Журнал фильтра правок

'{{другие значения|Старение}} [[Файл:Ann Pouder.jpg|thumbnail|230px|right|Старая женщина. [[Поудер, Анн|Анн Поудер]] [[8 апреля]] [[1917 год]]а в свой 110-й день рождения. Сморщенная и сухая кожа — типичный признак старения человека]] '''Старение''' — рост риска смерти от естественных причин с течением времени<ref name="">{{публикация|статья |автор=Комаровский |автор имя=П. |заглавие=Полина Лосева – Как победить старение |подзаголовок=Против часовой стрелки |издание=Rational answers |год=2021 |месяц=09 |день=22 |ссылка=https://www.rationalanswer.ru/2021/09/22/polina-loseva/ |архив дата= |архив= }}</ref>, [[биология|биологический]] процесс постепенного нарушения и потери важных функций [[организм]]а или его частей, в частности способности к [[размножение|размножению]] и [[регенерация|регенерации]]. Вследствие старения организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, уменьшает и теряет свою способность бороться с [[хищничество|хищниками]] и противостоять [[болезнь|болезням]] и [[травма]]м. Наука, которая изучает [[старение человека]], называется [[геронтология|геронтологией]], а её раздел, который изучает непосредственно биологическую сторону старения, носит название [[биогеронтология]]. Термин «'''старение'''» может использоваться для описания [[общество|социальных]] эффектов старения человека, а также для описания разрушения неживых систем, например, [[старение металлов]]. == Старение разных организмов == Явление старения в той или иной мере наблюдается практически у всех живых организмов, за исключением ряда организмов с [[пренебрежимое старение|пренебрежимым старением]]. У людей в возрасте около 100 лет также наблюдается явление [[пренебрежимое старение|пренебрежимого старения]]<ref>[http://longevity-science.org/Mortality_Deceleration.html Late-Life Mortality Deceleration, Mortality Levelling-off, Mortality Plateaus<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref>. === Старение и размножение === [[Размножение]] — важная функция жизни организмов: все другие жизненные процессы, в частности старение и [[смерть]], адаптированы к его потребностям. Для понимания процесса старения важно подчеркнуть различия между [[одноплодные организмы|одноплодными]] и [[многоплодные организмы|многоплодными]] стратегиями размножения. Одноплодные организмы размножаются с помощью единичного акта размножения на протяжении жизни организма. Большинство одноплодных организмов — [[однолетние растения|однолетние]] и [[двулетние растения|двулетние]] [[растения]], но среди них много [[насекомые|насекомых]] и несколько [[позвоночные|позвоночных животных]], таких как [[розовый лосось]] и [[Речные угри|угорь]]. Многоплодные организмы, с другой стороны, размножаются периодически на протяжении диапазона [[половая зрелость|половой зрелости]], который обычно составляет большую часть жизни. ==== Одноплодные организмы ==== У одноплодных форм размножения старение имеет место в конце жизненного периода, после которого организм проходит через стадию очень быстрого старения, которое приводит к смерти организма. У растений фаза старения обычно является составляющей частью возобновляемого процесса, важной для его завершения. Распространение семян, например, сопровождается процессами созревания, падения [[плод]]ов и высыхания семян — процессов, неотделимых от процесса старения растения. Это быстрое старение вызывается с помощью определённых [[гормон]]ов, уровень которых меняется в зависимости от состояния развития растения и экологических условий. Если, например, препятствовать выделению гормона роста растений — [[ауксин]]а — экспериментальными методами, растение живёт дольше и проходит через нетипичное для него долгое старение. Подобная картина старения наблюдается и у некоторых насекомых, которые отличаются двумя чёткими стратегиями [[адаптация (биология)|адаптивной]] окраски: [[защитная окраска]], с помощью которой насекомые маскируются от потенциальных хищников, и [[отпугивающая окраска]], которая обычно указывает на [[яд]]овитость насекомого. Эти два примера адаптации имеют разные оптимальные стратегии выживания видов: насекомые с защитной окраской умирают быстрее после завершения размножения, тем самым сокращая возможность для [[хищничество|хищников]] научиться распознавать их,— тогда как насекомые с отпугивающей окраской живут очень долго после размножения, увеличивая возможность хищников запомнить их. Обе стратегии адаптаций найдены среди представителей семейства мотыльков-[[сатурнии|сатурний]], на примере которых было показано, что продолжительность их жизни после размножения контролируется гормональной системой, которая также контролирует ту часть времени, которую насекомые проводят в полёте: мотыльки с защитной окраской проводят больше времени в полёте, истощают себя и быстро умирают, тогда как мотыльки с отпугивающей окраской летают меньше, сохраняют энергию, и в результате — живут дольше<ref name="britannica_aging">{{cite web|url= http://www.britannica.com/eb/article-63929/aging|title=Aging|work=Encyclopedia Britannica|lang=en}}</ref>. ==== Многоплодные организмы ==== {{main|Популяционная динамика старения}} [[Файл:Gompertz law ru.jpg|left|260px|thumb|Пример закона Гомпертца — Мейкхама для человека в трёх условных странах с разной продолжительностью жизни. График 1: Вероятность смерти в зависимости от возраста. График 2: Размер популяции, ось Х — возраст в годах)]] Многоплодные формы включают большинство [[позвоночные|позвоночных]] животных, большинство долгоживущих [[насекомые|насекомых]], [[ракообразные|ракообразных]] и [[пауки|пауков]], [[головоногие|головоногих]] и [[Брюхоногие|брюхоногих]] [[моллюски|моллюсков]] и многолетние растения. В отличие от одноплодных форм, многоплодным организмам не нужно использовать все жизненные силы до конца их воспроизводящей фазы (фазы размножения) для того, чтобы размножение прошло успешно, и средняя продолжительность жизни относительно периода размножения весьма значительно меняется у разных особей и в зависимости от вида: маленькие [[грызуны]] и дикие [[птицы]] используют в среднем только от 10 до 20 процентов их потенциального периода размножения, тогда как [[киты]], [[слоны]], [[обезьяны]] и другие крупные [[млекопитающие]] в природных условиях используют более 50 процентов своих периодов размножения, и часто даже переживают его. У многоплодных организмов старение имеет постепенный характер: без очевидных специфических системных или экологических механизмов, которые бы инициировали этот процесс. Старение в первую очередь проявляется как снижение возможностей организма к размножению. У видов, которые достигают фиксированного размера тела, снижение возможностей к размножению начинается довольно рано — и ускоряется с возрастом. У больших [[Пресмыкающиеся|пресмыкающихся]], которые достигают половой зрелости ещё имея небольшой размер и продолжают расти на протяжении долгого воспроизводящего периода, число откладываемых [[яйцо|яиц]] увеличивается с возрастом на протяжении довольно долгого периода, но в конце концов прекращает расти и постепенно снижается. Воспроизводящий период в таких случаях короче продолжительности жизни. Ещё одной особенностью многоплодных организмов является зависимость скорости процесса старения от способности размножаться и от возможностей выживания потомства — наиболее плодовитые организмы стареют намного быстрее, чем менее плодовитые. Такая зависимость позволяет выживать животным с малой продолжительностью жизни за счёт большого потомства, а неплодовитым животным — за счёт большого числа возможностей для размножения. Для математического описания старения многоплодных организмов иногда используется так называемый [[Распределение Гомпертца|закон смертности Гомпертца — Мейкхама]]<ref name="britannica_aging" /> (или просто Гомпертца), согласно которому вероятность смерти экспоненциально возрастает с возрастом: <math>p=a+b^x</math>, где '''x''' — возраст, а '''p''' — относительная вероятность смерти за определённый промежуток времени, '''a''' и '''b''' — коэффициенты. Таким образом, при отсутствии постоянного члена '''a''', размер популяции уменьшается с возрастом по двойной экспоненте <math>s(x)=exp[-m(b^x-1)]</math><ref>{{cite web|url=http://mathworld.wolfram.com/GompertzCurve.html|title=Gompertz curve|work=Wolfram MathWorld|lang=en}}</ref>. Этот закон эмпирический и имеет место не для всех животных и не на всех промежутках времени, но он наиболее простой для сравнения старения разных организмов, и потому коэффициент '''b''' часто используется в качестве показателя скорости старения. Закон Гомпертца — Мейкхама является только приближением, верным в среднем возрастном диапазоне. В области малого возраста наблюдается значительно более высокая смертность, чем предусматривается этим законом. Например, [[северная треска]] во время [[нерест]]а может откладывать до 6 миллионов [[Икра (зоология)|икринок]], но только небольшое количество из них выживает до момента половой зрелости<ref>{{cite web|url=http://www.cdli.ca/cod/history4.htm|title=Northern Cod — A Matter of Survival|lang=en}}</ref>. Такая смертность является преимущественно результатом неспособности молодых особей избегать хищников, бороться с болезнями, а также может быть результатом врождённых дефектов, и не является результатом старения. В области позднего возраста, наоборот, наблюдается уменьшения смертности по сравнению с законом Гомпертца, точнее выход вероятности смерти за единицу времени на плато<ref>{{cite web| url=http://longevity-science.org/Mortality_Deceleration.html| title=Late-Life Mortality Deceleration, Mortality Levelling-off, Mortality Plateaus |work=Unraveling the Secrets of Human Longevity|lang=en}}</ref>. Как и в случае детской смертности, это общий закон, который наблюдается даже в неживой природе<ref>{{статья |ссылка=http://longevity-science.org/Economos-AGE-1979.pdf |издание=Age |том=2 |страницы=74—76 |заглавие=A non-Gompertzian paradigm for mortality kinetic of metazoan animals and failure kinetics of manufactured products |язык=en |автор=Angelos Economos |год=1979}}</ref>. И хотя одним из возможных объяснений этого явления могла бы быть гетерогенность популяции, современные данные чётко указывают на связь выхода смертности на плато с замедлением процесса старения<ref name="rose">{{статья |заглавие=A revolution for aging research |издание=Biogerontology |том=7 |номер=4 |страницы=269—277 |pmid=16612665 |ссылка=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=16612665&dopt=Citation |автор=Rose M. R., Rauser C. L., Mueller L. D., Benford G. |год=2006 }}</ref>. Для многоплодных организмов очевидно влияние факторов [[популяционная динамика|популяционной динамики]] на [[эволюция|эволюцию]] репликативного (клеток генеративной линии) и соматичного (телесного) старения. Пропорциональный вклад индивидуума в скорость увеличения размера многоплодной популяции уменьшается с возрастом по мере уменьшения способности размножаться. Эти факты предполагают наличие оптимального размера потомства от одной особи. Насколько это может направить эволюцию специфического старения или методов защиты против старения, вызванного другими причинами, — всё ещё остаётся открытым вопросом, в котором нет единого мнения у исследователей<ref name="britannica_aging" />. === Старение в разных таксономических группах === {{main|Максимальная продолжительность жизни}} ==== Многоклеточные животные ==== Эффект старения животных обычно наблюдается только в защищённых средах (например, [[лаборатория]]х и [[зоопарк]]ах). В природных условиях доминирующей причиной смерти являются [[хищничество|хищники]], [[болезнь|болезни]] или нехватка еды, поэтому старение проявляется очень редко. Как правило, естественная продолжительность жизни животного только ненамного превышает время достижения половой зрелости, а максимальная продолжительность жизни до смерти от старости в несколько раз больше (однако, существует несколько исключений из этого правила). В следующей таблице приведены значения максимальной зарегистрированной продолжительности жизни некоторых организмов до смерти от старости, таблица составлена преимущественно основываясь на данных, полученных в защищённых условиях. <center> {| |+'''Продолжительность жизни многоклеточных животных (лет)'''^'''а''' |- valign="top" | colspan="2" align="center" | {| border="0" class="wikitable" style="text-align:right;" ! Организм ! width="80px"| Максимальная ПЖ (лет) |- ! colspan=3 align="center" style="background:#ffffff;" | [[Млекопитающие]] |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Гренландский кит]] (''Balaena mysticetus'') |align="left"| 210 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Человек]] (''Homo sapiens'') |align="left"| 122^'''б''' |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Слон]] (''Elephas maximus'') |align="left"| 69—86 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Шимпанзе]] (''Pan troglodytes'') |align="left"| 37—75 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Собака]] (''Canis familiaris'') |align="left"|29—34 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Корова]]/домашний бык (''Bos taurus'') |align="left"|30 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Кошка]] (''Felis catus'') |align="left"|29 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Дикий кабан]] (''Sus scrofa'') |align="left"|27 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Домашняя коза]] (''Capra hircus'') |align="left"|18—20 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Белка]] (''Sciurus vulgaris'') |align="left"| 15—16 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Домовая мышь]] (''Mus musculus'') |align="left"| 4 |- ! colspan=3 align="center" style="background:#f0f0f0"| [[Птицы]] |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Гриф-индейка]] (''Cathartes aura'') |align="left"| 118 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Лебедь-шипун]] (''Cygnus olor'') |align="left"| 70 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Суринамский амазон]] (''Amazona ochrocephala'') |align="left"| 56 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Сизый голубь]] (''Columba livia'') |align="left"| 35 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Домовый воробей|Воробей]] (''Passer domesticus'') |align="left"| 23 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Деревенская ласточка]] (''Hirundo rustica'') |align="left"| 9 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Колибри]] (''Colibri'' spp.) |align="left"| 8 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Голубая комароловка]] (''Polioptila caerulea'') |align="left"| 4 |} | {| border="0" class="wikitable" style="text-align:right;" ! Организм ! width="80px"| Максимальная ПЖ (лет) |- ! colspan=3 align="center" style="background:#ffffff;" | [[Пресмыкающиеся]] и [[земноводные]] |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Галапагосская черепаха]] (''Geochelone nigra'') |align="left"| 177 |- bgcolor="#f0f0f0" |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Нильский крокодил]] (''Crocodylus niloticus'') |align="left"| 44—68 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Японская гигантская саламандра]] (''Andrias japonicus'') |align="left"| 55 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Большая зелёная жаба]] (''Lithobates catesbeianus'') |align="left"| 30 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Европейская чёрная саламандра]] (''Salamandra atra'') |align="left"| 17 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Храмовая черепаха]] (''Hieremys annandalii'') |align="left"| 9 |- ! colspan=3 align="center" style="background:#f0f0f0;"| [[Рыбы]] |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Озёрный осётр]] (''Acipenser fulvescens'') |align="left"| 152 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Сом (рыба)|Сом]] (''Silurus glanis'') |align="left"| 60 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Миссисипская гамбузия]] (''Gambusia affinis'') |align="left"| 2—3 |- ! colspan=3 align="center" style="background:#f0f0f0;" | [[Моллюски]] |- bgcolor="#ffffff" | align="left" | ''[[Arctica islandica]]''<ref>[http://www.bangor.ac.uk/news/full.php.en?Id=382 400 year old Clam Found. — News and Events at Bangor University<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref> |align="left"| до 500 |- bgcolor="#f0f0f0" |- ! colspan=3 align="center" style="background:#f0f0f0;" | [[Насекомые]] |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Цикады|Периодическая цикада]] (несколько видов рода ''Magicicada'') |align="left"| 17 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Муравьи|Муравей]]-королева (Formicidae) |align="left"| 15 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Drosophila melanogaster|Плодовая муха]] (''Drosophila melanogaster'') |align="left"| 30 дней |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Подёнки|Подёнки (имаго)]] (Ephemeroptera) |align="left"| 1—3 дня ^'''с''' |- ! colspan=3 align="center" style="background:#ffffff;" | Другие |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Актиния]] (Actiniaria) |align="left"| 70 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| [[Пиявка]] (''Hirudo medicinalis'') |align="left"| 27 |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| [[Дождевые черви|Дождевой червь]] (''Lumbricus terrestris'') |align="left"| 10 |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| ''[[Caenorhabditis elegans|C. elegans]]'' |align="left"| 20 дней |} |} </center> : <small>Примечания: : ^'''а''' Эта таблица является сокращённым вариантом таблицы, приведенной в статье [[Максимальная продолжительность жизни]], с целью показать приблизительный диапазон продолжительностей жизни для основных групп организмов. Ссылки на источники каждого значения приведены в полном варианте. При составлении таблицы указывались все найденные значения возраста, хотя достоверность их разная. Лучшим источником возраста для большинства организмов является [http://genomics.senescence.info/species/ AnAge Database] в связи с тем, что эта [[база данных]] в большинстве случаев содержит подробные ссылки на первоисточники использованной информации и оценивает их достоверность. {{См. также|Максимальная продолжительность жизни#Основные данные}}. : ^'''б''' Человек способен пользоваться услугами [[медицина|медицины]], кроме того, случаи долгой жизни человека намного лучше задокументированы. В результате продолжительность жизни человека кажется дольше, чем у аналогичных животных. : ^'''с''' личинка подёнки живёт до 2—3 лет. </small> * '''Факторы, которые оказывают влияние на продолжительность жизни.''' Продолжительность жизни очень сильно разнится между [[вид (биология)|видами]] животных. Несколько факторов имеют своё влияние на неё. В большинстве случаев продолжительность жизни зависит от плодовитости животного: чем больше потомства оно даёт, тем меньше живёт. Кроме того, продолжительность жизни зависит от размера животного, размера его [[мозг]]а и [[метаболизм|метаболической активности]]. Например, как правило меньшие по размеру животные имеют меньшую, а большие по размеру — большую продолжительность жизни. ===== Простейшие животные ===== {{main|Клональное старение}} Некоторые низшие животные практически избегают старения за счёт быстрого обновления клеток всех тканей своего тела, что возможно за счёт простой и децентрализованной структуры тела. Примерами таких организмов являются морские [[актинии]] и пресноводные [[гидры]]. В исследовании, опубликованном в 1998 году<ref name="hydra">{{статья |ссылка=http://www.ucihs.uci.edu/biochem/steele/PDFs/Hydra_senescence_paper.pdf |заглавие=Mortality patterns suggest luck of senescence in Hydra |издание=Experimental Gerontology |том=33 |страницы=217—225 |язык=en |год=1998}}</ref>, было показано, что по внешним, цитологическим признакам и способности к размножению, гидра не проявляет признаков старения на протяжении всего исследования в течение 4 лет. Даже если она, в принципе, и может стареть, разница между продолжительностью жизни и временем достижения половой зрелости, который составляет лишь около недели, весьма существенна. ===== Медленно стареющие позвоночные животные ===== Хотя у большинства животных старение очевидно, у некоторых животных оно незначительно. Примерами таких животных являются некоторые крупные пресмыкающиеся, в первую очередь [[черепахи]]. Например, [[галапагосская черепаха]] (''Geochelone nigra'') способна жить до 177 лет<ref>{{cite web|url=http://www.senescence.info/nature.html|title=Some Animals Age, Others May Not|work=senescence.org|lang=en}}</ref>, а некоторые рыбы, например [[осетровые]], живут дольше, чем 150 лет<ref>{{книга |год=1990 |заглавие=Longevity, Senescence, and the Genome |ссылка=https://archive.org/details/longevitysenesce0000finc |автор=Finch, C. E. |ответственный=The University of Chicago Press, Chicago and London. }}</ref>. Тем не менее, продолжительность жизни и старение этих животных исследованы очень плохо. Кроме того, даже на протяжении долгой жизни, затраты энергии этих организмов незначительны, намного меньшие, чем у млекопитающих. Кроме того, эти животные постепенно увеличиваются в размере даже после достижения половой зрелости, что позволяет им разбавлять стареющие клетки тела новыми. ===== Млекопитающие ===== Лучше всего исследована зависимость продолжительности жизни от таксономической группы среди [[млекопитающие|млекопитающих]]. [[Приматы]], в целом, — наиболее долгоживущая группа, хотя у некоторых небольших [[обезьяны Нового Света|обезьян Нового Света]] короткая продолжительность жизни. [[Мышиные]] грызуны недолговечны, тогда как [[беличьи]] грызуны достигают втрое большего возраста, чем мышиные. Продолжительность жизни зависит от трёх отдельных факторов: веса мозга, веса тела, и скорости [[обмен веществ|обмена веществ]] (метаболизма)<ref name="britannica_aging" /><ref>{{статья |заглавие=Body size, energy metabolism and lifespan |ссылка=http://jeb.biologists.org/cgi/content/full/208/9/1717 |издание=[[The Journal of Experimental Biology]] |том=208 |страницы=1717—1730 |язык=en |автор=John R. Speakman |год=2005 |тип=journal |издательство={{Нп3|The Company of Biologists}}}}</ref>. Зависимость продолжительности жизни от этих факторов может быть выражена в форме эмпирического уравнения: L = 5,5 E^0,54 S^−0,34 M^−0,42. Продолжительность жизни (L) млекопитающих в годах зависит от массы мозга (E) и массы тела (S) в [[грамм]]ах и от скорости обмена веществ (М) в [[калория]]х на [[грамм]] за [[час]]. Позитивный показатель степени для E (0,54) показывает, что долговечность млекопитающих сильно и положительно коррелирует с размером мозга независимо от размера тела или скорости обмена веществ. Отрицательный [[коэффициент]] корреляции со скоростью обмена веществ показывает, что продолжительность жизни уменьшается с ростом активности организма. Отрицательная корреляция с весом тела указывает, что тенденция, что большие животные живут дольше, является результатом не большого размера тела, а большей массы мозга. Типичная зависимость несколько нарушается в случае [[породы собак|пород]] [[собака|собак]]. Большие по размеру породы собак, хотя и достигают половой зрелости медленнее, живут значительно меньше, разница составляет около 2 раз между крупнейшими и самыми мелкими породами. Этот пример был первым наблюдением, которое показало, что [[селекция]] в принципе способна изменять продолжительность жизни. ===== Птицы ===== Такой