С

Старение

Старение — процесс постепенного разрушения и потери важных функций организма или его частей, в частности способности к размножению и регенерации. В результате организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, уменьшает свою способность бороться с хищниками и болезнями. Явление старения в той или иной степени наблюдается практически у всех живых организмов. Термин «старение» также может использоваться и для описания разрушения неживых систем, и для описания социальных эффектов старения человека. Наука, изучающая старение, называется геронтологией; ее отрасль, имеет дело с биологическими эффектами старения — биогеронтологиею.

Старение различных организмов

Старение и размножение

Размножение — существенная функция жизни организмов: все другие жизненные процессы, в частности старение и смерть, адаптированные к его потребностям. Для понимания процесса старения важно подчеркнуть различие между одноплодными и многоплодными стратегиями размножения. Одноплодные организмы размножаются с помощью единого акта размножения в течение жизни организма. Большинство одноплодных организмов — однолетние и двухлетние растения, но среди них много насекомых и несколько позвоночных животных, в том числе розовый лосось и угорь. Многоплодные организмы, с другой стороны, размножаются периодически в течение диапазона половой зрелости, который обычно составляет большую часть жизни.

Одноплодные организмы

В одноплодных форм размножения имеет место в конце жизненного периода, после которого организм проходит через стадию очень быстрого старения, которое приводит к смерти организма. У растений фаза старения обычно является составной частью воспроизводимого процесса, важной для его завершения. Распространение семян, например, сопровождается процессами созревания, падения плодов и высыхания семян — процессов, неотделимых от процесса старения растения. Это быстрое старение вызывается с помощью определенных гормонов, уровень которых меняется в зависимости от состояния развития растения и экологических условий. Если, например, предотвратить выделение гормона роста растений — ауксина — экспериментальными средствами, растение живет дольше и проходит через нетипичное для нее медленное старение.

Подобная картина старения наблюдается и у некоторых насекомых, которые отличаются двумя четкими стратегиями адаптивного окраску: защитная окраска, с помощью которого насекомые маскируются от потенциальных хищников, и отпугивающая окраски, обычно указывает на ядовитость насекомого. Эти два примера адаптации имеют разные оптимальные стратегии выживания видов: насекомые с защитной окраской умирают быстрее после завершения размножения, тем самым сокращая возможность для хищников научиться распознавать их, — тогда как насекомые с отпугивающим окраской живут очень долго после размножения, увеличивая возможность хищников запомнить их. Обе стратегии адаптации найдены среди представителей семейства бабочек-сатурний, на примере которых было показано, что продолжительность их жизни после размножения контролируется гормональной системой, которая также контролирует судьбу времени, насекомые проводят в полете: бабочки с защитной окраской проводят больше времени в полете, истощают себя и быстро умирают, тогда как бабочки с отпугивающим окраской летают меньше, сохраняют энергию, и в результате — живут дольше.

Эти примеры иллюстрируют случай, когда в одноплодных форм, которым полная сила и функциональность нужны фактически до конца жизни, старение проходит очень быстро и связано с завершением процесса размножения, и часто активно управляется относительно простыми гормональными механизмами, которые могут развиваться под действием естественного отбора . Такие специфические генетически контролируемые процессы старения — является образцом запрограммированного окончания жизни, которые проявляются, когда такое старение предпочитает для выживания молодежи. Однако в других случаях быстрое старение одноплодных организмов является результатом истощению организмов, более не нужных после размножения.

Многоплодные организмы

Многоплодные формы включают большинство позвоночных животных, большинство долгоживущих насекомых, ракообразных и пауков, головоногих и брюхоногих моллюсков, и многолетние растения. В отличие от одноплодных форм, многоплодным организмам не нужно выживать до конца их воспроизводимой фазы (фазы размножения) для того, чтобы размножение прошло успешно, и средняя продолжительность жизни относительно периода размножения очень значительно изменяется у разных особей и в зависимости от вида: маленькие грызуны и дикие птицы выживают в среднем только от 10 до 20 процентов их потенциального периода размножения, тогда как киты, слоны, обезьяны и другие крупные млекопитающие в природных условиях выживают более 50 процентов своих периодов размножения, и часто даже переживают его.

