Старіння (біологія) – це
Старіння- в біології процес поступового порушення та втрати важливих функцій організму або його частин, зокрема здатності до розмноження та регенерації. Внаслідок старіння організм стає менш пристосованим до умов навколишнього середовища, зменшує та втрачає свою здатність боротися з хижаками та протистояти хворобам та травмам.
Зміст
Старіння різних організмів
Явище старіння у тому мірою спостерігається практично в усіх живих організмів, крім низки організмів з зневажливим старінням. У людей віком близько 100 років також спостерігається явище знехтованого старіння [1] .
Старіння та розмноження
Розмноження – важлива функція життя організмів: решта життєвих процесів, зокрема старіння і смерть, адаптовані до його потреб. Для розуміння процесу старіння важливо підкреслити різницю між одноплідними і багатоплідними стратегіями розмноження. Одноплідні організми розмножуються за допомогою одиничного акта розмноження протягом життя. Більшість одноплідних організмів – однорічні та дворічні рослини, але серед них багато комах та кілька хребетних тварин, таких як рожевий лосось та вугор. Багатоплідні організми, з іншого боку, періодично розмножуються протягом діапазону статевої зрілості, який зазвичай становить більшу частину життя.
Одноплідні організми
У одноплідних форм розмноження старіння має місце наприкінці життєвого періоду, після якого організм проходить через стадію дуже швидкого старіння, що призводить до загибелі організму. У рослин фаза старіння зазвичай є складовою відновлюваного процесу, важливою для його завершення. Поширення насіння, наприклад,супроводжується процесами дозрівання, падіння плодів та висихання насіння - процесів, невіддільних від процесу старіння рослини. Це швидке старіння викликається за допомогою певних гормонів, рівень яких змінюється в залежності від стану розвитку рослин та екологічних умов. Якщо, наприклад, перешкоджати виділенню гормону росту рослин – ауксину – експериментальними методами, рослина живе довше і проходить через нетипове для неї довге старіння.
Подібна картина старіння спостерігається і у деяких комах, які відрізняються двома чіткими стратегіями адаптивного забарвлення: захисне забарвлення, за допомогою якого комахи маскуються від потенційних хижаків, і залякування, що відлякує, яка зазвичай вказує на отруйність комахи. Ці два приклади адаптації мають різні оптимальні стратегії виживання видів: комахи з захисним забарвленням помирають швидше після завершення розмноження, тим самим скорочуючи можливість для хижаків навчитися розпізнавати їх, тоді як комахи з відлякує забарвленням живуть дуже довго після розмноження, збільшуючи можливість хижаків запам'ятати Обидві стратегії адаптацій знайдені серед представників сімейства метеликів-сатурній, на прикладі яких було показано, що тривалість їхнього життя після розмноження контролюється гормональною системою, яка також контролює ту частину часу, яку комахи проводять у польоті: метелики із захисним забарвленням проводять більше часу в польоті, виснажують себе і швидко вмирають, тоді як метелики з залякуванням, що відлякує, літають менше, зберігають енергію, і в результаті - живуть довше [2] .
Багатоплідні організми
Багатоплідні форми включають більшість хребетних тварин, більшість довгоживущих комах, ракоподібних і павуків, головоногих тачеревоногих молюсків та багаторічні рослини. На відміну від одноплідних форм, багатоплідним організмам не потрібно використовувати всі життєві сили до кінця їх відтворювальної фази (фази розмноження) для того, щоб розмноження пройшло успішно, і середня тривалість життя щодо періоду розмноження значно змінюється у різних особин і в залежності від виду: маленькі гризуни та дикі птиці використовують у середньому лише від 10 до 20 відсотків їхнього потенційного періоду розмноження, тоді як кити, слони, мавпи та інші великі ссавці в природних умовах використовують понад 50 відсотків своїх періодів розмноження, і часто навіть переживають його.
У багатоплідних організмів старіння має поступовий характер: без очевидних специфічних системних чи екологічних механізмів, які б ініціювали цей процес. Старіння насамперед проявляється як зниження можливостей організму до розмноження. У видів, які досягають фіксованого розміру тіла, зниження можливостей до розмноження починається досить рано і прискорюється з віком. У великих плазунів, які досягають статевої зрілості ще маючи невеликий розмір і продовжують зростати протягом тривалого відтворювального періоду, кількість яєць, що відкладаються, збільшується з віком протягом досить довгого періоду, але врешті-решт припиняє рости і поступово знижується. Відтворювальний період у разі коротше тривалості життя.
