Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм

Биология смерти — это область интенсивных и активных исследований, но ученые уже давно обнаружили главную закономерность (и она связана с метаболизмом): чем медленнее вид тратит энергию, тем дольше живет. И этому наблюдению уже много веков. Еще в 350 году до нашей эры Аристотель написал трактат «О долготе и краткости жизни», в котором сравнил жизнь с горящей свечой. Он писал: «…слабый огонь попутно сгорает в огне более сильном, ведь свою пищу (дым) он поглощает за долгое время, а сильный огонь — за короткое»[26]. Так как клетки более мелких видов тратят энергию быстрее, связь с метаболизмом также помогает объяснить, почему у них, как правило, более короткая продолжительность жизни. Аристотель ошибался в механизме (он думал, что животные стареют, потому что высыхают) и, конечно же, не имел ни малейшего представления о том, что такое закон Клайбера. Однако даже то, что древнегреческий мыслитель в целом об этом писал, говорит нам о том, что предположение о том, что смерть неразрывно связана с обменом веществ, существовало уже в Античности.

Макс Рубнер, один из главных представителей науки о метаболизме в конце XIX и начале XX века, был первым, кто объединил эти фрагментарные предположения в последовательную теорию обмена веществ и старения. Сравнивая скорость метаболизма и продолжительность жизни морских свинок, кошек, собак, коров и лошадей, ученый заметил, что общая энергия, затрачиваемая на грамм ткани в течение жизни животного, была почти постоянной, несмотря на огромные различия в размерах тела и скорости обмена веществ. Рубнер предположил, что клетки имеют некоторый внутренний предел на расход энергии в течение жизни. Потратив все энергетические запасы, они умирают, как гаснет свеча, истекающая воском. Эта теория скорости «жизни» получила дальнейшее развитие и отстаивалась американским биологом Раймондом Перлом, одним из первых ученых в области старения в 1920-х годах.

Гипотеза Рубнера была изящной и соответствовала ранним представлениям, но в итоге была опровергнута. Теперь, располагая большим количеством данных, мы знаем, что виды с одинаковой скоростью обмена веществ иногда имеют разную продолжительность жизни. И более быстрый метаболизм не обязательно означает более короткую жизнь. У маленьких птиц, например, обмен веществ быстрее, чем у млекопитающих того же размера, но они все равно живут дольше.

Еще более многообещающее объяснение очевидной связи между долголетием и метаболизмом появилось в 1950-х годах. Это была свободнорадикальная теория старения. Ее разработал Дэнхам Харман, американский исследователь в области медицины и химии, в 1950-х годах. Теория предполагает, что старение — это накопление повреждений, вызванных токсичными побочными продуктами окислительного фосфорилирования. В цепи переноса электронов, заключительном этапе образования АТФ в митохондриях (Глава 2), молекулы кислорода иногда превращаются в свободные радикалы (также называемые реактивными формами кислорода), которые представляют собой молекулы O₂, потерявшие электрон. Эти мутанты ненасытны: они вырывают электроны из любого встречного, нанося «увечья» ДНК, липидам и белкам. И Харман утверждал, что старение — это накопление повреждений (иногда называемых окислительным, или оксидативным стрессом) от свободных радикалов. Поскольку эти вещества являются неизбежным побочным продуктом производства АТФ, скорость метаболизма клеток (которая также является скоростью производства АТФ) определяет, как быстро мы стареем и умираем.

Свободнорадикальная теория старения также может стать объяснением тех случаев, когда скорость обмена веществ и продолжительность жизни расходятся. Существует целый ряд эволюционировавших механизмов нейтрализации свободных радикалов и устранения причиняемого ими ущерба. Но, как и любая физиологическая задача, они требуют энергии: ничто не дается даром. В зависимости от условий обитания виды могут эволюционировать, чтобы выделять больше или меньше энергии на противодействие окислительному стрессу. Мышь, находящаяся под постоянной угрозой стать жертвой большого количества хищников, развилась, чтобы направить больше энергии на воспроизводство сейчас и меньше на восстановление повреждений от свободных радикалов в будущем, которое может никогда не наступить. Воробей, с другой стороны, может иметь сходную скорость метаболизма, но, поскольку у него лучше получается уклоняться от атак, он эволюционировал так, чтобы направлять больше ресурсов на техническое обслуживание и ремонт и жить дольше.

У свободнорадикальной теории старения есть изъяны. Во-первых, исследования потребления антиоксидантов у людей и других животных не всегда показывают ожидаемое влияние на продолжительность жизни. Трудности в поиске тесных, прочных связей между метаболизмом и долголетием заставили некоторых ученых сомневаться, что такие зависимости вообще существуют. При всей своей мрачной определенности смерть оказалась удивительно скользким предметом исследования в биологии. Окончательные ответы до сих пор не найдены.