У многоплодных организмов старение имеет постепенный характер: без очевидных специфических системных или экологических механизмов, которые бы инициировали этот процесс. Старение прежде всего проявляется как снижение возможностей организма к размножению. У видов, которые достигают фиксированного размера тела, снижение возможностей к размножению начинается довольно рано — и ускоряется с возрастом. В крупных пресмыкающихся, которые достигают половой зрелости еще имея небольшой размер и продолжают расти в течение долгого воспроизводимого периода, число отложенных яиц увеличивается в возрасте в течение достаточно долгого периода, но в конечном счете уравнивается и постепенно снижается. Воспроизводимый период в таких случаях короче чем продолжительность жизни.

Еще одной особенностью многоплодных организмов является зависимость скорости процесса старения от способности размножаться и от возможностей выживания потомства — плодовитые организмы стареют намного быстрее, чем менее плодовиты. Такая зависимость позволяет выживать животным с малой продолжительностью жизни за счет значительного потомства, а неплодовитим животным — за счет большого числа возможностей для размножения.

Для математического описания старения многоплодных организмов иногда используется так называемый закон смертности Гомпертца-Мейкгама (или просто Гомпертца), согласно которому вероятность смерти экспоненциально возрастает с возрастом:, где x — возраст, а p — относительная вероятность смерти за определенный промежуток времени, a и b — коэффициенты. Таким образом, при отсутствии постоянного члена a, размер популяции снижается с возрастом по двойной экспоненте. Этот закон эмпирический и имеет место не для всех животных и не на всех промежутках времени, но он легкий для сравнения старения разных организмов, и поэтому коэффициент b часто используется в качестве показателя скорости старения.

Следует отметить, что закон Гомпертца-Мейкгама является лишь приближением, верным в среднем возрастном диапазоне. В области малого возраста наблюдается значительно более высокая смертность, чем предусматривается этим законом. Например, северная треска во время нереста может отложить до 6000000 икринок, но только небольшое количество из них выживает до момента половой зрелости. Эта смертность преимущественно результатом неспособности молодежи избегать хищников, бороться с болезнями, и также может быть результатом врожденных дефектов, и не является результатом старения. В области позднего возраста, наоборот, наблюдается уменьшение смертности по сравнению с законом Гомпертца, точнее выход вероятности смерти за единицу времени на плато. Как и в случае детской смертности, это общий закон, который наблюдается даже в неживой природе. И хотя одним из возможных объяснений этого явления могла бы быть гетерогенность популяции, современные данные четко указывают на связь выхода смертности на плато с замедлением процесса старения.

Для многоплодных организмов очевидное влияние факторов популяционной динамики на эволюцию репликативного (воспроизводимого) и соматического (телесного) старения. Пропорциональный вклад индивидуума в скорость увеличения размера многоплодной популяции уменьшается с возрастом по мере уменьшения способности размножаться. Эти факты предлагают наличие оптимального размера потомства от одной особи. Насколько это может направлять эволюцию специфического старения или методов защиты против старения, вызванного другими факторами, — все еще остается открытым вопросом, по которому нет согласия среди исследователей.

Старение в разных таксономических группах

Многоклеточные животные

Эффект старения животных обычно наблюдается только в защищенных средах (например, лабораториях и зоопарках). В природных условиях доминирующей причиной смерти является хищники, болезни или нехватка пищи, поэтому старение проявляется очень редко. Обычно, естественная продолжительность жизни животного только ненамного превышает время достижения половой зрелости, а максимальная продолжительность жизни до смерти от старости является в несколько раз больше (однако, существуют несколько исключений из этого правила). В следующей таблице приведена таблица максимальной зарегистрированной продолжительности жизни некоторых организмов до смерти от старости, составленная преимущественно основываясь на данных, полученных в защищенных средах.

Изображения по теме

  • Старение
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть