სიბერის ევოლუციური თეორიები

სიმბოლისტური მოზაიკა პომპეიდან (გამოსახულია ზემოდან: მართი კუთხე და შვეული, როგორც წესრიგის სიმბოლო, თავის ქალა – სიკვდილის სიმბოლო, ფორტუნას ბორბალი და პეპელა)

შესავალი

ბიოგერონტოლოგია – ინტერდისციპლინური სწავლება სიბერის ბიოლოგიური მექანიზმების შესახებ, სწრაფად ვითარდება, ნაწილობრივ საზოგადოების გაზრდილი ინტერესის გამო, რომელიც დაკავშირებულია ხანში შესული ადამიანების შედარებით მაღალ რიცხვთან განვითარებულ ქვეყნებში და უკვე განვითარებად ქვეყნებშიც, როგორიც ჩინეთია. სიბერის მექანიზმების უჯრედულ და მოლეკულურ დონეზე შესწავლასთან ერთად საჭიროა გაგება, თუ რატომ არსებობს სიბერე. თავსატეხია, რომ საათის მექანიზმივით აწყობილი გენეტიკური აპარატის წყალობით, მილიონობით წლიანმა ევოლუციამ  შეძლო წარმოეშვა რთული მრავალსახეობა და ამავე დროს, ორგანიზმი აღწევს რა ზრდასრულ ასაკს, შედის დაუძულურების ხანაში და განწირულია სიკვდილისთვის. მართლაც, როგორ უნდა ავხსნათ, რომ ცხოველები უკვდავები არ არიან? ზოგიერთს შეუძლია ამტკიცოს, რომ უკვდავი ორგანიზმები არსებობენ, მას შემდეგ, რაც ცნობები იქნა მოწოდებული ჰიდრაზე (Hydra vulgaris), სადაც არ იყო აღწერილი სიკვდილისა და დაბერების ფაქტი 4 წლის განმავლობაში [1]. 4 წელი ჯერ კიდევ შორსაა უკვდავებიდან და როგორც შემდგომი კვლევებიდან იქნა ნაჩვენები, ჰიდრაც ბერდება [2]. ეს გამანადგურებელი ასაკდამოკიდებული ცვლილებები, რომლებიც კულმინაციას სიკვდილში აღწევს, დაუძლეველი ჩანს ყველა სახეობისათვის თუ არა, იმ ორსარქველიანი მოლუსკებისთვის მაინც, რომლებიც საუკუნეები ცოცხლობენ [3]. 1769 წელს ფრანგი ფილოსოფოსი დენი დიდრო დ’ალამბერტის სიზმარში წერდა [4], რომ “ვარდების მეხსიერებაში არაა გამოცდილება, ენახოთ მებაღის სიკვდილი”, ამგავრად შეცდომაა ფიქრი მოლუსკების უკვდავებაზე, იმიტომ რომ ადამიანთა სიცოცხლეა გაცილებით ხანმოკლე.

