Глава 2. Загадки живой природы

Живая природа хранит в себе три древние загадки: возникновения жизни,эволюции и смерти. Чтобы разгадать первую из них, в настоящее время предпринимаютсяусиленные попытки воспроизвести процесс возникновения жизни в искусственныхусловиях. Не менее сложна и вторая загадка -- загадка эволюции, или усложнения исовершенствования живых систем при сохранении одних и тех же структурныхэлементов живой материи. Действительно, природа одновременно и удивительно единообразна ипоразительно разнообразна. Наиболее простые живые организмы -- вирусы --имеют такое же строение, как и носители наследственности у высших организмов-- гены. Белки у бактерий и у человека построены из одних и тех жестроительных блоков -- аминокислот. Как же обеспечивается в природе стабильность основных ее элементов ипоразительное усовершенствование их в процессе эволюции на пути отпростейших одноклеточных к высшим организмам? От ответа на этот вопросзависит многое. В том числе и разгадка смерти. Мы привыкли считать, что всякая жизнь завершается смертью, что "жить --значит умирать" (Энгельс Ф. Диалектика природы). Но что делает смерть неизбежной? Прежде чем рассмотреть этот вопрос, напомню читателю: в природе, какизвестно, существуют два принципиально различных механизма смерти -- отвнешних и от внутренних причин. Теоретически некоторые простейшие одноклеточные организмы бессмертны,так как после каждого деления подобного существа возникают два полностьюодинаковых дочерних потомка, обладающих всеми свойствами исходногоорганизма. В благоприятных условиях процесс последовательных делений можетпродолжаться неограниченно. Классический пример: деление одноклеточногоорганизма -- парамеции -- в течение 8400 поколений. В данном случае не имеетзначения, что в действительности лишь экземпляры некоторых простейшихсоздают поколения, способные делиться вегетативно (без полового размножения)неопределенно долго. Если бы эта способность наблюдалась только у одноговида простейших или даже у одной ветви, то и тогда это было бы основаниемдля утверждения, что теоретически существует жизнь без внутренних причинсмерти при наличии определенных благоприятных условий внешней среды.Свойство потенциального бессмертия можно увидеть и на примере сложныхмногоклеточных организмов, если в их клетках происходят так называемыезлокачественные изменения. Действительно, нормальные клетки, из которыхстроится многоклеточный организм, находятся в таком взаимодействии друг сдругом, что размеры органов остаются постоянными. Так, например, вжелудочно-кишечном тракте происходит очень интенсивное обновление клеток. Ноновые клетки регулярно приходят на смену гибнущим, то есть клеток появляетсяровно столько, сколько необходимо для поддержания их "запланированного"количества. Более того, нормальные клетки, находясь в искусственных условияхвне организма, в так называемой культуре тканей, делятся лишь строгоопределенное число, раз и затем погибают. Когда же клетка становится раковой, ее потомки могут жить и в культуреткани, и в организме беспредельно, если их последовательно пересаживать, илитрансплантировать. Знаменитый немецкий ученый Пауль Эрлих еще в 1906 г.выделил у мыши опухоль, которая и сейчас используется во всех странах внаучных исследованиях, хотя максимальная длительность жизни мыши непревышает трех лет. Иными словами, как это ни парадоксально, ракобеспечивает потенциальное бессмертие клеток. И все же и одноклеточные организмы, и раковые клетки погибают.Действительно, давно подсчитано, что если бы не происходило гибелиодноклеточных, то потомки одной инфузории довольно скоро заняли бы объем,превышающий объем земного шара. Что же ограничивает длительность жизниодноклеточных существ? Таким ограничителем является прежде всего состояниесреды их обитания. Живой организм находится в очень тесных взаимоотношениях с внешниммиром. Наличие или отсутствие пищи, физические условия среды, степень еезагрязнения -- вот те главные факторы, с которыми неразрывно связанажизнедеятельность организма. Вместе с тем любой организм может существовать, лишь если состав еготела поддерживается в определенных, обычно довольно узких пределах. Этоположение великий французский физиолог Клод Бернар более 100 лет назадсформулировал следующим образом: постоянство внутренней среды являетсянеобходимым условием свободной жизни организма. Закон постоянства внутренней среды организма -- фундаментальный законбиологии. Я бы даже обозначил его как Первый фундаментальный биологическийзакон (хотя порядковый номер в данном случае мало что говорит: всефундаментальные законы характеризуются тем, что