Загадки вічної молодості голих землекопів

Перше оповідання із серії про фантастичних створінь і про те, чому вони можуть нас навчити.

Вони живуть там, куди доповзе не кожен дипломований біолог. Вони ставлять з ніг на голову наші уявлення про те, як повинен працювати живий організм. Вони вміють те, про що ми можемо тільки мріяти. А ми? Заздримо. Вирушаємо за ними в долини, глибини і трясовини. Витрачаємо кращі роки життя і фамільний спадок на пошуки їх секретів. Що заважає нам повторити їхній успіх? Зустрічайте першого з них: незворушний, невразливий і практично безсмертний — голий землекоп.



Чому тут заздрити?

Глибина інтересу й уваги наукової спільноти до голого землекопа не пропорційна ні його розмірами, ні зовнішній привабливості, ні поширеності в природі. Це досить несимпатичний гризун, трохи більший миші, що мешкає в підземних ходах в східній частині Африки. Але на подив живучий. Його не беруть ні серцево-судинні захворювання, ні рак, ні навіть час — старість в звичному нам розумінні у нього не настає (точніше, вона настає дуже, дуже пізно). Перемогти землекопа може тільки інший землекоп, в чесному бою.

У нас до землекопа безліч запитань. З одного боку, чому він не старіє навіть на клітинному рівні? Куди поділися механізми старіння клітин, загальні для більшості ссавців? З іншого боку, як він справляється з хворобами, неминуче супроводжуючими старість? Наприклад, поширена гіпотеза припускає, що старіння клітин дозволяє запобігти розвитку раку. Землекоп ж обходиться і без раку, і без старіння. Як йому це вдається?

Землекоп видається нам абсолютно надприродною істотою, таким собі Кощеєм Безсмертним, якого нічим не проймеш. Однак, відправившись на пошуки заповітної скрині з голкою, вчені виявили багато інших несподіваних особливостей нашого героя. Наприклад, голий землекоп є холоднокровним, тобто не підтримує постійну температуру тіла, як інші ссавці. Його тканини здатні більше півгодини обходитися без кисню. У його мозку протягом усього життя продовжують ділитися клітини, а статеве дозрівання наступає незвично пізно для гризуна. Спробуємо пов’язати разом всі ці особливі прикмети і розібратися, чи мають вони відношення до тривалості життя.

Як він робить це?

Що ми маємо на увазі, коли говоримо, що голі землекопи не старіють? З точки зору пересічного, це означає, що землекоп виглядає однаково незалежно від віку (і це правда). З точки зору вченого — що шанси померти з плином часу у нього не змінюються, тобто організм «старого» землекопа не менш міцний і здоровий, ніж у його «молодого» родича.

Загадки вічної молодості голих землекопів 1Як смертність змінюється з віком: миша, людина, кінь, голий землекоп.
По осі Y смертність, по осі Х — зліва вік, праворуч вік, поділений на вік статевого дозрівання. Джерело: J Graham Ruby et al. / ELife 2018; 7: e31157 / CC BY 4.0

Однак на клітинному рівні все виявилося набагато цікавішим. Зовсім недавно група вчених вирішила пошукати у землекопів окремі старі клітини. (Взагалі, це окрема тема для дискусій — як відрізнити стару клітину від молодої.) Проте існує ефективний, хоч і не універсальний спосіб — пофарбувати в клітинах ß-галактозидазу, фермент, який розщеплює вуглеводи. Чим старша клітина, тим більше в ній поломок, які потрібно розщеплювати, і тим більше ß-галактозидази вона виробляє. Виявилося, що окремі старі клітини є навіть у новонароджених землекопів. Тобто клітини старіють, а землекоп в цілому — ні? Як так?

Судячи з усього, справа не в самому факті старіння, а в тому, як клітина на це реагує. Деякі люди при появі перших зморшок оголошують себе недієздатними і впадають у відчай, а інші продовжують працювати, доглядати за собою і радіти життю до самого смертного одру. Клітини землекопів, по всій видимості, такі ось бадьорі старички. У той час як клітини ссавців під дією стресу запускають програму самогубства або виділяють «речовини відчаю», що закликають імунні клітини (тобто здійснюють опосередковане самогубство), клітини землекопів зберігають спокій. Чим менше відчаю літає в повітрі, тим менше гине старіючих клітин і тим слабкіше запалення, яке зазвичай призводить до руйнування ні в чому не винних клітин теж.

Наші клітини впадають у відчай не без причини. Відомо, що, якщо не усунути поломки своєчасно, клітина може перетворитися на ракову, і тоді мало не здасться нікому. А голі землекопи не бояться раку. До недавнього часу вважалося, що у них рак не може розвинутися в принципі, лише два роки тому у них вперше виявили пухлини. Справа в тому, що клітини голих землекопів вміють краще, ніж наші, блокувати надмірний поділ. В результаті, навіть якщо перетворити їхні дорослі клітини в стовбурові (індуковані плюрипотентні стовбурові клітини), вони продовжать вести себе скромно і не будуть утворювати пухлини. У той час як індуковані плюрипотентні клітини інших ссавців, будучи підсаджені в організм, формують тератоми (величезні пухлини страхітливого вигляду).

Чому ми так не вміємо?

