Wir altern aus einem bestimmten Grund, aber aufgrund eines speziellen biologischen Programms. Aber auf der Welt gibt es eine afrikanische nackte Maulwurfsratte, ein mausähnliches Tier, das nicht alt werden kann.
Wissenschaftler haben herausgefunden, warum Menschen altern, Bagger jedoch nicht.
Folgendes schreibt Jared Sluyter darüber:
Das Leben eines einzelnen Individuums, eines separaten Individuums einer biologischen Spezies, ist eine sehr wertvolle Sache, aber es gibt Dinge, die noch wichtiger sind. Nämlich die Ansicht selbst. Das ist in der Tat der vollständige Satz von Genen (dies wird als Genom bezeichnet), der in jedem Individuum dieser Art enthalten ist und tatsächlich bestimmt, was es ist.
Es ist richtiger, Lebewesen einfach als vorübergehendes Gefäß für Gene zu betrachten, die sie von ihren Eltern erhalten und an ihre Kinder weitergegeben haben. Zum ersten Mal wurde eine solche Idee in expliziter Form wahrscheinlich von Richard Dawkins in seinem berühmten Buch "The Selfish Gene" formuliert.
In der Regel stimmen die Interessen des Genoms und seines temporären Trägers (Lebewesens) überein. Aber manchmal nicht. Und dann wird sofort klar, wer der Boss ist - natürlich das Genom.
Wenn das Genom einer Art in Gefahr ist oder sich die Art nur entwickeln muss, kann der Träger sicher geopfert werden - die nächsten Generationen werden „neue gebären“.
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Daher bin ich sicher, dass die Genome der meisten (wenn nicht aller) Lebewesen spezielle schädliche Programme enthalten. Von denen die Kreaturen selbst nichts Gutes haben, die aber für die Entwicklung der Art notwendig sind. Zuallererst Todesprogramme, die den Generationswechsel und dementsprechend die Evolution sicherstellen. Und manchmal sind sie "schnell" angeordnet - zum Beispiel in einjährigen Pflanzen, die sterben, von ihren eigenen Samen getötet werden, nachdem sie gereift sind, und manchmal - "langsam". Und das schlimmste langsame Selbstmordprogramm ist das Alterungsprogramm. Das führt dazu, dass sich viele Arten, einschließlich Sie und ich, mit dem Alter „verschlechtern“und letztendlich sterben.
Die Tatsache, dass wir aus einem bestimmten Grund altern, aber aufgrund der Aktivität eines speziellen biologischen Programms, ist keine offensichtliche Sache und erfordert Beweise. Ich habe versucht, es "im Widerspruch" zu bauen, und Ihnen ein Beispiel für ein Tier gezeigt, das das Alterungsprogramm für sich selbst ausgeschaltet hat. Weil er seine eigene Entwicklung nicht mehr so sehr beschleunigen muss - er ist schon gut! Dies ist, wie Sie und ich, ein Säugetier, ein ziemlich enger Verwandter einer gewöhnlichen Maus - ein afrikanisches Nagetier, eine nackte Maulwurfsratte! Wenn eine Maus 2-3 Jahre lebt, in dieser Zeit vollständig alt wird und an Alter stirbt, dann lebt eine Maulwurfsratte mehr als 30 Jahre und wenn sie manchmal Anzeichen von Alterung zeigt, sind sie normalerweise nicht tödlich. Die meisten Biologen sind sich einig, dass die nackte Maulwurfsratte ein zeitloses Tier ist (na ja,oder wissenschaftlich gesehen ein Tier mit vernachlässigbarem Alter).
Und jetzt, in unserer Serie, ist es Zeit, die wichtigste „Frage zu Baggern“zu beantworten: Wie hat er das gemacht? Wie hat er sein Altern ausgeschaltet ??!
Vor ein paar Jahren hätte ich zu diesem Thema nichts zu sagen gehabt. Im Jahr 2017 konnten wir in einer der renommiertesten wissenschaftlichen Fachzeitschriften der Welt, Physiological Reviews, eine theoretische Arbeit veröffentlichen, die das Phänomen der Nichtalterung nackter Maulwurfsratten erklärt. Ende 2017 wurde eine russische Version veröffentlicht.
Alles begann wie immer mit Mitochondrien. Dies sind so kleine Kraftwerke, die sich in jeder Zelle befinden und mit denen wir atmen. Ich hoffe, dass es eine separate Folge unserer Serie über sie geben wird. Das Studium der Mitochondrien ist das Hauptfach des Akademikers Wladimir Petrowitsch Skulatschow. In seinem Labor wurde Ende der 60er Jahre herausgefunden, wie sie funktionieren. In den letzten 20 Jahren hat sich der Akademiker neben den Mitochondrien für die Probleme des Alterns interessiert und natürlich titanische Anstrengungen unternommen, um ein Experiment mit den Mitochondrien der nackten Maulwurfsratte durchzuführen. Ich sollte beachten, dass Mitochondrien sehr stark mit dem Altern verbunden sind, aber mehr dazu in der nächsten Serie.
Die Erforschung der Mitochondrien der nackten Maulwurfsratte war von Erfolg gekrönt. Am Institut des Berliner Zoos wurden Experimente an Maulwurfsratten durchgeführt, und einem Mitarbeiter von Vladimir Skulachev, dem dafür eigens aus Moskau angereisten berühmten Biologen Michail Wyschokikh, gelang es, eine Gewebeprobe einer Maulwurfsratte zu entnehmen und verschiedene Parameter der Mitochondrien in diesem Gewebe zu messen. Es war nichts besonders Interessantes an ihnen, außer einer etwas seltsamen Kurve, die die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption durch Mitochondrien (sie atmen auch) unter bestimmten Bedingungen zeigt.
Als Mikhail nach Moskau zurückkehrte, zeigte er diese Kurve dem Führer, an den sie auch etwas erinnerte, aber was genau - sie konnten sich nicht erinnern. So haben sich Biologen den Kopf zerbrochen, bis sie die Grafik einem anderen Kollegen, dem Leiter des Zell-Bioenergielabors Boris Chernyak, gezeigt haben, der dafür bekannt ist, nie etwas zu vergessen (zumindest, wenn es mit Mitochondrien, Atmung und lebenden Zellen zusammenhängt). Er schaute und sagte sofort - genau die gleiche Kurve kann erhalten werden, indem die Atmung der Mitochondrien neugeborener Rattenwelpen registriert wird!
Und hier hatte Wladimir Petrowitsch eine Idee. Er fing ihn so sehr ein, dass er packte und nach Berlin ging, um sich die nackte Maulwurfsratte persönlich anzusehen.
Was hat er gefunden? Dass er (die Maulwurfsratte) nackt ist. Und wissen Sie, wie er deswegen aussieht?
Schauen Sie sich das Foto einer nackten Maulwurfsratte an. Und in der Nähe - überhaupt keine Bagger. Dies sind neugeborene Ratten. Sehen Sie, wie ähnlich sie sind? In wenigen Tagen werden die Welpen erwachsen, kleiden sich mit Fell und verwandeln sich in normale Ratten. Und die Bagger nicht. Er wird es ein Leben lang bleiben und sozusagen ein Neugeborenes bleiben.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Maulwurfsratten im Vergleich zu Ratten mehr als 40 Anzeichen eines solchen "Neugeborenen" oder einer solchen "Kindlichkeit" aufweisen. Hier sind einige davon:
- Geringes Gewicht im Vergleich zu anderen Arten der Familie.
- Mangel an Haaren (Nagetiere haben es immer).
- Mangel an Ohrmuscheln.
- Eingeschränkte Fähigkeit, eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten (wie bei neugeborenen Säugetieren).
- Hohe kognitive Fähigkeiten (Neugier).
- Geringe Schmerzanfälligkeit.
- Die Fähigkeit von Neuronen, sich zu regenerieren und die Lebensdauer von Neuronen zu verlängern.
- Kein Rückgang des Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktors 2 (IGF2) mit dem Alter.
- Keine Abnahme der Superoxiddismutasen 1 und 2 sowie der Katalase mit dem Alter.
- Und noch ein paar Dutzend äußerer, physiologischer und biochemischer Symptome.
Das heißt, es stellt sich heraus, dass die Maulwurfsratte das Programm seiner individuellen Entwicklung im Stadium eines neugeborenen Nagetiers gestoppt hat. Ein ähnliches Phänomen wurde bereits früher beispielsweise für Amphibien beschrieben und wird als Neotenie bezeichnet. Aus Gründen der Fairness muss gesagt werden, dass Vladimir Skulachev nicht der erste war, der auf die Tatsache aufmerksam gemacht hat, dass die Maulwurfsratte ein neotisches Tier ist. Vor ihm wurde dies 1991 von Richard Alexander und einigen anderen Wissenschaftlern bemerkt. Aber sie haben dieses Phänomen überhaupt nicht mit Langlebigkeit in Verbindung gebracht (Alexander wusste einfach nichts über die Lebensdauer dieser Tiere).
In der Kindheit stecken
Der Akademiker Skulachev formulierte eine sehr einfache Idee: Wenn die Maulwurfsratte im Jungtierstadium stehen bleibt, erreicht sein Programm zur individuellen Entwicklung einfach nicht den Punkt, an dem es Zeit ist, mit dem Altern zu beginnen. Kinder werden nicht alt! Damit erhalten wir den wichtigsten Beweis: Altern ist Teil des Programms für die Entwicklung und das Leben des Körpers. Das gleiche wie Geburt, Wachstum, Reifung. Und wenn dieses ganze Programm gestoppt ist, dann auch das Altern!