ни один из них не может бытьнарушен). Обмен веществ, основанный на поступлении в организм пищи, воды икислорода, прежде всего обеспечивает постоянство внутренней среды. Уодноклеточных существ резервы энергетических материалов в организме оченьневелики и соответственно их зависимость от поступления пищи, как правило,крайне выражена. Еще больше одноклеточные зависят от физических условийсреды. Нежная оболочка клетки -- клеточная мембрана -- не может бытьнадежной защитой от повреждающих внешних факторов. Это понятно: ипоступление пищи, и выделение отходов происходит через эту мембрану. Посуществу, одноклеточные организмы находятся в равновесии со своей средойобитания, и постоянство состава их тела, то есть требование, соответствующееПервому биологическому закону, может быть выполнено лишь в той степени, вкоторой сохраняется постоянство внешней среды. Изменения во внешней среде,вызванные, к примеру, самой жизнедеятельностью одноклеточных организмов,могут послужить причиной их гибели. Таким образом, в большинстве случаев смерть у одноклеточных обусловленадействием внешних факторов, то есть является смертью от внешних причин.Это-то и дает основания утверждать, что теоретически некоторые простейшиемогут оказаться бессмертными в условиях, когда внешняя среда этомублагоприятствует. Если говорить о человеке, то здесь внешние причины смерти связываютпрежде всего с так называемыми болезнями цивилизации. Считается, чтоизбыточное, или неправильное, питание, недостаточная физическая активность,психическое перенапряжение (эмоциональный стресс), токсические вещества,распространенные во внешней среде (например, канцерогены -- химическиевещества, вызывающие рак), -- все это причины основных болезней человека:атеросклероза и рака. Тем самым предполагается, что и у человека именновнешние факторы определяют основные причины смерти. Однако вряд ли стоит доказывать, что устранение внешних причин болезнейне спасет высшие организмы от смерти. Для каждого вида организмов характеренопределенный предел длительности жизни. Крыса не может прожить более четырехлет, слон -- более 80, и никто не наблюдал, чтобы крыса жила дольше, чем этов норме свойственно слону. Устранение внешних неблагоприятных факторов может лишь привести к тому,что продолжительность жизни индивидуума совпадет с видовым ее пределом. Так,если средняя длительность жизни человека составляет сейчас около 70 лет, товидовой ее предел, как уже было сказано, считается равным 120 годам. Пока жеу большинства организмов видовых пределов жизни достигают только отдельныепредставители. Сегодня наиболее общепринято считать, что существуют два независимыхявления, ограничивающих длительность жизни: физиологический процесс старенияи болезни, которые с возрастом все в большей степени поражают человека. Приэтом вычислили, что если будут устранены основные болезни старения --атеросклероз и рак, то длительность жизни человека увеличится на 18 лет;если же будут устранены все болезни пожилого возраста, то это даст в среднемдополнительно еще 2--5 лет жизни. На этом основании предполагается, что вусловиях старения без болезней человек будет умирать в возрасте, близком к100 годам. Картина весьма заманчива. Ведь пока что бремя болезней частоделает очень тяжелой жизнь человека еще в среднем, не говоря уже о пожиломвозрасте. Однако это оптимистическое построение, к сожалению, уязвимо. Главнымобразом в силу разделения естественных причин смерти на болезни ифизиологическое старение. Действительно, каким образом физиологическоестарение обрывает жизнь? Опять же вследствие развития болезней. Другое дело,что вероятность их с годами возрастает. Более того, это, как правило, вполнеопределенные болезни. Мы уже упоминали, что в среднем и пожилом возрастедесять главных болезней из многих сотен возможных служат причиной смертикаждых 85 человек из 100. Ими являются: ожирение, сахарный диабет тучных,атеросклероз, гипертоническая болезнь, метаболическая (обменная)иммунодепрессия, аутоиммунные болезни, психическая депрессия и рак. Этиболезни, а также климакс и гиперадаптоз по причинам, которые станут читателюпонятными чуть позже, я обозначаю как нормальные болезни старения. Есть много доводов в пользу того, что в возникновении этих болезнейочень большое значение имеют внешние факторы. Так, ожирение, сахарный диабеттучных и атеросклероз возникают в результате переедания и сниженияфизической активности. В свою очередь, ожирение вызывает метаболическуюиммунодепрессию, то есть снижение иммунитета, обусловленное избыточнымиспользованием жира как источника энергии. Метаболическая иммунодепрессияспособствует развитию