Термины и понятия: период жизни; старение; смерть; максимальная продолжительность жизни; теломеры.
Что такое продолжительность жизни. Одной из характеристик онтогенеза является его продолжительность. У всех растений и животных период зародышевого развития всегда короче постэмбрионального развития, который и принято считать периодом жизни организма. У животных с прямым типом развития жизнь начинается от появления на свет и продолжается до смерти. У организмов с метаморфозами часть жизни приходится на стадию личинки. У позвоночных животных она составляет очень незначительный её период. У яйцеродящих костных рыб личиночная стадия длится от нескольких дней до нескольких недель, а на рост, созревание и зрелость организма в зависимости от его вида приходится три-четыре, десятки и даже больше сотни лет. У лягушек развитие головастика занимает один-два месяца, а дальнейший период жизни может длиться больше 10 лет. У насекомых совершенно иная ситуация — личиночная стадия обычно гораздо продолжительней взрослой стадии. Эта взрослая стадия жизни, на которой насекомые не растут и не развиваются, называется имаго (от лат. имаго — образ). Некоторые насекомые, например подёнки (рис. 92) или комары-звонцы, в этот период даже не питаются, так как во взрослом состоянии у них недоразвита пищеварительная система. В результате взрослый период жизни у них длится всего несколько суток. За это время происходит копуляция и самки успевают отложить яйца. Несмотря на то, что стадия личинки у этих насекомых занимает несколько месяцев, часто говорят, что они живут всего несколько дней.
Рис. 92. Подёнки — насекомые отдельного отряда, которые во взрослом состоянии живут так недолго, что даже не имеют функционирующей пищеварительной системы.
У других видов насекомых, которые во взрослом состоянии хорошо и много питаются, стадия имаго может длиться несколько недель или месяцев, тогда как личинка живёт несколько лет. Например, лёт майских жуков длится две-три недели, а личинка развивается в земле три года. Рекордсменом среди насекомых по продолжительности жизни на личиночной стадии является периодическая цикада. Её личинка зарывается глубоко в землю, где развивается в течение 16 лет. Есть среди насекомых и свои исключения — матки общественных насекомых. Так, самки-царицы медоносной пчелы живут до 5 лет, а муравьёв — даже до 15.
С чем связаны такие отличия позвоночных и насекомых? Очевидно, что на стадиях личинки и куколки насекомые проходят все стадии развития и появляются полностью созревшими и выросшими, после чего им только и остаётся, что размножаться. Тогда как у позвоночных личинка — ещё эмбрион, который хоть уже и способен самостоятельно питаться, но для того, чтобы достигнуть взрослой стадии развития, ему необходимо ещё долго расти и созревать на постличиночных стадиях.
От чего зависит продолжительность жизни. Продолжительность жизни у разных видов организмов очень разная. Одноклеточные существа активно живут (не в виде споры или цисты) самое большее — несколько суток, тогда как жизнь многоклеточных организмов растягивается, бывает на сотни лет. Очевидно, что чем из большего количества клеток построено тело организма и чем сложнее он устроен, тем надёжнее функционирует и тем медленнее у него идут процессы старения — постепенного нарушения нормального функционирования, потери способности к размножению и восстановлению повреждённых тканей и органов. Стареющий организм теряет способность быстро приспосабливаться к условиям окружающей среды, противостоять различным инфекциям. Процесс старения неизбежно приводит к естественной смерти — необратимому прекращению функционирования организма. Но, оказывается, и многоклеточные организмы, причём относящиеся к одному типу, классу и отряду, имеют, как правило, разный период жизни. Причём отличия в максимальной продолжительности жизни у представителей одного класса позвоночных могут составлять два, три, десять и даже сто раз (табл. 16).
