Страница: 1/2
Содержание
Введение 3
Старение — уступка энтропии? 6
Бессмертные бактерии 7
От мыши до слона 8
С кислородом нужно обращаться осторожно 10
Биохимия старения 11
Ответы на вопросы 13
Литература 15
Введение
Нет человека, который не задумывался бы о старости, о смерти. Это вечная тема для размышлений и лучших умов человечества, и самых обычных людей. Ученые пытаются найти универсальные причины механизма старения, нащупать пути управления этими процессами. Многие вопросы так и остаются открытыми, на некоторые из них нашелся ответ совсем недавно.
...Уж если медь, гранит, земля и море
Не устоят, когда придет им срок,
Как может уцелеть, со смертью споря,
Краса твоя — беспомощный цветок?
В. Шекспир.
Клетки, взятые от эмбриона, растут в стерильных сосудах до тех пор, пока они
не покроют его дно. Затем часть клеток переносят в новый сосуд со свежей средой.
Этот процесс продолжается до тех пор, пока клетки сохраняют способность делиться
и размножаться. Так удалось экспериментально установить, что нормальные (неопухолевые)
клетки человека могут делиться “в пробирке” не более 50 раз, если они взяты
от эмбриона, и не более 20 раз, если это клетки взрослого человека.
Тридцатиграммовая мышь, которая дышит с частотой 150 раз в минуту, за свою трехлетнюю
жизнь делает около 200 миллионов дыханий. Это же число дыханий пятитонный слон,
делающий 6 вдохов и выдохов в минуту, совершит за 40 лет. Сердце мыши, бьющееся
с частотой 600 ударов в минуту, за время ее жизни сделает 300 миллионов ударов.
Сердце слона, сокращающееся 30 раз в минуту, совершит столько же ударов за его
более долгую жизнь. Поэтому можно сказать, что физиологически они проживают
жизнь одинаковой протяженности.
Американская исследовательница Толмазофф и ее коллеги установили, что продолжительность
жизни прямо пропорциональна отношению активности фермента супероксиддисму тазы
к интенсивности обмена веществ: чем больше эта величина, тем дольше живет организм.
Активность же этого важнейшего фермента, защищающего наши клетки от старения,
существенно не меняется.
Старение — уступка энтропии?
Изредка встречаются люди, к которым неприменимы обычные законы и правила — они
могут обходиться без сна, не заражаются опасными инфекциями во время самых страшных
эпидемий. Однако нет человека, который неподвластен старению. Все живое стареет,
разрушается и погибает. И даже неживая природа: здания, камни, мосты и дороги
— тоже постепенно ветшают и приходят в негодность. Очевидно, что старение —
это некий обязательный процесс, общий для живой и неживой природы.
Немецкий физик Р. Клаузис в 1865 году впервые пролил свет на глубинные причины этого явления. Он постулировал, что в природе все процессы протекают асимметрично, однонаправ ленно. Разрушение происходит само собой, а созидание требует затраты энергии. За счет этого в мире постоянно происходит нарастание энтропии — обесценивание энергии и увеличение хаоса. Этот фундаментальный закон естествознания называется также вторым началом термодинамики. Согласно ему, для создания и существования любой структуры необходим приток энергии извне, поскольку сама по себе энергия имеет тенденцию рассеиваться в пространстве (этот процесс более вероятен, чем создание упорядоченных структур). Живые организмы относятся к открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в органические и неорганические соединения, животные организмы разлагают эти соединения и таким образом обеспечивают себя энергией. При этом живые существа находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, постепенно отдают или рассеивают энергию, поставляя энтропию в мировое пространство.
Оказалось, однако, что существование живых организмов не полностью исчерпывается вторым началом термодинамики. Закономерности их развития объясняет третий закон термодинамики, обоснованный выдающимся бельгийским ученым И. Пригожиным, выходцем из России: избыток свободной энергии, поглощенный открытой системой, может приводить к самоусложнению системы. Существует определенный уровень сложности, находясь ниже которого система не может воспроизводить себе подобных.