Dies ist, was mit den Baggern passiert ist. Wenn dies einer gewöhnlichen Art passieren würde, würde sie sehr bald verschwinden, da sich ihre Entwicklung ohne Alterung stark verlangsamen würde. Und der Bagger rettete seine Eusozialität. Das Leben im "Ameisenhaufen-Modus" erwies sich als so viel stabiler, dass er es sich leisten konnte, das Altern als evolutionäres Werkzeug auszuschalten.
Und es scheint, dass in der Entwicklung der für uns interessantesten Arten biologischer Kreaturen - Homo sapiens - genau dieselbe Geschichte begann, die mit der nackten Maulwurfsratte geschah. Haben Sie jemals bemerkt, dass Menschen am liebsten … Affenbabys sind?
Ist es möglich, das Leben zu verlängern und lange jung zu bleiben? Alles ist real, sagen Wissenschaftler, denn in über fünfhundert Jahren hat sich die Lebenserwartung der Menschen fast verdreifacht. Aber warum werden wir alt?
Was ist Altern?
Altern wird normalerweise als biologischer Prozess der allmählichen Abnahme oder vollständigen Abschaltung der lebenswichtigen Funktionen des Körpers bezeichnet. Aufgrund des Alterns passt sich der Körper weniger gut an die Umwelt an, die Fähigkeit zur Regeneration von Geweben nimmt ab, Krankheiten und Stoffwechselstörungen werden erworben.
Das äußere Ergebnis des Alterns ist Muskelschwund, Falten und graues Haar.
Natürlich können Sie plastische Chirurgie machen, Make-up verwenden und einen guten Arzt haben, aber Sie können Ihr Alter nicht betrügen. Sie müssen jedoch wissen, dass jeder anders altert, und dies ist das Verdienst der Person selbst. Es gibt Männer und Frauen in den Fünfzigern, die wunderschön aussehen, und es gibt Vierzigjährige, die "weit über fünfzig" zu sein scheinen.
Alterungstheorien und Hypothesen
Niemand kennt den genauen Grund, warum wir altern, und daher entstehen Hypothesen und Spekulationen - mehr oder weniger gestützt auf wissenschaftliche Daten. Jeder von ihnen hat Unterstützer, aber höchstwahrscheinlich werden die wahren Gründe in der Verschmelzung von Theorien liegen.
Erstens altert der Körper aufgrund der Tatsache, dass jede Körperzelle ihr eigenes Programm hat - wie und wie oft, um es zu teilen, und ersetzt "Oldies" durch "neue Rekruten". In jeder der Zellen treten diese Ersetzungen durchschnittlich etwa siebzig Mal auf.
Wie schnell diese siebzig Male in jeder der Zellen auftreten werden, hängt vom Körper und dem Stoffwechsel ab, von Ihrer Einstellung zu Ihrem Körper. Wenn Sie Ihre Gesundheit nicht überwachen, nicht gut essen und schädlichen Umweltfaktoren ausgesetzt sind, müssen sich die Körperzellen häufiger erneuern, ihre Ressourcen werden schneller aufgebraucht.
Zum Beispiel altert die Haut viel schneller durch häufigen und intensiven Sonnenbrand, wenn sie einen Schokoladenfarbton annimmt, und insbesondere wenn sie einen starken Sonnenbrand und Verbrennungen hat.
Ein weiterer Grund für das Altern wird als Start eines Programms zur Selbstzerstörung von Zellen aufgrund ihrer aktiven Schädigung durch Umweltfaktoren und innere Störungen angesehen. Eine beschädigte Zelle ist möglicherweise gefährlich für den Körper durch Degeneration zu einem Tumor. Daher sind die geringsten Defekte in den Zellen der Beginn eines "Reinigungssystems", und manchmal wird dies mit sehr drastischen Maßnahmen durchgeführt, wobei alle benachbarten Zellen erfasst werden und ganze Bereiche in Geweben oder Organen abgetötet werden.
Nach diesem Prinzip tritt eine Leberschädigung mit übermäßigem Trankopfer, Schädigung der Bronchien und Lunge beim Rauchen sowie Schädigung der Blutgefäße bei Arteriosklerose auf. Ein ähnliches Prinzip des Zelltods funktioniert bei Herzinfarkten oder Schlaganfällen - dies ist der Tod nicht lebensfähiger Zellen.
Könnten es Gene sein?
Die Gentheorie des Alterns gewinnt heute in der wissenschaftlichen Welt an Popularität. Sie würde viel erklären - sowohl den Start einer bestimmten Anzahl von Teilungen als auch den Tod von Zellen bei Beschädigung und sogar eine Veränderung des Stoffwechsels mit dem Alter.
Wenn wir das alternde Gen isolieren können, können wir jetzt, da wir Gene kombinieren und verändern können, das Alter aufheben. Zwar droht die Abschaffung des Todes, den Planeten und seine Zerstörung in wenigen Jahren zu übervölkern. Aber niemand will sterben!
Warum werden wir alt?
