК каждой клетки возникают различные поломки (разрывы ДНК) и мутации (изменения в нуклеотидной последовательности ДНК), которые накапливаются и приводят к старению и смерти. Идея поломок и износа очень естественна. Все вещи, которые мы используем (дома, машины, одежда и т.д.) изнашиваются и стареют, поэтому интуитивно ясно, что и наше тело изнашивается и стареет именно по это причине.
При кажущейся естественности этого объяснения в нём есть изъяны. Действительно в ДНК каждой из примерно 60 трлн клеток человека происходит около 10 000 поломок в сутки. Однако практически все они тут же исправляются системой репарации (ремонта) ДНК. Если её отключить, человек не проживет и секунды. Поэтому аналогия между вещами и телом человека в корне не верна.
Мутация - необходимый механизм эволюции и причина возникновения онкологических заболеваний. Однако их частота очень мала для объяснения старения накоплением мутаций. Кроме того, обычная клетка кожи животного может при клонировании стать родоначальником нового вполне здорового организма, состоящего из триллионов новых клеток. Значит, поломки и мутации в ней не затрагивают основ её жизнедеятельности.
2. Старение, связанное с изменением эпигене-тики клеток. Как было сказано в предыдущем разделе, с возрастом происходит активизация многих ранее молчавших и часто неполезных генов и мобильных генетических элементов (транспозонов) и блокировка ряда полезных генов (путем метилирования - присоединения метиловой группы, блокирующей работу гена). При этом активность химических реакций и жизнедеятельность клеток постепенно изменяется, и клетка стареет. По эпигенетическим изменениям можно довольно точно определить биологический возраст человека. Практически доказано, что они являются важным элементом в процессе старения. Однако пока неясно, что вызывает сами возрастные эпигенетические изменения, сопутствующие старению. Эксперименты профессора Синклера убедительно доказывают, что путем добавления трех факторов Яманаки (О, S, К) можно омолодить клетку, то есть вернуть ей эпигенетический профиль молодой клетки. Важно, что указанные факторы запускают сотни реакций пере-
страивающих эпигенетику, то есть путь омоложения предусмотрен природой, и наше воздействие является только спусковым механизмом для целого каскада реакций.
3. Укорочение теломер как причина старения. Как известно, теломеры представляют собой повторяющиеся последовательности нуклеотидов, находящиеся на концах хромосом. За каждое деление клетки теряется 150—300 нуклеотидов. Это связано со спецификой работы фермента деления ДНК-по-лимеразы. Предел количества делений клетки (предел Хейфлика) - 50 -60 делений определен потерей нуклеотидов до их предельной величины 5 -7 тысяч. После этого клетка перестает делиться.
Влияние теломер на старение сторонники тело-мерной теории (гипотезы) старения объясняют тем, что при укорачивании теломер меняется эпигене-тика клетки. Однако механизм этого влияния не установлен. Не исключено, что укорочение тело-мер и эпигенетические изменения - два параллельно текущих процесса, и причинно-следственной связи здесь нет.
4. Старение как результат накопления поврежденных белков и негативных изменений межклеточного матрикса. В сложнейших процессах синтеза, формирования и эксплуатации белков возникают их разнообразные и многочисленные повреждения. Неработоспособные белки разрушаются специальными белковыми комплексами-разрушителями протеасомами до пептидов и аминокислот или идут на утилизацию в лизосомы. Однако с возрастом утилизация негодных белков замедляется и в клетке начинает накапливаться белковый мусор, затрудняющий её нормальное функционирование. По мнению сторонников теории белкового мусора именно это приводит к старению.
Пространство между клетками занимают волокна белков коллагена и эластина, создающие прочную сетевую структуру (межклеточный мат-рикс), заполненную гиалуроновой кислотой и другими «наполнителями». Живущие в матриксе клетки фибробласты производят ферменты, разрушающие старые белки матрикса и производящие новые белки на замену старых. С возрастом эпигенетика фибробластов изменяется, и их работа ухудшается. Разрушение коллагеновых и эластических волокон начинает преобладать над восстановлением. К тому же растёт количество химических сшивок между волокнами матрикса. В итоге падает его эластичность и растёт жёсткость, что негативно влияет на жизнедеятельность и работу самих фиб-робластов. Возникает положительная обратная связь, ухудшающая состояние матрикса.
