Altern - Programm

"Der Stärkste überlebt" - manchmal behaupten alle Arten von "Meistern des Lebens" erbärmlich und verzerren die ursprüngliche Bedeutung von Darwins Gedanken.

"Die Stärksten überleben", hatte Darwin im Sinn, erklären uns Evolutionsbiologen.

An was angepasst? Zur maximalen Wiedergabe unter den aktuellen Bedingungen. Wer ist das "fit"? Einzelperson oder Kaninchen? Nein, natürlich. Der Einzelne wird in keiner Weise überleben. Das Kollektiv von Genen, die das am besten angepasste Kaninchen hervorgebracht haben, überlebt. Einer, der seine Brüder überholt, indem er ihren Genen ein maximales Überleben bietet, indem er so viele Kopien wie möglich erstellt.

Und was ist „maximales Überleben“? Welchen Parameter werden wir maximieren? "Es ist für Ihren Geschmack", sagt uns die Spieltheorie. Möchten Sie ein lokales Maximum Ihrer Kopien zu einem bestimmten Zeitpunkt? Empfangen, unterschreiben. Beschwere dich nur nicht darüber, wie flüchtig das Glück ist, wenn dir die Ressourcen ausgehen.

Möchtest du glücklich leben? Das heißt, um den Bereich unter der Kurve Ihrer Kopien rechtzeitig zu maximieren? Seien Sie dann so freundlich, zu lernen, wie Sie den Ressourcenverbrauch Ihrer Replikatoren steuern oder ihnen zumindest die Fähigkeit verleihen, auf lange Zeiträume mit widrigen Bedingungen zu warten. Und es ist sowohl das als auch das andere besser.

Am schicksten ist es jedoch, ihren Intellekt zu erweitern, damit sie selbst beginnen, ihre Bevölkerung für Sie zu kontrollieren, den Verbrauch ihrer Ressourcen zu planen und sogar immer effektivere Wege zu finden, um diese Ressourcen zu erhalten. Solche Replikatoren können bis zu 7,5 Milliarden Ihrer Gengenossenschaften produzieren, jeweils 30-40 Billionen Kopien. Für Bakterien sind das natürlich lächerliche Zahlen , aber für Eukaryoten ist es ein ziemlicher Indikator.

Es stimmt, die Intelligenz wächst seit langer Zeit und es besteht die Möglichkeit, nicht zu wachsen, sagen Neandertaler. Das war's: Wenn Sie sich als junge, gewagte Start-up-Genossenschaft dazu entschließen, die Methode „Billionen Makaken auf Schreibmaschinen“ zu verwenden, um die Fähigkeit zu imitieren, in Ihren Replikatoren zu denken, müssen Sie dies tun, bis Ihr Code für die Produktionsfreigabe bereit ist Die Population dieser Beta-Replikatoren ist ebenfalls zu kontrollieren. Und dann ein anderes Sabrutin namens Frucht-und-Multiplizieren () davon und versucht, alle Ihre Bemühungen in / dev / null zu setzen. Daher musste die Genossenschaft "Gene and Sons" zunächst die Fähigkeit verbessern, ihre Kreaturen nicht aussterben zu lassen oder sich stark zu vermehren. Warum hat er zuerst Mechanismen eingerichtet, um den Zu- und Abfluss der Bevölkerung zu kontrollieren? Nachdem wir gelernt haben, den Zustrom von Individuen durch Ausschalten der Reproduktion zu kontrollieren, ist der Abfluss durch Phenoptose entweder scharf wie bei Lachs oder glatt wie in unserem Fall bei der Maus.

Ist der Tod des Pazifischen Lachses programmiert? Ich denke, fast jeder, der sich mit diesem Thema befasst, gibt das zu. Aber darüber, ob es bei uns programmiert ist, gibt es eine hitzige Debatte.

