ВВЕДЕНИЕ
Проблема старения была и остается одной из самых актуальных в естествознании. В настоящее время она привлекает к себе все больший интерес не только врачей и биологов, но и физиков, химиков, математиков. Изучение сущности старения необходимо для понимания основных механизмов развития жизни. Фундаментальные исследования в области биологии старения организмов растительного и животного мира входят в научную тематику сотен НИИ и вузов.
Биология старения в настоящее время переживает кризис, связанный с тем, что современные теории абсолютизируют лишь отдельные его проявления, игнорируя многофакторность процесса, и, скорее, пытаются описать последствия, а не причины старения [1–5]. Такой подход никак не приближает исследователей к системному пониманию проблемы.
Цель исследования – представить теоретический анализ глубинных механизмов старения и показать связь процессов старения на микро- и макроуровнях в эволюционном развитии человека и живой материи в целом.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследование причин старения проведено путем анализа собственных многолетних наблюдений и литературных данных.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Живая материя с ее генетическим, соматическим и интеллектуальным содержанием находится в постоянной динамике эволюционного развития. Старение играет в этом процессе ключевую роль, формируя в структуре биологических молекул новые информационные блоки, которые передаются в биосферу, непрерывно повышая ее структурно-функциональный уровень.
Биодинамика живой материи
Матерью живой природы является неорганическая материя, но в неорганической материи нет ничего, хотя бы отдаленно напоминающего жизнь [6, 7]. Рожденная косной природой, живая материя стала интенсивно накапливать внутренний энергетический потенциал, превращая его в бешеную волновую (вибрационную) пляску органических молекул, сопровождающуюся их непрерывными конформационными изменениями, – распадом и воссозданием на новом структурном уровне. Удивляющие нас превращения в косной природе (угля в алмаз, воды – в лед, твердого тела – в плазму огня и др.) есть лишь ничтожное подобие тех конверсий, которые свершает жизнь своей неистощимой энергией, создавая из солнечных квантов и «земной грязи», казалось бы, невозможные вещи: прекрасный цветок, изумительное в своем движении тело животного, могущественный разум человека. И все это не штамп, не серийное производство, а уникальный «штучный товар», «ручная работа» величайшего художника – Эволюции.
Целью эволюционных превращений является развитие живой материи. Стремление к этой цели не позволяет живой материи возвращаться на предыдущий, более низкий структурный уровень. Принцип необратимости лежит в основе эволюционного процесса. Этот принцип, сформулированный в 1893 г. бельгийским палеонтологом Луи Долло [8], гласит, что эволюция необратима и организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков. Клетка в настоящее время не может сформироваться из неживого вещества. Из современной обезьяны, в отличие от ее исторического предка, не может развиться эволюционная ветвь человечества. Самоорганизация живой материи представляет собой общий ствол развития, который образует различные ветви, не допуская повторов и параллельного существования подобных. С точки зрения физика, «храповик жизни» вращается только в сторону повышения ее структурно-функционального уровня. Биолог видит этот процесс в коммитации – векторном движении живой материи в сторону совершенствования [9].
Развитие жизни определяет самоорганизация под влиянием факторов окружающей среды. Живой организм представляет собой открытую систему, которая постоянно «фильтрует» через себя внешние материально-энергетические воздействия в виде пищевых, водных, воздушных масс, микрофлоры, тепловых, электромагнитных и других факторов окружающей среды. Цель этой «фильтрации» состоит в извлечении из внешних структур адекватной информации, которая используется для построения и коррекции собственных структур организма посредством самоорганизации. Первичная обработка поступающей в организм информации происходит на молекулярном уровне. Молекула живого вещества, захватившая информационный материально-энергетический блок из внешней среды, изменяет в соответствующих пределах свою вторично-третичную структуру посредством конформации.