Накопление повреждённых белков и негативные изменения в межклеточном матриксе, конечно, являются неотъемлемыми чертами старения, но они скорее следствие старения, а не его причина.
5. Теории оксидативного старения. Эта группа теорий основана на том, что причиной старения являются окислительные разрушения клеточных структур свободными радикалами, среди которых
ведущую роль играют производимые митохондриями активные формы кислорода (АФК). Как известно, в каждой митохондрии расположены микрореакторы, в которых сжигаются белки, жиры и углеводы и запасается энергия. Как и любое сжигание, работа митохондрий сопровождается выбросами отходов, в случае клеток это АФК. Они разрушают клеточные структуры и, прежде всего, кольцевые ДНК самих митохондрий. Исследования последних лет показали, что поврежденные митохондрии могут посылать межклеточные сигналы бедствия, которые улавливаются митохондриями в других клетках тела, подобно тому, как старые се-несцентные клетки посылают сигнальные молекулы другим клеткам с призывом присоединиться к ним.
Уже в 2000-х годах школа академика РАН В. Скулачева развила свободнорадикальную теорию и предложило гипотезу о том, что АФК являются сигналом запуска программы старения, приводящая к запрограммированной смерти организма (феноп-тозу по аналогии с запрограммированной смертью клетки апоптозом).
6. Элевационная гипотеза (теория) старения была предложена российским геронтологом Диль-маном. Эта теория основана на основной функции гипоталамуса поддерживать гомеостазис организма. В то же время развитие требует постоянного контролируемого выхода из равновесного состояния, поэтому в гипоталамусе заложена программа снижения чувствительности к различным нарушениям гомеостазиса. С возрастом чувствительность падает настолько, что гипоталамус перестает реагировать на возрастные изменения организма, и он стареет.
7. Иммунная теория (гипотеза) старения основана на уже отмеченном нами в предыдущем разделе сохранении или даже усилении врождённого клеточного иммунитета с возрастом и снижении адаптивного приобретенного иммунитета. Гипотетически здесь работает неизвестная нам пока программа, приводящая к старению. Эта гипотеза, в той или иной степени и интерпретации, разделяется многими исследователями, среди которых Р. Вал-форд, В. Анисимов и В. Хавинсон.
Все описанные выше и другие теории старения опираются на действительно имеющие место частные сопутствующие старению процессы и явления, но не объясняют причины и механизмы старения. Вероятнее всего, причины старение, являющегося естественным продолжением развития организма, следует искать в области взаимодействия клеток, которое обеспечивает формирование тканей, систем и органов человека.
4. Коллективный интеллект и этология клеток
Для объяснения сложного процесса важно, прежде всего, определить наиболее адекватный ему уровень иерархии. Так, для понимания работы компьютера вряд ли подходит квантовая механика, хотя он построен на транзисторах, работающих на основе квантовых законов. Для написания сложных
компьютерных программ вряд ли целесообразно использовать кодирование на уровне отдельных транзисторов. Для этого чаще всего используются языки гораздо более высокого уровня. Для определения стратегии развития предприятия вряд ли нужно изучать генетику каждого работника, поскольку уже открыты закономерности экономического поведения людей, естественно базирующиеся на психологии и, в конечном счете, на генетике.