აგრეთვე, შეუსაბამოა იმგვარი ჰიპოთეზის წარმოდგენა, რომ დაბერება დეტერმინირებულია გენებით, რადგან განვითარებისგან განსხვავებით, დაბერებას არ სჭირდება მსგავსი გენების არსებობა. თუკი მაინც დავუშვებთ ამგვარი გენების არსებობას, რომლებიც სტიმულირებენ დაბერებას, მაშინ, როგორც სხვა გენების შემთხვევაში,  უნდა ვიგულისხმოთ გენების მუტაცია და მუტანტების არსებობა, რომლებიც თავს დააღწევდნენ “დაბერების პროგრამას”. პოტენციურად უკვდავი არსებები მხოლოდ გარეგანი მიზეზით მოკვდებოდნენ, როგორიცაა უბედური შემთხვევა და შეძლებდნენ რეპროდუცირებას, მაშინ, როცა სხვა ორგანიზმები უკვე მკვდარი იქნებოდნენ. ბუნებრივი გადარჩევით, სულ რაღაც რამდენიმე თაობაში უპირატესობას მოიპოვებდნენ და ცხოველთა უმრავლესობა უკვდავი იქნებოდა, თუმცა მსგავსი მუტანტები არასოდეს აღმოუჩენიათ. თუმცა ეს არ ნიშნავს, რომ გენებს საერთოდ არ აქვს გავლენა დაბერების პროცესზე. მაგალითად, ადამიანებში, რომლებიც ატარებენ აპოლიპოპროტეინ E-ს ორი ε4 ალელით,  91 % -ია ალბათობა, რომ დიაგნოზირებული იქნებიან ალცჰეიმერის დაავადებით, 47 % თუ  ატარებენ ერთ ალელს და 20 % თუ საერთოდ არ ატარებენ  ε4 ალელს. მიუხედავად ამისა, ეს ალელი მხოლოდ ზრდის ამ დაავადების ალბათობას, რადგან ამ ალელის არ მქონეებიც შეიძლება დაავადდნენ [5]. თუ დაბერება არაა გენებით პროგრამირებული, მაშინ მუტანტი ნემატოდების შესწავლიდან გამომდინარე, რომელთაც გამოავლინეს გახანგრძლივებული სიცოცხლე, შეიძლება ვინმემ დაასკვნას, რომ სიბერე ეს ავადმყოფობაა, რომელიც შეიძლება განიკურნოს ან ყოველშემთხვევაში გადავადებულ იქნას [6]. სინამდვილეში, ეს მუტანტები უფრო მეტს რომ ცხოვრობენ, არის გამოხატულება ამ სახეობისთვის ხელსაყრელი სასიცოცხლო სტრატეგიებისა, როცა საკვების დეფიციტია, მაგრამ ილუზიაა ფიქრი იმაზე, რომ აღმოჩენილია გენები, რომლებიც დაბერებას აკონტროლებენ [7]. 

* * * 

დროდადრო მედია იუწყება, რომ მეცნიერებს მალე შეეძლებათ ჩვენი სიცოცხლის ხანგრძლივობა გაზარდონ 100 წლამდე, 150 წლამდე და უფრო მეტადაც. ამ მითოლოგიის წარმოებას ხელს უწყობს მეცნიერების პოპულარიზატორებიც კი, როგორც რეი კურცვეილი ირწმუნებოდა [8], უახლოესი 15 წლის ფარგლებისთვის ჩვენი სოცოცხლის ხანგრძლივობა დაიწყებდა ექსპონენციალურ ზრდას. ყველა ეს ავტორი იზიარებს იდეას, თითქოს სიცოცხლის ხანგრძლივობა შეიძლება გაიზარდოს ყოველგვარი მკაფიო ლიმიტის გარეშე, ან სულაც უსაზღვროდ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი უყუყმანოდ მიიჩნევენ, რომ სიცოცხლის ხანგრძლივობა – ესაა ნიშან-თვისება, რომელიც შეიძლება თავისუფლად მოდიფიცირდეს და რომ ის კავშირში არ არის სხვა სიცოცხლის ნიშნებთან. ეს მიდგომა აიგნორებს ევოლუციური ბიოლოგიის ფუნდამენტურ კონცეფციას, რომლის მიხედვითაც არსებობს კოვარიაციები სასიცოცხლო სტრატეგიებს შორის. მაგალითად, ძუძუმწოვრებში, ერთის მხრივ არსებობს მჭიდრო კავშირი პატარა ზომის სხეულის სიცოცხლის დროის სიმცირესთან, ადრეული მომწიფების – ორსულობის მოკლე პერიოდთან, დროის მცირე ინტერვალებს შორის მრავალრიცხოვანი შთამომავლობის დატოვებასთან და მეორეს მხრივ იმ სახეობებს შორის, რომლებიც ავლენენ სრულიად საწინააღმდეგო სასიცოცხლო პარამეტრებს. 12 წელს მიღწეულ სპილოს შეუძლია ორწლიანი ორსულობის პერიოდის შემდეგ დაბადოს ერთი ნაშიერი, ისიც 4-5 წლიან ინტერვალს შორის. ამგვარ ვითარებაში ცხადია, თუ როგორ საფრთხეს უქმნის სახეობის არსებობას მომწიფებული სპილოების მკვლელობა. ამის საპირწონედ, თაგვები იძლევიან მრავალრიცხოვან შთამომავლობას, რომლებიც მალევე იწყებენ დამოუკიდებელ ცხოვრებას და მრავალი მათგანის მკვლელობა არ წარმოადგენს სახეობის განადგურების საშიშროებას. აქედან გამომდინარე, ნებისმიერი სახეობისთვის არსებობს კომპრომისი დღეგრძელობასა და სხვა სასიცოცხლო მახასიათებელს შორის.  