Dieses gruselige Wort ist "Programm"

Was unterscheidet ein Programm von einem Nichtprogramm? Hier ist alles sehr einfach. Ein Programm ist, wenn Änderungen absichtlich auftreten. Nichtprogramm - wenn stochastisch, zufällig.

Schließlich behauptet niemand, dass die Embryogenese zufällig ist. Oder diese Pubertät ist ein stochastischer Prozess. Nein, alles ist klar programmiert: Bühnen, Daten. Und deshalb beobachten wir einzelne geschlechtsreife Säuglinge oder 80-jährige Frauen bei der Geburt nicht so, wie sie es sollten, wenn es sich um zufällige Prozesse handelt. Und wenn die Natur des Alterns zufällig ist, warum leben dann einige Tierarten mehrere Tage und andere Hunderte von Jahren? In der Tat sind für ähnliche zufällige Prozesse auch ähnliche statistische Verteilungen ihrer Ergebnisse charakteristisch. Aber aus irgendeinem Grund variieren die Parameter dieser Verteilungen selbst für nahe Verwandte wie eine Maus (2-3 Lebensjahre), ein Eichhörnchen (10-12 Jahre) und eine nackte Maulwurfsratte (30 Jahre) stark:


Darüber hinaus kann sich bei sozialen Tieren die Lebensdauer selbst bei Zwillingen mit identischer DNA um eine Größenordnung unterscheiden. Die Gebärmutter lebt 20- bis 40-mal länger als die arbeitende Person.

Gleichzeitig wissen wir, dass sehr unterschiedliche Arten gemeinsame molekulare Alterungsmechanismen haben. Das von Würmern, das von Säugetieren - zum Beispiel die berüchtigte Kaskade des insulinähnlichen Wachstumsfaktors (IGF-1), die dem Körper zuerst hilft, zu reifen und dann zu sterben. Darüber hinaus ist die Alterungsrate sehr unterschiedlich: Der Nematode lebt 2-3 Wochen und die Maus 2-3 Jahre. Und dies passt auch nicht gut zur Hypothese der Zufälligkeit altersbedingter Veränderungen.

Darüber hinaus sind sich alle Gerontologen einig, dass in unserem Körper die Fähigkeit, Schäden zu reparieren und Ablagerungen zu beseitigen, mit zunehmendem Alter abnimmt. Und genau dieser Rückgang führt zur Anhäufung des einen und des anderen und letztendlich zum Tod - das heißt, alle sind sich einig, dass dieser Prozess der Verschlechterung die Hauptursache für unser Altern ist.

Der einzige Stolperstein ist, ob dieser altersbedingte Rückgang zufällig oder absichtlich ist. Es scheint mir, dass alle Daten darauf hinweisen, dass die Rolle des Zufalls in diesem Prozess minimal ist. Ab dem 15. Lebensjahr sehen wir, wie der Körper unseren Thymus, 25 - unser Gehirn, 45 - unsere Muskeln und 60 - unsere Knochen gezielt zerstört. Und die gleichen Prozesse, die nur um das 20- bis 30-fache beschleunigt werden, beobachten wir auch bei Mäusen. Und zu glauben, dass sie alle zufällig sind, ist sehr schwierig.

Wo sind die alternden Gene? Wer kontrolliert diesen Prozess?

Ich habe bereits über den Hauptmechanismus zur Steuerung und Synchronisation wichtiger Prozesse im Körper geschrieben - die Epigenetik. Mit dem Alter ändert sich dies für alle gleich - die „epigenetische Uhr“ sagt unser biologisches Alter perfekt voraus, und die Tatsache, dass das periodische Zurücksetzen dieser epigenetischen Uhren durch Yamanakis Faktoren das Leben von Mäusen verlängerte, bestätigt diese Hypothese für mich.