же вид зависимости L от E, S и М справедлив и для [[птицы|птиц]], но птицы в целом живут дольше, чем млекопитающие, несмотря на более высокие температуры тела и скорости метаболизма. ===== Пресмыкающиеся ===== Продолжительности жизни крупных [[пресмыкающиеся|пресмыкающихся]] превышает продолжительности жизни млекопитающих соответствующего размера, но скорость их естественного обмена веществ в десятки раз меньше. Таким образом, полная потеря энергии за жизнь у пресмыкающихся меньше, чем у млекопитающих. ===== Членистоногие ===== Продолжительность жизни разных видов [[членистоногие|членистоногих]] может составлять от нескольких дней до нескольких десятилетий. Наиболее недолгоживущие насекомые имеют одну короткую воспроизводящую фазу; долгоживущие [[пауки]] и [[ракообразные]] — многоплодные, с годовыми циклами воспроизводства. ==== Затраты энергии ==== Крупные животные с развитым мозгом, особенно [[приматы]], вырабатывают на протяжении жизни наибольшее количество энергии. Например, полная выработка энергии за жизнь человека на грамм ткани составляет около 1,2 млн калорий, а за жизнь таких домашних животных, как [[кошка|кошки]] и [[собака|собаки]], только 0,4 млн калорий. Приведённая выше зависимость справедлива для [[теплокровные животные|теплокровных животных]]. [[Хладнокровные животные]], которые впадают в периоды ежедневной неактивности или зимней [[Спячка|спячки]], могут значительно сокращать свою метаболическую активность, часто более чем в десять раз. Насекомоядные [[летучие мыши]] умеренных широт — известнейший пример — хотя они живут более 20 лет, почти 80 процентов этого времени тратится в глубокой спячке. В результате потеря ими энергии на протяжении жизни не превышает затраты энергии другими маленькими млекопитающими. ===== Одноплодные животные ===== Как уже указывалось, картина старения одноплодных организмов очень отличается от млекопитающих. Одним из самых интересных примеров такого старения является жизненный цикл [[горбуша|розового лосося]]. Обычная продолжительность жизни рыбы составляет около двух лет. [[малёк|Мальки]] [[лосось|лосося]] вылупляются в [[Пресная вода|пресноводных]] водоёмах, мигрируют вниз по течению к морю, где и проводят большую часть жизни. После достижения половой зрелости, лосось большими косяками поднимается вверх по течению к местам [[нерест]]а, во время этого путешествия старость рыб ещё не заметна, а рыбы должны быть в отличной физической форме, чтобы подниматься через пороги. Однако уже через неделю после [[нерест]]а, лосось умирает от старости, что легко заметить по деградации почти всех тканей организма. Хотя продолжительность жизни значительно отличается у родственных видов, все они имеют только одну возможность нереста, после которой все рыбы умирают<ref name="goldsmith">{{cite web|url=http://www.azinet.com/articles/Aging_Evolution.html|title=The Evolution of Aging|lang=en}}</ref>. Аналогичную картину старения имеет и [[периодическая цикада]] (''Magicicada'' spp.), также известная как «17-летняя саранча». Её [[личинка|личинки]] живут в земле 17 лет, после чего превращаются во взрослых крылатых [[насекомые|насекомых]], спариваются, откладывают яйца, и умирают. Обычно все насекомые в «выводке» на территории сотен тысяч км² достигают взрослого состояния в течение 24-часового периода, что очевидно является стратегией выживания, нацеленной на то, что [[птицы]] и другие хищники не смогут справиться с огромным количеством цикад, кроме того, облегчается поиск партнера для спаривания. Продолжительность жизни взрослых насекомых составляет лишь несколько недель<ref name="goldsmith" />. Эти примеры иллюстрируют случай, когда у одноплодных форм, которым полная сила и функциональность необходимы фактически до конца жизни, старение проходит очень быстро и связано с завершением процесса размножения, и часто активно управляется относительно простыми гормональными механизмами, которые могут развиваться под действием [[естественный отбор|естественного отбора]]. Такие специфические генетически контролируемые процессы старения — образец запрограммированного завершения жизни, которые проявляются, когда такое старение даёт преимущество для выживания молодёжи. Но в других случаях быстрое старение одноплодных организмов является результатом истощения организмов, более не нужных после размножения. '''Изнашивание незаменимых органов.''' Для некоторых животных причиной смерти может стать изнашивание важных незаменимых органов, даже при незначительном старении остального организма. Например, продолжительность жизни некоторых травоядных животных ограничивается стачиванием их [[зуб (биология)|зубов]] во время пережёвывания жёсткой [[трава|травы]]. В то же время человек может вырастить только два набора зубов, а наиболее долгоживущее травоядное животное, [[слон]], может вырастить шесть, что позволяет заменять сточенные зубы новыми. Тем не менее, в связи с относительно медленным старением и небольшим количеством естественных хищников, слоны часто доживают до возраста, когда последний набор зубов стачивается, и животное умирает от голода<ref name="goldsmith" />. ==== Растения ==== {{main|Продолжительность жизни растений и животных}} <center> {| border="0" class="wikitable" style="text-align:right;" |+'''Продолжительность жизни многолетних растений (лет)''' ! Организм ! width="80px"| Продолжительность жизни (оценка) |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| {{bt-ruslat|Ларрея трёхзубчатая|Larrea tridentata}} | align="left" | 11 000*<ref name="encarta_span">{{cite web|url=http://encarta.msn.com/media_461516708/Maximum_Life_Span_of_Some_Plants_and_Animals.html|work=Microsoft Encarta|title=Maximum Life Span of Some Plants and Animals|lang=en|archiveurl=https://web.archive.org/web/20071009203310/http://encarta.msn.com/media_461516708/Maximum_Life_Span_of_Some_Plants_and_Animals.html|archivedate=2007-10-09}}</ref> |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| {{bt-ruslat|Секвойядендрон гигантский|Sequoiadendron giganteum}} | align="left" | 4000<ref name="encarta_span" /><ref name="britannica_plants">{{cite web|url=http://www.britannica.com/eb/table?tocId=9115987&idxStructId=559441&typeId=|work=Encyclopedia Britannica|title=Maximum Ages for Some Seed Plants|lang=en|archiveurl=https://web.archive.org/web/20080215175658/http://www.britannica.com/eb/table?tocId=9115987&idxStructId=559441&typeId=|archivedate=2008-02-15}}</ref> |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| {{bt-ruslat|Дуб черешчатый|Quercus robur}} | align="left" | 2000<ref name="britannica_plants" /> |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| {{bt-ruslat|Лиственница европейская|Larix decidua}} | align="left" | 700<ref name="britannica_plants" /> |- bgcolor="#f0f0f0" |align="left"| {{bt-ruslat|Черемша|Allium ursinum}} | align="left" | 8—10<ref name="medicinal_plants">{{cite web|url=http://www.rrreading.com/files/Life%20Span%20of%20Medicinal%20Plants.pdf|title=Life Span of some Medicinal Plants|archiveurl=https://web.archive.org/web/20070716003305/http://www.rrreading.com/files/Life%20Span%20of%20Medicinal%20Plants.pdf|archivedate=2007-07-16}}</ref> |- bgcolor="#ffffff" |align="left"| {{bt-ruslat|Молочная вика|Astragalus utahensis}} | align="left" | 3<ref name="medicinal_plants" /> |} </center> : <small>Примечание: * В этом случае возможны проблемы с идентификацией того же «индивидуума», так как имеется в виду возраст плантации клонов. </small> В случае растений старение организма выражено не так чётко, как у животных. Такие понятия, как старение, [[созревание]], [[смерть]], [[морфогенез|развитие]], [[хлороз растений|хлороз]], [[некроз]], высушивание, плохо разграничены и часто перекрываются<ref>{{статья |заглавие=Defining senescense and death |издание=Journal of experimental botany |том=54 |номер=385 |страницы=1127—1132 |язык=en |автор=Thomas Howard et al. |год=2003}}</ref>. Кроме того, неясно, что делать в случае [[семя]]н, которые могут сохраняться довольно долго, не проявляя никакой физиологической активности, или с частями растений, которые дают начало новым растениям в результате [[вегетативное размножение|вегетативного размножения]]. [[Продолжительность жизни растений и животных|Продолжительность жизни]] очень сильно разнится среди представителей царства [[растения|растений]]. Некоторые виды [[дерево|деревьев]] могут жить несколько сотен лет, тогда как некоторые травянистые растения проходят жизненный цикл за несколько недель<ref name="guarente">{{статья |заглавие=Aging, life span, and senescence |издание=[[Proceedings of the National Academy of Sciences|Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America]] |том=95 |номер=19 |страницы=11034—11036 |язык=en |автор=Leonard Guarente, Gary Ruvkun, and Richard Amasino |год=1998}}</ref>. [[Файл:2006-10-22Vitis vinifera02.jpg|right|thumb|220px|Старение листа. Можно увидеть желтение и высыхание, которое начинается с внешнего края]] Рассматривая продолжительность жизни растений, важно принимать во внимание, что смертность клеток очень высока на протяжении всей жизни растения, а отмирание тканей, или, в случае одноплодных организмов, целых растений, регулируется системой [[фитогормоны|гормонов]]. Рост [[сосудистые растения|сосудистых растений]] зависит от активности [[меристема|меристем]], которые состоят из клеток, аналогичных [[стволовые клетки|стволовым клеткам]] животных, и по сути представляют собой [[эмбрион]]альные ткани. В случае многих многоплодных ([[многолетние растения|многолетних]]) растений, этот рост может продолжаться практически неограниченно. Остальные ткани растений, тем не менее, постоянно отмирают. Например, большая часть массы дерева состоит из мёртвых клеток древесины. Отдельные органы растений, такие как [[листья]], имеют продолжительность жизни значительно меньше, чем продолжительность жизни всего организма. Листву выгодно поддерживать, только если она способствует выживанию всего растения. Это видно на примере [[листопадные растения|листопадных]] растений [[умеренный пояс|умеренного пояса]]: при уменьшении [[световой день|светового]] дня или снижении температуры, в растениях запускается [[апоптоз|запрограммированная смерть клеток,]] которая обычно приводит к смене окраски листьев и их опаданию. Это «желтение» листьев в литературе часто называется их старением или синдромом старения<ref name="bleecker">{{статья |издание=[[The Plant Cell|Plant Cell]] |том=9 |страницы=1169—1179 |заглавие=Senescence, Abscission, and Meristem Arrest in Arabidopsis |язык=en |автор=Bleecker, A. & Patterson, S. |год=1997}}</ref>. С помощью процесса старения питательные вещества умирающего листа мобилизуются для использования другими частями растения, что позволяет поддерживать их рост. Наличие питательных веществ, в первую очередь [[азот]]а, является главным лимитирующим фактором роста. Кроме того, растения не могут изменять своё положение в [[грунт]]е, и таким образом используют доступные минеральные вещества. В результате существует сильное [[эволюционное давление]] на развитие систем вторичной переработки необходимых для жизни компонентов. Есть много факторов, которые могут инициировать программу старения и переработки питательных веществ. У некоторых видов её может вызвать потребность в питательных веществах в другом месте, например, для развития семян<ref>{{статья |издание=Handbook of the Biology of Aging |страницы=94—118 |автор=Nood, E., L. D. & Guiamet, J. J. |ответственный=Schneider, E. L. & Rowe, J. W. |год=1996 }}</ref>. Также программа отмирания листвы или других частей растения может быть вызвана постепенным снижением их продуктивности со временем за счёт старения [[фотосинтез|фотосинтетического]] аппарата или сосудистой системы этих частей организма, аналогично процессу старения животных<ref name="guarente" /><ref name="bleecker" />. Процесс старения, аналогичный старению многоплодных животных, также случается у растений при отсутствии запрограммированного старения. Этот процесс характеризуется изменениями клеточной структуры, подобными изменениям структуры животных клеток. Наблюдается уменьшение [[Пахучесть|пахучести]] для растений с продуцированием запаха. ==== Одноклеточные организмы ==== Одноклеточные организмы, как и многоклеточные, стареют. Они интенсивно исследуются из-за подобности их старения клеточному старению многоклеточных организмов. Модельным организмом для изучения клеточного старения являются почкующиеся [[дрожжи]], (''[[Saccharomyces cerevisiae]]''), которые, как [[эукариоты]], обладают биохимическими процессами, подобными биохимическим процессам стареющих клеток высших животных и растений. Также исследования проводились и среди некоторых [[бактерии|бактерий]], в частности ''[[кишечная палочка|кишечной палочки]]'' и ''[[Caulobacter crescentus]]''. На одноклеточных организмах были исследованы две разные формы процессов старения<ref name="laun">{{статья |заглавие=Yeast as a model for chronolohical and reproductive aging – A comparison |издание=experimental gerontology |том=41 |страницы=1208—1212 |язык=en |тип=journal |автор=Peter Laun et al. |год=2006}}</ref>. Первая — старение, специфичное для материнской клетки при [[деление клетки|клеточном делении]], при котором материнская клетка стареет, тогда как дочерняя клетка при каждом делении обнуляет клеточные часы (омолаживается). Старение материнской клетки проявляется в постепенном замедлении [[клеточный цикл|клеточного цикла]], после чего клетка теряет способность к новым делениям, так называемое '''репликативное старение'''. Этот процесс был сначала найден у клеток с асимметричным делением, то есть в почкующихся дрожжах, а потом у асимметричной бактерии ''Caulobacter crescentus'', где определение материнской клетки очевидно<ref name="ackerman">{{статья |заглавие=Senescence in a Bacterium with Asymmetric Division |издание=Science |том=300 |язык=en |автор=Martin Ackerman et al. |год=2003}}</ref>. Позднее наблюдения за делением клеток позволили определить материнскую клетку и в организме с симметричным делением — бактерии ''E. coli'', где материнской клеткой является клетка со «старым концом», хотя позднее были найдены и незначительные морфологические различия между материнскими и дочерними клетками<ref>{{статья |заглавие=Aging and Death in an Organism That Reproduces by Morphologically Symmetric Division |издание=[[PLOS Biology|PLoS Biology]] |том=3 |номер=2 |страницы=e45 |язык=en |тип=journal |автор=Eric J. Stewart et al. |год=2005}}</ref>. Возраст в данном случае определяется по числу делений, через которые прошла клетка, а не календарным временем. Типичная средняя продолжительность жизни лабораторных дрожжей (''Saccharomyces cerevisiae'') дикого типа составляет около 25 поколений. Функция распределения продолжительности жизни индивидуальных клеток следует закону Гомпертца, также, как и продолжительность жизни высших животных<ref name="laun" />. У бактерии ''Caulobacter crescentus'' средняя продолжительность жизни составляет от 100 до 130 делений<ref name="ackerman" />. Второй процесс старения, также найденный в этих трёх модельных организмах, — хронологическое старение клеток, больше известный как '''условное старение''' (в связи с тем, что этот процесс проявляется только в определённых условиях окружающей среды). Этот процесс проявляется в постепенной деградации и потере жизнеспособности клеток на протяжении [[Рост бактерий|стационарной фазы]]<ref name="laun" /><ref>{{статья |заглавие=Bacterial senescence: stasis results in increased and differential oxidation of cytoplasmic proteins leading to developmental induction of the heat shock regulon |издание=[[Genes & Development|Genes and Development]] |том=12 |страницы=3431—3441 |ссылка=http://www.genesdev.org/cgi/content/full/12/21/3431 |язык=en |тип=journal |автор=Dukan S., Nyström T. |год=1998}}</ref><ref>{{статья |заглавие=Bacterial senescence, Programmed Death, and Premeditated sterility |издание=ASM News |том=71 |номер=8 |страницы=363 |ссылка=http://www.asm.org/ASM/files/ccLibraryFiles/FILENAME/000000001727/znw00805000363.pdf |язык=en |тип=journal |автор=Thomas Nystroem |год=2005}}{{Недоступная ссылка|date=Июнь 2019 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>. На [[Хронологическое старение дрожжей|примере дрожжей]] было обнаружено, что, подобно процессу репликативного старения, специфичного для материнских клеток, условное старение является как процессом износа внутриклеточных структур, так и генетической программы. Например, [[клеточная стенка]] в стационарной фазе проходит через ряд генетически запрограммированных структурных изменений с целью повышения жизнеспособности и продолжительности жизни организма. Но, в конце концов клетка стареет и умирает<ref name="laun" />. === Наследование долголетия === Наследование долголетия в популяциях таких животных, как [[обычная плодовая муха|плодовые мухи]] и [[домовая мышь|мыши]], может быть определено, если сравнивать таблицы продолжительности жизни естественных популяций и некоторых [[мутация|мутантов]] и [[гибрид]]ов. Согласно экспериментальным данным, около 30 процентов [[коэффициент вариации|вариации]] долголетия самок и 20 процентов долголетия самцов определяется генетически. Эти значения подобны наследованию таких физиологических черт, как количество отложенных [[яйцо|яиц]] и производство [[молоко|молока]] домашними животными<ref name="britannica_aging" />. Коэффициент экспоненты функции Гомпертца указывает скорость старения. Отличия в долголетии между видами является результатом прежде всего различий в скорости старения, и потому выражаются в различиях в этом коэффициенте. Сравнение таблиц смертности разных [[чистая линия|линий]] мышей одного вида показывает, что различия между линиями в первую очередь определяется различиями в независимом от возраста члене функции Гомпертца. Если линии отличаются только независимым от возраста членом, менее долголетние линии имеют большую смертность, которая выше на постоянную величину на протяжении всей жизни, что проявляется в вертикальном сдвиге функции Гомпертца. При этом часто случается, что гибриды первого поколения (F1) двух природных линий живут дольше, чем любой из родителей. Хотя исследований биохимических процессов таких гибридов не проводилось, таблицы продолжительности жизни указывают, что гибриды отличаются от родительских линий только независимым от возраста членом, но не изменением скорости старения. Другие исследования также показали, что в значительной мере вариации в продолжительности жизни между линиями мышей поясняются различиями в унаследованной склонности к определённым болезням. Наследование долголетия людей сложнее исследовать, потому что на продолжительность жизни влияют социально-экономические и другие внешние факторы, которые усложняют [[корреляция|корреляции]] между близкими родственниками. Тем не менее, исследования указывают на некоторую, хотя и небольшую, наследуемость продолжительности жизни и склонности к таким болезням как [[рак (болезнь)|рак]] и болезни сердца, в первую очередь из-за того, что однояйцевые (генетически идентичные) [[близнецы]] чаще имеют схожие частоты этих заболеваний, чем соответственно разнояйцевые (генетически разные) близнецы. == Изменения организма во время старения == === Физиология старения === {{main|Физиология старения млекопитающих}} [[Файл:SABG MEFs.jpg|thumb|right|250px|'''Клеточное старение'''<br>Верх: Первичные мышиные [[фибробласт]]ы (MEF) до старения.<br>Низ: MEF стареют после достижения предела Хейфлика. Клетки увеличиваются, становятся плоскими и экспрессируют новые [[ген]]ы, характерные для старения (SABG, синий цвет)]] Наилучшим образом изучены изменения, происходящие в организмах млекопитающих, в первую очередь из-за родства этих организмов человеку, но также и в связи с тем, что симптомы старения наиболее чётко выражены у этих видов. Все млекопитающие являются многоплодными организмами, у которых старение протекает медленно и охватывает практически все системы организма. Общие изменения включают снижение основной массы тела (живых клеток и [[кость|костей]]) при возрастании общей массы за счёт возрастания количества [[жир]]овых отложений и содержания воды. [[Основной обмен]], то есть минимальный уровень [[метаболизм|метаболической активности]], снижается во всех тканях, как и уровень добровольной активности, но последняя сильно зависит от вида животных и физической нагрузки на протяжении предыдущего периода. ==== Старение клеток ==== На клеточном уровне старение проявляется в замедлении [[деление клетки|деления клеток]]. Частично этот эффект является результатом так называемого [[предел Хейфлика|предела Хейфлика]] деления соматических клеток. Эта граница связана с отсутствием активной [[теломераза|теломеразы]], в результате чего конечные участки [[хромосома|хромосом]], [[теломеры]], сокращаются при каждом делении. У человека соматическая клетка может делиться около 52 раз, после чего теломеры исчезают, и в клетках запускается программа [[апоптоз]]а, «альтруистического самоубийства» клеток. Хотя граница Хейфлика и считается основной причиной уменьшения уровня клеточного деления, даже [[стволовые клетки]], в которых эта граница отсутствует, становятся менее активными, замедляют своё деление и не так часто дифференцируются в соматические клетки.''' Серьёзной причиной, тормозящей прогресс в области изучения старения клеток, является то, что исследования в этой сфере в основном выполняются на большой совокупности клеток в один из моментов роста клеточной популяции. Однако такой подход не позволяет проследить всю последовательность изменений, начиная с их возникновения в отдельных клетках и заканчивая экспансией этих изменений в клеточной популяции.<ref name="Квитко">{{Cite web |url=http://labmcp.at.tut.by/experiment.html |title=Институт генетики и цитологии НАНБ Беларуси, О. В. Квитко, «ИЗУЧЕНИЕ КЛЕТОЧНОГО СТАРЕНИЯ» |accessdate=2009-05-20 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20080423101204/http://labmcp.at.tut.by/experiment.html |archivedate=2008-04-23 |deadlink=yes }}</ref> См. также:<ref>Jung Y, Brack AS (2014). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3982593/ Cellular Mechanisms of Somatic Stem Cell Aging]. Curr Top Dev Biol. 2014; 107: 405—438. {{doi|10.1016/B978-0-12-416022-4.00014-7}}</ref> ===== Генеалогия клеток ===== Человек и мышь — виды млекопитающих, резко контрастные по продолжительности жизни и частоте возникновения онкологических заболеваний, которая у грызунов на несколько порядков выше, чем у человека. Сравнение изменений фенотипа клеток у человека и мыши позволяет получать новые данные о генетических процессах, ведущих к старению и трансформации<ref name="Квитко" />. Анализ видеозаписей компьютерной видеосъемки живых клеточных культур, произведённых для изучения изменений фенотипа отдельных клеток и их потомств<ref>{{Cite web |url=http://labmcp.at.tut.by/2.htm |title=Пример видеозаписи культуры эмбриональных фибробластов человека |accessdate=2009-05-20 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20080224145939/http://labmcp.at.tut.by/2.htm |archivedate=2008-02-24 |deadlink=yes }}</ref>, позволил составлять клеточные генеалогии<ref>{{Cite web |url=http://labmcp.at.tut.by/genealogy.html |title=Родословная клеток культуры фибробластов |accessdate=2009-05-20 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20080221151158/http://labmcp.at.tut.by/genealogy.html |archivedate=2008-02-21 |deadlink=yes }}</ref>, напоминающие родословные в генетике человека. Клетки-родоначальницы и их потомки в течение ряда поколений изучались по многим признакам. Учитывалось до 20 параметров, таких как площадь и форма клетки, митозы и клеточная гибель, аномальные митозы, размер и количество ядер, клазматоз, скорость и характер перемещений клеток и др.