* * *

სიბერის ევოლუციური თეორიები ხსნის, თუ “რატომ” არსებობს დაბერება. არის კი ისინი სწორი? ზოგს სურს, რომ დაადგინოს ზუსტი პასუხი ამ კითხვაზე. საუბედუროდ, ეს შეუძლებელია და სავარაუდოა რომ ყოველთვის ასე დარჩეს. პირველ რიგში, ძალიან დოგმატური იქნებოდა, რომ მთელი დაბერების პროცესის ახსნა დაყვანილი იყოს ამ თეორიებზე, თუმცა დაბერების პროცესის ზოგიერთი ასპექტი შეიძლება აიხსნას ამ თეორიებით, მაგრამ ის ვერ მოიცავს სიბერის ყველა მახასიათებელს. სხვა ბიოლოგიური თეორიები სიბერეზე ქართულად შეგიძლიათ იხილოთ ამ ბმულზე გადასვლით.

მოკლედ სიბერის ევოლუციურ თეორიებზე

ველურ სამყაროში, გარემო ფაქტორების (საკვების დეფიციტი, გვალვა, ექსტრემალური ტემპერატურა, მტაცებლები, დაავადებები, უბედური შემთხვევები და ა.შ. ) გამო სახეობათა უმრავლესობისთვის სიცოცხლე უფრო ხანმოკლეა, ვიდრე დაცულ გარემოში. შედეგი, რომელიც გამომდინარეობს ამ მოცემულობიდან არის ის, რომ მნიშვნელობა არ აქვს იმ მოვლენებს, რომლებიც ჩნდება ხანდაზმულობისას, ვინაიდან შანსი, მიაღწიონ ამ ასაკს ბუნებრივ გარემოში, არის ძალიან მცირე.

