Факультет

Студентам

Посетителям

Размеры тела, поведение и продолжительность жизни животных

Причины, ограничивающие продолжительность жизни, до конца не изучены. Существует ряд гипотез, пытающихся объяснить причины ограниченности жизни во времени. Одна из наиболее популярных гипотез такова.

Большинство клеток, составляющих животный организм, делятся. Исключение составляет небольшой ряд, куда входят нейроны, яйцеклетки, часть Т-лимфоцитов. После деления новые (молодые) клетки замещают старые. Однако количество возможных делений ограничено, скажем, пятью десятками. Далее обновление тканей становится невозможным. Это и предопределяет конец жизни. Именно такой ход событий постулирует так называемая теломерная теория старения, которую в 1971 г. впервые предложил наш соотечественник А. М. Оловников.

По А. М. Оловникову, в процессе митотического деления соматических клеток репликацию ДНК обеспечивает специфический ферментный комплекс. Образованию каждого нового фрагмента ДНК-реплики предшествует синтез РНК-затравки, которая после завершения процесса репликации разрушается ферментом нуклеазой. Однако после разрушения РНК-затравки ДНК-реплика становится короче материнской спирали именно на величину РНК-затравки. При каждом делении клетки остаются недореплицированными 3′-концы материнских цепей ДНК. Таким образом, каждая репликация молекулы ДНК приводит к образованию укороченной спирали ДНК в составе вновь образованной клетки.

В литературе приводится и несколько иная трактовка проблемы недореплицирования. Копирование спирали ДНК производит фермент ДНК-полимераза, имеющая длинную молекулу с разнесенными по разным концам полипептидной цепи центрами распознавания нуклеотидов и их копирования. В процессе копирования молекула фермента движется по цепи ДНК. Когда же молекула ДНК-полимеразы достигает конечной части цепи ДНК, активный центр копирования не захватывает (и не копирует) кусок ДНК на величину длины молекулы полимеразы. Следовательно, при каждом копировании цепи ДНК копия получается укороченной на величину молекулы ДНК-полимеразы. К концу жизни молекула ДНК укорачивается настолько, что уже теряет способность обеспечивать деление клетки.

В экспериментах на культуре тканей установлено, что при каждом делении клетки длина теломерных последовательностей сокращается на 50-100 нуклеотидов. Всего же в культуре клетки делятся не более 50 раз. Поэтому за весь период существования клетки в культуре ткани фибробластов человека укорочение составляет 2-3 тысячи нуклеотидных последовательностей.

Похожее явление обнаружили и в условиях in vivo. Так, при синдроме Дауна происходит ускоренное старение лимфоцитов с укорочением их теломер. Специальные измерения показали, что у больных теломеры лимфоцитов за год укорачиваются на 133 нуклеотида.

Правомерность теломерной теории подтверждается исследованиями хромосомного аппарата половых клеток. Показано, что теломеры сперматозоидов длиннее теломер соматических клеток того же пациента. Причем на протяжении жизни длина теломер половых клеток не меняется.

Эффект Хейфлика. В 1961 г. американский биолог Л. Хейфлик сообщил, что фибробласты человеческого эмбриона (стволовые клетки) не способны делиться бесконечно. В условиях культивирования in vitro их пролиферативная активность исчерпывается после 50 пересевов. Другими словами, в культуре тканей фибробласты делятся не более 50 раз. Однако на протяжении их жизни скорость деления не является величиной постоянной. Если весь жизненный цикл фибробластов разбить на 3 фазы, то следует указать, что в последнюю фазу происходит замедление процесса деления.

В то же время фибробласты, полученные от взрослого человека, имели иной лимит делений, который определялся возрастом человека и всегда был значительно меньше 50. Установлено, что с увеличением возраста донора на один год число возможных делений фибробластов, помещенных в условия in vitro, уменьшается в среднем на 0,2. Клеточная память о количестве оставшихся потенциальных делений не изменяется при глубоком замораживании фибробластов и размораживании через несколько десятков лет хранения. После размораживания клетки восстанавливали свою митотическую активность и делились столько раз, сколько им оставалось до замораживания.

Анализируя пролиферативную активность стволовых клеток животных разных видов, ученые пришли к выводу о том, что между митотической активностью соматических клеток и продолжительностью жизни животного существует положительная корреляция, т. е. у долгоживущих видов митотический потенциал больше, чем у короткоживущих видов животных.

То, что укорочение теломер действительно ограничивает количество митотических делений соматических клеток, доказывают и современные методы генной инженерии. В серии опытов в состав ДНК клеток вводили ген каталитической субъединицы фермента теломеразы. В результате этой процедуры укорочение теломер приостанавливается. В этом случае пролиферативная активность клеток возрастала на 20 делений.

Укорочение цепи ДНК при каждом клеточном делении вносит ошибки в процесс деления клеток и ошибки в функции клеток. Накопление ошибок предопределяет старение организма.

С возрастом происходит не только укорочение хромосом. В спиралях ДНК происходит накопление дефектов — разрывов, образования двойных связей между тиминовыми основаниями и др. Снижается содержание цитозина в спирали ДНК и усиливается связь ДНК с белками.

С возрастом понижается активность многих ферментных систем, включая и ферменты, функционирующие на хромосомах.

Связь между биологическими факторами, вынесенными в заголовок, очевидна. Однако интимный механизм корреляций размеров тела, поведения и продолжительности жизни не прост и до конца еще непонятен. Логика заключается в том, что организм животного изнашивается в процессе жизни. И чем напряженнее обмен веществ в животном организме, тем быстрее он стареет и погибает.

Можно ожидать, что при прочих равных условиях мелкое животное с более напряженным обменом веществ и энергии более подвижно. У такого животного в течение суток больше времени уходит на добывание и потребление пищи. У него чаще происходит выделение мочи и кала. На протяжении календарного года мелкие животные производят на свет большее число потомков. Мелкоформатность влияет на половое и родительское поведение. Следовательно, поведение мелких и крупных животных имеет существенные различия.

Степень изношенности организма у животных разных видов (размеров) за один и тот же календарный срок может различаться весьма существенно. Так, 3-летний возраст для человека — это возраст раннего детства. Этот же календарный возраст у лошадей соответствует завершению периода физиологического созревания. 3-летняя овчарка — это животное в расцвете сил. Но 3-летний возраст для мыши — это возраст старости, приближающейся смерти. Таким образом, понятия биологического и календарного возраста у мелких и крупных животных сильно расходятся.

К. Шмидт-Ниельсен (1987) делится интересным наблюдением. Оказывается, биологический возраст животного положительно коррелирует с количеством сердечных сокращений. За всю жизнь сердце и мыши (живая масса 30 г), и слона (живая масса 5 т) совершает одно и то же количество сокращений — около 800 млн ударов. Однако сердце мыши производит это количество сокращений за 3 года,

а сердце слона — за 40 лет. Поэтому биологический возраст мыши и слона нагляднее отражает количество сердечных систол, зафиксированных у животных с момента их появления на свет. Необходимо обратить внимание на то, что данный подход к оценке возраста животных с большой натяжкой может быть использован только в пределах одного класса, например, при сопоставлении только млекопитающих или только птиц с различной массой тела.

Оценка продолжительности жизни животных в дикой природе крайне сложна. Многие животные гибнут в ранний постнатальный период от болезней. Взрослые животные в расцвете сил погибают от хищников, или природных катаклизмов (засуха, потоп, морозы, ураган, оползень, снежная лавина и пр.), или от деятельности человека (охота, осушение, выжигание территорий).

Выживаемость молоди рыб в природных условиях не превышает 3% от общего количества икринок, отложенных самкой. В классе птиц гибель молодняка составляет 50%. Поэтому средняя продолжительность жизни животных в их естественной среде обитания является весьма абстрактным показателем.

Потенциальную продолжительность жизни представителей какого-то вида животных более объективно характеризуют наблюдения, полученные при их содержании в неволе. В этом случае исключается случайное влияние хищников и природных катаклизмов, а также голода. Данные о продолжительности жизни и живой массе млекопитающих животных разных зоопарков позволили G. A. Sacher установить положительную корреляцию между этими показателями на основе уравнения регрессии:

Tl = 11,8Мт0,20

где Tl — продолжительность жизни в годах, Мт — живая масса, выраженная в кг.

Другие ученые после обследования зоопарковых птиц подтвердили закономерность, рассчитанную G. A. Sacher. Однако у представителей класса птиц уравнение регрессии имеет другой вид:

Tl = 28,3Мт019

Сопоставление птиц и млекопитающих показало, что при одинаковой массе тела птицы живут дольше (в годах). Коэффициенты 11,8 и 28,3 могут быть сопоставлены, различия между ними оцениваются цифрой 2,5. Тогда получается, что при одинаковой массе птицы должны жить в два с лишним раза дольше.

Попытки сопоставления человека и животных долгое время терпели фиаско. Человек не укладывался в рамки уравнения регрессии для млекопитающих. Не давала результатов и методика сопоставления частоты сердечных сокращений с продолжительностью жизни человека. Это служило основанием еще для одного повода критиковать теорию происхождения человека в условиях Земли.

Однако Sacher нашел объяснение этому несоответствию. Исследователь сопоставил продолжительность жизни животных и человека с уровнем развития головного мозга. Оказалось, что связь « продолжительность жизни-масса головного мозга» — является еще более тесной, чем связь «продолжительность жизни-масса тела».

Так, человек, приматы, китообразные и некоторые птицы (попугаи, врановые) имеют более продолжительную календарную жизнь, чем можно было бы судить по уровню регрессии «продолжительность жизни-масса тела».

Высокоорганизованная психика выступает фактором, который расширяет адаптивные возможности животных и человека и позволяет более полно использовать генетический потенциал продолжительности жизни.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: