ПОЧЕМУ ЖИЗНЬ НЕ БЕСКОНЕЧНА

С давних пор человека волнует вопрос: почему жизнь не бесконечна? Почему у одних организмов она короче, чем у других? Прежде чем ответить на эти вопросы, необходимо подчеркнуть значение двух процессов: обмена веществ и клеткообразования. Без клеточного строения организма невозможен обмен веществ, а без него невозможно клеткообразование.
Каждый, кто часто бывает в поле или на огороде, обратит внимание на впечатляющую картину, когда множество растений одного вида, словно по команде, пробуждаются к жизни. Они дружно зацветают, созревают и ... умирают.
Причину такой синхронности перехода односортовых растений от одной фазы развития к другой наука еще не раскрыла. Вероятно в ее основе лежит сихронность клеточных делений, обусловленная идентичностью времени, затрачиваемого на одно деление, то есть темпом клеткообразования. Этот факт имеет большое научное значение, так как послужил отправным пунктом в открытии неизвестной ранее единицы биологического времени - цитохрона.

Равная продолжительность одного клеточного деления у множества односортовых растений (цитохрон) позволяет считать ее за самую малую частицу жизненного цикла этих растений - от зарождения до смерти. С открытием цитохрона понятие "биологического время" перестает быть абстрактным и наполняется конкретным содержанием. Если один цитохрон представляет собой определенную частицу жизненного пути растения, то сумма цитохронов должна представлять собой весь жизненный цикл. Сумма всех цитохронов, исходя из этих соображений, названа цитохронным потенциалом. Чем больше этот потенциал, тем продолжительнее жизнь растения.
Цитохронный потенциал представляет собой не только сумму цихронов, но и детальную программу всего процесса клеткообразования. Какой же орган или часть растения "заведует" этой программой? Ответ однозначен - генетическая программа клеткообразования базируется в верхушечной стеблевой клетке.
Доказано, что верхушечные клетки имеются у мхов, папоротников и некоторых высших растений. О существовании верхушечной клетки и ее плодотворной "организаторской" деятельности свидетельствуют многие факторы. Один из них - постоянство численности всех метамерных органов. Верхушечная клетка, контролирующая это постоянство, обладает способностью не только "считать" все деления, но и помнить сколько делений уже совершилось к данному моменту и сколько предстоит.
За единицу биологического времени, пригодную для измерения возраста растения невооруженным глазом, приняли длительность образования одного стеблевого листа с его узлом и междоузлием - пластохрон.
Если сумма всех цитохронов - цитохронный потенциал, то сумма всех пластохронов - пластохронный потенциал. Разница лишь в том, что первый определяет весь жизненный цикл растения, а второй - лишь част этого цикла: с появление всходов до начала цветения. Чем выше пластохронный потенциал, тем позднее зацветает растение и тем оно позднеспелее.
Итогом всех исследований, посвященных изучению закономерностей онтогенеза растений, стало открытие неизвестного ранее закона природы, названного цитохронным законом онтогенеза растений. Согласно ему, длительность онтогенеза растений определяется числом запрограммированных в их генотипе делений верхушечной стеблевой клетки.
Старение растений в смысле ослабления и одряхления организма наступает лишь на последнем этапе онтогенеза, то есть после окончания цветения. На всех предшествующих этапах онтогенеза в нормальных условиях никаких ослаблений жизненных фугнкций растений не происходит. То есть все процессы роста и развития на первых этапах онтогенеза направлены на подготовку и выполнение главной биологической функции организмов - размножение.
При делении зиготы образуется две неравноценные клетки: апикальная и базальная. Первая наследует от зиготы всю остаточную программу клеткообразования, становясь при этом верхушечной клеткой зародыша семени, а затем превращается в верхушечную клетку главного стебля. С каждым делением этой клетки и последующими делениями всех их дочерних и прадочерних клеток происходит увеличение вегетативной мощи растения, а вместе с этим и соответственное уменьшение изначальной программы клеткообразования.
Сокращение программы равнозначно исчерпанию цитохронного потенциала. И то и другое происходит в момент, когда верхушечная стеблевая клетка делится в последний раз для образования последнего метамера (пестика) в самом последнем (верхнем) цветке.
Концепция старения применима не только к травянистым, но и к древесным растениям, хотя нуждается в некоторых поправках.
Прекращение центробежного роста деревьев объясняют обычно нарушением корне-листовой взаимосвязи, происходящей из-за резкого увеличения расстояния между корнями и листьями. Действительная же причина - исчерпание цитохронных потенциалов, имевшихся в верхушечных клетках концевых побегов кроны. Казалось бы, с окончанием центробежного роста дерево должно умереть, но этого не происходит из-за пробуждения "спящих" почек ветвей. Они закладываются в период его центробежного роста. Чем ниже место заложения "спящей" почки, тем больше величина ее цитохронного потенциала.