Bis die Gene gefunden sind, schlagen wir vor, die Gründe zu berücksichtigen, die sie näher kennenlernen. Die meisten von ihnen werden von uns selbst erstellt.
Schauen Sie sich Ihr Leben genau an - dies ist eine Reihe von Belastungen mit einer Überanstrengung des Nervensystems, Problemen zu Hause und bei der Arbeit, Kindern mit Unterricht und Blutergüssen, gebrochenen Knien - all dies trägt zu unseren grauen Haaren bei. Stress untergräbt Immunität und Gesundheit, stört den Schlaf - und chronischer Schlafmangel verkürzt die Lebenserwartung erheblich. Wenn Sie also lange leben möchten, lernen Sie, wie Sie sich richtig ausruhen und entspannen können.
Andere Ursachen für vorzeitiges Altern sind verminderte körperliche Aktivität und zusätzliche Pfunde. Sie lagern Fett im Bereich des Herzens und der Blutgefäße ab, die Nieren und der Darm schweben mit Fett - trägt dies zu Ihrer Gesundheit und Ihren langen Jahren bei? Es ist wahrscheinlich an der Zeit, Ihre Essgewohnheiten zu überdenken, weniger zu essen, eine Diät zu machen, häufiger zu gehen und Sport zu treiben.
Abhängigkeiten, die unser ohnehin schon kurzes Leben verkürzen, sind auch Zigaretten und Alkohol, auch schwache. Es wird angenommen, dass ab einer Zigarette das Leben acht Minuten kürzer wird. Berechnen Sie, wie viel Zeit Sie in Ihrem Leben bereits in den Rauch gesteckt haben? Und mehr als ein Glas trockenen Wein pro Tag zu nehmen, ist minus 24 Stunden Ihres Lebens und minus tausend Leberzellen. Lohnt sich das zweifelhafte Vergnügen Ihrer Gesundheit?
Ein weiterer "Killer" Ihres Körpers ist … Zucker, dieses süße kristalline Pulver ist so schädlich wie Zigaretten. Schließlich konsumieren wir es viel mehr als es physiologisch erforderlich ist. Sie sollten es jedoch nicht durch Süßstoffe ersetzen - sie sind noch schädlicher.
Natürlich beeinflussen auch Sonnenstrahlung, ultraviolette Strahlen, verschmutzte Luft und Schwermetalle sowie Wasser, aber all dieser Einfluss ist im Vergleich zu unseren eigenen "Experimenten" am Körper vernachlässigbar. Sie müssen darüber nachdenken - die meisten Ursachen des Alterns hängen hauptsächlich von uns ab.
Gelegentlich gibt es Menschen, für die gewöhnliche Gesetze und Vorschriften nicht gelten - sie können auf Schlaf verzichten und werden während der schrecklichsten Epidemien nicht mit gefährlichen Infektionen infiziert. Es gibt jedoch keine Person, die nicht dem Altern unterliegt. Alle Lebewesen werden alt, zerstört und sterben. Und selbst leblose Natur: Gebäude, Steine, Brücken und Straßen - verfallen ebenfalls allmählich und verfallen. Offensichtlich ist das Altern ein gewisser obligatorischer Prozess, der für die lebende und leblose Natur üblich ist.
1865 beleuchtete der deutsche Physiker R. Clausis erstmals die zugrunde liegenden Ursachen dieses Phänomens. Er postulierte, dass alle Prozesse in der Natur asymmetrisch und unidirektional ablaufen. Zerstörung geschieht von selbst, und Schöpfung erfordert den Aufwand von Energie. Aufgrund dessen wächst die Entropie in der Welt ständig - die Energieabwertung und das Chaos nehmen zu. Dieses naturwissenschaftliche Grundgesetz wird auch als zweites Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet. Ihm zufolge ist für die Schaffung und Existenz einer Struktur ein Energiezufluss von außen erforderlich, da die Energie selbst dazu neigt, sich im Raum zu zerstreuen (dieser Prozess ist wahrscheinlicher als die Schaffung geordneter Strukturen). Lebende Organismen gehören zu offenen thermodynamischen Systemen: Pflanzen absorbieren Sonnenenergie und wandeln sie in organische und anorganische Verbindungen um.tierische Organismen zersetzen diese Verbindungen und versorgen sich so mit Energie. Gleichzeitig befinden sich Lebewesen im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umwelt, geben oder zerstreuen allmählich Energie und versorgen den Weltraum mit Entropie.
Es stellte sich jedoch heraus, dass die Existenz lebender Organismen durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht vollständig erschöpft ist. Die Muster ihrer Entwicklung werden durch den dritten Hauptsatz der Thermodynamik erklärt, der vom herausragenden belgischen Wissenschaftler I. Prigogine aus Russland untermauert wird: Ein Überschuss an freier Energie, der von einem offenen System absorbiert wird, kann zu einer Selbstkomplikation des Systems führen. Es gibt eine gewisse Komplexität, unterhalb derer das System seine eigene Art nicht reproduzieren kann.