Всё живое на Земле состоит из клеток. Именно их взаимодействие обеспечивает развитие и функционирование каждого многоклеточного организма. Парадоксально, но только недавно человек стал проникать в тайны взаимодействия клеток, продуктом которого, по данным науки, он, как личность, является. Действительно, внутренний мир каждого человека, его неповторимая индивидуальность порождается совместной работой нервных клеток (нейронов) коры головного мозга. Сети нейронов создают картину окружающего нас мира, наше сознание, собственное Я каждого человека. Эти клетки своими коллективными усилиями или коллективным интеллектом постигли законы квантового микромира, проникли в тайны рождения Вселенной, эволюции звезд, возникновения жизни, создали новую экосистему Земли, современный технологический мир. При этом нейроны неокортекса, в котором, по мнению ученых, обитает наше сознание, генетически идентичны всем другим видам человеческих клеток. Поэтому уважение, которое мы только что испытали по отношению к этим нейронам, вполне справедливо будет перенести на другие нейроны нервной системы, клетки эндокринной и иммунной систем, а также клетки других систем тканей и органов.
Вообще, последние исследования побуждают переосмыслить наши представления о возможностях клеток, не только человеческих. Даже простейшие одноклеточные микроорганизмы демонстрируют сложное индивидуальное и коллективное поведение, которое условно принято называть интеллектом. В настоящее время возникает новое направление науки - этология (поведение, инстинкт, рефлекс) клеток, изучающее индивидуальное сложное поведение клеток и многоклеточных организмов. Уже накоплено немало интересных фактов о сложном поведении одноклеточных организмов. Одноклеточный (но многоядерный) слизевик (Physarum polycephalum), имеющий толщину 2 мм и достигающий несколько квадратных метров по площади, способен ползти со скоростью 5 см в час и поедать всё на своем пути. Особенно ему по вкусу овсяные хлопья, и слизевик находит к ним кратчайший путь через сложные лабиринты. Японские исследователи поместили слизевика в центр чашки Петри, который имитировал Токио, а на месте ближайших к Токио городов положили его любимые хлопья. Слизевик разросся одновременно по всем направлениям к пище и удивительно точно скопировал карту токийских железных дорог.
Бактерии могут образовывать биопленки тысяч или миллионов клеток, которые используют электрические сигналы (передача ионов) для синхронизации роста, чтобы самые внутренние клетки биопленки не голодали. Они способны обмениваться полезными для них генами, например, устойчивости к антибиотикам, создавать хищные группы-стаи для совместной охоты. Им свойственно сложное социальное поведение, например, чувство «кворума» - выбор большим коллективом клеток общей модели поведения по результатам «голосования», происходящего путем выделения каждой клеткой сигнальных молекул. Удивительно, но сигналы одноклеточные передают с помощью известных нам веществ (серотонин, норадреналин, дофамин, гиста-мин), которые через миллиарды лет стали гормонами и нейромедиаторами у людей и животных. Бактерии могут вступать в сложные игры с нашей иммунной системой, создавая на своей мембране ложные антигены, путающие иммунные клетки. Бактерии E. coli даже приносят с собой ложный рецептор, через который они проникают в клетку.
Таким образом, каждый вид одноклеточных организмов обладает присущим именно ему врожденным достаточно сложным поведением, передающимся потомкам. Клетки этого вида характеризуются определенной структурой расположения ионных каналов на её мембране, токи ионов в которых создают разность потенциалов на внешней и внутренней мембранах. Электрические потенциалы на мембранах клеток играют чрезвычайно важную, пока ещё не определенную в деталях роль в жизни и коллективном поведении одноклеточных и развитии многоклеточных организмов.
В лаборатории Майкла Левина (университет Тафтс) сделали потрясающие открытия. Известно, что малюсенькие (1-2см) плоские червячки плана-рии обладают удивительными регенеративными свойствами. Если разрезать червячка пополам, то восстановится в одной части хвост, а в другой - голова. Оба новых существа будут жить и здравствовать. Более того, если разрезать планария на 200 частей, каждая вырастет в самостоятельного червячка. Причем каждый восстановившийся из части планария червяк будет обладать приобретенными первоначальной пла-нарией поведенческими особенностями и навыками.