При всех колоссальных различиях между растениями и животными по образу жизни и по строению организма они имеют много общего. Лучшими объектами в животном мире служат особи, ведущие стадный образ жизни (косяки рыб, дикие табуны, стаи саранчи и др.). Однопородные особи стадных животных, как и односортовые растения, дружно рождаются, растут, стареют и ... умирают. Даже при беглом осмотре можно заметить, что особи одного дикого стада схожи по размерам и массе тела. Равновеликость числа клеток в теле однопородных животных является причиной синхронности клеточных делений и, в свою очередь, фаз роста и развития.
Новый подход к проблеме понимания механизма старения возможен и с позиций цитохронной концепции длительности онтогенеза растений, предложенной В.И.Балюрой (1974). Выдвигается предположение о существовании в организме животных ранее неизвестного органа - главной стволовой клетки (аналога верхушечной клетки у растений), координирующей процессы роста и дифференцировки, способной осуществлять подсчет прошедших и предстоящих клеточных делений, генетической программе которой закодирована программа индивидуального развития (программа клеточных делений, цитохронный потенциал). Программа закладывается в зиготе при оплодотворении, и исчерпание этой программы приводит к смерти животного.
Длительность одного деления клетки - элементарная единица биологического времени - цитохрон. Сумма всех цитохронов от первого деления зиготы до последнего деления клетки - цитохронный потенциал жизнеспособности животного. Исключительно важно, что генетическая программа индивидуального развития, так же как у растений, определяет, по-видимому, не только число прошедших и предстоящих клеточных делений, но и темп дифференцировки клеток различных органов и тканей, а следовательно, и их функциональное состояние.
Под влиянием внешней среды в организме животных (как и у растений) может происходить сокращение генетической программы числа клеточных делений или увеличение их продолжительности. При воздействии неблагоприятных факторов ухудшается клеточное питание, что приводит, как ни странно, к увеличению продолжительности жизни животного. Например, низкокалорийная диэта продлевала крысам жизнь на 30-40 % (средняя продолжительность жизни возрастала с 680 до 971 дня), а максимальная - с 898 до 1336. Согласно расчетам, при снижении температуры лишь на один градус Цельсия скорость старения снижается в 2-3 раза (В.В.Фролькис,1975,1988). Возрастание продолжительности делений клеток, наступающее у животных, впадающих в спячку, приводит к увеличению продолжительности жизни в 10-15 раз по сравнению с подобными животными, не впадающими в спячку (Б.Стреллер,1964). С другой стороны, ускоренный метаболизм и сопряженное с ним уменьшение продолжительности клеточных делений сокращает срок жизни животных. К примеру, мелкие животные, обладающие ускоренным метаболизмом, свой жизненный путь проходят быстрее, чем крупные. Причина - у мелкого животного на единицу массы тела приходится относительно большая площадь поверхности тела. Потому эти животные и теряют тепло гораздо быстрее крупных.
Интересно, что введение гормона щитовидной железы - тироксина, стимулирующего обмен веществ, укорачивает сроки жизни животных (Б.Стреллер, 1964, В.В.Фролькис, 1988). Имеются данные различных исследователей, что если бы у людей удалось изменить скорость обмена веществ, процессы старения были бы отодвинуты: снижение температуры тела на -1 С продлит жизнь человека на 30 лет.

