Расчеты эволюционных биологов из университета Аризоны показали, что старение многоклеточных организмов неизбежно. Математическая модель, построенная учеными, продемонстрировала, что в многоклеточном организме снижению жизнеспособности клеток в перспективе есть только одна альтернатива — рак. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В своих рассуждениях ученые отталкивались от двух популярных генетических теорий старения: теории накопления соматических мутаций и теории антагонистической плейотропии. Первая из них, как следует из названия, гласит, что старение происходит в результате накопления в ДНК мутаций в процессе жизни. Вторая теория подразумевает, что некоторые гены имеют плейотропный (неоднозначный) эффект на приспособленность организма: в молодом возрасте эти гены, или их определенные аллели, увеличивают репродуктивный успех, и поэтому поддерживаются отбором, однако с возрастом начинают негативно влиять на приспособленность.

Обе эти теории подразумевают существование неких генетических вариантов, ассоциированных со старением. Если представить существование достаточно сильного отбора против этих вариантов, в процессе эволюции возможно получить некий «бессмертный генотип». В противном случае, клетки неизбежно деградируют по разным причинам — к примеру, в результате постепенного накопления неправильно свернутых белков и удаления эпигенетических меток.

Для осуществления отбора необходима межклеточная конкуренция, которая существует в сообществах одноклеточных организмов. Однако в рамках многоклеточного организма межклеточная конкуренция ограничена необходимостью поддерживать некие функции, полезные для организма в целом. Авторы работы определяют это ограничение как кооперацию и подразумевают, что кооперация ассоциирована с постепенным снижением жизнеспособности отдельных клеток за счет отсутствия отбора. В то же время наличие отбора на приспособленность неизбежно приводит к снижению уровня кооперации и к образованию раковых клеток. Различные варианты развития событий, предсказанные моделью, представлены на графике ниже.

Графики, отражающие изменение со временем соотношения функциональных (черным цветом), стареющих (серым) и раковых (штриховкой) клеток в многоклеточном организме при отсутствии конкуренции (верхняя панель) и при наличии конкуренции (нижняя панель). Графики E и F наиболее приближены к реальности, так как подразумевают наличие и стареющих клеток, и раковых. Paul Nelson and Joanna Masel / PNAS 2017

Таким образом, приспособленность отдельной клетки и кооперация являются противоположными по смыслу величинами. В то же время, жизнеспособность многоклеточного организма — это функция от обеих этих переменных. Модель, построенная учеными, показала, что возрастание одной переменной не компенсирует снижение другой. Поэтому, как снижение приспособленности, так и снижение кооперации неизбежно ведет к общей потере жизнеспособности.

Логику модели можно вкратце объяснить так: если в многоклеточном организме между клетками не будет конкуренции, они неизбежно состарятся и умрут. Однако если конкуренция будет, в перспективе соревнование выиграют бессмертные раковые клетки, которые растут по своим законам и не считаются с нуждами организма.

Сами авторы признают, что их модель имеет ограничения, например, подразумевает, что между приспособленностью и кооперацией нет положительной корреляции, в то время как в более сложных системах она может быть.

Мы рассказывали о том, что у людей признаки старения мозга обнаруживаются уже в молодости, а максимальную продолжительность человеческой жизни на основании статистических данных ограничили 115 годами.

Автор: Дарья Спасская