Ученые задумались, откуда клетки разрезанного червя знают, что нужно восстанавливать: хвост или голову. Оказалось, что об этом их инструктируют электрические потенциалы на мембранах клеток. Потенциал головы выше, чем у хвоста. В лаборатории Левина искусственно изменили потенциалы расчлененной планарии и получили червячка с двумя головами. Причем, если это двухголовое существо вновь разрезать пополам, появятся два двухголовых. Это несмотря на то, что двухголовые планарии генетически полностью идентичны обычным. Значит, не только, а может, и не столько, ДНК кодирует форму тела и органов. Возможно, форма тела и органогенез кодируются паттерном (картиной, схемой) электрических потенциалов на мембранах клеток, а их создают ионные каналы в мембранах,
№ 1 (118)
работающих по принципу транзисторов. Используя свой метод управления органогенезом путем изменения потенциалов, Левин выращивал глаз на хвосте головастика, на боку и даже в кишечнике лягушки. Важно, что экспериментатор только давал команду о том, где должен быть глаз, и она запускала каскад сложнейших реакций, создающих глаз и даже подключающих его к нервной системе и позволяющих лягушке видеть этим глазом.
Передача электрических сигналов и создание нужных потенциалов является универсальным методом управления различных организмов. Клетки растений общаются друг с другом с помощью электрических сигналов, что позволяет им делать удивительные вещи. С их помощью растения реагируют на внешние изменения: улавливают звуки текущей воды и тянутся в её сторону; начинают выделять нектар в ответ на жужжание пчёл; вырабатывают защитные вещества, когда их листья жуют жуки или личинки; чувствуют, когда на соседние растения нападают. Когда в эксперименте с кресс-салатом ему дали прослушать аудиозапись со звуком жующих гусениц, растение тут же ответило выделением в свои листья отпугивающего гусениц горчичного масла.
Лаборатория Левина пошла дальше и создала из клеток лягушки биороботов ксеноботов (лягушка Хепорш, отсюда ксено). Эти существа примерно из 3 000 клеток оказались способны плавать, толкать или переносить предметы и даже размножаться. У них было ДНК лягушки, но более ничто не напоминало о их происхождении. Позже были созданы биороботы из клеток человека антботы. Это означает, что клетки животного и человека могут вполне успешно функционировать в составе совсем другого искусственного и не предусмотренного генетическим кодом организма.
Естественно, клетки сложных организмов и, тем более, человека обладают гораздо более сложными врождёнными поведенческими особенностями (этологией) по сравнению с одноклеточными. Обусловленное этологией коллективное поведение клеток определяет развитие всего организма и, по всей вероятности, его старение.
5. Этологическая теория старения
Если вопрос о программе старения и её характере остается пока открытым, то факт закономерного, запрограммированного развития организма не вызывает сомнений. Организм всех животных и человека проходит определенные фазы развития. У человека оплодотворенная яйцеклетка (зигота) за первую неделю проходит стадию делений-дроблений, в результате которых образуются её точные копии в уменьшенном масштабе. К третьей неделе эмбрион прочно связывается с телом матери, подключается к её кровеносной системе и начинается формирования основных органов человека (органогенез), которое в основном заканчивается к концу шестой недели. К этому времени в маленьком человечке имеются уже практически все органы и системы.
январь, 2025 г.
Для нас особый интерес представляет превращение клеток из стволовых клеток зародыша в функциональные клетки сердца, печени, кожи, мышц и других тканей и органов. В отрасли биологии, именуемой биологией развития, существуют только очень приблизительные гипотезы о механизмах этого превращения и программе развития человека из клетки. Однако в том, что, во-первых, такая программа существует и, во-вторых, она как-то закодирована в клетке, ученые не сомневаются. Этот код передается от клетки к клетке при делениях.
Науке достоверно известно, что клетки ведут активную социальную жизнь, постоянно обмениваясь различными сигналами, касаясь друг друга оболочками или «щупальцами» псевдоподиями, передавая друг другу различные сигнальные молекулы и считывая электрические потенциалы на мембранах. Все эти сигналы клетка воспринимает через рецепторы и оценивает при «принятии решения» о превращении. Различные рецепторы измеряют электрические потенциалы, концентрации веществ в клетке и вне её, градиенты концентраций и потенциалов вне клетки и внутри клетки, причем в разных ее частях. По изменению концентраций некоторых химических веществ клетка может судить о числе делений, отделяющих эту клетку от первоначальной (зиготы).
Программа построения всего организма закодирована в клетке. Её носителями могут быть ДНК, система ионных каналов и создаваемые ими схемы электрических потенциалов на мембранах клеток. Последнюю гипотезу (об электрических потенциалах) предложил Левин. Вероятнее всего, эта программа не имеет формы чертежа или плана. Математические расчеты показывают, что хранить информацию в такой форме в клетке невозможно, для этого нужно на порядки большее количество носителей информации.
Однако в математике и информатике известны другие формы представления знаний и программ развития. В системах искусственного интеллекта часто используется язык продукционных правил. Они имеют форму «если (условие) — то (событие)» и описывают знания в виде взаимосвязей «причина — следствие», «явление — реакция», «признак — факт» и т. п.
По всей вероятности, клетка принимает решение о своей дальнейшей судьбе, следуя примерно такой по структуре программе: ЕСЛИ прошло 23 деления И ЕСЛИ концентрация вещества А достигла 25, И ЕСЛИ концентрация вещества Б в левой части клетки меньше 100, И ЕСЛИ разность потенциалов в концах клетки больше 2 мкв, И ЕСЛИ справа соседей нет и есть свободно пространство, ТО нужно активизировать регуляторы Р1, Р22 и Р45, которые создадут эпигенетический профиль клетки, например, ПЕЧЕНИ.
Причем выбор клетки служит спусковым механизмом для превращения множества других клеток. Если уж клетка-лидер решила стать клеткой глаза, то на этом месте будет создан полный глаз со всем
многообразием его клеток: сетчаткой, зрачком, нервами в нужных местах и т.д. Мы только что обсуждали невероятно интересный эксперимент Левина по изменению потенциала на боку лягушки. Удивительно, но по этой простой команде возник целый видящий глаз лягушки со всем его многообразием.
Еще раз подчеркнем, что программа развития организма человека пока науке не известна, но мы уже можем представить себе ее вероятную структуру. Эта программа должна быть одинакова для всех клеток, но действует она в зависимости от истории клетки и ее окружения по-разному.
Уже на 8-10 день внутриутробного развития начинается дифференциация нервных клеток, а на пятой-шестой неделях начинают формироваться промежуточный мозг, включающий таламус, гипоталамус, гипофиз и другие важнейшие органы управления нервной и эндокринной системами. Гипофиз с седьмой недели способен секретировать гормон роста, фолликулостимулирующий гормон, лютеинизирующий гормон и адренокортикотропный гормон, управляющие развитием зародыша и работой зарождающейся эндокринной системы [7].
Постепенно органы и клетки нервной и эндокринной системы берут на себя управление развитием организма. Они активно взаимодействуют со всеми другими клетками человека и направляют управляющие воздействия, запускающие их деления и дифференциацию. При этом описанные выше программы самих клеток воспринимают сигналы нервной, эндокринной и иммунной систем как управляющие воздействия и учитывают их при выработке решений.
В процессе развития нейроны промежуточного мозга и прилегающих к нему подкорковых мозговых структурах формируют ядра и нейронные сети, которые отвечают за автоматические движения мышц и органов, рефлексы и врожденные схемы поведения человека, во многом аналогичные инстинктам. Нейроны неокортекса создают сети, которые, по современным научным воззрениям, создают наше сознание, составляющее личность, Я, каждого человека.