С трудом можно представить себе гигантский по объему, глубине и сложности процесс переработки информации, протекающий в биосфере в интересах эволюции. Мириады атомов, молекул, клеток и многоклеточных организмов непрерывно работают над созданием более совершенных структур, обеспечивая их последовательное приближение к высшему совершенству морфологических и функциональных параметров. Такая работа – фундаментальный смысл существования живого организма. Для ее осуществления эволюция создает громадное множество и разнообразие биологических видов и индивидов.
Роль старения в эволюционном развитии жизни
Живые организмы не только анализируют информацию средовых факторов, но и постоянно накапливают ее путем записи в конформационных преобразованиях своих молекулярных структур (главным образом молекул белка). Возрастные изменения, происходящие в молекуле белка, определяются прогрессирующим изменением химических связей, формирующих ее вторичную и третичную структуру. А.В. Нагорный и др. [10] отмечают, что при старении происходят качественные изменения белков организма – переход подвижных, «динамических» белков в их более ригидные структуры. Действительно, старение белков начинается с «оцепенения» химических связей. При этом участки органических молекул, несущие перспективную для развития информацию, становятся функционально инертными «архивами» и прекращают участвовать в дальнейшем сборе информации. По мере накопления этих блоков архивная часть белковой молекулы увеличивается, а функционально активная постепенно уменьшается. В итоге своей поисковой деятельности белковая молекула достигает генетически детерминированного предела информационной емкости, становится функционально малоподвижной, перестает отвечать физиологическим требованиям организма и подвергается апоптозу. Затем она или утилизируется собственным организмом, или выбрасывается в общую биосферу как информационный квант для использования другими организмами, преимущественно через дыхательный и пищеварительный каналы передачи информации. В процессе старения каждый индивид в течение жизненного цикла ежедневно «засевает» биосферу миллиардами собственных клеток с «улучшенной» структурой, внося свой вклад корригирующей информации в «эволюционный котел» жизни и повышая ее интегральное структурное качество.
Непрерывный эволюционный поиск более совершенной структуры является смысловым содержанием живой материи. Ее объем в настоящее время, по-видимому, уже не увеличивается; эволюция решила эту задачу и сосредоточилась на повышении качества. При этом создание структуры более высокого качественного уровня невозможно без разрушения менее совершенных форм с последующим использованием их перспективных структурно-информационных элементов в дальнейшем развитии. Такие метаморфозные превращения могут происходить только с помощью механизмов старения и смерти. В этом заключается биологическая фундаментальность процесса старения, которая лежит в основе возрастных изменений клеточного, органного и организменного уровней.
Так же как биологический организм может развиваться только при условии старения, смерти и переработки своих элементов (молекул, клеток и органов), выполнивших функциональное назначение, так и биосфера, будучи единой живой системой, развивается только при условии старения, смерти и переработки ее элементов – живых организмов. Подобно тому как организм «поедает» свои стареющие клетки, биосфера «поедает» свои стареющие элементы – организмы. Миллиарды органических молекул и клеток нашего организма ежедневно умирают с тем, чтобы дать место и материал для жизни идущим на смену молодым образованиям. И организмы в целом умирают, освобождая место в общей биомассе Земли для вновь возникающих организмов, передавая им материальный субстрат и соответствующую информацию для построения более совершенных структур. Таким образом, старение – это, с одной стороны, деградация организма как системы, но с другой – итоговый результат исследований, проведенных организмом по поиску наиболее совершенных структур его тканей на молекулярном уровне. Старение и смерть служат механизмами перехода фрагмента живой материи из обособленной (индивидуализированной) фазы развития в фазу интегрированного развития биосферы. Образно выражаясь, процесс старения нас создает и растворяет в бурном потоке бесконечной биологической жизни.