Lebende Organismen widersetzen sich gewissermaßen dem Wachstum von Entropie und Chaos im Universum, bilden immer komplexere Strukturen und sammeln Informationen an. Dieser Prozess ist das Gegenteil des Alterungsprozesses. Ein solcher Kampf gegen die Entropie ist offenbar möglich, weil es ein zeitloses genetisches Programm gibt, das wiederholt umgeschrieben und an zukünftige Generationen weitergegeben wird. Ein lebender Organismus kann mit einem Buch verglichen werden, das ständig nachgedruckt wird. Das Papier, auf dem das Buch geschrieben ist, kann sich abnutzen und verschlechtern, aber sein Inhalt ist ewig.
Unsterbliche Bakterien
Als wir über die Tatsache sprachen, dass alle Lebewesen dem Altern unterliegen, haben wir eine Ungenauigkeit festgestellt: Es gibt Situationen, für die diese Regel nicht gilt. Was passiert zum Beispiel, wenn sich eine lebende Zelle oder ein lebendes Bakterium während der Reproduktion in zwei Hälften teilt? Es entstehen zwei weitere Zellen, die sich wiederum wieder teilen und so weiter bis ins Unendliche. Die Zelle, aus der alle anderen hervorgingen, hatte keine Zeit, alt zu werden, tatsächlich blieb sie unsterblich. Die Frage des Alterns in einzelligen Organismen und der kontinuierlichen Teilung von Zellen wie Fortpflanzungs- oder Tumorzellen bleibt offen. A. Weisman schuf Ende des 19. Jahrhunderts eine Theorie, die die Unsterblichkeit von Bakterien und das Fehlen von Alterung in ihnen postulierte. Viele Wissenschaftler stimmen dem heute zu, während andere es in Frage stellen. Für beide gibt es genügend Beweise.
Was ist mit mehrzelligen Organismen? Schließlich können sich die meisten ihrer Zellen nicht ständig teilen, sondern müssen einige andere Aufgaben ausführen - Bewegung, Ernährung und Regulierung der internen Prozesse. Dieser Widerspruch zwischen der Notwendigkeit der Spezialisierung von Zellen und der Wahrung ihrer Unsterblichkeit wurde von der Natur gelöst, indem Zellen in zwei Typen unterteilt wurden. Somatische Zellen unterstützen lebenswichtige Prozesse im Körper, und Keimzellen teilen sich und sorgen so für die Fortführung der Gattung. Somatische Zellen altern und sterben, während Geschlechtszellen praktisch ewig sind. Die Existenz riesiger und komplexer mehrzelliger Organismen, die im Wesentlichen Billionen somatischer Zellen enthalten, zielt im Wesentlichen darauf ab, die Unsterblichkeit der Keimzellen sicherzustellen.
Wie erfolgt die Alterung somatischer Zellen? Der amerikanische Forscher L. Hayflick stellte fest, dass es Mechanismen gibt, die die Anzahl der Teilungen begrenzen: Im Durchschnitt kann jede Körperzelle nicht mehr als 50 Teilungen durchführen, wird dann alt und stirbt. Die allmähliche Alterung des gesamten Organismus beruht auf der Tatsache, dass alle seine somatischen Zellen die Anzahl der ihnen zugewiesenen Teilungen erschöpft haben. Danach altern die Zellen, brechen zusammen und sterben ab.
Wenn somatische Zellen gegen dieses Gesetz verstoßen, teilen sie sich kontinuierlich und reproduzieren ihre neuen Kopien viele Male. Das führt zu nichts Gutem - schließlich erscheint so ein Tumor im Körper. Die Zellen werden "unsterblich", aber diese imaginäre Unsterblichkeit wird letztendlich auf Kosten des Todes des gesamten Organismus gekauft.
Von der Maus zum Elefanten
Das Problem des Alterns steht in direktem Zusammenhang mit der unterschiedlichen Lebenserwartung verschiedener Organismen. Der deutsche Physiologe M. Rubner machte 1908 als erster Wissenschaftler auf die Tatsache aufmerksam, dass große Säugetiere länger leben als kleine. Zum Beispiel lebt eine Maus 3,5 Jahre, ein Hund - 20 Jahre, ein Pferd - 46, ein Elefant - 70 Jahre. Rubner erklärte dies durch unterschiedliche Stoffwechselraten.
Der gesamte Energieaufwand bei verschiedenen Säugetieren während des Lebens ist ungefähr gleich - 200 kcal pro 1 Gramm Masse. Laut Rubner kann jede Art nur eine bestimmte Energiemenge verarbeiten - wenn sie erschöpft ist, stirbt sie. Die Stoffwechselrate und der Gesamtsauerstoffverbrauch hängen von der Größe des Tieres und der Oberfläche des Körpers ab. Die Masse nimmt proportional zu den linearen Abmessungen des Körpers in einem Würfel und der Fläche in einem Quadrat zu. Ein Elefant benötigt viel weniger Energie, um seine Körpertemperatur aufrechtzuerhalten als eine gleiche Anzahl von Mäusen nach Gewicht - die gesamte Körperoberfläche all dieser Mäuse ist deutlich größer als die eines Elefanten. Daher kann sich ein Elefant eine viel niedrigere Stoffwechselrate als eine Maus "leisten". Dieser hohe Energieaufwand in der Maus führt dazu, dass die ihr zugewiesenen Energiereserven schneller aufgebraucht werden.als ein Elefant, und seine Lebensdauer ist viel kürzer.
Somit besteht eine umgekehrte Beziehung zwischen der Stoffwechselrate des Tieres und der Dauer seines Lebens. Niedriges Körpergewicht und hoher Stoffwechsel führen zu einer kurzen Lebensdauer. Dieses Muster wurde als Rubner-Oberflächenenergieregel bezeichnet.
Trotz der überzeugenden Einfachheit der von Rubner entdeckten Regel stimmten viele Wissenschaftler ihm nicht zu. Sie bezweifelten, dass die Regel die Gründe für das Altern aller lebenden Organismen erklärt - es gibt viele Ausnahmen. Zum Beispiel hält sich eine Person nicht an dieses Gesetz: Ihr Gesamtenergieverbrauch ist sehr hoch und ihre Lebenserwartung ist viermal länger als bei einem solchen Austausch. Was ist der Grund dafür? Der Grund ist erst kürzlich klar geworden.
Sauerstoff muss mit Vorsicht behandelt werden
Ein weiterer Faktor bestimmt die Lebensdauer - dies ist der Partialdruck von Sauerstoff. Die Sauerstoffkonzentration in der Luft beträgt 20,8 Prozent. Eine Abnahme oder Zunahme dieser Zahl ist nur in engen Grenzen möglich, sonst sterben lebende Organismen ab. Es ist bekannt, dass der Sauerstoffmangel für die Lebenden tödlich ist. Aber nur wenige sind sich der Gefahr seines Überflusses bewusst. Reiner Sauerstoff tötet Labortiere innerhalb weniger Tage ab, und bei einem Druck von 2-5 Atmosphären wird dieser Zeitraum auf Stunden und Minuten reduziert. Dieses Gas ist also nicht nur lebensnotwendig, es kann auch ein schreckliches universelles Gift sein, das alle Lebewesen tötet. Viele Wissenschaftler glauben, dass die Erdatmosphäre in der frühen Phase ihrer Entwicklung keinen Sauerstoff enthielt, und es war dieser Umstand, der zur Entstehung des Lebens auf unserem Planeten beitrug. Nach groben Schätzungen von Experten,Die sauerstoffreiche Atmosphäre der Erde wurde vor etwa 1,4 Milliarden Jahren durch die lebenswichtige Aktivität primitiver Organismen gebildet, die zur Photosynthese fähig sind. Sie absorbierten Sonnenenergie und Kohlendioxid und gaben Sauerstoff ab. Ihre Existenz schuf die Voraussetzungen für die Entstehung anderer Arten lebender Organismen - jener, die Sauerstoff zum Atmen verbrauchen. Lebewesen mussten jedoch darauf achten, die Toxizität dieser Substanz zu neutralisieren.die Toxizität dieser Substanz zu neutralisieren.die Toxizität dieser Substanz zu neutralisieren.
Das Sauerstoffmolekül selbst und das Produkt seiner vollständigen Reduktion mit Wasserstoff - Wasser - sind nicht toxisch. Die Sauerstoffreduktion verläuft jedoch so, dass in fast allen Phasen des Prozesses Produkte gebildet werden, die die Zellen schädigen: Superoxidanionenradikal, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikal. Sie werden reaktive Sauerstoffspezies genannt. Organismen, die Sauerstoff zur Atmung verwenden, Enzyme und Proteinkatalysatoren verwenden, verhindern die Produktion dieser Substanzen oder verringern ihre schädlichen Auswirkungen auf Zellen.
Die amerikanischen Biochemiker J. McCord und I. Fridovich entdeckten 1969, dass das Enzym Superoxiddismutase die Hauptrolle bei diesem Schutz spielt. Dieses Enzym wandelt Superoxidanionenradikale in harmloseres Wasserstoffperoxid und molekularen Sauerstoff um. Wasserstoffperoxid wird sofort durch andere Enzyme - Katalase und Peroxidasen - zerstört.
Die Entdeckung des Neutralisationsmechanismus reaktiver Sauerstoffspezies lieferte anderen Forschern einen Schlüssel zum Verständnis der Probleme der Radiobiologie, Onkologie, Immunologie und Gerontologie. Der englische Forscher D. Harman stellte die sogenannte Theorie der freien Radikale des Alterns vor. Er schlug vor, dass altersbedingte Veränderungen in Zellen auf die Anhäufung von Schäden durch freie Radikale zurückzuführen sind - Fragmente von Molekülen, die ein ungepaartes Elektron aufweisen und daher eine erhöhte chemische Aktivität aufweisen. Solche freien Radikale können sich in Zellen unter dem Einfluss von Strahlung, bestimmten chemischen Reaktionen und Temperaturänderungen bilden. Die Hauptquelle für freie Radikale im Körper ist jedoch die Reduktion des Sauerstoffmoleküls. Daher können wir sagen, dass das Altern im Allgemeinen eine Folge der zerstörerischen, toxischen Wirkung von Sauerstoff auf den Körper ist.die allmählich mit dem Alter zunimmt.
Biochemie des Alterns
Nachdem klar wurde, dass Superoxiddismutase die Rolle eines „Anti-Aging-Enzyms“in der Zelle spielt, stellten die Forscher die Frage: Ist die Aktivität dieses Enzyms eine Hauptursache für altersbedingte Veränderungen und Unterschiede in der Lebensdauer? Es wurde erwartet, dass mit zunehmendem Alter die Enzymaktivität abnimmt und die zerstörerische Wirkung von Sauerstoff zunimmt. Es stellte sich jedoch heraus, dass sich die Aktivität der Superoxiddismutase in den meisten Fällen mit dem Alter nur sehr wenig ändert.
Die Anhäufung von altersbedingten Veränderungen in Zellen hängt vom Verhältnis zweier Prozesse ab: der Bildung freier Radikale und ihrer Neutralisation. Die "Fabriken" der freien Radikale sind kleine längliche Körper innerhalb der Zelle - Mitochondrien, ihre Energiestationen. D. Harman nannte diese Strukturen die molekulare Uhr der Zelle: Je schneller Radikale in ihnen produziert werden, desto schneller drehen sich die Zeiger der Uhr und desto weniger Zeit muss die Zelle leben. Bei Arten mit kurzer Lebensdauer arbeiten Mitochondrien sehr aktiv, es bilden sich mehr Radikale und Schäden an den Zellstrukturen häufen sich schneller an, was zu vorzeitiger Alterung führt. Beispielsweise produzieren Mitochondrien bei einer Stubenfliege 24-mal intensiver Radikale als bei einer Kuh. Die Forscher führten das Experiment durch:Stubenfliegen wurden in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff gehalten (dies beschleunigt das Altern erheblich) und beobachteten, was mit den Mitochondrien passiert. Das System zum Schutz vor reaktiven Sauerstoffspezies funktioniert recht zuverlässig, aber einzelne Radikale, die keine Zeit hatten, mit antioxidativen Enzymen zu interagieren, rutschen ständig durch das System. Der Grund für dieses Problem ist offenbar der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der eine hundertprozentige Effizienz von Energieprozessen ausschließt. Sobald sich Radikale in der Zelle gebildet haben, schädigen sie ihre inneren Strukturen sowie die Membranen der Mitochondrien selbst, was die Leckage erhöht. Infolgedessen gibt es immer mehr reaktive Sauerstoffspezies, die die Zelle allmählich zerstören. Was wir Altern nennen, geschieht. Das System zum Schutz vor reaktiven Sauerstoffspezies funktioniert recht zuverlässig, aber einzelne Radikale, die keine Zeit hatten, mit antioxidativen Enzymen zu interagieren, rutschen ständig durch das System. Der Grund für dieses Problem ist offenbar der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der eine hundertprozentige Effizienz von Energieprozessen ausschließt. Sobald sich Radikale in der Zelle gebildet haben, schädigen sie ihre inneren Strukturen sowie die Membranen der Mitochondrien selbst, was die Leckage erhöht. Infolgedessen gibt es immer mehr reaktive Sauerstoffspezies, die die Zelle allmählich zerstören. Was wir Altern nennen, geschieht. Das System zum Schutz vor reaktiven Sauerstoffspezies funktioniert recht zuverlässig, aber einzelne Radikale, die keine Zeit hatten, mit antioxidativen Enzymen zu interagieren, rutschen ständig durch das System. Der Grund für dieses Problem ist offenbar der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der eine hundertprozentige Effizienz von Energieprozessen ausschließt. Sobald sich Radikale in der Zelle gebildet haben, schädigen sie ihre inneren Strukturen sowie die Membranen der Mitochondrien selbst, was die Leckage erhöht. Infolgedessen gibt es immer mehr reaktive Sauerstoffspezies, die die Zelle allmählich zerstören. Was wir Altern nennen, geschieht.der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der die hundertprozentige Effizienz von Energieprozessen ausschließt. Sobald sich Radikale in der Zelle gebildet haben, schädigen sie ihre inneren Strukturen sowie die Membranen der Mitochondrien selbst, was die Leckage erhöht. Infolgedessen gibt es immer mehr reaktive Sauerstoffspezies, die die Zelle allmählich zerstören. Was wir Altern nennen, geschieht.der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der die hundertprozentige Effizienz von Energieprozessen ausschließt. Sobald sich Radikale in der Zelle gebildet haben, schädigen sie ihre inneren Strukturen sowie die Membranen der Mitochondrien selbst, was die Leckage erhöht. Infolgedessen gibt es immer mehr reaktive Sauerstoffspezies, die die Zelle allmählich zerstören. Was wir Altern nennen, geschieht.
