Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Исследованиями установлено, что поломка механизма клеточной смерти вызывает рак. В обзорной статье посвященной апоптозу, группа учёных из Киевского национального университета имени Тараса Шевченко описала эксперимент, проведённый на мышах американскими учёными. Они повысили активность одного из белков, и рак полностью исчез. Но при этом ускорилось старение животных. Обычно каждая вторая мышка в старости умирает от рака. Казалось бы, основная причина смерти исчезла, и теперь мыши должны жить дольше, а они начали умирать странной смертью без внешних признаков заболевания – просто засыпали. Причём умирали в среднем на 20 % раньше, чем если бы их сразил рак.

По мнению киевских учёных, апоптоз является общебиологическим механизмом, ответственным за поддержание постоянства численности клеточной популяции, а также формообразования и выбраковку дефектных клеток, и составляет единое целое трёхкомпонентной наследственной информации.

Первый компонент предусматривает все аспекты поддержания жизни – сведения об анаболических процессах, размножении клеток и организмов, их прогрессивной эволюции.

Второй компонент содержит инструкции о разнообразных механизмах репарации, восстановлении повреждённых структур и функций.

Третья часть наследственной информации живой системы – информация смерти, сведения о катаболизме, распаде органелл, гибели клеток, смерти целых организмов.

В процессе жизнедеятельности клеток и организмов осуществляется постоянное непрерывное взаимодействие этих трёх наследственных программ, заложенных природой во все биологические системы[169 - Топчий Н. Н., Бердышев Г. Д. и др. Информация о смерти клеток необходима для жизни всего организма. – Физика сознания и жизни, космология и астрофизика, 2004, № 2. https://core.ac.uk/download/pdf/293093516.pdf.].

В естественной среде обитания можно встретить «бессмертных» животных, старение которых практически невозможно заметить (пренебрежимое старение). Этот феномен убеждает учёных в том, что можно предотвратить и человеческое старение. Однако гораздо большее распространение в природе получила преждевременная запрограммированная смерть организмов. Так у клеща Adactylidium потомство прогрызает себе путь на волю из тела матери, вызывая её гибель. Самец одного из видов кальмаров тонет тотчас после спаривания с самкой. Самки некоторых видов пауков при спаривании поедают самцов, с которыми до того мирно сосуществовали.

Бамбук живёт 10–15 лет, размножаясь вегетативно, а затем зацветает и гибнет, как только созрели семена. Тихоокеанский лосось умирает после нереста, и вовсе не из-за крайнего истощения организма, а вследствие включения особой биохимической программы, в которой ключевую роль играют стероидные гормоны. Если затормозить образование этих гормонов в надпочечниках лосося, он останется жить.

Приведённые факты не вписываются в существующие эволюционные теории. Механизм запрограммированной гибели клетки – одна из самых трудных и до конца нерешённых проблем биологической науки. Несмотря на огромный накопленный фактический материал, учёные до сих пор не могут получить конкретного ответа на вопросы: что вызывает старение и почему старение – универсальное свойство живого организма?

По гипотезе клеточного старения американского микробиолога Леонарда Хейфлика, существует верхний предел общего числа делений соматических клеток (лимит Хейфлика). Клетки способны делиться только ограниченное число раз (50±10), после этого умирают. Признаки старения организма наблюдаются и при приближении к границе количества делений клеток.

После каждого деления клетки участки ДНК на концах хромосом (теломеры) укорачиваются. Но если в клетках имеется фермент активной теломеразы, добавляющий последовательности нуклеотидов ДНК к концу её цепи на участках теломер, клетки становятся бессмертными. К ним относятся половые, раковые и некоторые типы стволовых клеток. Но гипотеза Хейфлика не может объяснить, почему существует предел деления клеток, вызывающий старение и смерть организма.

Специалист в области биологии старения А. М. Оловников выдвинул редумерную теорию старения клеток и организма, предполагающую укорочение принтомер и хрономер. Ранее учёный считал, что инициаторами старения являются теломеры. Но как оказалось, теломеры только свидетели старения, а отвечают за сам процесс старения хрономеры – небольшие структуры клеток мозга, принимающие участие в работе биологических часов организма.

Учёный также предположил, что в ядре есть ещё одна линейная ДНК, концевое укорочение которой отвечает за подсчёт клетками митозов (непрямых делений клеток с образованием одинаковых наборов хромосом), существование лимита Хейфлика и за сам процесс клеточного старения. Её роль выполняют редумеры – молекулы редусомной ДНК. По мнению Оловникова, причиной старения служит укорочение редумер, а именно принтомер в делящихся клетках и хрономер в клетках мозга. Процесс укорочения принтомер и хрономер является биологическими часами, отсчитывающими наши дни[170 - Оловников А. М. Первопричина старения заключена в укороченнии редумер – перихромосомных линейных молекул ДНК, а вовсе не теломер – «линеек» биологического времени, а не в уменьшении теломер. http://www.chronos.msu.ru/old/RREPORTS/olovnikov_pervoprichina.pdf.].

Установлено, что мозг человека развивается до 20 лет. Между 20 и 50–60 годами жизни в мозгу никаких существенных изменений не происходит. Однако после 52–55 лет неожиданно обнаруживаются загадочные изменения. Где-то в возрасте 55–60 лет то же самое наблюдается и с активностью генов. У животных изменения, связанные со старением, происходят в другое время. Так, у обезьян процессы старения мозга начинаются в 20 лет, а у мышей – в 1,5–2 года. Что запускает этот механизм, учёным неизвестно[171 - Эхо Москвы: Новые методики исследования мозга/Беседа с учёными, 24.03.2016. https://sk.ru/news/novye-metodiki-issledovaniya-mozga/.].

Академик В. П. Скулачёв выдвинул теорию феноптоза, согласно которой существует некая генетическая программа самоуничтожения, постепенно разрушающая организм. По теории учёного, самоубийство происходит не только на клеточном уровне – апоптоз, но и на субклеточном – митоптоз (разрушение митохондрий при неправильном функционировании), о?рганном – о?рганоптоз, а главное, на организменном – феноптоз. Старение человека Скулачёв рассматривает как частный случай феноптоза, растянутый во времени. Накопление поломок в организме запускает программу самоубийства задолго до того, как поломки станут несовместимыми с жизнью организма.

Конечными исполнителями программы самоубийства являются митохондрии, катализатором процесса – активные формы кислорода (АФК). В митохондрии есть своя ДНК, имеющая несколько важных генов, которые не повторяются в ядерных ДНК. Ядовитые формы кислорода портят эту митохондриальную ДНК.

Митохондрии вырабатывают определённое количество свободных радикалов, что постепенно отравляет организм и приводит к старению. В ответ на введение некоторого количества антиоксидантов (антиокислителей), которые вступают во взаимоотношение со свободнорадикальными формами кислорода лишая их опасной активности, митохондрии немедленно повышают выработку кислорода или снижают синтез собственных противоядий.

Учёный предложил использовать антиоксиданты с положительным зарядом, которые способны уничтожать активные формы кислорода внутри митохондрий (не следует путать с распространённым методом антиоксидантной защиты организма!). Предполагается, что если насытить такими антиоксидантами митохондрии человеческих клеток, то активные формы кислорода будут уничтожаться сразу же после их возникновения[172 - Скибо Ю. В., Абрамова З. И. Методы исследования программируемой клеточной гибели. – Казань: ФГАОУ ВПО «Казанский федеральный университет», 2011.].

Первые этапы проверки гипотезы уже осуществлены и получены некоторые результаты. Капли под названием «Визомитин» на основе митохондриально-направленного антиоксиданта SkQ1 (Sk – Скулачёв; Q – убихинон; 1 – модификация), разработанного под руководством Владимира Скулачева, используются для лечения заболевания глаз[173 - Чистяков В. А., Цветков Д. С. и др. Концепция феноптоза и системный подход в нефрологии. – Нефрология, 2013, том 17, № 5. https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptsiya-fenoptoza-i-sistemnyy-podhod-v-nefrologii.].