Связь возрастных физиологических и патологических процессов
В современной литературе весьма неопределенно трактуются взаимоотношения между старением и патологией. Однако еще Луций Лактанций [11] отмечал, что все бедствия, и человечества в целом, и отдельных людей, не бесполезны и ведут его, пускай и окольным путем, все к той же одной цели – совершенствованию. Действительно, физиологические формы развития обеспечивают преимущественно интересы индивида, патологические же формы представляют интерес для вида и живой материи в целом. Эти формы всегда сосуществуют. В «физиологическом коридоре» структурных преобразований белковые структуры «сыплют золотой песочек» в закрома эволюции, а патологически измененные иногда приносят «структурные самородки». Но поиск «самородков» связан с высоким риском возникновения грубых структурных изменений белковых молекул, лежащего в основе возрастной патологии. Можно сказать, что физиология – это генетически стандартизованный поиск, а патология – оригинальный поисковый путь новых тканевых структур. Таким образом, старость и патологическое состояние организма пагубны для индивида, но патологическое состояние при этом имеет не меньшее значение для эволюционного развития жизни, чем физиологическое.
Особенности процесса старения в эволюции человека
Эволюционное развитие биологических видов носит дискретный и неравнозначный характер. Уровень развития человека и животных по таким системам, как пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая и многим другим, не имеет четких эволюционных преимуществ. Но это не относится к интеллектуальной сфере. Именно она делает человека лидером в эволюционной гонке. По объему, скорости и качеству переработки информационных материально-энергетических потоков интеллект человека намного превосходит любые другие биологические виды. В лице Homo Sapiens эволюция создает биологическую платформу для дальнейшего совершенствования интеллектуальной материи. Сначала эволюция обеспечивала необходимую численность носителей интеллектуальной материи, и для этого требовались особи репродуктивного возраста. Поэтому еще до конца XIX в. эволюция удерживала средний возраст человека в пределах 35–40 лет. Ныне вопрос с «объемом» высокоразвитой материи в лице Homo Sapiens практически решен.
Этот «объем» и его качество позволяют осуществлять переход к формированию новой эволюционной ветви, имеющей очередной, более высокий уровень развития. В связи с этим возникла особая потребность в лицах старшего возраста, структурно-информационные активы головного мозга которых соответственно выше, чем у молодых особей. В последнее время общую любовь к человеку эволюция начала концентрировать на представителях старшего возраста. Так, если в течение ХХ в. численность людей на земном шаре увеличилась в 4 раза, то людей старше 60 лет за этот период стало в 10 раз больше; более того, темпы увеличения их относительной и абсолютной численности повышаются. При этом важно подчеркнуть, что наибольшая продолжительность жизни отмечена в когорте людей интеллектуального труда [12]. Несомненно, что основные причины таких возрастных изменений следует искать не в социально-экономических, а биологических категориях.
Личность в старости совмещает в себе сложную композицию прошлого и настоящего. Многочисленные исследования показали, что процесс развития человека принципиально безграничен, так как развитие представляет собой основной способ существования личности. Интеллектуальные способности в пожилом возрасте, безусловно, изменяются. Однако эти изменения носят не только негативную, но и позитивную направленность. При обследовании памяти у лиц в возрасте 70–90 лет отмечено снижение механического запоминания, в то время как логическая память сохраняется; в большей степени ослабевает образная память, но смысловая остается достаточно сохранной. У пожилого человека снижаются когнитивные способности, но креативные не страдают [13]. Подтверждением может служить тот факт, что шедевры искусства в основном создавались мастерами, которые даже по современным меркам были людьми пожилого и старческого возраста. Лев Толстой, Бернард Шоу, Микеланджело Буонарроти, Илья Репин, Иван Айвазовский и многие другие выдающиеся личности свои лучшие вещи создали в возрасте 70–80 лет и старше. Сегодня большинство людей, достигших возраста семи и даже восьми десятилетий, не считают себя старыми и не оставляют мысли о продолжении профессиональной деятельности. Значительная часть из них действительно способна приносить пользу, прежде всего в интеллектуальной сфере экономики государства.
Роль человека пожилого и старческого возраста в развитии его биологического вида
Все мы дети эволюции, на создание которых она потратила не один миллиард лет. Эволюция – жесткий механизм отбора лучшего в живой материи и безжалостного уничтожения малозначимого. Если старость не имеет большого значения в развитии жизни, то почему эволюция сохранила этот этап? Зачем же нужен эволюции индивид после возрастного прекращения возможности передачи биологической информации половым путем?