Таблица 16
Максимальная продолжительность жизни разных видов позвоночных
|
Млекопитающие |
Полярный кит |
210 |
||
|
Человек |
122 |
|||
|
Африканский слон |
86 |
|||
|
Шимпанзе |
75 |
|||
|
Собака |
34 |
|||
|
Белка |
16. |
|||
|
Мышь домовая |
4 |
|||
|
Птицы |
Гриф |
118 |
||
|
Лебедь |
70 |
|||
|
Голубь |
23 |
|||
|
Ласточка |
9 |
|||
|
Колибри |
4 |
|||
|
Пресмыкающиеся |
Галапагосская черепаха |
177 |
||
|
Нильский крокодил |
68 |
|||
|
Прыткая ящерица |
8-10 |
|||
|
Рыбы |
Осётр |
160 |
||
|
Сом |
60 |
|||
|
Карась |
15 |
|||
|
Гуппи |
3 |
|||
Исследования учёных дают основания полагать, что максимальная продолжительность жизни особей конкретного вида чётко зависит от его биологических особенностей. Идеальный вид-долгожитель млекопитающих — крупный зверь с достаточно долгим периодом полового созревания и немногочисленным потомством. Также установлено, что медленнее старятся животные с большим мозгом и низкой скоростью метаболизма. Исходя из этих критериев, все крупные млекопитающие, особенно киты, слоны и человек, в идеальных условиях должны жить долго, а крохотные землеройки или плодовитые мышевидные грызуны, даже если их избавить от врагов и лечить от болезней, всё равно будут иметь короткую жизнь. Подобную закономерность легко можно проследить не только у зверей, но и у других позвоночных: рыб, рептилий и птиц.
С чем же связано, что крупные животные имеют большую продолжительность жизни? Прежде всего, из-за больших размеров они дольше растут, а потому позднее созревают. Кроме того, хорошо известно, что у крупных организмов гораздо ниже скорость обмена веществ, чем у мелких видов близкой им систематической группы. Это значит, что за единицу времени они расходуют меньше энергии и вещества, то есть, как бы экономят свои жизненные силы.
Время, как и все остальные физические величины, - понятие относительное. Поэтому продолжительность жизни любого организма можно оценивать как с помощью астрономических часов в сутках и годах, так и биологических, основанных на внутренних ритмах жизнедеятельности организма. Известно, что у меньших по размеру организмов скорость метаболизма выше, чем у крупных особей своего или близких видов. Соответственно, если это позвоночные животные, то относительно мелкие особи чаще дышат, их сердце бьётся в повышенном ритме. Эту особенность биологических часов подтверждают самые мелкие зверьки - землеройки, которые за сутки успевают, по меньшей мере, четыре раза поохотиться и четыре раза поспать. Очевидно, что за один оборот Земного шара вокруг своей оси они проживают несколько биологических суток, а за месяц своей жизни, может, даже и астрономический год. Значит, если в качестве критерия продолжительности жизни взять не стрелки часов, а периодические события, происходящие в организме, то вполне резонным будет поставить вопрос, а кто на самом деле дольше живёт: волчица, успевающая в течение своей жизни дать жизнь нескольким десяткам потомков, но живущая самое большее 30 лет, или слониха, родившая трёх-четырёх слонят, продолжительность жизни которой шесть-семь десятков лет.
Сколько живут растения. Разную продолжительность жизни имеют и растения. Древенистые растения созревают медленнее и вступают в период плодоношения гораздо позже травянистых, а потому понятно, что и срок их жизни больше. Деревья имеют самую высокую продолжительность жизни из всех обитателей Земли. При этом самыми большими долгожителями являются представители отдела Хвойные. Это обитатели главным образом горных систем американского континента: сосна остистая, секвойя-дендрон гигантский (мамонтовое дерево) и мексиканский кипарис, а также представитель европейской горной флоры, произрастающий, в том числе и в Карпатах, — тис ягодный. Долгожитель-рекордсмен — сосна остистая. В горах Сьерра-Невада нередки экземпляры, возраст которых достигает 4 тыс. лет. Самые старые особи настолько уникальны. что имеют собственные имена. Возраст древнейшего дерева, названного Мафусаилом, составляет 4,9 тыс. лет. Можно подумать, что этот вид сосен живёт в идеальных условиях, но всё с точностью до наоборот: растут они на крутых каменистых склонах на большой высоте, в местах с дефицитом осадков и ураганными ветрами. Поэтому растут крайне медленно, а потому и долго живут (рис. 93, а—в).