Владимир Скулачёв и его ученик Алексей Оловников – признанные мировые авторитеты по проблемам старения и смерти. И всё же, несмотря на обнадёживающие практические результаты, теория академика Скулачёва не пользуется особой популярностью среди геронтологов. Запрограммированное самоуничтожение организма, составляющее основу теории, вступает в явное противоречие с общепринятой эволюционной концепцией.

Ни у одного биолога не вызывает сомнения, что весь процесс, начиная от развития в материнской утробе и заканчивая созреванием организма, запрограммирован в генах. Как только вопрос касается старения и смерти, классическая геронтология утверждает, что это случайность, поскольку в рамках эволюционной теории невозможно объяснить, что, приспосабливаясь к выживанию, живые организмы одновременно совершенствовали механизмы самоуничтожения, и на протяжении многих миллионов лет не изменили этому принципу.

Почти два столетия биологи пытаются понять, как устроена живая клетка. Но чем больше ответов они находят, тем больше появляется у них вопросов. Увидев невероятную сложность клетки, исследователи пришли к заключению, что первая клетка могла построиться только по частям в процессе длительного эволюционного пути.

По гипотезе британского химика Лесли Орджела (теория «Мир РНК»), первая жизнь не имела белков (ДНК) и была полностью организована самовоспроизводящейся молекулой РНК. Привлекательность идеи состояла в том, что одна молекула РНК заменяла более десяти биологических молекул. В 2000 г. гипотеза получила некоторое подтверждение, но убедительных доказательств последовательной эволюции РНК учёные не представили. Молекула РНК оказалась слишком сложной, чтобы быть первым материалом жизни. Вероятность её случайного возникновения из отдельных атомов невообразимо мала.

В 2021 г. канадские исследователи методом направленной эволюции создали в пробирке РНК-фермент (рибозим), способный воспроизводить молекулы РНК после специфического распознавания их промотора. Промотор – это последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая ферментом, осуществляющим синтез молекул РНК. Учёные уверены, что данное исследование подтверждает идею зарождения жизни на основе РНК, несмотря на то что гипотеза РНК-мира содержит много белых пятен[174 - Лищук О. Эффективный полимеразный рибозим подкрепил гипотезу мира РНК, 25.03.2021. https://nplus1.ru/news/2021/03/25/clamp-your-rna.].

Среди некоторых учёных существует мнение, что первые микроорганизмы на Землю пришли из космоса. По утверждению российского академика РАН А. Ю. Розанова, коллектив учёных под его руководством получил неопровержимые доказательства панспермии – занесения жизни на Землю из космического пространства. Изучая древний метеорит Оргей, который упал во Франции в 1864 г., исследователи под руководством Розанова обнаружили внутри метеорита окаменевшие микроорганизмы (эвкариоты)[175 - Веденеева Н. Академик Алексей Розанов: «Мы показали, что жизнь пришла из космоса»/Беседа с Алексеем Розановым, 11.09.2020. https://www.mk.ru/science/2020/09/11/sledy-vnezemnoy-zhizni-nashli-na-meteoritakh.html.].

Уверенность учёного у многих вызывает серьёзные сомнения. Маловероятно, что живые организмы, прилетевшие на Землю с Марса, Венеры или экзопланет, не погибли после ударов космических тел об эти планеты. Затем с фрагментами планетного вещества живыми пролетели космическое пространство и очутились в атмосфере Земли. При этом сумели остаться неповреждёнными, пережив воздействие температур около 2 000 градусов. Достоверно неизвестно, какой возраст метеорита Оргей, из какой планеты он прилетел и как у него появились микроорганизмы.