Дело в том, что генетический (половой) путь передачи биологической информации в эволюционном процессе не является единственным. Вертикальным (генетическим) путем передается информация систематизированная, четко структурированная (в этом его преимущество), но информация, собранная одним организмом (в этом его слабость). Горизонтальным (соматическим) путем передается более разнообразная информация, созданная различными организмами (в этом его преимущество), но информация разрозненная, не систематизированная (в этом его слабость). При этом генетический путь не прокладывает новые тропы развития, а лишь закрепляет достигнутое, чтобы каждому последующему поколению не приходилось начинать все сначала [14]. Источником эволюционных перемен выступает горизонтальный путь передачи биологической информации, который преобразует структуру белковых молекул, поднимая ее на более высокий функциональный уровень. Сочетание этих двух форм передачи информации и определяет эффективное эволюционное развитие.
Старение и базовые законы развития мироздания
В настоящее время продолжается дискуссия по поводу противоречия между вторым законом термодинамики и эволюционной теорией Дарвина. Как известно, термодинамика предсказывает постепенное увеличение энтропии (бесструктурности, беспорядка) в системе. Дарвиновская же теория эволюции постулирует, что в основе эволюции лежит повышение степени организованности биологических систем. В представлениях основоположника законов термодинамики Рудольф Клаузиуса и его последователей [15] существование нашего мира имеет начало во времени и неизбежно заканчивается абсолютным хаосом. В противоположность этому сторонники эволюционной теории ставят во главу угла принцип постоянного усложнения структуры живой материи [16].
Однако при более широком рассмотрении проблемы эти противоречия теряют свою основу. Жизненный цикл каждого организма включает этап усложнения структур, сменяющийся этапом их деградации с переходом в аморфное состояние смерти. Известно, что все индивиды уйдут со сцены эволюционного развития, так же как и каждый биологический вид растворится в субстрате биосферы. Следовательно, эволюционный процесс на уровне вида имеет свои пределы, по достижению которых сложные формы живой материи разрушаются, и она возвращается в аморфное состояние. То есть эволюционная теория и второй закон термодинамики не находятся в противоречии, если проводить их сопоставление в более широком временном диапазоне. Дань второму закону термодинамики каждый организм выплачивает в процессе старения, отправляя в «биосферный хаос» отжившие клетки и отдельные молекулы, а живая материя эту дань поставляет в виде гибели своих фрагментов – индивидуализированных организмов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Старение – это механизм системного анализа информации, собранной организмом из внешних источников, архивирования наиболее значимых информационных блоков в структуре белковых и других органических молекул с последующей передачей этих блоков в биосферу как элементов для качественного преобразования живой материи. При достижении генетического предела информационной емкости белковые молекулы деструктурируются и переводятся в элементный состав биосферы для утилизации внешними организмами или же утилизируются собственным организмом. В результате биосфера представляет собой «плавильный котел», в котором происходит непрерывное разложение устаревших структур живой материи и воссоздание из их фрагментов новых структур с более высокими функциональными возможностями.
Эволюция биологического вида поддерживает два пути передачи биологической информации: генетический (вертикальный) путь образует структурно-информационную основу тканей организма, совершенствование которой обеспечивает биосферный (горизонтальный) путь передачи.
В настоящее время эволюционное развитие живой материи сосредоточено на интеллектуальной сфере. Путем совершенствования структуры головного мозга человека эволюция решает свою основную задачу – развитие интеллектуальной компоненты живой материи. Для наиболее успешного решения этой задачи эволюция концентрирует свои усилия на представителях старшего возраста как носителей наибольшего объема структурно-информационных блоков интеллектуальной материи. С этой целью она наращивает темпы количественного увеличения представителей старшего возраста по сравнению с возрастанием общей численности населения.