Однако сознание управляет лишь небольшой частью действий человека. Почти все движения человеческого тела и органов - жесты, дыхание, биение сердца, работа органов и систем человека, иммунные ответы и т.п. - производятся без участия сознания, подсознательно. Ими управляют сообщества нервных, эндокринных, иммунных и других клеток, коллективные интеллекты которых мы относим к подсознанию. Сообщества нервных и эндокринных клеток (нервно-эндокринная система) собирают информацию со всех рецепторов тела и ото всех других клеточных сообществ в едином центре (главным образом, в промежуточном мозге) и на уровне подсознания принимают управляющие решения, передающиеся по нервной системе и через гормональные сигналы эндокринной системы.
Удивительно сложное, направляемое коллективным интеллектом поведение присуще сообществу иммунных клеток, призванных оберегать
организм человека от вторжении вредных микроорганизмов и уничтожать испорченные, старые (сенес-центные) и раковые клетки. Другие сообщества клеток - жировых, мышечных, эпителиальных, клеток печени, кожи, микробиом и другие - также демонстрируют своеобразные поведенческие реакции и коллективные интеллекты. Все клетки сообщества связаны сложными сигнальными системами, а сообщества клеток передают и получают информацию от других сообществ и выполняют команды нервно-эндокринного сообщества клеток, составляющих ядро подсознания.
Живые организмы устроены так, что передают вместе с генетическим кодом структуру расположения ионных каналов и готовые схемы скоординированных сложных движений. У человека сознание принимает решение, например, о повороте головы, а мозжечок координирует движение множества мышц, осуществляющих задуманныи поворот уже без участия сознания. Точно также вместе с ДНК, структурои ионных каналов и картои электрических потенциалов передаются безусловные рефлексы, как стандартные ответы на внешние раздражение или сигнал, и инстинкты - сложные программы автоматического поведения животного в определённых ситуациях. В отличие от животных у человека сознание способно вмешиваться и корректировать схемы врожденного поведения, поэтому многие ученые утверждают, что применять термин «инстинкт» к схемам поведения человека не совсем верно. Инстинкты животных и врожденные схемы человеческого поведения изучает относительно молодая наука этология.
В основе этологической теории старения лежит гипотеза о том, что старение, подобно развитию организма, является проявлением врожденной схемы коллективного поведения (коллективного интеллекта) клеток человека, среди которых ведущую роль играют клетки нервнои, эндокриннои и иммунной систем. Эта схема заключается в многократном ступенчатом торможении жизненных процессов клеток в ответ на негативные процессы и сигналы, такие как: повреждения ДНК и белков с накоплением внутриклеточного и межклеточного мусора, сшивки межклеточного матрикса, укорочение теломер у быстро делящихся клеток, падение эффективности работы митохондрий и рост выброса вредных радикалов, истощение запасов стволовых клеток и др.
Торможение процессов жизнедеятельности при неблагоприятных обстоятельствах - очень древняя и апробированная модель поведения живых существ. Эта модель, в той или иной мере, используется множеством простейших организмов, переходящих в неподвижное состояние с почти полной остановкой жизнедеятельности, растения и животные, для которых переход к оцепенению, гибернации (от латинского hiberna - зима) является стандартной адаптационной реакцией.
Подобным образом ведут себя и другие сложные системы. Так, в экономике при появлении негативных настораживающих сигналов предприниматели
стараются вывести деньги в наличную или другие высоко ликвидные формы, максимально сократить издержки и инвестиции. Для уменьшения затрат заработные платы уменьшаются, часть работников сокращается, начинается ожесточенная борьба с издержками. При этом, естественно, уменьшается потребительский спрос и растет число безработных. Борьба с издержками, в частности, выливается в уменьшение закупок у других компаний, положение которых также ухудшается. Они, в свою очередь, снижают закупки и заработную плату. Потребительский спрос снова падает, возникает положительная обратная связь, усиливающая негативные процессы, и экономика постепенно погружается в кризис. Заметим, при этом поведение руководства каждой компании вполне естественно и ошибочным его вряд ли кто-то назовет.
Этой же врожденной модели следует наше сознание, то есть коллективный интеллект клеток неокортекса. Если сознание получает информацию от органов чувств о некоторых неполадках (стало хуже зрение, ухудшился слух, появились боли в ногах и пояснице), типовой реакцией будет уменьшение активности и переход к более осторожному, щадящему поведению. Человек начинает осторожнее двигаться, больше времени проводит в покое и т. д.