<ref name="Квитко" /> ==== Кожа и соединительная ткань ==== Формирование перекрёстных связей между молекулами [[коллаген]]а, основного структурного межклеточного белка организма млекопитающих, и [[кальций|кальцификация]] [[гладкие мышцы|гладких мышц]] и стенок [[кровеносные сосуды|сосудов]], увеличивает жёсткость [[соединительная ткань|соединительной ткани]]. При этом одновременно проходит декальцификация костей [[скелет]]а, в результате чего кости становятся тоньше, менее надёжными и менее крепкими. Из-за истончения [[хрящ]]ей позвоночника уменьшается длина тела. ==== Нервная система ==== В большинстве тканей происходит [[атрофия]] клеток и даже целых структур, особенно это заметно в некоторых тканях, которые медленно восстанавливаются, в первую очередь [[центральная нервная система|центральной нервной системы]]. Хотя даже количество периферийных [[нерв]]ных волокон человека уменьшается на 20 процентов к 90 годам, больше всего страдают клетки коры [[Головной мозг|головного мозга]]. Эта потеря [[нейрон]]ов — главная причина снижения умственных способностей пожилых людей, хотя сказывается и некоторый эффект снижения поступления [[кислород]]а. Увеличивается также накопление [[прион]]подобных белковых скоплений, приводящих у человека к [[деменция|деменции]], а также [[болезнь Альцгеймера|болезням Альцгеймера]] и [[болезнь Паркинсона|Паркинсона]]. ==== Накопление веществ, не выполняющих положительной роли ==== Также для многих тканей характерны отложения инертных и потенциально опасных веществ. Например, пигмент [[липофусцин]], отсутствующий в молодости, в старости составляет до 3 % массы [[сердце|сердечной]] мышцы. Известны отложения и в кровеносных сосудах — [[атеросклероз]]. Также заметны изменения в [[эндокринная система|эндокринной системе]], которая замедляет ответ на изменения внешней среды, в результате организм становится более чувствительным к каким-либо неблагоприятным факторам ([[стресс]]). ==== Иммунная система ==== Из-за старения [[Иммунная система|иммунной системы]] увеличивается вероятность аутоиммунных реакций при общем снижении активности [[тимус]]-зависимой подсистемы. В результате как увеличивается вероятность развития опухолей из [[рак (болезнь)|раковых]] клеток, так и возникает риск [[Аутоиммунные заболевания|аутоиммунных заболеваний]]. === Генетика старения === ==== Генетика старения эукариот ==== Во время старения клетки проходят через ряд генетических изменений, которые тем или иным образом влияют на ход процесса старения. Исследование старения [[эукариоты|эукариот]] были проведены с помощью целого ряда модельных организмов, таких как [[домовая мышь]] (''Mus musculus''), [[обычная плодовая муха|плодовая муха]] (''Drosophila melanogaster''), [[нематоды]] ''[[Caenorhabditis elegans]]'', гриб ''[[Podospora anserina]]'' и [[дрожжи]] ''[[Saccharomyces cerevisiae]]''. Исследования этих организмов выявили присутствие как минимум двух путей, которые активируются во время старения. {| class="infobox bordered" style="width: 300px; font-size: 90%;" cellpadding="3" |- |+ colspan="5" | '''Гены, которые влияют на процесс старения''' |- ! ''Podospora'' !! ''Saccharomyces'' !! ''Caenorhabditis'' !! ''Drosophila'' !! Мышь |- | ''grisea'' || [[LAG1]] || [[daf-2]] || [[sod1]] || [[Prop-1]] |- | || [[LAC1]] || [[age-1]]/[[daf-23]] || [[cat1(genetics)|cat1]] || [[p66shc]] |- | || [[RAS1]] || [[daf-18]] || [[mth]] || [[mclk1]] |- | || [[RAS2]] || [[akt-1]]/[[akt-2]] || || |- | || [[PHB1]] || [[daf-16]] || || |- | || [[PHB2]] || [[daf-12]] || || |- | || [[CDC7]] || [[ctl-1]] || || |- | || [[BUD1]] || [[old-1]] || || |- | || [[RTG2]] || [[spe-26]] || || |- | || RPD3 || [[clk-1]] || || |- | || HDA1 || [[mev-1]] || || |- | || [[SIR2]] || || || |- | || SIR4-42 || || || |- | || UTH4 || || || |- | || YGL023 || || || |- | || SGS1 || || || |- | || [[RAD52]] || || || |- | || FOB1 || || || |} В одном из этих путей принимает участие продукт гена [[SIR2]], [[НАД]]±зависимая деацетилаза [[гистон]]ов. В [[дрожжи|дрожжах]] белок Sir2 необходим для репрессии генов в трёх [[локус]]ах (местоположениях): локусе спаривания дрожжей, генах [[теломеры|теломер]] и рибосомальной рДНК. В некоторых видах дрожжей [[гомологическая рекомбинация]] между повторами рДНК приводит к исключению повторов рДНК и созданию экстрахромосомной кольцевой рРНК (ЭКР или ERC, от {{lang-en|Exctachtomosomal rRNA circles}}). Эти ЭЦР реплицируются и преимущественно аккумулируются в материнской клетке во время деления, и вызывают клеточное старение за счёт конкурентного связывания с важными факторами. ЭЦР не наблюдались в других видах дрожжей (которые также проявляют репликативное старение) и в высших организмах, таких как человек. Экстрахромосомная кольцевая ДНК (экДНК, eccDNA) была найдена у червей, мух и человека. Роль экДНК в старении, если она и есть, неизвестна. Несмотря на отсутствие связи между кольцевой ДНК и старением высших организмов, дополнительные копии [[гомология (биология)|гомологов]] гена Sir2 способны к увеличению продолжительности жизни как червей, так и мух. Механизмы, которыми гомологи Sir2 у высших организмов регулируют продолжительность жизни, остаются неясными, но было установлено, что белок человека SIRT1 деацетилирует [[p53]], Ku70 и семейство [[факторы транскрипции|факторов транскрипции]] forkhead. SIRT1 также может регулировать другие ацетилированные белки, такие как CBP/p300, и может деацетилировать некоторые [[аминокислоты]] [[гистон]]ов. RAS1 и RAS2 также влияют на старение в дрожжах и имеют человеческие гомологи. Было показано, что повышенная [[экспрессия генов|экспрессия]] RAS2 увеличивает продолжительность жизни дрожжей. Несколько других генов регулирует старение в дрожжах, увеличивая сопротивление [[окислительный стресс|окислительному стрессу]]. Супероксиддисмутаза, белок, который защищает клетку против эффектов [[активные формы кислорода|активных форм кислорода]] (АФК) [[митохондрия|митохондрий]], может замедлить старение дрожжей, если они сильно экспрессируются на протяжении стационарной фазы. В процессах регуляции старения высших организмов важную роль играет [[инсулин]]-подобный ростовой фактор [[IGF-1]]. [[Мутация|Мутации]], которые влияют на инсулин-подобный [[Сигнальные системы клетки|сигнальный путь]] в червях, мухах и мышах, часто связаны с увеличенной продолжительностью жизни. Этот путь угнетается при ограничении потребления калорий, и в свою очередь влияет на продолжительность жизни через механизм, зависимый от белков [[p53]]/[[p21]]/[[Akt]]<ref>{{статья |заглавие=Critical Roles of Insulin-Induced Senescence in Diabetic Vasculopathy |издание=Vascular Disease Prevention |том=4 |номер=3 |страницы=194—200 |ссылка=http://www.ingentaconnect.com/content/ben/vdp/2007/00000004/00000003/art00002 |язык=en |тип=journal |автор=Tohru Minamino, Issei Komuro |год=2007}}</ref>. В дрожжах активность Sir2 регулируется никотинамидазой PNC1. Производство PNC1 увеличивается на уровне [[транскрипция (биология)|транскрипции]] в условиях [[стресс]]а, например, во время низкокалорийной диеты, теплового или осмотического [[шок]]а. Перерабатывая [[никотинамид]] в [[ниацин]], никотинамидаза использует никотинамид, который ингибирует активность Sir2. Никотинамидаза найдена и у человека, где она известна как PBEF и, возможно, выполняет подобную функцию, а секретированная форма PBEF, известная как [[висфатин]], возможно, помогает регулировать уровень инсулина в [[сыворотка крови|сыворотке]]. Неизвестно, однако, эти ли механизмы также существуют у человека из-за значительных различий в физиологии мыши и человека. Было показано, что активность Sir2 возрастает при условиях ограничения калорий в диете мышей. В связи с отсутствием доступной [[глюкоза|глюкозы]] в клетках создаётся больше свободного NAD+, что приводит к активации Sir2. [[Резвератрол]], [[полифенол]] найденный в некоторых [[фрукт]]ах, увеличивает продолжительность жизни дрожжей, червей и мух за счёт активизации деятельности Sir2 и имитации эффекта низкокалорийной диеты. По некоторым данным, процессу старения могут благоприятствовать и [[флуктуации]] в экспрессии многих генов<ref>{{статья |заглавие=Microfluidics device for single cell gene expression analysis in Saccharomyces cerevisiae |издание=Yeast |том=23 |номер=14—15 |страницы=1065—1073 |ссылка=http://db.yeastgenome.org/cgi-bin/reference/reference.pl?author=Ryley%20J |язык=en |accessdate=2007-10-29 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20071023121347/http://db.yeastgenome.org/cgi-bin/reference/reference.pl?author=Ryley%20J |archivedate=2007-10-23 |deadlink=yes |автор=Ryley J., Pereira-Smith O. M. |год=2006}}</ref>. Индивидуальные, генетически идентичные клетки могут иметь существенно различные ответы на внешние стимулы и заметно разную продолжительность жизни, указывая, что [[эпигенетика|эпигенетические]] факторы играют важную роль в экспрессии генов и старении. ==== Генетика старения бактерий ==== Намного меньше известно о старении [[бактерии|бактерий]], несмотря на их более простую структуру и удобство наблюдения. Среди бактерий лучше известны изменения, которые происходят во время условного старения (хронологического старения в стационарной фазе) бактерии ''[[кишечная палочка|E. coli]]''<ref name="nystrom">{{статья |заглавие=Conditional senescensein bacteria:death of the immortals |издание=Molecular Microbiology |том=48 |isuue=1 |страницы=17—23 |язык=en |тип=journal |автор=Thomas Nystrom |год=2003}}</ref>. Большая часть генетически контролируемых изменений во время условного старения ''E. coli'' происходит из-за изменения в уровне экспрессии [[сигма-фактор]]а σ^s, который отвечает за экспрессию генов, связанных с ремонтом повреждённых белков, аналогично гену ''C. elegans'' ''[[daf-16]]'' и геном дрожжей [[Ras|RAS]]/[[PKA]]. σ^s конкурирует с другим сигма-фактором, σ⁷⁰, который отвечает за рост бактерии, и никогда не экспрессируется в «полную силу». Таким образом, бактерия продолжает ограниченный рост даже в условиях стационарной фазы, которая даёт ей возможность быстро возобновить рост, если условия изменяются, но недостатком является невозможность σ^s справиться со значительным [[Оксидативный стресс|оксидативным стрессом]]. Таким образом, остаточная активность σ⁷⁰ в стационарной фазе является примером так называемой [[антагонистическая плейотропия|антагонистической плейотропии]] (см. [[#Эволюционно-генетический подход|ниже]]), типа генетической системы, которая развивается за счёт позитивного эффекта на одних стадиях жизни, несмотря на негативный эффект на других, более редких, стадиях. == Причины старения == === История исследования === Первые попытки научного объяснения старения начались в конце [[XIX век]]а. В одной из первых работ [[Вейсман, Август|Вейсман]]<ref>{{книга |заглавие=Essays upon Heredity and Kindred Biological Problems |том=1 |год=1889 |язык=en |автор=Weissmann A. |ответственный=Oxford Clarendon Press}}</ref> предложил теорию происхождения старения как свойства, которое возникло в результате [[эволюция|эволюции]]. Согласно Вейсману, «не стареющие организмы не только не являются полезными, они вредны, потому что занимают место молодых», что, согласно Вейсману, должно было привести эволюцию к возникновению старения. Важным шагом в исследовании старения был доклад профессора [[Медавар, Питер|Питера Медавара]] перед [[Лондонское королевское общество|Лондонским королевским обществом]] в [[1951 год]]у под названием «Нерешённая проблема биологии»<ref name="medawar">{{книга |заглавие=An