Starzenie się, śmierć, nieśmiertelność

Dlaczego starzejemy się i umieramy? Dlaczego nie możemy żyć wiecznie? Pytania te sugerują jakąś intencję lub plan. Ewolucja, bo to ona jest właściwym adresatem tych pytań, niczego nie planuje. Śmierć jako eliminacja „zużytych” osobników po prostu się ewolucji opłaca w realizacji misji – jak najdalszej podróży genów w czasie. „Samolubnych genów”, jak obrazowo określa je Richard Dawkins.

Rezerwy biologiczne/energetyczne są dużo szybciej zużywane przed wydaniem potomstwa, zostawiając względnie niewielkie ilości zasobów „na starość”. Gatunek jako przedmiot ewolucji nie będzie czerpał korzyści z dalszego życia swoich długowiecznych przedstawicieli. Osobniki długowieczne są dla ewolucji ciężarem, zbędnym kosztem. Ekonomia przetrwania wymusza wykształcenie mechanizmów eliminacji „spełnionych” rodziców. I takie mechanizmy istnieją, są widoczne, chyba najwyraźniej u łososi, umierających wkrótce po wyczerpującej wędrówce w górę macierzystej rzeki i odbyciu tarła.

Każdy organizm, rodząc się, posiada rezerwę fizjologiczną, zdolność do samonaprawy naturalnych zmian na poziomie molekularnym. Po przekroczeniu wieku reprodukcyjnego to pozostała rezerwa fizjologiczna w dużym stopniu decyduje o długowieczności organizmu. Z czasem ulega ona wyczerpaniu i nie jest w stanie nadążyć z regeneracją organizmu w tempie odpowiadającym tempu starzenia się. W świecie zwierząt powoduje to osłabienie motoryki, refleksu, ostrości widzenia, ogólnej odporności organizmu, czyli cech decydujących o przetrwaniu. Konsekwencją jest coraz wyższe z wiekiem prawdopodobieństwo, że organizm padnie ofiarą choroby, drapieżnika czy nieszczęśliwego wypadku. Z punktu widzenia ewolucji jest to korzystne, gdyż wydane wcześniej potomstwo jest odciążone od niepotrzebnych „wydatków”, a zaoszczędzone zasoby może przeznaczyć na własny rozwój w kierunku wydania i odchowania własnego potomstwa.

Wszelkie wysiłki mające na celu przedłużenie życia, opóźnianie starości, a nawet nieśmiertelność, są ciężką walką z dobrze przygotowaną do zabijania Naturą i jej mechanizmami doskonalonymi przez setki milionów lat, próbą jej przechytrzenia. Medycyna, jedna z najstarszych dziedzin naszej aktywności jest elementem tej walki. Sukcesy medycyny najlepiej widać po średniej długości życia. W 1950 roku wynosiła ona 47 lat, w 2020 roku były to już 72 lata. Ale ponieważ apetyt rośnie w miarę jedzenia, marzy nam się przekroczenie setki, a może nawet nieśmiertelność.

Przyczyny starzenia [się] – różne teorie

Trochę żartem wziąłem „się” w nawias kwadratowy. To zaimek zwrotny, odpowiednik zaimka „siebie”, co oznaczałoby, że starzejemy siebie, jesteśmy panami swojego starzenia. Niestety, tak nie jest, jesteśmy „starzeni” przez Kogoś. Tym Kimś jest Ewolucja, która starzeje nas rękami Biologii, a ta z kolei posługuje się Chemią. Na samym końcu jest Fizyka, a konkretnie druga zasada termodynamiki, która mówi o stałym i nieuchronnym wzroście entropii w każdym układzie zamkniętym. Wzrost entropii to nic innego jak fizyczny odpowiednik starzenia [się], prowadzącego do śmierci biologicznej.

Istnieje wiele teorii starzenia [się].

Podejście ewolucyjne dzielimy na dwie kategorie, różniące się definicją jednostki podlegającej ewolucji. Teoria altruistycznego samobójstwa zakłada, że tą jednostką jest grupa osobników dysponująca ograniczonymi zasobami. Grupa dzieli się na dwie podgrupy: podgrupę osobników młodych, w wieku rozrodczym i podgrupę „starych”. Osobniki stare poświęcają się dla dobra całej grupy aktywując geny prowadzące do śmierci. Nie jest to oczywiście świadoma decyzja o samobójstwie, ale wynik zmian w komórkach prowadzących do ewolucji gatunku/grupy w tym właśnie kierunku. Altruiści mogą w wyniku ewolucji szybciej się rozprzestrzeniać ponieważ ich potomstwo będzie miało lepsze warunki do rozmnażania się. Przedstawiony mechanizm może się wydawać dość dziwny, ale pamiętajmy, że decyzje podejmuje dobór naturalny działający w interesie grupy i poświęcający pojedyncze osobniki w imię wspólnego dobra (czytaj: przetrwanie grupy). Podobnie jak poniżej opisana teoria „samolubnego genu”, tu mamy do czynienia z „samolubną grupą”. Pojedynczy członkowie grupy nie mają nic do powiedzenia.

Innym podejściem ewolucyjnym jest teoria „samolubnego genu” gdzie przedmiotem ewolucji są pojedyncze geny. Dobór naturalny preferuje geny lepiej dbające o swoją replikację, które w wyniku tego zwiększają swoje szanse na przedłużenie „życia” na następne pokolenia. Organizmy rozmnażające się wegetatywnie lub przez podział nie starzeją się, ponieważ geny letalne są ewolucyjnie eliminowane z organizmu jako hamujące proces replikacji. Nieco inaczej sprawy się mają u organizmów rozmnażających się płciowo. Geny letalne, które pojawiają się w młodym wieku są ewolucyjnie eliminowane ponieważ organizm nie wydał jeszcze odpowiedniej liczby potomków. Jednakże presja ewolucyjna na eliminację genów letalnych słabnie wraz z każdym nowym potomkiem. Niektóre geny, korzystne dla szansy przeżycia organizmu, stają się na starość letalne, co jest dla nich korzystne, ponieważ eliminują osobniki stare i zwiększają w ten sposób swoje szanse na przeżycie w organizmach żyjących potomków.