рака. Стресс, психическое перенапряжение и длительнозадержанные отрицательные эмоции вызывают гипертоническую болезнь,психическую депрессию и ускоряют течение рака. Все это так. Но вместе с тем остается несомненным: хотя устранениенеблагоприятных внешних факторов может увеличить длительность жизни, оно неможет расширить ее видовой лимит. В чем же здесь дело? Почему старение сочетается с определенной группойболезней, а не с любыми болезнями из многих сотен известных патологическихпроцессов? Чем определяется видовой лимит жизни -- физиологическимстарением, то есть изнашиванием, истощение организма, связанным спрекращением обновления его клеток, или определенными болезнями, которыевозникают под влиянием внутренних причин? И если верно последнее, то, чтоэто за внутренние причины, которые действуют с такой закономерностью? В живой природе существуют примеры механизма смерти, явно не связанногос влиянием внешних причин. Всем известен вид смерти, свойственный бабочкеподенке. Такая бабочка, возникнув из личинки поутру к концу первых сутокзакончив цикл размножения, погибает. Смерть наступает независимо от условийвнешней среды -- как будто кончается завод часов. Подобная смерть от внутренней причины -- не исключение. Еще" отчетливееее можно наблюдать у более сложного организма -- горбуши. Эта рыба в течение четырех-пяти лет живет в Тихом океане. В этот периодпроисходит созревание и увеличение размера тела, а в печени и теленакапливается жир. Но вот приближается период размножения, и горбушаначинает свой длинный путь, иногда в тысячи километров, к устью той реки, вкоторой она появилась на свет. С самого начала этого пути рыба в качествеисточника энергии использует главным образом печеночные резервы жира. Запасжиров снижается, но растет концентрация в крови холестерина, которыйсинтезируется из жира. И в течение одного-двух месяцев рыба "стареет". У нееизгибаются челюсти, западают глаза, истончается кожа. В организме горбушипроисходят очень глубокие сдвиги -- появляются признаки, свойственныесахарному диабету и атеросклерозу, снижается устойчивость к инфекции.Наконец горбуши-самки откладывают икру, которая осеменяется мужскими особямигорбуш. Через одну-две недели рыбы-родители погибают. Причиной смертиявляются множественные инфаркты сердца, мозга, легких, почек. Это понятно,так как концентрация холестерина в крови у горбуши в период нерестаувеличивается до 1000 мг%, то есть примерно в 10 раз. Механизм гибели горбуши -- это типичный пример смерти от внутреннихпричин, причем пример, создающий впечатление о существованиизапрограммированной смерти. Жизнь рыбы как бы оканчивается в соответствии спрограммой, хранящейся в генах, -- будто в них записан сигнал "стоп",который остро обрывает жизнь. Описание естественной смерти горбуши очень часто используется какпример, характеризующий наличие генетической программы старения и смерти. Нотак ли это? Действительно, каждому виду свойствен свой определенный лимитдлительности жизни, следовательно, генетический, то есть "записанный" вгенах, предел. Наиболее распространенным воззрением на происхождение лимита,ограничивающего продолжительность жизни, является теория "клеточной смерти".Известно, что в культуре ткани, то есть вне организма, некоторые клеткиплода человека способны делиться 50±10 раз, а затем погибают. Если клеткивзять от человека более старшего возраста или у лиц с преждевременнымстарением, то пропорционально уменьшается число делений, предшествующихгибели клетки. На основании этих данных стало модным считать, что часы,отмеряющие время жизни, заключены в каждой клетке. Предполагается, чтогибель клеток или ослабление функций в тех клетках, которые не делятся послеокончания развития, в конечном счете приводит к ослаблению и гибели самогоорганизма. Таким образом, естественную смерть горбуши часто рассматриваюткак иллюстрацию к этому построению. Но имеется существенное наблюдение, которое отнюдь не укладывается вэти рамки. Американские ученые О. Робертсон и Б. Векслер (1962) удалилиполовые железы у нескольких экземпляров родственного горбуше пресноводноговида рыбы и содержали затем их в специальных резервуарах. Это кажетсяневероятным, но длительность жизни кастрированных рыб удвоилась и даже внекоторых случаях утроилась! Приведенный пример поучителен в ряде отношений. Во-первых, он демонстрирует наличие смерти от внутренних причин утакого достаточно сложного организма, как горбуша. Во-вторых, эффекткастрации показывает, что видовые пределы жизни могут быть расширены, тоесть что возможно вмешательство в программу, которая с незыблемойгенетической закономерностью воспроизводится