Unresolved Problem in Biology |место=London |год=1952 |автор=Medawar P.B. |ответственный=Lewis }}</ref>. В этой лекции он подчеркнул, что животные в природе редко доживают до возраста, когда старение становится заметным, таким образом эволюция не могла оказывать влияние на процесс развития старения. Эта работа положила начало целой серии новых исследований. На протяжении следующих 25 лет исследования имели преимущественно описательный характер. Тем не менее, начиная с конца 70-х годов, возникает большое количество теорий, которые пытались объяснить старение<ref>{{cite web|url=http://all-of-all.ru/digest/theme/index.php?news=3699|author=Элина Древина|title=Почему мы стареем|work=|publisher=Дайджест Интеллектуальные информационные технологии|datepublished=2009-12-03|accessdate=2009-12-23|archiveurl=https://web.archive.org/web/20091227150125/http://all-of-all.ru/digest/theme/index.php?news=3699|archivedate=2009-12-27|deadlink=yes}}</ref>. Например, в известном обзоре литературы по этому вопросу, опубликованном Калебом Финчем в 1990 году, насчитывалось около 4 тыс. ссылок<ref>{{книга |год=1990 |заглавие=Senescence, Longevity, and the Genome |автор=Finch C. |ответственный=[[University of Chicago Press|The University of Chicago Press]] }}</ref>. Только в конце 1990-х годов ситуация начала проясняться, и большинство авторов начали приходить к общим выводам. Все теории старения можно условно разделить на две большие группы: эволюционные теории и теории, основанные на случайных повреждениях клеток. Первые считают, что старение является не необходимым свойством живых организмов, а запрограммированным процессом. Согласно им, старение развилось в результате [[эволюция|эволюции]] из-за некоторых преимуществ, которые оно даёт целой [[популяция|популяции]]. В отличие от них, теории повреждения предполагают, что старение является результатом природного процесса накопления повреждений со временем, с которыми организм старается бороться, а различия старения у разных организмов является результатом разной эффективности этой борьбы. Сейчас последний подход считается установленным в биологии старения<ref>{{статья |издание=Annals of New York Academy of Sciences |заглавие=Aging is No Longer an Unresolved Problem in biology |том=1067 |страницы=1—9 |язык=en |автор=Robin Holliday |год=2006}}</ref><ref>{{статья |издание=Annals of New York Academy of Sciences |заглавие=Biological Aging is No Longer an Unresolved Problem |том=1100 |страницы=1—13 |язык=en |автор=Leonard Hayflick |год=2007}}</ref><ref name="kirkwood">{{статья |заглавие=Understanding the Odd Science of Aging |издание=[[Cell (журнал)|Cell]] |том=120 |страницы=437—447 |язык=en |автор=Thomas B.L. Kirkwood |год=2005 |издательство=[[Cell Press]]}}</ref>. Тем не менее, некоторые исследователи всё ещё защищают эволюционный подход<ref name="goldsmith" />, а некоторые другие совсем игнорируют деление на эволюционные теории и теории повреждений. Последнее утверждение является частично результатом смены терминологии: в некоторых работах последнего времени термин «эволюционные теории» ссылается не на теории «запрограммированного старения», которые предлагают эволюционное возникновение старения как полезного явления, а на подход, который описывает почему организмы должны стареть в противоположность вопросу о биохимических и физиологических основах старения. === Почему возникает старение === ==== Эволюционно-генетический подход ==== Гипотеза, которая легла в основу генетического подхода, была предложена [[Медавар, Питер|Питером Медаваром]] в 1952 году<ref name="medawar" /> и известна сейчас как «[[теория накопления мутаций]]» ({{lang-en|Mutations accumulation theory}}). Медавар заметил, что животные в природе очень редко доживают до возраста, когда старение становится заметным. Согласно его идее, [[аллели]], которые проявляются на протяжении поздних периодов жизни и которые возникают в результате мутаций зародышевых клеток, подвергаются довольно слабому эволюционному давлению, даже если в результате их действия страдают такие свойства, как выживание и размножение. Таким образом, эти мутации могут накапливаться в [[геном]]е на протяжении многих поколений. Тем не менее, любая особь, которая сумела избежать смерти на протяжении долгого времени, испытывает на себе их действие, что проявляется как старение. То же самое верно и для животных в защищённых условиях. В дальнейшем, в [[1957 год]]у [[Вильямс, Джордж Кристофер|Д. Вильямс]]<ref name="williams">{{статья |заглавие=Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence |издание=[[Evolution (журнал)|Evolution]] |том=11 |страницы=398—411 |язык=en |тип=journal |автор=Williams G.C. |год=1957 |издательство=[[John Wiley & Sons|Wiley-VCH]]}}</ref> предположил существование [[плейотропия|плейотропных]] генов, которые имеют разный эффект для выживания организмов на протяжении разных периодов жизни, то есть они полезны в молодом возрасте, когда эффект естественного отбора сильный, но вредны позднее, когда эффект естественного отбора слабый. Эта идея сейчас известна как «[[антагонистическая плейотропия]]» ({{lang-en|Antagonistic pleiotropy}}). Вместе эти две теории составляют основу современных представлений о генетике старения<ref name="kirkwood" />. Тем не менее, идентификация ответственных генов имела лишь ограниченный успех. Свидетельства о накоплении мутаций остаются спорными<ref>{{статья |заглавие=Toward reconsiling inferences concerning geetic variations in ''Drosophila melamogaster'' |издание=Genetics |том=152 |страницы=553—566 |язык=en |автор=Shaw F.H., Promislow D.E.L., Tatar M., Huges K.A., Geyes C.J. |год=1999}}</ref>, тогда как свидетельства наличия плейотропных генов сильнее, но и они недостаточно обоснованы. Примерами плейотропных генов можно назвать ген [[теломераза|теломеразы]] у эукариот и [[сигма-фактор]] σ⁷⁰ у бактерий. Хотя известно много генов, которые влияют на продолжительность жизни разных организмов, других чётких примеров плейотропных генов всё ещё не обнаружено<ref>{{статья |заглавие=What evidence is there for the existence of individual genes with antagonistic pleiotropic effectrs? |издание=Mech. Ageing Dev. |том=126 |страницы=421—429 |язык=en |автор=Leroi A.M., Barke A., De Benedictics G., Francecshi C., Gartner A., Feder M.E., Kivisild T., Lee S., Kartal-Ozer N., et al. |год=2005}}</ref>. ==== Эволюционно-физиологический подход ==== Теория антагонистической плейотропии предсказывает, что должны существовать гены с плейотропным эффектом, естественный отбор которых и приводит к возникновению старения. Несколько генов с плейотропным эффектом на разных стадиях жизни действительно найдены — сигма-70 у ''E. coli'', теломераза у эукариот, но непосредственной связи со старением показано не было, тем более не было показано, что это типичное явление для всех организмов, ответственное за все эффекты старения. То есть эти гены могут рассматриваться лишь как кандидаты на роль генов, предсказанных теорией. С другой стороны, ряд физиологических эффектов показаны без определения генов, ответственных за них. Часто мы можем говорить о компромиссах, аналогичных предсказанным теорией антагонистической плейотропии, без чёткого определения генов, от которых они зависят. Физиологическая основа таких компромиссов заложена в так называемой «[[теория одноразовой сомы|теории одноразовой сомы]]» ({{lang-en|Disposable soma theory}})<ref>{{статья |издание=Nature |заглавие=Evolution of ageing |том=270 |страницы=301—304 |язык=en |автор=Kirkwood T.B.L. |год=1977}}</ref>. Эта теория задаётся вопросом, как организм должен распорядиться своими ресурсами (в первом варианте теории речь шла только о энергии) между поддержкой, ремонтом сомы и другими функциями, необходимыми для выживания. Необходимость компромисса возникает из-за ограниченности ресурсов или необходимости выбора лучшего пути их использования. Поддержание тела должно осуществляться только настолько, насколько это необходимо на протяжении обычного времени выживания в природе. Например, поскольку 90 % диких мышей умирает на протяжении первого года жизни (преимущественно от холода), инвестиции ресурсов в выживание на протяжении дольшего времени будут касаться только 10 % популяции. Трёхлетняя продолжительность жизни мышей полностью достаточна для всех потребностей в природе, но с точки зрения эволюции ресурсы следует тратить, например, на улучшение сохранения тепла или размножения вместо борьбы со старостью. Таким образом, продолжительность жизни мыши наилучшим образом отвечает экологическим условиям её жизни. Теория «одноразового тела» делает несколько допущений, которые касаются физиологии процесса старения. Согласно этой теории, старение возникает в результате неидеальных функций ремонта и поддержки соматических клеток, которые адаптированы для удовлетворения экологических потребностей. Повреждения, в свою очередь, являются результатом [[стохастика|стохастических процессов]], связанных с жизнедеятельностью клеток. Долголетие контролируется за счёт контроля генов, которые отвечают за эти функции, а бессмертие генеративных клеток, в отличие от соматических, является результатом больших затрат ресурсов и, возможно, отсутствия некоторых источников повреждений. === Как возникает старение === ==== Молекулярные механизмы ==== Существуют свидетельства нескольких важнейших механизмов повреждения макромолекул, которые обычно действуют параллельно один другому или зависят один от другого<ref name="kirkwood" />. Вероятно, любой из этих механизмов может играть доминирующую роль при определённых обстоятельствах. Во многих из этих процессов важную роль играют [[активные формы кислорода]] (в частности [[свободные радикалы]]), набор свидетельств о их влиянии был получен достаточно давно и сейчас известен под названием «[[свободнорадикальная теория старения]]». Сегодня, тем не менее, механизмы старения намного более детализированы. Так, например, обнаружено что характер [[Метилирование ДНК #Метилирование ДНК у человека# Изменения метилирования ДНК при старении|метилирования ДНК]] в геноме тесно связан с хронологическим возрастом<ref>Carola Ingrid Weidner, Qiong Lin, Carmen Maike Koch et al. and Wolfgang Wagner (February 2014). [http://genomebiology.com/2014/15/2/R24 Aging of blood can be tracked by DNA methylation changes at just three CpG sites]. Genome Biology, 15:R24 doi:10.1186/gb-2014-15-2-r24</ref><ref>Steve Horvath (2013) DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biology, 14(10):R115 doi:10.1186/gb-2013-14-10-r115</ref><ref>Bocklandt S, Lin W, Sehl ME, Sánchez FJ, Sinsheimer JS, et al. (2011)Epigenetic Predictor of Age. PLoS ONE 6(6): e14821. doi:10.1371/journal.pone.0014821</ref><ref>West, J., Widschwendter, M., & Teschendorff, A. E. (2013). Distinctive topology of age-associated epigenetic drift in the human interactome. PNAS, 110(35), 14138-14143. doi:10.1073/pnas.1307242110</ref> ==== Теория соматических мутаций ==== Многие работы показали увеличение с возрастом числа соматических [[мутация|мутаций]] и других форм повреждения [[ДНК]], предлагая [[репарация ДНК|репарацию]] (ремонт) ДНК в качестве важного фактора поддержки долголетия клеток. Повреждения ДНК типичны для клеток, и вызываются такими факторами как жёсткая [[ионизирующее излучение|радиация]] и активные формы кислорода, и потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации. Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере [[фермент]]а поли-[[АДФ]]-[[рибоза]]-[[полимеразы]]-1 (PARP-1), важного игрока в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК<ref>{{статья |заглавие=Physiology and pathophysiology of poly(ADP-rebosyl)ation |издание={{Нп3|BioEssays|Bioessays||BioEssays}} |том=23 |страницы=795—806 |язык=en |автор=Burke A. |год=2001}}</ref>. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни. ==== Накопление изменённых белков ==== Также важен для выживания клеток кругооборот [[белки|белков]], для которого критично появление повреждённых и лишних белков. [[Окисление|Окисленные]] белки являются типичным результатом влияния активных форм кислорода, которые образуются в результате многих метаболических процессов клетки и часто мешают корректной работе белка. Тем не менее, механизмы репарации не всегда могут распознать повреждённые белки<ref name="nystrom" /> и становятся менее эффективными с возрастом<ref name="kirkwood" /> за счёт снижения активности [[протеасома|протеасомы]]<ref>{{статья |заглавие=Impairment of proteasome structure and function in aging |издание=International journal of Biochemistry and Cell Biology |том=34 |страницы=1461—1474 |язык=en |автор=Carrard G., Bulteau A.L., Petropoulos I., Friguet B. |год=2002}}</ref>. В некоторых случаях белки являются частью статических структур, таких как [[клеточная стенка]], которые не могут быть легко разрушены. Кругооборот белков зависит также и от белков-[[шапероны|шаперонов]], которые помогают белкам получать необходимую [[конформация|конформацию]]. С возрастом наблюдается снижение репарирующей активности<ref>{{статья |заглавие=Aging and molecular chaperones |издание=Experimental Gerontology |том=38 |страницы=1037—1040 |язык=en |автор=Soti C. and Csermey P. |год=2003}}</ref>, хотя это снижение может быть результатом перегрузки шаперонов (и протоасомы) повреждёнными белками. Существуют свидетельства, что накопление повреждённых белков действительно происходит с возрастом и может отвечать за такие ассоциированные с возрастом болезни как [[болезнь Альцгеймера]], [[болезнь Паркинсона]] и [[катаракта]]. ==== Митохондриальная теория ==== Митохондриальная теория старения впервые была предложена в 1978 году (митохондриальная теория развития, старения и злокачественного роста)<ref>Lobachev A.N.{{citation | title = Role of mitochondrial processes in the development and aging of organism. Aging and cancer| url = http://aiexandr2010.narod.ru/rol.pdf| publisher = Chemical abstracts. 1979 v. 91 N 25 91:208561v.Deposited Doc. , VINITI 2172-78| date = 1978| pages = 48}}</ref><ref>Лобачев А. Н.{{citation | title = Биогенез митохондрий при дифференциации и старении клеток | url = http://aiexandr2010.narod.ru/Biogenesis.pdf| publisher = ВИНИТИ 19.09.85, №6756-В85 Деп.| date = 1985| pages = 28}}</ref>. Суть её заключается в том, что замедление размножения [[Митохондрия|митохондрий]] в высокодифференцированных клетках вследствие дефицита кодируемых в ядре митохондриальных белков создает условия для возникновения и селективного отбора дефектных [[Делеция|делеционных]] мтДНК, увеличение доли которых постепенно снижает энергетическое обеспечение клеток. В [[1980 год]]у была предложена радикальная митохондриальная теория старения<ref>Miquel J, Economos AC, Fleming J, et al.{{citation | title = Mitochondrial role in cell aging |publisher = Exp Gerontol, 15|date = 1980| pages = 575–591}}</ref>. В настоящее время накопилось много данных свидетельствующих о том, что [[свободные радикалы]] не являются причиной естественного старения. Эти данные не опровергают митохондриальную теорию старения ([[1978 год|1978 г.]]), которая не опирается на свободные радикалы, но доказывают ложность радикального варианта митохондриальной теории старения (1980 г.). Важность связи между молекулярным стрессом и старением была предположена, основываясь на наблюдениях за эффектом накопления мутаций в [[митохондрия|митохондриальной]] ДНК ([[мтДНК]])<ref>{{статья |заглавие=Mitochondrial deseases in man and mouse |издание=Science |том=283 |страницы=1482—1488 |язык=en |автор=Wallace D.C. |год=1999}}</ref>. Эти данные были подкреплены наблюдением увеличения с возрастом числа клеток, которым не хватает [[цитохром]]-с-[[оксидаза|оксидазы]] (COX), что ассоциировано с мутациями мтДНК. Такие клетки часто имеют нарушения в производстве [[АТФ]] и клеточном энергетическом балансе. ==== Утрата теломер ==== Во многих клетках человека утрата способности клеток к делению связана с утратой [[теломеры|теломер]] на концах хромосом, которые утрачиваются после определённого количества делений. Это происходит из-за отсутствия фермента [[теломераза|теломеразы]], который обычно экспрессуется только у зародышевых и стволовых клеток. Теломераза позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых организмов теломераза экспрессируется в клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток её не производят. Теломеразу считают ключом к клеточному бессмертию, «источником юности». Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Поскольку на настоящий момент неизвестно, насколько разрушение теломер влияет на процесс старения<ref>{{Cite web|url=https://www.sens.org/files/pdf/jglet.pdf|title=Telomere shortening in childhood versus adulthood: a qualitative disparity|author=[[Ди Грей, Обри|Обри Ди Грей]]|website=|date=|publisher=Department of Genetics, University of Cambridge, UK|accessdate=2018-08-24|archiveurl=https://web.archive.org/web/20101223063616/http://sens.org/files/pdf/jglet.pdf|archivedate=2010-12-23|deadlink=yes}}</ref>, основные исследования направлены на процессы сохранения целостности ДНК и в особенности её теломерных участков. [[Майкл Фоссел]] в одном из [https://www.singularityweblog.com/michael-fossel-the-telomerase-revolution/ интервью] предположил, что лечение теломеразой может использоваться не только для борьбы с [[Рак (заболевание)|раком]], но даже для борьбы со старением человеческого организма и таким образом для увеличения продолжительности жизни. Он считает, что уже в ближайшем десятилетии будут проведены первые испытания теломеразных методов увеличения продолжительности жизни человека. Недавно было обнаружено, что [[окислительный стресс]] (чрезмерное выделение активных форм кислорода) также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях<ref>{{статья |заглавие=Oxidative stress shortens telomeres |издание=Trends in biochemical sciences |том=27 |страницы=339—344 |язык=en |автор=Von Zglinicki T. |год=2002}}</ref>. ==== Эпигенетическая теория старения ==== Клетки со временем медленно теряют маркеры репрессированного хроматина, что может быть связано с дифференцировкой клеток в организме. Утрата маркеров репрессии рано или поздно должна приводить к дерепрессии дремлющих транспозонов, соответственно, к росту количества вызванных ими повреждений ДНК с последующей активацией клеточных систем репарации ДНК. Последние, помимо участия в восстановлении ДНК, вызывают и несанкционированные рекомбинации в теломерах. Также не исключено, что рекомбиназы транспозонов могут непосредственно инициировать подобные рекомбинации. В результате протяженные участки теломерной ДНК преобразуются в кольца и теряются, а теломеры укорачиваются на длину утраченной кольцевой ДНК. Данный процесс ускоряет утрату теломерной ДНК в десятки раз, а последующий апоптоз большинства клеток и предопределяет старение как биологическое явление. Предложенная теория является альтернативой гипотезе о генетически запрограммированном старении и гипотезе о старении как следствии накопления ошибок и повреждений, объясняет механизм ускорения утраты теломер в случае окислительного стресса и повреждений ДНК, а также взаимосвязь старения и возникновения опухолей<ref>{{статья |ссылка=http://www.tsitologiya.cytspb.rssi.ru/51_5/halitskiy.pdf |заглавие=Эпигенетическая природа старения |издание=Цитология |том=51 |страницы=388—397 |язык=ru |автор=Галицкий В.А. |год=2009 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130615060927/http://www.tsitologiya.cytspb.rssi.ru/51_5/halitskiy.pdf |archivedate=2013-06-15 }}</ref>. ==== Системные и сетевые механизмы ==== На первых этапах исследования старения, многочисленные теории рассматривались как конкурирующие в пояснении эффекта старения. Тем не менее, сегодня считается, что многие механизмы повреждения клеток действуют параллельно, и клетки также должны тратить ресурсы на борьбу со многими механизмами. Для исследования взаимодействия между всеми механизмами борьбы с повреждениями был предложен системный подход к старению, который пытается одновременно принять во внимание большое количество таких механизмов. Более того, этот подход может чётко разделить механизмы, которые действуют на разных стадиях жизни организма. Например, постепенное накопление мутаций в митохондриальной ДНК часто приводит к накоплению активных форм кислорода и снижению производства энергии, что в свою очередь приводит к увеличению скорости повреждения ДНК и белков клеток. Другой аспект, который делает системный подход привлекательным, это понимание разницы между разными типами клеток и тканей организма. Например, клетки, которые активно делятся, с большей вероятностью пострадают от накопления мутаций и утраты теломер, чем дифференцированные клетки. В то же время необходимо уточнить, что данный тезис не относится к быстро и многократно делящимся трансформированным и опухолевым клеткам, которые не утрачивают теломеры и не накапливают мутации. Дифференцированные клетки с большей вероятностью пострадают от повреждения белков, чем клетки, которые быстро делятся и «разбавляют» повреждённые белки вновь синтезированными. Даже если клетка теряет способность к пролиферации за счёт процессов старения, баланс механизмов повреждения в ней сдвигается. ==== Популяционный подход ==== {{main|Популяционная динамика старения}} Другим подходом к изучению старения являются исследования [[популяционная динамика старения|популяционной динамики старения]]. Все математические модели старения можно примерно разбить на два главных типа: модели данных и системные модели<ref name="novoselcev">{{статья |заглавие=Математическое моделирование в геронтологии - стратегические перспективы |издание=Успехи геронтологии |том=12 |страницы=149—165 |язык=ru |автор=Новосельцев В. Н., Новосельцева Ж. А., ЯшинА.И. |год=2003}}</ref>. Модели данных — это модели, которые не используют и не пытаются пояснить какие-либо гипотезы о физических процессах в системах, для которых эти данные получены. К моделям данных относятся, в частности, и все модели математической статистики. В отличие от них, системные модели строятся преимущественно на базе физических законов и гипотез о структуре системы, главным в них является проверка предложенного механизма. Первым законом старения является закон Гомпертца, который предлагает простую количественную модель старения. Этот закон даёт возможность разделить два типа [[параметр]]ов процесса старения. Исследования отклонения закона старения от кривой Гомпертца могут дать дополнительную информацию относительно конкретных механизмов старения данного организма. Самый известный эффект такого отклонения — выход смертности на плато в позднем возрасте вместо [[экспонента|экспоненциального]] роста, наблюдавшийся во многих организмах<ref name="rose" />. Для пояснения этого эффекта было предложено несколько моделей, среди которых вариации модели Стрелера-Милдвана<ref>{{статья |заглавие=Evolutionary theory predicts late-life mortality plateaus |издание=Proceedings of the National Academy of Sciiences of the USA |том=93 |страницы=15249—15253 |язык=en |тип=journal |автор=Mueller L. D., Rose M. R. |год=1996}}</ref> и [[теория надёжности старения и долголетия|теории надёжности]]{{sfn|Gavrilov&Gavrilova|2001}}<ref name="Masoro&Austad,2006">{{публикация|книга|язык=en |ответственный=Eds.: E. J. Masoro & S. N. Austad |заглавие=Handbook of the Biology of Aging |издание=6th ed. |место=San Diego, CA, USA |год=2006 |страницы=3—42 |isbn=0-12-088387-2 |издательство=Academic Press}}</ref>. Системные модели рассматривают много отдельных факторов, событий