Die Geschwindigkeit der "Abgabe" von Radikalen in die Zelle steigt auch in verschiedenen Säugetierorganen mit zunehmendem Alter des Organismus. Die Menge an freien Radikalen, die in der Zelle gebildet werden, ist offenbar umso höher, je höher der Sauerstoffverbrauch oder die Intensität des Stoffwechsels ist. Der amerikanische Gerontologe R. Cutler und seine Mitarbeiter zeigten, dass die Lebensdauer von Tieren und Menschen durch das Verhältnis der Superoxiddismutase-Aktivität zur Stoffwechselrate bestimmt wird. Es wurde deutlich, warum bei einigen Arten mit hohem Energieaufwand, einschließlich des Menschen, die Lebensdauer nicht in die Energieregel der Rubner-Oberfläche passt. Das hohe Aktivitätsniveau der Superoxiddismutase schützt Menschen und Tiere mit einem intensiven Stoffwechsel vor vorzeitigem Altern.
Antworten auf Fragen
Die neue Theorie des Alterns ermöglichte es, eine Erklärung für einige Tatsachen zu finden, die Gerontologen bekannt sind, aber unverständlich blieben. Warum leben beispielsweise Tiere, die eine kalorienarme, aber ausgewogene Ernährung erhalten, länger als Tiere, die genug gefüttert werden? Die Antwort lag auf der Hand - denn eine eingeschränkte Ernährung verringert die Intensität des Stoffwechsels und verlangsamt dementsprechend die Anhäufung von Schäden in den Zellen. Die Abhängigkeit der Alterungsrate von der Umgebungstemperatur bei Tieren, die die Körpertemperatur nicht regulieren können, ist ebenfalls deutlich geworden. Die hohe Temperatur hält ihren Stoffwechsel hoch. So schlüpft die Fruchtfliege von Drosophila bei einer Temperatur von 10 Grad aus der Larve und entwickelt sich zu einem erwachsenen Insekt, wird alt und stirbt innerhalb von 177 Tagen und bei einer Temperatur von 20 Grad - innerhalb von 15 Tagen. Wenn bei einem Regenwurm die Körpertemperatur von 15 auf 30 Grad steigt, steigt der Sauerstoffverbrauch um das 2,5-fache. Gleichzeitig steigt die Aktivität der Superoxiddismutase um 28 Prozent, die Lebensdauer des Wurms ist jedoch noch verkürzt.
Die längere Lebenserwartung von Frauen im Vergleich zu Männern (im Durchschnitt um 10 Jahre) war mit einer niedrigeren Stoffwechselrate in der schönen Hälfte der Menschheit verbunden. Das Phänomen der Langlebigkeit in Bergregionen erklärt sich auch gut aus der geringeren Stoffwechselrate bei Menschen, die in dünner Luft leben: Der Sauerstoffgehalt dort ist geringer als in den Ebenen.
Es stellte sich heraus, dass die Zellen im selben menschlichen Körper auch unterschiedliche Zeiträume haben: Je mehr Superoxiddismutase in den Zellen vorhanden ist, desto geringer ist der Grad der Zellschädigung durch reaktive Sauerstoffspezies, desto länger leben die Zellen. So leben beispielsweise einige Blutzellen mehrere Stunden, andere mehrere Jahre.
Es war auch möglich, ein merkwürdiges Phänomen zu erklären, das Forscher vor langer Zeit entdeckt haben: Veränderungen im Körper während des natürlichen Alterns ähneln der Wirkung ionisierender Strahlung. Der Grund wurde offensichtlich: Schließlich zersetzt sich Wasser unter Strahlung unter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, die beginnen, Zellen zu schädigen.
All dies ermöglichte die Entwicklung einer Strategie für die Suche nach Anti-Aging-Wirkstoffen. Zum Beispiel war es möglich, die Lebensdauer von Labortieren um das Eineinhalbfache zu verlängern, indem starke Antioxidantien in ihre Ernährung aufgenommen wurden. Antioxidantien wie Superoxiddismutase, die Enzyme sind, sollten besonders wirksam sein. Die Einführung von Superoxiddismutase in den Körper von Tieren schützte sie vor den toxischen Wirkungen von Sauerstoff und verlängerte ihre Lebensdauer. Dies gibt Hoffnung, dass Antioxidantien im Kampf gegen das Altern des Menschen eingesetzt werden können. Vielleicht nehmen ältere Menschen sie nach einer Weile genauso ein wie Vitamine, um ihr Wohlbefinden zu verbessern und den Alterungsprozess zu verlangsamen.