Wer gibt den Rhythmus für diese Uhren vor und treibt sie voran? Höchstwahrscheinlich unser Gehirn. Insbesondere der Hypothalamus mit der Hypophyse, basierend auf zirkadianen Rhythmen der Zirbeldrüse. Hier ist eine interessante Studie, die zeigt, wie Stress durch Kortikosteroidhormone bei 5-jährigen Kindern epigenetische Veränderungen verursacht, ähnlich wie bei normalem Altern. Wer produziert Cortisol? Achse der Hypothalamus-Hypophysen-Nebenniere. Und die obige Studie bestätigt gut die Rolle der Epigenetik bei der Umsetzung des Alterungsprogramms - Stress beschleunigt es, Yamanaki-Faktoren rollen zurück.

Darüber hinaus sehen wir, wie ähnlich diese Prozesse für alle Organismen sind. Die Nematoden haben immer noch ein primitives neuroendokrines System - tatsächlich die Rudimente der Achse der Hypothalamus-Hypophysen-Gonade. Und diese Achse steuert ihr Wachstum und ihre Entwicklung . Wenn es an Nahrung mangelt, wird das nicht alternde Regime aktiviert - das Dauer-Stadium, in dem der Nematode monatelang bleiben kann, und dann wieder der Wachstumsprozess, und der Wurm reift, vermehrt sich und stirbt in seinen Standardwochen.

Erinnern Sie sich übrigens an die oben erwähnte Kaskade des insulinähnlichen Wachstumsfaktors (IGF-1)? Dies ist auch eines der alternden Gene. Bei Nematoden heißt es daf-2 . Sein Knockout (Entfernung) verlängerte die Lebensdauer von Nematoden um das Zehnfache und für Mäuse um das Zweifache. Und diese Kaskade ist sehr evolutionär alt, nur Superstar (sorry) - sie kommt in Hefen, Nematoden und unseren vor .

In diesem Fall verstehen wir natürlich immer noch nicht alle Mechanismen dieser Prozesse vollständig. Wenn (oder besser gesagt, wann) wir verstehen, werden alle Debatten über die Natur des Alterns gelöst. Auf die Frage „Wo ist das Programm?“ Wird es eine eindeutige Antwort geben: Hier sind Gene so und so, die Mechanismen ihrer Steuerung sind so und so, Eingabeparameter - hier ist der Algorithmus so und so.

Wie kann man die Hypothese des programmierten Alterns testen?

Ich habe hier einen sehr einfachen und angewandten Ansatz: Wenn die Hypothese des Alterungsprogramms es uns ermöglicht, dieses Altern zu stoppen oder unser Leben zumindest um das Zehnfache zu verlängern, wird dies für mich mehr als genug sein. Bisher hat keine andere Hypothese ein Mittel gefunden, um das Leben besser zu verlängern als der Hunger, und für Primaten ist es unwirksam .

Eine andere Hypothese: Wenn Altern ein Programm ist, muss es einige Schlüsselmechanismen haben, die den Hauptparameter des Programms variieren - die Lebenserwartung. Wenn wir diese Mechanismen beeinflussen, sollten wir die Auswirkungen auf das Ergebnis des Programms sehen. Wie uns die Ergebnisse einer zeitweiligen Verlängerung des Lebens mit Hilfe des Knockouts von Entwicklungs- / Alterungsgenen bei Nematoden und Mäusen zeigen.

Wie hat die Evolution die Alterungsmechanismen verbessert?

Ich weiß nicht, ich habe keine Kerze gehalten. Ich werde nur vorsichtig davon ausgehen, dass das Altern vor Milliarden von Jahren höchstwahrscheinlich nicht der Fall war. Da dies beispielsweise bei Viren nicht beobachtet wird. Aber irgendwann trat es bei einzelligen Organismen auf und verschaffte ihnen einen Überlebensvorteil, indem es ihr Aussterben aufgrund von Überbevölkerung (oder auf andere Weise) verhinderte. Wir kennen zwei solche Mechanismen des Alterns in einzelligen Organismen - Apoptose und Telomere. Darüber hinaus zeigen diese Mechanismen perfekt den Effekt der Gruppenauswahl - für jede einzelne Zelle trägt die Begrenzung ihrer Teilung oder Selbstzerstörung eindeutig nicht zur Erfüllung der Reproduktionsaufgabe bei. Aber ihre Gene helfen wirklich.