გარკვეული აზრით, ცოცხალი ორგანიზმი მანქანას ჰგავს: მნიშვნელობა არ აქვს მანქანის დეტალები მუშა მდგომარეობაში იქნება თუ არა 15 ან 50 წლის შემდეგ, თუკი 10 წელს მიღწეული მანქანები რეციკლიზაციას ექვემდებარება. ხოლო ის ნაწილები, რომლებიც მხოლოდ 2 წელი ძლებენ, ცირკულაციიდან ამოღებული იქნებოდა მწარმოებლების მიერ, ვინაიდან რომ არა ასეთი მკაცრი სელექცია, მთელი წარმოება ჩამოიშლებოდა. ანალოგიურად, ცხოველებში, ის მავნე მუტაციები, რომლებიც ფონეტიპურად ვლინდება ახალგაზრდობისას – იცხრილება, რადგან მცირდება რეპროდუქციის უნარი პირდაპირი თუ ირიბი გზებით. მაგალითად, მუტაცია, რომელიც ზრდის მოტეხილობის რისკს, ისეთივე მავნეა გამრავლებისთვის, როგორც ის მუტაციები, რომლებიც სტერილობას იწვევენ. მოტეხილობისას ორგანიზმი განწირულია შიმშილით სიკვდილისა თუ მტაცებლების მსხვერპლობისათვის. ორივე შემთხვევაში, მუტაცია არ გადაეცემა მომდევნო თაობას. მაგალითისთვის, ბავშვები პროგერიით [9] ვერ აღწევენ მოწიფულობის ასაკს და ამგვარად ეს მუტაცია არ გადადის შთამომავლობით. სწორედ ესაა ახსნა იმისა, თუ რატომ არსებობს მხოლოდ რამდენიმე ადამიანი პროგერიით. ამის საპირისპიროდ, მუტაციები, რომლებიც ექსპრესირდება მხოლოდ სიბერეში, არ გადაირჩევა, რადგან მის მატარებლებს უკვე გადაცემული აქვთ შემდგომი თაობისთვის. აღნიშნული შემთხვევის მაგალითია ჰანტინგტონის დაავადება [10]: ეს მუტაცია ძირითადად ექსპრესირდება საშუალო ასაკის შემდგომ, მას მერე, რაც ადამიანებს უკვე მოსწრებული აქვთ რეპროდუქცია და ამდენად, მუტირებული ალელების [11] გადაცემა მომდევნო თაობისთვის. ამრიგად, მხოლოდ სიბერისას გამოხატულ მუტაციებს არ აქვთ რეალური ეფექტი ცხოველებზე, რადგან მათი უმრავლესობა ამ ასაკისთვის უკვე მკვდარია. თუ ეს მთელი პროცესი მეორდება მრავალი მუტაციისა და თაობებისთვის, მაშინ ადვილი გასაგები ხდება, რომ ბუნებრივი გადარჩევით მავნე მუტაციები დაგროვდება სიბერისკენ. ე.ი. ცხოველები დატვირთული იქნებიან ჯანმრთელობის პრობლემებით თუ ისინი მიაღწევენ სიბერის ასაკს. ამ თეორიას, რომელსაც ჰქვია მუტაციების აკუმულაციის თოერია [12], შეუძლია ახსნას თუ რატომ არსებობს სიბერე.

აღნიშნული თეორია შემდგომში გაამდიდრა ვილიამსმა [13]. მან დაადგინა, რომ ზოგ ალელს გააჩნია სასარგებლო ეფექტი ახალგაზრდობისას და მავნე სიბერისას. ე.ი. ამ ალელებს გააჩნიათ სხვადასხვაგვარი (პლეიოტროპული) და ანტაგონისტური ეფექტები. აქედან წარმოდგება უილიამსის იდეის სახელწოდება: სიბერის ანტაგონისტური პლეიოტროპული თეორია.

ახალგაზრდობისას პოზიტიური გავლენის მქონე ალელები, მიუხედავად სიბერის დროს მათი ნეგატიური მოქმედებისა, გადაეცემა მომდევნო თაობას. მაგალითისთვის, გენები, რომლებიც ერთის მხრივ ხელს უწყობენ ძვლებში კალციუმის ფიქსაციას და აქვთ დადებითი ეფექტები ახალგაზრობისას, რადგან ამცირებენ ძვლების მოტეხილობის რისკს და სიკვდილიანობას, მეორეს მხრივ უარყოფით გავლენას ახდენენ მოხუცობისას ოსტეოართრიტის მაღალი ალბათობით. მსგავსი უარყოფითი ეფექტების დაკვირვება ძნელი იქნება ველურ სამყაროში, რადგან ცხოველთა უმრავლესობა კვდება მანამ, სანამ ისინი იჩენენ თავს. მაგრამ, თუ ცხოველები გაატარებდნენ სისოცხლეს დაცულ გარემოში, სადაც ისინი არ მოკვდებოდნენ ახალგაზრდა ასაკში შიმშილით, მტაცებლებით და ა.შ. ეს ცხოველები დაბერდებოდნენ მრავალი ანტაგონისტური გენების გამო. წინა თეორიასთან მიმართებაში, სადაც უარყოფითი ეფექტები პასიურად გროვდება შემდგომ თაობებში, არსებითი განსხვავება იმაში მდგომარეობს, რომ უილიამსის თეორიაში ნეგატიური ეფექტები აქტიურად აკუმულირდება. იმიტომ, რომ ალელები, რომლებიც იწვევს ამ ნეგატიურ ეფექტებს, გადაირჩევა სწორედ იმიტომ, რომ გააჩნიათ პოზიტიური ეფექტები ახალგაზრდობისას. თუმცა, ეს ორი თეორია არა ურთიერთგამომრიცხავი, არამედ კომპლემენტარულია, რადგან ზოგი მავნე მუტაცია, გამოვლენილი სიბერისას, შეიძლება ახსნილ იქნას ერთი, ხოლო ზოგი მეორე მექანიზმით. 