Есть долгожители и среди цветковых растений. Вызов сосне остистой бросил баобаб африканский (рис. 93, г), который считают восьмым чудом света. Радиоуглеродный метод показал, что возраст деревьев диаметром ствола 4,6 м, которые и сейчас ещё встречаются в Африке, более 5,5 тыс. лет, а ведь ещё 200 лет назад росли экземпляры баобабов со стволами до девяти метров в диаметре.
Рис. 93. Долгожители растительного мира Земли: а — сосна иглистая; б — мамонтовое дерево; в — тис ягодный; г — баобаб.
Во флоре Украины также есть свои растения-долгожители. Наряду с тисом ягодным к ним относится и обычный вид наших лесов дуб черешчатый. Созревают молодые дубки поздно, жёлуди впервые появляются только у 60—80-летних деревьев, а доживает дуб до 1,5 тыс. лет. Один из лучших медоносов липа мелколистая обычно живёт 200—400 лет, но есть и 500-летние экземпляры. Первое цветение у этого дерева наблюдается в возрасте 20 лет. Сосна обыкновенная живёт, самое большее, до трёхсот лет, обычно до 150, входит в плодоношение в 15 лет. Самые быстрорастущие растения украинских лесов — ивы и тополя, живут не более 100 лет, созревая уже в 10-летнем возрасте.
Старение и продолжительность жизни человека. Старение — снижение физических возможностей человека на уровне физиологических функций можно проиллюстрировать следующим образом. Оказывается, у 75-летнего мужчины по сравнению с 30-летним на 10 % снижена скорость проведения нервных импульсов, кровоснабжение мозга осуществляется только на 80 %, а сердца — на 75 %, скорость фильтрации мочи в почках снижена на 29 %, а работоспособность скелетных мышц падает на 30—40 %. Эти изменения в функциях органов обусловлены их структурными изменениями. Так, количество вкусовых рецепторов у пожилого мужчины меньше на 64 %, почечных канальцев — на 47 %, аксонов спинного мозга — на 37 %, просветы кровеносных сосудов из-за отложения холестериновых бляшек, уже на 29 %, а жизненный объём лёгких снижен на 44 %.
Рис. 94. Теломерные участки хромосом, наличие которых позволяет клеткам человека делиться не более чем 50 раз.
Благодаря достижениям современной медицины продолжительность жизни людей возросла почти вдвое. Историки утверждают, что на протяжении почти всей человеческой истории средняя продолжительность жизни была очень небольшой — примерно 30—35 лет. Начиная с XVIII века, всё больше и больше людей стали доживать до преклонного возраста. Теперь средняя продолжительность жизни, в зависимости от уровня жизни населения, в разных странах составляет 60—80 лет. Но самое интересное, что при этом не удаётся увеличить максимальный возраст человека. А какова же максимальная продолжительность жизни человека вообще? Официально установленный рекорд долгожительства, очевидно, принадлежит француженке Жанне Кальман, которая родилась в 1875, а умерла в 1997 году, прожив 122 года и 164 дня. В первую десятку официальных долгожителей входит и наш соотечественник, житель небольшого городка Львовской области Григорий Нестор, проживший чуть более 116 лет. Очевидно, возрастной предел, установленный человеку его организмом, не превышает 120 лет, хотя можно встретить упоминания о 140—160-летних, и, как легенду, — о 200-летних долгожителях. Однако в те далёкие времена, когда они родились, не было строгой регистрации рождения, а потому правильность даты их появления на свет очень часто вызывает большие сомнения.