и явлений, которые непосредственно оказывают влияние на выживание организмов и рождение потомства. Эти модели рассматривают старение как баланс и перераспределение ресурсов как в [[физиология|физиологическом]] (в течение жизни одного организма), так и в [[эволюция|эволюционном]] аспектах. Как правило, особенно в последнем случае, речь идёт о распределении ресурсов между непосредственными затратами на рождение потомства и затратами на выживание родителей<ref name="novoselcev" />. ==== Клеточный ответ на старение ==== Важным вопросом старения на уровне клеток и ткани является клеточный ответ на повреждения. Из-за стохастической природы повреждений отдельные клетки стареют, например в связи с достижением [[Предел Хейфлика|границы Хейфлика]], быстрее остальных клеток. Такие клетки потенциально могут угрожать здоровью всей ткани. В наибольшей мере такая угроза проявляется среди стволовых клеток, у которых происходит быстрое деление, таких как клетки [[костный мозг|костного мозга]] или [[эпителий|эпителия]] [[кишечник]]а, в связи с большим потенциалом таких тканей в создании мутантных, возможно раковых, клеток. Известно, что именно клетки этих тканей быстро отвечают на повреждения инициацией программы апоптоза. Например, даже низкие дозы радиации (0,1 [[Грей (единица измерения)|Gy]]) вызывают апоптоз в клетках эпителия кишечника, а даже слабый химический стресс вызывает апоптоз стволовых клеток старых мышей. Как правило, в таких тканях массовый апоптоз является признаком возрастания числа повреждений клеток. С другой стороны, в других тканях ответом на возрастание уровня повреждений может быть арест клеток на определённой стадии клеточного цикла для прекращения деления<ref name="kirkwood" />. Баланс между апоптозом и арестом повреждённых клеток наиболее важен как компромисс между старением и раком<ref>{{статья |заглавие=p53 mutant mice that display early aging-associated phenotypes |издание=Nature |том=415 |страницы=45—53 |язык=en |тип=journal |автор=Tyner S.D., Venkatachalam S., Choi J., Jones S., Ghebranious N., Igelmann H., Lu X., Soron G., Gooper B., Brayton C., et al. |год=2002}}</ref>. То есть, или организм должен убить повреждённые клетки, или дать им возможность существовать, увеличивая риск возникновения рака. Таким образом, [[p53]] и сокращение теломер, важные факторы в вызывании апоптоза клеток, могут рассматриваться как пример антагонистической плейотропии, как было указано выше. Подводя итог, по современным представлениям, клетка стареет в результате накопления повреждений. Скорость этого накопления определяется, в первую очередь, генетически определёнными затратами на ремонт и поддержку клеточных структур, которые в свою очередь определяются организмом для удовлетворения своих экологических потребностей. Долгоживущие организмы имеют большие затраты (иногда более длительный метаболизм), что приводит к более медленному накоплению повреждений. Для борьбы с риском, который представляют собой повреждённые клетки, организм создал систему механизмов для борьбы с ними, которые часто включают второй ряд компромиссов. == Политическая борьба против старения == В июле 2012 сначала в России{{нет АИ|24|12|14}}, а затем в США, Израиле и Нидерландах было объявлено<ref>[http://www.fightaging.org/archives/2012/07/a-single-issue-political-party-for-longevity-science.php A Single-Issue Political Party for Longevity Science<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref> о начале создания политических партий продления жизни. Эти партии нацелены на оказание политической поддержки научно-технической революции, идущей сейчас<ref>[http://www.imminst.org/cureaging/ Scientists' Open Letter on Aging<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref> в сфере продления жизни и обеспечении максимально быстрого и одновременно безболезненного перехода общества на следующий этап своего развития-с радикальным увеличением продолжительности человеческой жизни, омоложением и остановкой старения для того, чтобы большинство живущих в настоящее время людей успели воспользоваться достижениями науки и увеличить свою жизнь. Ведущие мировые ученые в области старения считают, что старение должно официально быть включено в список болезней и болезненных синдромов Всемирной организации здравоохранения, о чём в адрес ВОЗ было направлено коллективное письмо по результатам 3-й Международной конференции «Генетика старения и долголетия», которая проходила в Сочи в апреле 2014 года{{нет АИ|30|07|14}}. == См. также == <!--В алфавитном порядке--> {{columns-list|25em| * [[Распределение Гомпертца|Закон смертности Гомпертца — Мейкхама]] * [[Иммортализм]] * [[Ди Грей, Обри|Обри ди Грей]] * [[Пренебрежимое старение]] * [[Клото (белок)|Клото]] * [[Теломераза#Старение|Теломераза (Старение)]] * [[Максимальная продолжительность жизни]] * [[Метилирование ДНК#Изменения метилирования ДНК при старении| Изменения метилирования ДНК при старении]] * [[Популяционная динамика старения]] * [[Предел Хейфлика]] * [[Прогерия]] * [[Смерть]] * [[Старение человека]] * [[Феноптоз]] * [[Физиология старения млекопитающих]] * [[Старение бактерий]] * [[Геропротекторы]] * [[Хронология исследования старения]] }} == Примечания == {{примечания|2}} == Литература == === Энциклопедии === * [https://web.archive.org/web/20091031074236/http://encarta.msn.com/ Microsoft Encarta]: [https://web.archive.org/web/20091029131510/http://encarta.msn.com/encyclopedia_761570938/Aging.html Aging], [https://web.archive.org/web/20070818133008/http://encarta.msn.com/encyclopedia_761559631/Life_Span.html Life Span] (Англ. язык, требует предоплату) * [http://www.britannica.com/ Encyclopaedia Britannica]: [http://www.britannica.com/eb/article-9110653/aging Aging], [http://www.britannica.com/eb/article-9110652/life-span Life Span] (Англ. язык, требует предоплату) === Общие научные обзоры === * [http://www.benbest.com/lifeext/aging.html Mechanisms of Aging] <small>(Англ. язык, описание механизмов/теорий старения.)</small> * [https://www.the-jci.org/publiTron.php?series_id=81&action=review_series Aging] Series edited by Christopher B. Newgard and Norman E. Sharpless (2013) <small>(Англ. язык, описание молекулярных механизмов старения.)</small> * Jonathan Silvertown (2013) The Science of Life Span and Aging. University of Chicago Press, Chicago, ISBN 978-0-226-75789-6 <small>(Англ. язык, популярное описание механизмов/теорий старения.)</small> * (2015). [https://www.geron.org/component/hikashop/product/6-molecular-and-cellular-biology-of-aging?Itemid=385 Molecular and Cellular Biology of Aging] <small>(Англ. язык, описание механизмов старения.)</small> * Victoria, V., Gaur, M. G., & Amaro-Ortiz, A. (2017). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5742268/ Mesenchymal Stem Cells Secretory Responses: Senescence-Messaging System and Immunomodulation Perspective]. Frontiers in genetics, 8, 220. {{doi|10.3389/fgene.2017.00220}} {{PMC|5742268}} <small>В статье подробно описаны типы старения клеток и молекулярные механизмы различных типов старения</small> * Анисимов В.Н. (2008). [http://www.booksmed.com/mikrobiologiya/2352-molekulyarnye-i-fiziologicheskie-mexanizmy-stareniya-anisimov.html Молекулярные и физиологические механизмы старения] <small>[http://www.booksmed.com/mikrobiologiya/2352-molekulyarnye-i-fiziologicheskie-mexanizmy-stareniya-anisimov.html скачать книгу PDF]</small> === Отдельные теории === * {{книга |заглавие=The Evolution of Aging |язык=en |автор=Theodore Goldsmith|ссылка=http://www.azinet.com/aging/Aging_Book.html }} (Англ. язык, статья, защищающая «Теорию запрограммированной смерти» или «Эволюционную теорию» возникновения старения.) * [http://longevity-science.org/Evolution.htm Evolutionary Theories of Aging and Longevity] (Англ. язык, обзор эволюционного подхода к старению.) * {{публикация|статья|язык=en |ссылка=http://longevity-science.org/JTB-01.pdf |заглавие=Reliability Theory of Aging and Longevity |автор=Gavrilov |автор имя=L. A. |автор2=Gavrilova |автор2 имя=N. S. |издание=Journal of theoretical Biology |год=2001 |voolume=213 |pages=527–545 |doi=10.1006/jtbi.2001.2430 |ref=Gavrilov&Gavrilova}} * {{статья |ссылка=http://www.annalsnyas.org/cgi/content/abstract/1100/1/1 |заглавие=Biological Aging Is No Longer an Unsolved Problem |издание=Annals of the New York academy of Sciences |том=1100 |страницы=1—13 |accessdate=2007-10-29 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20070706105104/http://www.annalsnyas.org/cgi/content/abstract/1100/1/1 |archivedate=2007-07-06 |deadlink=yes |автор=Leonard Hayflick |год=2007 }} (Англ. язык, статья против эволюционной теории, написанная [[Хейфлик, Леонард|Леонардом Хейфликом]], открывателем предела Хейфлика, бывшим главой Геронтологического Института США и основателем Национального Института Старения США.) * {{статья |заглавие=Conditional senescense in bacteria: death of the immortals |издание=Molecular Microbiology |том=48 |doi=10.1046/j.1365-2958.2003.03385.x |язык=en |тип=journal |автор=Thomas Nystrom |год=2003}} * {{статья |ссылка=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6T6J-4MFJJ72-6&_user=10&_coverDate=12/31/2006&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=56c49884538de4fd7d22f9d1c852059c |заглавие=Yeast as a model for chronological and reproductive aging – A comparison |издание=Experimental Gerontology |том=41 |номер=12 |страницы=1208—1212 |язык=en |тип=journal |автор=Peter Launa et al. |год=2006}}{{Недоступная ссылка|date=Октябрь 2019 |bot=InternetArchiveBot }} (Англ. язык, обзор старения дрожжей.) * [https://web.archive.org/web/20090207044317/http://www.mk.ru/blogs/MK/2009/02/03/society/392569/ Московский ученый обнаружил причину старения человека] * [https://web.archive.org/web/20130615060927/http://www.tsitologiya.cytspb.rssi.ru/51_5/halitskiy.pdf Эпигенетическая теория старения] {{недоступная ссылка|число=13|месяц=05|год=2013}} === Организации, списки ресурсов === * [https://web.archive.org/web/20180121182428/http://eternalmind.ru/ eternalmind.ru] (Рус. язык, Новости Современной Геронтологии. (наука о старении) * [http://www.biologicalgerontology.com Biologicalgerontology.com] (Англ. язык, ресурсы о биологии старения и увеличения продолжительности жизни.) * [http://longevity-science.org/ Unraveling the Secrets of Human Longevity] (Англ. язык, ресурсы о биологии старения и увеличения продолжительности жизни.) * [http://www.senescence.info/ Senescence.info] (Англ. язык, ресурсы о биологии старения.) * [https://web.archive.org/web/20071114221609/http://websites.afar.org/site/PageServer?pagename=IA_b_sene_home Cellular Senescence Information Center] {{недоступная ссылка|число=13|месяц=05|год=2013|url=http://websites.afar.org/site/PageServer?pagename=IA_b_sene_home}} (Англ. язык, ресурсы о клеточном старении.) * [http://www.worldhealth.net/ American Academy of Anti-Aging Medicine] (Англ. язык, Американская Ассоциация Медицины против Старения.) * [http://www.afar.org/ American Federation for Aging Research] (Англ. язык, Американская Ассоциация Исследования Старения.) * [http://www.arclab.org Aging Research Centre (ARC)] (Англ. язык, Центр Исследования Старения.) === Базы данных === * [http://genomics.senescence.info/species/index.html AnAge] (Англ. язык, База данных по старению и продолжительности жизни животных), распространяется по лицензии Creative Commons === Динамические изображения === * [https://web.archive.org/web/20080224145939/http://labmcp.at.tut.by/2.htm Культура эмбриональных фибробластов человека] {{внешние ссылки}} {{rq|img}} {{долголетие}}{{Продление жизни}} [[Категория:Старение]] [[Категория:Физиология]] [[Категория:Биогеронтология]] [[Категория:Нерешённые проблемы биологии]] [[Категория:Болезни неизвестной этиологии]]'