დაბერების მესამე კლასიკური ევოლუციური თეორია, რომელიც ასევე არ ეწინააღმდეგება ზემოთ განხილულ თეორიებს, არის  კირკვუდის შემოთავაზებული ცვლადი სხეულის თეორია [14], რომელიც ამტკიცებდა, რომ ბაქტერიების ხაზი არის უკვდავი [15], მიუხედავად იმისა, რომ სომა (სხეული) ცვლადია. ავტორი აქცენტს აკეთებს იმაზე, რომ ვინაიდან სიცოცხლე ხანმოკლეა ველურ სამყაროში, არაეკონომიურია მეტი ენერგიის ინვესტირება ინდივიდუალური სხეულის შენარჩუნებისთვის საჭირო მექანიზმებში (იმუნურობა, რეგენერაციის პროცესი და ა.შ.) ვიდრე ეს აუცილებელია სიცოცხლის ხანგრძლივობის უზრუნველსაყოფად იმ დონემდე, რომ შესაძლებელი იყოს რეპროდუქცირება. კვლავ მანქანების ანალოგიას რომ მივუბრუნდეთ, თუ 10 წლის მანქანების უმრავლესობა ამოღებული იქნება ტრეფიკიდან ავარიებისა თუ განახლების გამო, მაშინ უსარგებლო და ძვირადღირებული იქნებოდა იმგვარი დეტალების წარმოება, რომელიც გაძლებდა 50 წელი და სავსებით საკმარისი იქნებოდა ისინი 15 წლიანი გამძლეობით. მაშასადამე, ყველა სახეობისთვის არსებობს ბალანსი თვითშენარჩუნებასა და გამრავლებას შორის. თუ გარემო პირობებით გამოწვეული სიკვდილინობა არის მაღალი, ყურადღება ექცევა გამრავლების ინტენსივობას, ამით პოპულაციის გადარჩენის შანსი იზრდება. თუ მომდევნო თაობებში ნაადრევი სიკვდილიანობის რიცხვი დაიკლებდა, მაშინ უფრო გახანგრძილევბული სიცოცხლისთვის ორგანიზმის ჯანმრთელობა შეიძენდა მეტ მნიშვნელობას.  სიკვდილიანობის შემცირებით გაზრდილი სიცოცხლის ხანგრძლივობის ყველაზე ცნობილი ილუსტრაციაა ოპოსუმების მაგალითი. ოპოსუმებში, რომლებიც ცხოვრობენ კონტინენტზე სიკვდილიანობის მაღალი დონის ქვეშ (მტაცებლები, მანქანები), რეპროდუქციულ სეზონში შობადობის რიცხვი არის 6-9 ნაშიერი. განსხვავებით ამისა, ოპოსუმები, რომლებიც ცხოვრობენ კონტინენტისაგან 8 კილომეტრით დაშორებულ კუნძულზე აგერ უკვე 4000 წელია, სადაც არაა მათთვის საშიში მტაცებლები, სოცოცხლის ხანგრძლივობა  25 % -ით მეტია და ნაშიერების რაოდენობა გამრავლების პერიოდში შეადგენს 4-6 ნაშიერს. აგრეთვე, მათი მყესები უფრო შენელებულ დაბერებას ავლენენ, ვიდრე კონტინენტის მკვიდრნი [16].  