Удаление главной стволовой клетки должно приводить к дезорганизации роста даже при сохранении желез внутренней секреции, регулирующих этот процесс. Интересны следующие данные. Резкое нарушение роста наступает после тимэктомии, проведенной у экспериментальных животных сразу после рождения (Loutit, 1962). Такая же операция у крыс в более позднем возрасте также приводит к замедлению роста (Т. Макиндон, Э. Юнис, 1980). У пациентов, у которых наблюдается дисплазия тимуса, по мере взросления замедляется рост и проявляются различные старческие изменения. Характерно, что ни у одного больного не обнаружено признаков дисфункции щитовидной железы или гипофиза (Е.Бодер, 1987). Эти данные позволяют полагать, что наиболее вероятной локализацией главной стволовой клетки является тимус, хотя, разумеется, окончательных доказательств нет.

В ходе онтогенеза главная стволовая клетка (как и верхушечная клетка растений) совершает определенное количество "равных" и "неравных" делений. При равных делениях дочерние клетки получают такую же остаточную часть исходной программы клеточных делений, какую имела материнская стволовая клетка к моменту данного деления; при неравных - укороченные программы делений. Дочерние клетки от равных делений главной стволовой клетки становятся стволовыми клетками 1-го порядка. При последующих равных делениях стволовой клетки 1-го порядка возникают стволовые клетки 2-го порядка. Таким образом возникают стволовые клетки органов, тканей, сегментов и т.д. (стволовые клетки 1,2,3-го... порядка).
Характерная особенность стволовых клеток - их способность к многократной репликации и к дифференцировке во вторичные клетки разных типов. Функционирование главной стволовой клетки у животного (как и верхушечной клетки у растений), вероятно, обязательное во время роста и созревания. В случае гибели главной стволовой клетки ее функции берут на себя стволовые клетки 1-го порядка, в случае гибели стволовой клетки 1-го порядка - стволовые клетки 2-го порядка и т.д. После исчерпания цитохронных потенциалов всех стволовых клеток приходит старость животного и наступает смерть.
Клетками, с помощью которых осуществляется передача информации от главной стволовой клетки к стволовым клеткам 1,2,3-го ... порядка и далее к эффекторным клеткам различных органов и тканей, являются, по-видимому, Т-лимфоциты. В этой связи интересны данные А.Г. Бабаевой (1985), что первая частичная гепатэктомия у крыс повышает способность лимфоцитов к передаче репарационной информации при повторной операции. Повторная регенерация протекает значительно быстрее, чем первичная.
Описан следующий опыт: печень мышей повреждали четыреххлористым углеродом, затем клетки селезенки от пораженных особей пересаживали здоровым. Лимфоциты сразу же реагировали, и число активно делящихся печеночных клеток на тысячу изученных увеличивалось в 25 - 75 раз (Е.Бодер, 1987).
Данные о природе клеток, осуществляющих передачу регенерационной информации позволяют заключить, что в основе этой способности лимфоцитов лежат иммунологические механизмы. Не следует считать, однако, что подобный механизм действия лимфоцитов полностью доказан. Можно полагать, что с помощью Т-лимфоцитов осуществляется прямая и обратная связь между главной стволовой клеткой, стволовыми клетками 1,2,3-го ... порядка и эффекторными клетками. Любые (нормальные и патологические) реакции организма, сопряженные с ростом и дифференцировкой клеток, опосредуются, предположительно, стволовыми клетками. Главная стволовая клетка, а также стволовые клетки разных порядков совместно определяют по-видимому, не только количество, но и "качество" соответствующих эффекторных клеток. Иными словами, регуляция выборочной активности генов осуществляется с помощью кооперированной деятельности стволовых клеток.
Это обстоятельство может иметь принципиальное значение для понимания патогенеза самых разных заболеваний. В частности, возникновение, рост и темп опухолевой прогрессии злокачественных опухолей определяется, вероятно, главным образом функционированием стволовых клеток различных порядков. Поэтому и противоопухолевая терапия должна быть направлены на подавление жизнедеятельности собственно опухолевых клеток и на изменение функционирования стволовых клеток различных порядков. Это принципиально новое направление в онкологии.
Изменение функционирования стволовых клеток различных порядков в результате применения малых доз лекарственных веществ лежит, по-видимому, в основе успешного применения гомеопатии.
При заражении ВИЧ поражается лишь одна из 100000 клеток крови человека, а направление дифференцировки некоторых клеток крови резко меняется. И здесь, возможно, имеет место изменение функционирования стволовых клеток. Следовательно, положительный результат можно ожидать от воздействия на стволовые клетки различных порядков.