Wenn mehrzellige entstanden, erhielt der Krieg zwischen Auswahl auf Einzelebene und Gruppenauswahl eine neue Runde. Die Gruppenauswahl förderte neue und neue Alterungsmechanismen, und die individuelle Auswahl versuchte, sie zu knacken.

Und für Hunderte von Millionen von Jahren haben jene Arten, die nicht über ausreichend starke Mechanismen zum Schutz vor Hacking verfügten, ihr Alterungsprogramm umgangen, die Gene dieses Hackings in ihrer Population aufgrund des Selektionsdrucks auf individueller Ebene fixiert, der natürlich stärker ist als der Gruppenselektionsdruck ( da der reproduktive Vorteil eines Individuums aus der Verlängerung des Lebens viel schneller realisiert wird als das Einsetzen der negativen Folgen dieses Vorteils für die gesamte Bevölkerung). Aber am Ende starben diese Arten, als dieser Vorteil bereits in den Genen einer ausreichend großen Anzahl von Individuen verankert war, aufgrund des durch Überbevölkerung verursachten Hungers aus, unter dem eine solche Art während Millionen von Jahren der Evolution mindestens einmal litt. Und nur diejenigen Arten, bei denen die Gruppenauswahl eine ausreichende Anzahl doppelter Alterungsmechanismen sichergestellt hat, und diejenigen, die gelernt haben, „hungrige Zeiten“ in Form von Sporen oder „versteckten Eiern“ als zeitlose Hydra abzuwarten, sind dem Aussterben entkommen.

Übrigens ist die multidirektionale Wirkung (antagonistische Pleiotropie) von IGF1 genau der Mechanismus, der es dem Alterungsprogramm ermöglicht, in der Bevölkerung zu bleiben. Darüber hinaus ist der Mechanismus sehr schwierig, da dieses Gen Individuen in den frühen Entwicklungsstadien einen evolutionären Vorteil verschafft - schnelles Wachstum - der es in der Bevölkerung fixiert, im Austausch für die Tatsache, dass diese sich schnell reproduzierenden Individuen sterblich bleiben.

Darüber hinaus ist ein solches multidirektionales IGF-1 nicht unvermeidlich und wird durch kein physikalisches Gesetz verursacht. Die Evolution könnte perfekt darauf verzichten, wenn sie nicht die Aufgabe hätte, eine Überbevölkerung zu verhindern. In der Tat führt die Verknüpfung von schnellem Wachstum mit dem Altern zu offensichtlichen Einschränkungen der Fruchtbarkeit jedes einzelnen Individuums. Und diejenigen Personen, die diese Verbindung unterbrechen könnten, würden einen klaren evolutionären Vorteil bei der Reproduktion erhalten.

Könnte die Evolution nicht in der Lage gewesen sein, die Gene der Pubertät von ihren negativen Manifestationen in Form einer Involution des Thymus und anderer Manifestationen des Alterns über Milliarden von Jahren zu lösen? Immerhin war sie in der Lage, atemberaubende Dinge zu erfinden - zuerst mehrzellig aus einzellig zu machen, dann die Fische an Land zu treiben, ihnen das Atmen von Luft beizubringen und dann einige, ihnen das Fliegen beizubringen. Ich konnte riesige Dinosaurier und Wale sowie viele andere völlig fantastische Lebensformen und Ökosysteme erschaffen. Gleichzeitig hat die überwiegende Mehrheit ihrer Kreationen die gleiche Verbindung zwischen den Genen der Pubertät und des Alterns: zumindest für einen Fadenwurm, zumindest für eine Person. Es ist viel plausibler, dass die Evolution diese Verbindung nicht aktiv aufbrechen wollte und nicht „konnte“.

Und ja, die überwiegende Mehrheit der Arten, aber nicht alle. Es gibt Arten, die keinen direkten Zusammenhang zwischen Fruchtbarkeit (und dies ist das Hauptkriterium für die Wirksamkeit von Entwicklungsgenen) und Alterung haben. Jemandes Fruchtbarkeit nimmt nur mit dem Alter zu:

Wo ist der paläontologische Beweis für ausgestorbene unsterbliche Arten?

Und wie würden solche paläontologischen Beweise aussehen? Wie kann man die versteinerten Überreste eines unsterblichen Organismus von einem Sterblichen unterscheiden? Darüber hinaus trat das Altern höchstwahrscheinlich bei einzelligen Organismen auf, wie wir bei Hefen sehen. Übrigens ist einzelliges Altern ein indirekter paläontologischer Beweis.

Nun, auf der Grundlage einer Hypothese: Vor 252 Millionen Jahren starben etwa 90% aller Arten auf der Erde aus. Eine der möglichen Ursachen für diese Katastrophe ist das explosive Wachstum einzelliger Bakterien , die eine der grundlegenden Verbindungen in der ökologischen Pyramide zerstört haben. Denn mit dem Aussterben der gesamten Verbindung der ökologischen Pyramide droht auch alles, was über dieser Verbindung in der Pyramide liegt, auszusterben. Und es gab mehrere solcher Katastrophen auf der Erde:

Könnte die Evolution nicht einfach eine unsterbliche Spezies erfinden, die keine Überbevölkerung verursacht?

Erstens sind Gene immer noch der Treiber der Evolution, und es ist ihnen grob gesagt egal, ob wir oder unsere Nachkommen sie vermehren. Gleichzeitig sind die Wege der Evolution unergründlich - es hätte so verlaufen können, es hätte sein können. Könnten wir fliegen und Stickstoff atmen können? Vielleicht könnten sie. Aber es ist so gut gelaufen.

Übrigens konnte die Evolution vielleicht schon einen solchen „unsterblichen“ Look erfinden - dies ist die von Gerontologen geliebte Hydra, die nicht altert. Aber dafür musste sie Kryptobiose lernen (die hungrigen Zeiten abwarten) und sich sowohl sexuell als auch durch Knospen vermehren. Wenn es viel zu essen gibt, klont sich die Hydra durch Knospen. Und wenn es nicht genug ist, wächst sie entweder männliche oder weibliche Genitalien und liebt sich, wobei die befruchteten Eier auf bessere Zeiten am Meeresgrund warten. Auf diese Weise hat sie gelernt, widrige Umstände abzuwarten - Eltern können an Hunger sterben, aber die Kinder werden auf den Hunger warten, da ihre Entwicklung eingefroren ist, bis bessere Zeiten kommen. Genau wie eine Nematoden-Dauer-Larve.

Und eine andere Sicht auf die Schwelle der Unsterblichkeit sind wir, Homo Sapiens . Nur um zu lernen, nicht an Überbevölkerung auszusterben, mussten wir zuerst unser Gehirn wachsen lassen und dann mit ihrer Hilfe Kultur und Gesellschaft und sogar den wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt entwickeln, der uns die technischen Möglichkeiten bietet, in keiner Bevölkerung an Ressourcenverarmung zu sterben. Die Tatsache, dass wir dieses dumme Alterungsprogramm brechen werden, steht außer Zweifel. Eine Frage der Zeit.

Und ich möchte sehr, dass es nicht nach 50 Jahren, sondern nach 20 Jahren passiert. Aber etwas, was Homo sapiens noch nicht versteht, ist, dass in dieser Angelegenheit die Verzögerung des Todes ähnlich ist.