Eric Le Bourg © 2014 S. Karger AG, Basel

შენიშვნები:

[1] Martinez DE: Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra. Exp Gerontol 1998; 33: 217–225.

[2] Estep PW: Declining asexual reproduction is suggestive of senescence in hydra: comment on Martinez, D., ‘Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra.’ Exp Gerontol 33, 217–225. Exp Gerontol 2010; 45: 645–646.

[3] Abele D, Brey T, Philipp E: Bivalve models of aging and the determination of molluscan lifespans. Exp

Gerontol 2009; 44: 307–315.

[4] Diderot D: Le rêve d’Alembert; in Œuvres complètes de Diderot. Paris, Assézat Tourneux, Garnier Frères,

tome 2, 1875, pp 122–181.

[5] Corder EH, Saunders AM, Stritmater WJ, Schmechel DE, Gaskell PC, Small GW, Roses AD, Haines JL,

Pericak-Vance MA: Gene dose of apolipoprotein E type 4 allele and the risk of Alzheimer’s disease in late onset families. Science 1993; 261: 921–923.

[6] Guarente L, Kenyon C: Genetic pathways that regu- late ageing in model organisms. Nature 2000; 408: 255–262.

[7] Partridge L, Gems D: Beyond the evolutionary theory of ageing, from functional genomics to evo-gero. Trends Ecol Evol 2006; 21: 334–340.

[8] Kurzweil R, Grossman T: Bridges to life; in Fahy GM, West MD, Coles LS, Harris SB (eds): The Future of Aging. Dordrecht, Springer, 2010, pp 3–22. 

[9] პროგერია (ჰატჩინსონ-გილფორდის სინდრომი) არის ექსტრემალურად იშვიათი აუტოსომურ-დომინანტური გენეტიკური დარღვევა, რომლის სიმპტომები აერთიანებს დაბერების ასპექტებს და ვლინდება ძალიან ადრეულ ასაკში.

[10] ჰანტინგტონის დაავადება (HD) არის მეკვიდრეობით მიღებული (თანდაყოლილი) დაავადება, რომელიც გამოიხატება ტვინის უჯრედების სიკვდილში (ნეიროდეგენერაცია). 

[11] ერთი და იმავე გენის განსხვავებული ფორმები, რომელიც განსაზღვრავს ერთიდაიმავე ნიშან-თვისების განვითარების ალტერნატიულ ვარიანტებს. ზოგი ალელის მოქმედება ხილვადია, მაგალითად პიგმენტაცია.  

[12] Medawar PB: An Unsolved Problem in Biology. London, HK Lewis, 1952.

[13] Williams GC: Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence. Evolution 1957; 11: 398–411.

[14] Kirkwood TBL: Understanding ageing from an evolutionary perspective. J Intern Med 2008; 263: 117–127.

[15] ფართოდ გავრცელებული შეხედულებაა, რომ ბაქტერია, რომელიც სიმეტრიულად იყოფა (უსქესო გამრავლება, როცა დედისეული უჯრედი იყოფა ორ შვილეულ უჯრედად), არ ბერდება, მაგრამ როგორც ჩანს არც ისე იდენტურად იყოფა, რადგან იმ შვილეულ უჯრედს, რომელიც ღებულებს დედისეულ გენეტიკურ მატერიალს, ახასიათებს შედარებით ნელი ზრდა, იმ უჯრედთან შედარებით, რომელიც სინთეზირებულია ახალი უჯრედული მასალით. 

[16] Austad SN: Why We Age. New York, John Wiley and Sons, 1997