Живые организмы в каком-то смысле противостоят нарастанию энтропии и хаоса во Вселенной, образуя все более сложные структуры и накапливая информацию. Этот процесс противоположен процессу старения. Такая борьба с энтропией возможна, по-видимому, благодаря существованию неустаревающей генетической программы, которая многократно переписыва ется и передается следующим поколениям. Живой организм можно сравнить с книгой, которая постоянно переиздается. Бумага, на которой написана книга, может износиться и истлеть, но содержание ее вечно.
Бессмертные бактерии
Когда мы говорили о том, что все живое подвержено старению, то допустили неточность:
есть ситуации, к которым это правило неприменимо. Например, что происходит,
когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится пополам? Она
дает начало двум другим клеткам, которые в свою очередь снова делятся, и так
до бесконечности. Клетка, давшая начало всем остальным, не успела состариться,
фактически она осталась бессмертной. Вопрос о старении у одноклеточных организмов
и непрерывно делящихся клеток, например половых или опухолевых, остается открытым.
А. Вейсман в конце ХIХ века создал теорию, которая постулировала бессмертие
бактерий и отсутствие у них старения. многие ученые согласны с ней и сегодня,
другие же подвергают ее сомнению. Доказательств хватает у тех и других.
А как обстоит дело с многоклеточными организмами? Ведь у них большая часть клеток не может постоянно делиться, они должны выполнять какие-то другие задачи — обеспечивать движение, питание, регуляцию внутренних процессов. Это противоречие между необходимостью специализации клеток и сохранением их бессмертия природа разрешила путем разделения клеток на два типа. Соматические клетки поддерживают жизненные процессы в организме, а половые клетки делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов, содержащих триллионы соматических клеток, в сущности направлено к тому, чтобы обеспечить бессмертие половых клеток.
Как же происходит старение соматических клеток? Американский исследователь Л. Хейфлик установил, что существуют механизмы, ограничивающие число делений: в среднем каждая соматическая клетка способна не более чем на 50 делений, а затем стареет и погибает. Постепенное старение целого организма обусловлено тем, что все его соматические клетки исчерпали отпущенное на их долю число делений. После этого клетки стареют, разрушаются и погибают.
Если соматические клетки нарушают этот закон, они делятся непрерывно, многократно воспроизводя свои новые копии. Ни к чему хорошему это не приводит — ведь именно так появляется в организме опухоль. Клетки становятся “бессмертными”, но это мнимое бессмертие в конечном счете покупается ценой гибели всего организма.
От мыши до слона
Проблема старения напрямую связана с вопросом о разной продолжительности жизни
у разных организмов. Немецкий физиолог М. Рубнер в 1908 году первым обратил
внимание ученых на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например,
мышь живет 3,5 года, собака — 20 лет, лошадь — 46, слон — 70. Рубнер объяснил
это разной интенсивностью обмена веществ.
Суммарная затрата энергии у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова — 200 ккал на 1 грамм массы. По мнению Рубнера, каждый вид способен переработать лишь определенное количество энергии — исчерпав ее, он погибает. Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода зависят от размеров животного и площади поверхности тела. Масса возрастает пропорцио нально линейным размерам тела, взятым в кубе, а площадь — в квадрате. Слону для поддержания своей температуры тела необходимо гораздо меньше энергии, чем такому же по весу количеству мышей — общая поверхность тела всех этих мышей будет значительно больше, чем у слона. Поэтому слон может себе “позволить” гораздо более низкий уровень обмена веществ, чем мышь. Этот высокий расход энергии у мыши и приводит к тому, что она быстрее исчерпывает отведенные на ее долю энергетические запасы, чем слон, и срок ее жизни намного короче.
Таким образом, существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ у животного и продолжительностью его жизни. Малая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Эта закономерность была названа энергетическим правилом поверхности Рубнера.
Несмотря на убедительную простоту открытого Рубнером правила, многие ученые не согласились с ним. Они усомнились в том, что правило объясняет причины старения всех живых организмов — из него существует немало исключений. Например, человек не подчиняется этому закону: суммарная затрата энергии у него очень высокая, а продолжительность жизни в четыре раза больше, чем должна бы быть при таком обмене. С чем же это связано? Причина стала ясна лишь совсем недавно.
Реферат опубликован: 1/06/2005 (4749 прочтено)