Имеется сообщение космонавтов о прилетевших из космоса бактериях, которые поселились на внешней стороне обшивки российского сегмента МКС[176 - ТАСС Наука: Учёные нашли на поверхности МКС живые бактерии из космоса, 27.11.2017. https://tass.ru/nauka/4760907.]. Однако специалист по космическим бактериям профессор А. В. Сыроешкин в интервью редакции N+1 пояснил, что обнаруженные бактерии – пришельцы с Земли. Попасть в космос на высоту орбиты МКС – это около 400 километров – они могли с помощью глобальной электрической цепи. Известно, что между поверхностью Земли и ионосферой постоянно течёт электрический ток. Восходящая ветвь этой цепи выносит на большую высоту электрически заряжённые пылинки, капли аэрозолей, а с ними и бактерии. В конце концов, они оказываются в космосе на высоте полёта МКС[177 - Ферапонтов И. «Поставки с Земли», 27.11.2017. https://nplus1.ru/blog/2017/11/27/terrestrial.].

Британский химик Джон Сазерленд и его коллеги-учёные утверждают, что получили доказательства, дающие основания заключить, что все ключевые компоненты живой клетки (РНК и ДНК) могли сформироваться одновременно, и цельная клетка образовалась сразу. Аналогичной версии придерживается и группа химиков под руководством Раманараяна Кришнамурти из Института Скриппса в Ла-Хойе (США)[178 - Jianfeng Xu, Chmela V. et al. Selective prebiotic formation of RNA pyrimidine and DNA purine nucleosides. – Nature, 2020. https://www.nature.com/articles/s41586–020–2330–9.], [179 - Bhowmik S., Krishnamurthy R. The role of sugar-backbone heterogeneity and chimeras in the simultaneous emergence of RNA and DNA. – Nature Chemistry, 2019. https://www.nature.com/articles/s41557–019–0322-x.].

Предполагается, что около четырёх миллиардов лет назад на Земле в геотермальных прудах или мелких озёрах вблизи активных вулканов постепенно собирались все необходимые для создания клетки химические элементы. Подобные пруды могли возникнуть и в местах падения метеоритов. И как только это произошло, в тот же час образовалась первая клетка.

Микроорганизмы экстремофилы, которых обнаруживают исследователи в самых неблагоприятных местах для проживания, могли появиться сразу после формирования Земли. Это подтверждают данные, полученные геохимиками из США, которые показали, что жизнь возникла на нашей планете одновременно с её остыванием – примерно 4,1 миллиарда лет назад[180 - Bell E., Boehnke P. et al. Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon. – PNAS, 2015. https://www.pnas.org/content/112/47/14518.].

Установлено, что некоторые бактерии экстремофилы могут жить в условиях космоса. Экстремофильный кокк Deinococcus radiodurans – чемпионом по выживанию и занесён в Книгу рекордов Гиннеса как «самая сложная бактерия в мире».

В отличие от обычных бактерий, только у D. Radiodurans имеются уникальные механизмы защиты, обеспечивающие ему возможность уцелеть в условиях с перепадом температур 300 градусов по Цельсию. Его не убивает поглощённая доза ионизирующего излучения 10 тысяч грей (10 Гр вызывает у человека смерть). Бактерия устойчива к ультрафиолетовому излучению, высушиванию, замораживанию, действию кислот и вакуума.

D. radiodurans распространён повсеместно: в песках пустыни и в глыбах арктического льда, в городских водоёмах и домашней пыли. Он не образует капсулу и споры, может произрастать на самых простых питательных средах. За счёт того, что у него около десяти копий собственного генома, он наделён уникальными возможностями восстанавливать разрывы ДНК.

Ещё одним уникальным свойством экстремофильного кокка является необычное строение клеточной стенки, благодаря которой он резистентный к бактериофагам. В то же время бактерия не имеет факторов патогенности и неспособна вызывать заболевания. Трудно даже вообразить, как можно было бы бороться с таким патогеном[181 - Головин С. Deinococcus radiodurans: инструкция по выживанию, 11.12.2020. https://medach.pro/post/1473.].

Исследователи из разных стран в рамках орбитального астробиологического эксперимента Tanpopo mission провели изучение образцов D. radiodurans, которые в течение года находились за бортом МКС. Было установлено, что они практически ничем не отличались от контрольных экземпляров, оставленных на Земле. Бактерии сумели уцелеть в вакууме под воздействием экстремальных температур и космической радиации. Учёные отметили, что условия за бортом МКС были более суровые, чем на Марсе.

Микроорганизмы избежали морфологического повреждения и покрылись бугорками, похожими на фурункулы. Чтобы выжить, они запустили многочисленные механизмы, спасаясь от воздействия агрессивной среды. Разнообразные белковые и геномные реакции облегчали клеточный стресс, помогали бактериям восстанавливать повреждения ДНК и защищаться от активных форм кислорода. При этом под воздействием космического пространства метаболизм бактерий замедлился[182 - Ott E., Kawaguchi Y. et al. Molecular repertoire of Deinococcus radiodurans after 1 year of exposure outside the International Space Station within the Tanpopo mission. – Microbiome, 2020. https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168–020–00927–5.].

Можно предположить, что весь набор уникальных приспособлений, позволяющий выживать первым микроорганизмам в экстремальных условиях, образовался одновременно. В противном случае, при самосборке по частям агрессивная среда убила бы их уже на начальном этапе формирования. В пользу данного предположения свидетельствует проведённый американскими учёными химический анализ окаменелостей, найденных в Австралии в породах возрастом 3,5 миллиарда лет. Анализ выявил одновременное присутствие в окаменелостях нескольких видов бактерий[183 - Schopf W., Kouki Kitajima K. et al. SIMS analyses of the oldest known assemblage of microfossils document their taxon-correlated carbon isotope compositions. – PNAS, 2018. https://www.pnas.org/content/115/1/53.].

Михаэль Кипп из Института астробиологиии НАСА в Сиэлте (штат Вашингтон в США) и его коллеги, изучая по изотопам селен-82 и селен-78, колебания кислорода в атмосфере древней Земли, пришли к выводу, что жизнь на Земле могла исчезать и появляться вновь[184 - Kipp M., St?eken E. et al. Selenium isotopes record extensive marine suboxia during the Great Oxidation Event. – PNAS, 2017. https://www.pnas.org/content/114/5/875.]. Исследование учёных косвенно подтверждает гипотезу, что бактерии экстремофилы могли быть изначально запрограммированы генетическим Кодом Вселенной как резерв живой материи на случай глобальных катастроф на планете.

К резерву живой материи можно причислить и бактерии, расположенные в вечной мерзлоте. Возраст слоя, из которого были извлечены микроорганизмы с образцами почвы в районе реки Алдан на Дальнем Востоке России, учёные оценили примерно в 3,5 миллиона лет. Всё это время отложения оставались замороженными, не оказывая влияния на структуру бактериального сообщества, которая пока остаётся неизвестной[185 - Brouchkov A., Kabilov M. et al. Bacterial community in ancient permafrost alluvium at the Mammoth Mountain (Eastern Siberia). – Gene, 2017. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28916375/.].

Учёным до сих пор непонятен механизм, позволяющий микроорганизмам выживать в вечной мерзлоте. Лёд и сцементированные частицы горных пород вызывают многочисленные повреждения генома. Эти повреждения накапливаются и должны привести микроорганизмы к гибели.

По гипотезе Джона Сазерленда, зарождение жизни на Земле не произошло случайно, путём комбинации простых химических реакций. Как только природа подготовила условия, необходимые для возникновения жизни, стартовала и сама программа жизни. Но если живые организмы появлялись на Земле не путём длительного естественного отбора и случайных мутаций, а внезапно, можно предположить, что в искусственном водоёме, защищённом от привнесения извне средств размножения растений и животных, при благоприятных условиях могут возникнуть формы жизни, отсутствующие в пруду. Известно, что в замкнутой экологической системе, сооружённой в пустыне штата Аризона, имитирующей марсианское поселение с земными условиями, расплодилось огромное количество микробов и насекомых, особенно тараканов и муравьёв (см «Сознание и мозг»). Возможно, что некоторые живые организмы не были занесены извне, а появились непосредственно в лаборатории «Биосфера-2».