Ще однією особливістю багатоплідних організмів є залежність швидкості процесу старіння від здатності розмножуватися і від можливостей виживання потомства - найбільш плідні організми старіють набагато швидше, ніж менш плідні. Така залежність дозволяє виживати тваринам із малою тривалістю життя рахунок великогопотомства, а неплодовитим тваринам - рахунок великої кількості можливостей для розмноження.
Для математичного опису старіння багатоплідних організмів іноді використовується так званий закон смертності Гомпертца-Мейкхама [2] (або просто Гомпертца), згідно з яким ймовірність смерті експоненційно зростає з віком: деx- вік, аp- відносна ймовірність смерті за певний проміжок часу,aтаb- коефіцієнти. Таким чином, за відсутності постійного членаaрозмір популяції зменшується з віком по подвійній експоненті [3] . Цей закон емпіричний і має місце не для всіх тварин і не на всіх проміжках часу, але він найпростіший для порівняння старіння різних організмів, і тому коефіцієнтbчасто використовується як показник швидкості старіння.
Слід зазначити, що закон Гомпертца-Мейкхама є лише наближенням, вірним у середньому віковому діапазоні. У сфері малого віку спостерігається значно вища смертність, ніж передбачається цим законом. Наприклад, північна тріска під час нересту може відкладати до 6 мільйонів ікринок, але лише невелика кількість з них виживає до статевої зрілості [4] . Така смертність є переважно результатом нездатності молодих особин уникати хижаків, боротися із хворобами, і навіть може бути результатом вроджених дефектів, і результат старіння. В області пізнього віку, навпаки, спостерігається зменшення смертності порівняно із законом Гомпертца, точніше вихід ймовірності смерті за одиницю часу на плато [5] . Як і у випадку дитячої смертності, це загальний закон, який спостерігається навіть у неживій природі [6]. І хоча одним із можливих пояснень цього явища могла бПри гетерогенності популяції, сучасні дані чітко вказують на зв'язок виходу смертності на плато з уповільненням процесу старіння [7] .
Для багатоплідних організмів очевидний вплив факторів популяційної динаміки на еволюцію реплікативного (клітин генеративної лінії) та соматичного (тілесного) старіння. Пропорційний внесок індивіда в швидкість збільшення розміру багатоплідної популяції зменшується з віком у міру зменшення здатності розмножуватися. Ці факти передбачають наявність раціонального розміру потомства від однієї особини. Наскільки це може спрямувати еволюцію специфічного старіння або методів захисту проти старіння, викликаного іншими причинами, все ще залишається відкритим питанням, в якому немає єдиної думки у дослідників [2].
Ці приклади ілюструють випадок, коли у одноплідних форм, яким повна сила і функціональність необхідні фактично до кінця життя, старіння проходить дуже швидко і пов'язане із завершенням процесу розмноження, і часто активно керується щодо простих гормональних механізмів, які можуть розвиватися під дією природного відбору. Такі специфічні генетично контрольовані процеси старіння є зразком запрограмованого завершення життя, які виявляються, коли таке старіння дає перевагу для виживання молоді. Але в інших випадках швидке старіння одноплідних організмів є результатом виснаження організмів, не потрібних після розмноження.
Старіння у різних таксономічних групах
Багатоклітинні тварини
Ефект старіння тварин зазвичай спостерігається лише у захищених середовищах (наприклад, лабораторіях та зоопарках). У природних умовах домінуючою причиною смерті є хижаки, хвороби або нестача їжі, тому старіння проявляєтьсядуже рідко. Як правило, природна тривалість життя тварини лише ненабагато перевищує час досягнення статевої зрілості, а максимальна тривалість життя до смерті від старості в кілька разів більша (проте, існує кілька винятків із цього правила). У наступній таблиці наведено значення максимальної зареєстрованої тривалості життя деяких організмів до смерті від старості, таблиця складена переважно на основі даних, отриманих у захищених умовах.