Точно так же, по всей вероятности, подсознание, то есть коллективный интеллект нервных, эндокринных, иммунных и других клеток, реагирует на различные неполадки в клетках, тканях и органах. Обнаружив значительный уровень поломок, подсознание дает команду внутренним органам экономить ресурсы и притормозить деятельность различных систем. Работы по ремонту повреждений ДНК, замены митохондрий, уборки клеточного мусора для экономии ресурсов временно, как кажется подсознанию, замедляются. Иммунная система сокращает деятельность ресурсоемкого приобретенного (адаптивного) иммунитета и переключается на грубый и неточный, но потребляющий значительно меньше энергии и ресурсов врожденный иммунитет.
Однако, как и в случае с экономикой, от этих действий ситуация только ухудшается. Повреждения в ДНК увеличиваются, поскольку система репарации вынужденно притормозила свою деятельность. Клеточного и внеклеточного мусора стало больше, и он стал уже мешать нормальной работе, поскольку сократились затраты на механизмы его утилизации. Число старых, неделящихся (сенес-центных) клеток выросло, и сигналы от них усилились.
Грубая и неточная врожденная иммунная система начинает ожесточенно искать сенесцентные, раковые и поврежденные клетки, которые мешают работе организма и часто ошибается, нападая на вполне здоровые ткани. Возникают аутоиммунные реакции и очаги хронического воспаления.
Всё это потребляет важные ресурсы организма, которых начинает не хватать для обеспечения жизненно важных процессов. Как при любом кризисе,
проблемы растут как снежный ком. Возникает множество положительных обратных связей, только усиливающих первоначальные неполадки. Подсознание пробует изменить положение дел: усиливает работу одних групп генов, ослабляет работу других. Его действия, как часто и действия правительств в периоды нарастания кризисов и экономических катастроф, становятся все более хаотичными и неэффективными.
Нарастающее из-за положительных обратных связей торможение всё более ухудшает работу ремонтных механизмов. Многие клетки становятся се-несцентными, и старение начинает распространяться по клеточным сообществам, как эпидемия. В центры нервно-эндокринной системы со всех концов организма поступают сигналы тревоги, и они, следуя программе, включают следующий уровень торможения процессов. Торможение ускоряется и вместе с ним его негативное воздействие на клеточные сообщества. Так развивается старение...
Итак, в соответствии с этологической теорией, старение - процесс, возникающий и развивающийся на основе врожденной схемы поведения коллективного клеточного интеллекта. Следует отметить, что следование определенным врожденным схемам поведения (рефлексам, инстинктам и т.п.) свойственно всему живому от простейших до человека.
У людей схемы управления движениями мышц и органов, рефлексы, центры основных потребностей и врожденные паттерны (схемы, модели) поведения, направленные на их удовлетворение, хранятся в древних подкорковых структурах мозга. Так, управление дыханием, сердечными и сосудистыми ритмами осуществляют нейроны продолговатого мозга, являющегося продолжением спинного мозга. Ориентировочные, защитные и оборонительные рефлексы, регуляцию болевой чувствительности и репродуктивного поведения выполняют нейроны среднего мозга. Как мы уже отмечали, мозжечок вместе с подкорковыми ганглиями (полосатое тело) управляет сложными автоматическими движениями и переводит исходно произвольные, то есть выполняемые под контролем сознания, движения в автоматизированные. Например, после обучения произвольные движения при езде на велосипеде становятся автоматическими.
В промежуточном мозге (точнее в гипоталамусе) находятся центры важнейших биологических потребностей: голода, жажды, полового влечения, родительского поведения, страха и агрессии. Каждая такая потребность вызывает у человека определенную врожденную схему поведения, не столь строго детерминированную, как у животных, но достаточно четко прослеживаемую.
