Можем ли мы предсказать, когда умрем?
Смерть неизбежна. Но предсказуема ли? Некоторые ученые думают, что да. Они говорят, что эксперименты с дрозофилами - плодовыми мушками - выявили новую отдельную фазу жизни, которая возвещает приближение смерти. Эту стадию жизни они называют спиралью смерти и думают, что люди также могут ее переживать. Еще 25 лет назад биологи предполагали, что у жизни есть две основные фазы: детство и взрослая жизнь. Это разделение мы все можем признать. Детство характеризуется быстрым ростом и развитием и заканчивается с половой зрелостью. Во время этой фазы, вероятность летального исхода остается крайне низкой.
Вместе с совершеннолетием, а точнее с достижением половой зрелости, начинается взрослая жизнь. Вероятность смерти остается низкой, когда мы начинаем нашу взрослую жизнь - в это время мы в расцвете сил и с большей вероятностью можем иметь детей. Но время идет, наши тела начинают стареть и деградировать. С каждым городом вероятность смерти увеличивается - сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее, когда мы становимся все старше и старше.
В начале 90-х годов ученые поняли, что у жизни есть еще одна часть. Они определили третью фазу жизни, через которую проходят самые старые члены нашего общества: поздняя жизнь.
Позднюю жизнь от остальной части взрослой жизни отличает уникальная структура смертности. Ежегодный рост показателей смертности, который является характерной чертой взрослой жизни, не применяется к поздней жизни. Если у 60-летнего шанс неминуемой смерти значительно выше, чем у 50-летнего, у 90-летнего шанс умереть примерно такой же, как у 100-летнего.
«Уровень смертности выравнивается и вы видите эти плато», говорит Лоуренс Мюллер из Университета Калифорнии в Ирвине.
Именно эти плато смертности обсуждаются по сей день - им до сих пор нет единого объяснения. Чтобы пролить свет на эту проблему, Мюллер и его коллега Майкл Роуз начали искать признаки того, что и другие биологические особенности, не считая показателей смертности, выравниваются к концу жизни. «Мы подумали о том, что здесь может быть та же схема, по которой идет воспроизводство или женская плодовитость (фертильность)», говорит он.
Они начали изучать эту проблему на примере любимого набора лабораторных животных - плодовых мушек дрозофил.
«Мы взяли 2828 самок и поместили каждую из них по отдельности во флакон с двумя самцами», говорит Мюллер. «Каждый день мы перемещали каждую самку в новый флакон и подсчитывали, сколько яиц они оставляли. И продолжали делать это, пока они все не умерли».
Обычно эти мушки живут несколько недель. «Это был массивный эксперимент», говорит Мюллер. Он признает, что эксперимент также был кропотливым: передвигать столько мушек изо дня в день и подсчитывать их крошечные яйца - от этого быстро устаешь. Эти занимались аспирант Роуза, Кассанда Раузер, и десятки студентов.
И после всех этих усилий результаты изначально казались неутешительными. Уровень рождаемости не выровнялся очевидным образом, когда мушки вступили в фазу «поздней жизни».
Когда же ученые взглянули на данные поближе, они кое-что подметили.
«Я заметил, что если выделял самок, которые были близки к смерти, и сравнивал их с другими самками того же возраста и, как следовало из базы данных, которым оставалось пожить на несколько недель больше, наблюдалась разница в плодовитости», говорит Мюллер.
Проще говоря, коэффициент рождаемости мушек - количество яиц, откладываемых в день - резко падал за две недели до их смерти.
Еще более удивительно, что это снижение рождаемости никак не было связано с тем, каков был возраст мушки при смерти. Если пожилая 60-дневная мушка приближалась к смерти, ее коэффициент плодовитости резко падал - точно так же, как и коэффициент плодовитости 15-дневных мушек, которые, как оказывалось, стояли на пороге преждевременной кончины.
Это была универсальная особенность жизни, новая четвертая фаза, которая отличалась от детства, взрослой или поздней жизни. Мюллер и Роуз назвали ее «спиралью смерти». Шел 2007 год; в последующие годы ученые искали больше доказательств этой смертельной спирали. В 2012 году они обнаружили, что самцы дрозофил переживают аналогичный спад плодовитости за несколько дней до смерти. Повторяющимся сбором данных на этот раз занимался аспирант Парвин Шахрестани.
«По мере того, как самец становится старше, его способность к оплодотворению самок становится все хуже и хуже, - говорит Мюллер. - Но когда самцы собираются умирать - в любом возрасте - их способность к воспроизводству была гораздо ниже, чем у самцов того же возраста, которые жили на несколько недель больше».
Совсем недавно, в 2016 году, Мюллер и Роуз извлекли данные из серии экспериментов, исследующих долголетие и плодовитость плодовых мушек, над которыми работали ученые в четырех независимых друг от друга лабораториях. Опять же, комбинированный набор данных показал наличие спирали смерти.
Двое ученых и их коллеги даже обнаружили, что с определенной степенью можно предсказать, когда мушка умрет, просто глядя на ее плодовитость в предыдущие три дня и игнорируя другие данные, включая возраст мушки. «Мы точно предсказали около 80% смертей», говорит Мюллер.