Почему наступает старение и с чем связаны необратимые возрастные нарушения? С одной стороны, ответ на этот вопрос лежит на поверхности. Многие учёные считают, что старение человеческого организма подобно износу техники. Однако, с другой стороны, организм, в отличие, например, от автомобиля, является саморегулирующейся и самовозобновляющейся системой, поэтому неправильно сводить процесс старения просто к необратимому износу отдельных органов — деталей организма.
Часто учёные объясняют старение процессами, протекающими на молекулярном уровне организации. Это и накопление ненужных активных веществ — химических радикалов (вспомните, какие вещества называют химическими радикалами и почему они такие активные). Они взаимодействуют с белками и нуклеиновыми кислотами, вызывая в них повреждения, нарушающие их функции. Так взаимодействия радикалов с ДНК приводят к точковым мутациям, следствием которых являются нарушения структуры белка. К этому следует прибавить, что мутации в клетках могут вызываться и другими факторами (вспомните, что такое спонтанный мутагенез). Мутации имеют свойство накапливаться в течение жизни, и потому в старых клетках синтезируется много «неправильных» белков.
Существуют и другие теории старения. Оказалось, что клетки человека могут делиться самое большее 50 раз, после чего погибают. Выяснилось, что причиной их запрограммированной смерти является то, что после каждого клеточного деления от концевого, по-особому устроенного участка хромосомы, называемого теломерой (от грец. телос — конец и мерос — часть) (рис. 94), особые ферменты как бы «откусывают» небольшие кусочки. После 50 делений вся теломера «съедается», и клетка погибает. Исследования показали, что у организмов, клетки которых способны к бесконечному числу делений (одноклеточные организмы, многоклеточные растения и животные, которые могут размножаться вегетативным путём), существует специальный фермент теломераза, которая восстанавливает утраченные участки.
Именно поэтому многие учёные считают, что максимальный срок жизни человека можно продлить только путём генной инженерии. Если внедрить в клетки человека ген, кодирующий теломеразу, можно обеспечить им бесконечное число делений, открыв путь к бессмертию.
Что необходимо знать, чтобы жить дольше. Организмы одного вида отличаются друг от друга максимальной продолжительностью жизни точно так же, как и размерами тела, плодовитостью, скоростью роста и другими индивидуальными параметрами. Не составляет исключения и вид человек разумный. От чего это зависит? Прежде всего, от генетической составляющей. Хорошо известно, что у родителей-долгожителей и дети долгожители. Кроме того, очень важно жить в экологически чистой среде. Не случайно среди горных народов больше всего людей, возраст которых превысил 100 лет. Очень важно вести здоровый образ жизни: не курить, не принимать наркотики, не злоупотреблять спиртным и не переедать, есть простую, здоровую пищу и пить чистую воду. Важной составляющей долголетия является и жизненная активность. Давно замечено, что все долгожители до самых последних дней жизни занимались физическим или интеллектуальным трудом.
Важной характеристикой постэмбрионального развития является степень его протяжённости во времени, которую и называют периодом жизни. Разные виды организмов имеют неодинаковую продолжительность периода жизни, обычно она выше у крупных организмов с медленным темпом роста и созревания. У высших животных долгожителями являются виды с хорошо развитым головным мозгом. К животным долгожителям относят и человека.
Проверьте себя
1. Что называют периодом жизни млекопитающих? 2. Какие признаки характерны для животных-долгожителей? 3. Какие организмы следует считать самыми большими долгожителями и какого возраста они достигают? 4. Какие существуют теории старения?
Как вы считаете?
1. Почему период эмбриогенеза всегда существенно короче периода постнатального онтогенеза и для всех ли живых существ это положение справедливо? 2. Горные виды хвойных растений также, как и люди-горцы являются самыми большими долгожителями. Как вы думаете, это случайность или закономерность? Ответ обоснуйте.