Одна из особенностей живых организмов – способность воспроизводить себе подобных путём деления клеток: бесполым (митотическим) либо половым (мейотическим). Некоторые из организмов умеют делиться как вегетативным, так и половым способом. При благоприятных условиях особи просто копируют себя, но, когда происходит ухудшение условий, они переходят на половое размножение и таким образом совершенствуют механизмы выживания.

В природе известен также способ однополого полового размножения (партеногенез), при котором зародыш в женском организме развивается из неоплодотворённой яйцеклетки. Партеногенез встречается во всех типах беспозвоночных; обычен у членистоногих (особенно у насекомых). Он открыт и у позвоночных – рыб, земноводных; особенно часто встречается у пресмыкающихся (этим способом размножаются не менее 20 рас и видов ящериц и гекконов). У птиц большая склонность к партеногенезу, усиленная искусственным отбором до способности давать половозрелых особей (всегда самцов), обнаружена у некоторых пород индеек. У млекопитающих известны только случаи зачаточного партеногенеза; единичные случаи полного развития наблюдались у кролика при искусственном партеногенезе[186 - Астауров Б. Л. Партеногенез. – В кн.: БСЭ. 3-е изд., 1975, т. 19. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/087/160.htm.].

Если партеногенез существует в животном мире, нельзя полностью исключить его и у человека – развитие всех живых организмов происходит по единому биологическому правилу.

Возможность непорочного зачатия у человека не так давно вызывала в лучшем случае смех. Итальянский психиатр Чезаре Ломброзо в своей книге «Гениальность и помешательство» назвал только одну мысль философа Огюста Конта о возможности непорочного зачатия безумством: «В сочинениях Конта рядом с поразительно глубокими положениями встречаются чисто безумные мысли, вроде той, например, что настанет время, когда оплодотворение женщины будет совершаться без посредства мужчины».

Геном человека состоит из 23 пар хромосом. 23-ю пару составляют у женщин – две X-хромосомы, содержащие примерно 1 400 генов каждая, а у мужчин – X-хромосома и Y-хромосома. Мужская Y-хромосома – это небольшая часть женской Х-хромосомы, В процессе эволюции от неё осталось 10 % генов, из которых только 72 белок-кодирующие.

Женщины получают одну половую Х-хромосому от папы и одну от мамы. Y-хромосомы в женском организме нет. Мужчины получают X от мамы и маленький довесок Y – от папы. С точки зрения генетики, Y-хромосома – это мутированная X-хромосома и можно предположить, что мужчина произошёл от женщины.

Принципиально отличает мужчин от женщин только один ген – SRY (Sex-determining Region Y). И если пересадить перед рождением только этот ген, женщина станет мужчиной. Ген включает и выключает все остальные гены, определяя развитие по мужскому типу.

Ведущий научный сотрудник Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН, профессор Техасского агромеханического университета в США и Гёттингенского университета в Германии К. В. Крутовский считает, что, если мужская половина человечества исчезнет, женщины сумеют продолжить человеческий род самостоятельно посредством партеногенетического размножения. Полноценный хромосомный набор и репродуктивные структуры для вынашивания ребёнка позволяют женщинам воспроизводиться без оплодотворения. Но в результате такого размножения будут рождаться только девочки[187 - Урманцева А. Матери в одиночку: женщины смогут продолжить род, если мужчины вымрут, 07.03.2019. https://iz.ru/853551/anna-urmantceva/materi-v-odinochku-zhenshchiny-smogut-prodolzhit-rod-esli-muzhchiny-vymrut.].

В 2011 г. группа учёных под руководством Такехико Огавы из Йокогамского университета в Японии впервые в мире вырастила искусственные мышиные сперматозоиды. Оплодотворённые ими самки произвели на свет здоровое потомство[188 - РИА Новости: Учёные впервые получили здоровую сперму «в пробирке», 23.03.2011. https://ria.ru/20110323/357157628.html.].