Роуз и Мюллер не одиноки в разработке этой связи между рождаемостью и смертью. Джеймс Кертсингер из Университета штата Миннесота проводил собственные эксперименты в области старения и смерти над дрозофилами и выявил снижение плодовитости в преддверии смерти, что в целом соотносится с выводами Мюллера и Роуза.
Кертсингер также обнаружил, что этот спад в плодовитости в связи с неминуемой смертью не зависит от возраста: относительно молодые и старые мушки следовали одинаковому сценарию.
Впрочем, работа Кертсингера отличается от работы Мюллера и Роуза в нескольких важных моментах. К примеру, он не считает, что его наблюдения указывают на отдельную и универсальную четвертую фазу жизни - он не считает, что люди или другие виды, которые биологически отличаются от плодовых мушек, будут испытывать подобное снижение плодовитости. Он также считает, что термин «спираль смерти» расплывчатый и неоднозначный. Поэтому он разработал собственную терминологию, которая может больше прийтись по душе биологам.
«Когда мне было 20, я исследовал соотношение полов; когда мне было 40, я начал работать над старением - теперь мне 65 и я работаю над новым биологическим понятием, которое я называю отставкой (выходом на пенсию)», говорит он.
Этот «выход на пенсию», легко увидеть у плодовых мушек. Он начинается в тот день, когда взрослая самка не может уже отложить ни одного яйца. Чтобы понять важность этого «дня нуля яиц», нужно вспомнить о плодовитости самки плодовой мушки. «Мушка 2,5 мм в длину, а яйцо плодовой мушки в длину 0,5 мм, - говорит Кертсингер. - Самка откладывает около 1200 яиц за свою жизнь - это полметра яиц, если выложить их в линию».
Другими словами, самка плодовой мушки - это машина по откладыванию яиц. Это единственное, что есть у нее на уме. Если муха не откладывает ни единого яйца в конкретный день - даже если она снова начинает откладывать яйца на следующий день - это указывает на то, что что-то пошло не так.
Кертсингер проводит сравнение с автомобилем, который работает на исходе топлива. Он может проехать еще несколько километров, но первые сбои указывают водителю на опасную ситуацию.
Работа Кертсингера также раскрыла кое-что еще, чего не сделали анализы Мюллера и Роуза.
В самом конце фазы отставки, когда уровень плодовитости низок и смерть неизбежна, становится ясно, что мушки выходят на плато смертности точно такие же, как и те, что связаны со стадией «конца жизни». «Это совершенно новое наблюдение, - говорит он. - Плато смертности не является особенностью старости, оно может появиться в среднем или в молодом возрасте».
Общий консенсус в настоящее время заключается в том, что плато смертности связаны с возрастом - но Кертсингер считает, что его новая работа показывает, что они - как и сама смерть - могут быть в большей степени связаны с плодовитостью. Это наблюдение может потребовать от биологов пересмотра их теорий старения.
Кое-что, впрочем, озадачивает Кертсингера. Почему вообще существует эта сильная связь между плодовитостью и смертью? Объяснения у биологов нет.
Тем не менее Джеймс Кэри из Университета Калифорнии в Дэвисе считает, что все это просто отражает хорошо изученную идею: воспроизводство проходит ценой здоровья родителей, особенно матерей. Женщины сталкиваются с проблемами зубов, например, как следствием многодетности.
Более десяти лет назад Кэри и его коллеги показали, что модификация систем воспроизводства мышей также меняет их сроки жизни. Они положили старых мышей на операционный стол и заменили их отработанные яичники эквивалентными органами более молодым самок - и старые мыши жили дольше, чем ожидалось, после операции.
«Были признаки того, что мыши, получившие новые яичники, имели меньше проблем с сердцем, чем мыши, которые новых яичников не получили», говорит он.
Кертсингер не согласен с тем, что люди проходят через стадию «выхода на пенсию» перед смертью, но Мюллер считает, что есть свидетельство того, что люди, обреченные на смерть по естественным причинам, испытывают спираль смерти. В подтверждении этого Мюллер приводит другое исследование, проведенное в Дании в доме престарелых.
Исследователи провели группу девяностолетних добровольцев через батарею тестов, чтобы оценить их силу, координацию и умственные способности. Через несколько лет они вернулись в дом престарелых, чтобы узнать, кто умер, а кто до сих пор живет. Люди, которые умерли, по большей части плохо проходили тесты, говорит Мюллер. В преддверии смерти наблюдалось снижение физиологических возможностей.
Что больше интересует ученого, так это то, что работа с плодовыми мушками может выявить стратегии предотвращения этого цикла смерти, чтобы начинался за несколько дней, а не недель.
Есть надежда, что такая работа может дать новые намеки на то, как избавить людей от длительного и медленного распада перед смертью. Было бы интересно сократить спираль смерти, чтобы вы оставались такими же здоровыми, как и другие, пока не умрете.
Так что хотя Мюллер и Роуз думают, что нашли четвертый этап жизни, в долгосрочной перспективе они надеются людей от него избавить или хотя бы сократить как можно сильнее.
Можем ли мы предсказать, когда умрем? Илья Хель