В окрестностях подкорковых ганглий (полосатого тела) уже довольно давно обнаружен центр удовольствий. Если раздражать этот центр у подопытной крысы с помощью электрического тока, животное будет получать огромное удовольствие. Если крысе дать возможность самой включать тумблер подачи тока, то она будет непрерывно нажимать на него, пренебрегая водой и пищей, до смерти
от голода и жажды. Недавно в неопределенной зоне (это название зоны) промежуточного мозга ниже таламуса был открыт центр любопытства [8]. Расположенные там нейроны формируют инстинкт любопытства, подобный охотничьему инстинкту или чувству голода.
Единообразие рисков смерти различных болезней, ассоциированных со старением, и характера убывания многих гормонов, сигнальных молекул и ферментов одинаковая последовательность фаз наводят на мысль о координации процессов старения из некоторого центра или взаимосвязанных центров. Эту гипотезу подтверждают приведенные выше примеры открытых центров биологических потребностей и врожденных схем поведения.
Вероятнее всего, центр схемы поведения, определяющей старение, также находится в древних подкорковых структурах, поскольку старение свойственна большинству живых многоклеточных организмов. Заглавную роль в функционировании этой схемы, похоже, играет гипоталамус. Именно он управляет деятельностью важнейших нервной и эндокринной систем. При этом в упрощенном
виде у него есть два основных режима: стимулирования и торможения, похожих на педали газа и тормоза у автомобиля. Для нервных клеток это переключения возбуждающей симпатической и тормозящей парасимпатической систем. Для эндокринных желез - выработка стимулирующих гормонов либеринов и тормозящих статинов.
Если гипотеза о центре старения подтвердится, можно будет направить усилия на поиск в какой-то мере блокирующего этот центр лекарственного средства, наподобие тому, как семаглутид (озем-пик) меняет пищевое поведение, вероятно, воздействуя на центр голода [9]. Поэтому первой задачей должна стать организация исследований наличия центра старения в подкорковых структурах мозга на животных.
Менее вероятно, но возможно, что схема поведения, инициирующая старение, не имеет единого центра, и координация проходит на уровне коллективных интеллектов основных групп клеток, тогда нам предстоят более глубокие и трудоемкие исследования.
Список литературы:
1. https://ria.ru/20201025/starenie-1581253155.html
2. Demographic Analysis Section, Population Division, Department of Economic and Social Affairs United Nations, New York, NY, USA.
3. https://scienceagainstaging.com/duplinskaya_deklaraziya_o_dolgoletii
4. https://dtales.media/2022/01/24/dzheff-bezos-vlozhil-3-mlrd-startap-po-borbe-so-stareniem/
5. Петр Федичев. «Взломать старение: почему теперь мы сможем жить дольше».М.: «Альпина Паблишер», 2023. — 356 с.
6. https://antiage-expert.com/ru/blog/teorii-stareniya-cheloveka/
7. Григорян О.Р., Михеев Р.К., Волеводз Дир., Андреева Е.Н., Мельниченко Г.А., Дедов И.И. Эндокринные аспекты функционирования фетоплацентарного комплекса (обзор литературы). Проблемы репродукции. 2017;23(1):15-24.
8. Mehran Ahmadlou, Janou H.W. Houba, Jacqueline F.M. van Vierbergen, Maria Giannouli, Geoffrey-Alexander Gimenez, Christiaan van Weeghel, Maryam Darbanfouladi, Maryam Yasamin Shirazi, Julia Dziubek, Mejdy Kacem, Fred de Winter, J. Alexander Heimel. A cell type-specific cortico-subcortical brain circuit for investigatory and novelty-seeking behavior // Science. 2021. DOI: 10.1126/science.abe9681.
9. Горбань ВВ, Арзуманян КА, Костюлина МЮ, Михайленко ДА, Хвостикова ИС, Шкоркина ЕД. Семаглутид: воздействие на пищевое поведение. Медицинский совет. 2024;18(13): 115-122. https://doi.org/10.21518/ms2024-268.