из поколения в поколение, изгода в год, так сказать, от века. Но, пожалуй, самый важный вывод заключается в следующем. В основемеханизма запрограммированной гибели горбуши лежат регуляторные сдвиги, аименно такие сдвиги в регуляции обмена, которые приводят к резкому повышениюсодержания холестерина в крови. При этом гибнет каждый индивидуум, каждаягорбуша, ибо ни одна рыба этого вида уже никогда после нереста невозвращается в океан. Принято считать, что смерть связана с истощением, изнашиванием,самоотравлением организма продуктами его жизнедеятельности, гибельюфункционально важных клеток, например клеток нервной системы -- нейронов, тоесть связана со стойкими и грубыми дефектами, или органическими нарушениями. На примере механизма гибели горбуши становится очевидным, что в основесмерти лежат нарушения регуляции, то есть функциональные и поэтому впринципе обратимые нарушения. Иначе говоря, запрограммированная гибельгорбуши связана с нарушением закона постоянства внутренней среды организма,или с отступлением от основного биологического закона. В результатечрезмерное повышение уровня холестерина практически непосредственно приводитк смерти. Теперь зададимся еще двумя вопросами. Что же вызывает изменение впродуцировании холестерина? И являются ли нарушения, наблюдаемые у горбуши,частным случаем или регуляторный тип смерти наблюдается в природе и у другихвидов, включая человека? Ясно, что эти вопросы в определенной меревзаимосвязаны. Стоит отметить, что если пример с горбушей во многом поучителен, тоименно в отношении поиска общих причин, вызывающих регуляторные нарушения,он может завести в тупик. Действительно, тот факт, что удаление половыхжелез тормозит выполнение "программы смерти", показывает, что у горбушиполовые железы являются источником сигналов, включающих механизм смерти отвнутренней причины. Иными словами, созревание половых желез "запускает"механизм размножения, а затем и естественной гибели горбуши. Исходя изподобных примеров, многие биологи приходят к выводу, что цель живой природы-- размножение, воспроизведение себе подобных; как только эта цельдостигнута, включаются механизмы, обрывающие жизнь. Внешне такое построениевыглядит весьма правдоподобно. Но вдумаемся: признавая справедливость этого вывода, мы тем самымдолжны были бы признать, что у природы имеется цель и что этой цельюявляется смерть индивидуума после окончания воспроизведения. Между тем можноутверждать вполне определенно: у природы нет и не может быть такой цели(как, впрочем, и никакой другой). Как же могут быть совмещены эти друг друга исключающие положения? То,что действительно зафиксировано в генетическом коде организма,-- этовоспроизведение себе подобных. Этот процесс должен быть материальнообеспечен. У горбуши, вероятно, в силу ряда условий обитания, большинствополовых клеток погибает после нереста, так и не будучи оплодотворенными. Носпособность производить большое количество половых клеток смягчает действиеэтого неблагоприятного для размножения фактора. В чем смысл накопления жира в печени и в емкости "горба", если горбушесуждено в ближайшее время после нереста погибнуть? В том, что из жираобразуется холестерин, а каждая половая клетка должна содержать многохолестерина. Этот холестерин является материалом для построения оболочек(мембран) клеток, которые после оплодотворения должны начать развиваться всложный организм. Одновременно повышение содержания холестерина в кровивызывает у горбуши поражение сосудов и в конечном итоге приводит организм кгибели. Таким образом, по существу, избыток холестерина в крови служитобеспечению процесса размножения, а гибель горбуши является лишь побочнымследствием, вызванным нарушением постоянства внутренней среды организма.Постоянство внутренней среды в медицине обозначается термином "гомеостаз"("гомео" -- подобный, "стаз" -- состояние). Поэтому явление, о которомтолько что шла речь, я считаю правильным квалифицировать как законотклонения гомеостаза. Гомеостаз -- необходимое условие жизни. Однако сложность состоит в том,что и закон отклонения гомеостаза записан в генетическом коде, то есть самивысшие организмы одновременно подчиняются и закону сохранения и законуотклонения гомеостаза. Но прежде чем перейти к подробному рассмотрению этого вопроса, читателюпридется преодолеть небольшие трудности, чтобы ознакомиться с некоторымиосновами строения и функций человеческого тела,-- именно этому и посвященаследующая глава. Это тяжеловесное слово -- гипоталамус -- необходимо запомнить Гибриднервной и эндокринной системы, место стыковки двух миров -- внутреннего ивнешнего гипоталамус -- это чудо природы