Чим ми гірші? Як так вийшло, що вони вміють, а ми ні? Цьому є два можливих пояснення. Перше — суворі умови. Голі землекопи все життя проводять під землею, де мало кисню і зовсім немає сонячного світла. Але у цього похмурого існування є й зворотний бік: ультрафіолетові промені і кисень — одні з головних джерел поломок клітинної ДНК. Чим їх менше, тим слабший ризик отримати пошкодження. Однак нестача кисню призводить до дефіциту енергії. І, щоб якось вижити, землекопи включають режим жорсткої економії ресурсів. Наприклад, вони перестають підтримувати постійну температуру тіла і стають холоднокровними. Вони намагаються не витрачати клітинні резерви, тому не зловживають клітинним самогубством. Нарешті, вони економлять навіть на роботі генів. Вчені простежили за активацією генів в клітинах землекопів, яких опромінювали радіацією. Виявилося, що в порівнянні з мишами у землекопів в стресових умовах клітинних процесів запускається більше, а генів — менше. Тобто землекопи освоїли ефективний менеджмент навіть на генному рівні! Ось до чого доходить економія.

Друге пояснення — складна соціальна структура. Більшість голих землекопів в розмноженні активно не беруть участь, потомство виробляють лише самка-королева і кілька самців. Однак, якщо вони загинуть, шанс передати свої гени нащадкам з’явиться і у простих смертних землекопів. Тому їм вигідно якомога довше залишатися здатними до розмноження. Це означає, що відбір діє на землекопів протягом усього їхнього життя, і старіння виявляється для них невигідною стратегією. У більшості інших тварин все відбувається навпаки: вони передають гени нащадкам тільки в короткий репродуктивний період, а потім стають не потрібні або навіть навпаки — конкурують з молодняком за цінні ресурси. Тому не так вже й дивно, що в їхньому геномі накопичуються варіанти генів, що сприяють розвитку старечих захворювань. Іншими словами, є дві стратегії, як у відомій пісні про багаття: активно розмножуватися в короткий період і «все спалити за годину», як чинить більшість тварин, або ж «свій вогонь зберегти» і роками чекати шансу розмножитися (і, можливо, не дочекатися) — це вибір землекопів.



Загадки вічної молодості голих землекопів 3

Дорослий голий землекоп (зліва) і новонароджений пацючок (праворуч). Знайдіть 10 відмінностей. Фото: Meghan Murphy, Smithsonian’s National Zoo / flickr / CC BY-NC-ND 2.0 і La Tarte au Citron / flickr / CC BY-ND 2.0

Як жити далі?

За результатами останніх десятиліть вивчення голого землекопа, він з’являється не стільки Кощеєм, скільки гоголівським Плюшкіним. Секрет його «безсмертя» — життя під замком, спокій, сувора економія і невсипуща пильність. Єдине, що відрізняє землекопа від Плюшкіна, – розвинена соціальна структура. Однак вона ж і є тією самою голкою в Кощеєвій скрині, так як в природі землекопи найчастіше гинуть у бійках між собою.

Повторити успіх голого землекопа нам навряд чи вдасться. Чим глибше вчені вгризаються в роботу його клітин, тим більше механізмів контролю та економії ресурсів вони виявляють. Іншими словами, справа не в якійсь одній чудо-молекулі, а в масштабній перебудові самих різних клітинних процесів. Втім, варто відзначити, що в скарбничці у сучасної науки поки недостатньо даних, щоб однозначно вважати землекопів безсмертними. Їх відносно недавно почали вирощувати в лабораторних умовах, тому до кінця невідома максимальна тривалість їхнього життя. До того ж поки недоступні для вивчення культури клітин землекопів-довгожителів. Можливо, експерименти з ними дадуть зовсім інші результати.

Але не варто впадати у відчай. Рік тому з’явилася стаття, автори якої переконливо показують, що людина теж в деякому роді голий землекоп. Якщо уважно подивитися на землекопів, то видно, що їхні дорослі особини більше схожі на новонароджених, ніж на дорослих гризунів. Це підтверджується і рядом інших ознак: відсутність волосяного покриву, статева незрілість (дозрівання у землекопів відбувається сильно пізніше, ніж у інших гризунів), поділ клітин мозку, здатність виживати під час відсутності кисню (яка допомагає дитинчатам ссавців переживати пологи, але потім зникає) і так далі. Всі ці ознаки вказують на неотенічне походження землекопів — іншими словами, вони з’явилися в результаті того, що деякі гризуни стали повільніше розвиватися і довше «залишатися дітьми». Так ось, автори статті припускають, що подібно до того, як землекоп — це неотенічний гризун, людина — це неотенічна мавпа. І дійсно, за деякими ознаками (рідкий волосяний покрив, пізніше статеве дозрівання, будова черепа) люди більше схожі на дитинчат, ніж на дорослих мавп. І живуть люди в середньому довше за своїх далеких родичів, наприклад, десь в два рази довше, ніж шимпанзе.

Це може здатися несерйозним порівняно з досягненням землекопа, який живе в 10 разів довше, ніж миша (30 років проти 3). Однак можна припустити, що наш шлях ще не закінчений. Чим далі розвивається суспільство, тим вища роль бабусь і дідусів у турботі про потомство, а батьки частіше заводять дітей в більш пізньому віці. Так що тремти, голий землекоп: ми повільно, але вірно тебе наздоганяємо.

Джерело: https://chrdk.ru

 

Залишити відповідь