Istnieją też teorie wiążące śmierć organizmu z naturalnymi przemianami biochemicznymi. Teoria wolnorodnikowa mówi, że bardzo aktywne chemicznie wolne rodniki gromadzące się w komórkach przyspieszają starzenie poprzez degenerację błon komórkowych.

Peter Medawar sformułował w 1952 roku teorię, według której starzenie się jest skutkiem opóźnionego ujawniania się mutacji nagromadzonych w czasie dotychczasowego życia organizmu.

Nieco później, w 1957 roku, George Williams uzupełnił teorię Medawara o wyjaśnienie na gruncie opłacalności ewolucyjnej. Otóż zdaniem Williamsa geny, które przed osiągnięciem wieku reprodukcyjnego działały na korzyść, w okresie późniejszym mają działanie destrukcyjne.

Rozwinięciem teorii Williamsa były prace Thomasa Kirkwooda z 1977, które również, posługując się „ekonomiką ewolucyjną”, bazowały na ograniczonych zasobach będących w dyspozycji organizmu. Kirkwood podzielił komórki na dwie grupy (linie): komórki płciowe i somatyczne. Komórki płciowe mają, w odróżnieniu od komórek somatycznych, ekstremalnie skuteczne mechanizmy naprawcze, gdyż po spełnieniu obowiązku prokreacyjnego, utrzymanie organizmu w pełnej sprawności, a tym bardziej wiecznie, jest zwyczajnie nieopłacalne. Komórki zaczynają się starzeć i po pewnym czasie organizm jest eliminowany z populacji.

Komórki płciowe nie starzeją się, a podział na dwie linie – płciową i somatyczną pozwolił na budowanie bardziej złożonych organizmów poprzez selektywne aktywowanie genów w różnym czasie od zapłodnienia. Jest to korzystne dla „samolubnych genów”, ale oznacza też narodziny śmierci jako koniecznego składnika życia.

Śmierć komórkowa

Wszystkie zdrowe komórki somatyczne są śmiertelne. Za śmierć komórki odpowiadają telomery, które, oprócz ważnej funkcji zabezpieczającej chromosom przed uszkodzeniem podczas podziału, skracają się przy każdym podziale komórkowym. Telomer nie zawiera żadnych genów, nie koduje białek, jest to powtarzająca się (u człowieka 10 tysięcy razy w chwili zapłodnienia, potem telomer staje się coraz krótszy) sekwencja TTAGGG. Tylko komórki nieprawidłowe lub nowotworowe są nieśmiertelne ponieważ wykazują ekspresję enzymu telomerazy, który zapobiega skracaniu się telomerów. Telomeraza, enzym syntetyzujący telomerowe DNA, nie ulega ekspresji w większości ludzkich komórek somatycznych, jest za to aktywowana podczas podczas powstawania nowotworu. Wykazano też, że wstawienie podjednostki katalitycznej genu telomerazy do normalnych komórek powoduje ich unieśmiertelnienie.

Ryc. 1 Rodzaje śmierci komórkowej.
Źródło: http://www.e-biotechnologia.pl/artykuly/apoptoza

Telomer pełni rolę zegara biologicznego każdej komórki. Ponieważ telomer jest stabilizatorem chromosomu, jego brak oznacza śmierć komórki poprzez zatrzymanie cyklu komórkowego i niedopuszczeniu do replikacji uszkodzonego DNA. Jest to więc mechanizm zabezpieczający. Ze śmiercią komórkową wiąże się tzw. limit Hayflicka oznaczający liczbę podziałów komórkowych, zanim nastąpi apoptoza. Limit Hayflicka zależy od rodzaju komórki i organizmu, u człowieka wynosi około 50. Istnieje też dodatnia korelacja między liczbą pozostałych podziałów a długością telomerów. Tu ważna uwaga: nie dotyczy to komórek macierzystych, które mogą dzielić się bez ograniczeń; oraz oczywiście komórek nowotworowych. Im bliżej limitu Hayflicka, czyli im krótszy telomer, tym więcej objawów starzenia się komórki, a więc limit Hayflicka jest jedną z przyczyn starzenia się organizmu.


Ryc. 2 Komórka i jej materiał genetyczny.
Źródło shutterstock, licencja https://www.shutterstock.com/pl/license 

Czy jest o co walczyć?

Mechanizm śmierci komórkowej dotyczy wszystkich organizmów wielokomórkowych, a nieśmiertelność rozumiana jako życie wieczne w zdrowiu i pełnej sprawności jest niemożliwe. Za to przedłużanie średniej wieku oraz spowalnianie starzenia, jako zespołu objawów – jak najbardziej możliwe i osiągalne. Są gatunki zwierząt wykazujących się tzw. znikomym starzeniem się. Oznacza to, że organizmy te nie wykazują zauważalnej utraty cech umożliwiających przeżycie (siła fizyczna, jakość zmysłów, mobilność) oraz utraty zdolności rozrodczych. Należą do nich między innymi: rekin grenlandzki (400 lat), małż oceaniczny Quahog (507 lat).

Jest także gatunek, który możemy nazwać biologicznie nieśmiertelnym. Jest to hydra (stułbia) z rodzaju stułbiopławów, maleństwo wielkości 10 milimetrów. Komórki hydry są w zasadzie komórkami macierzystymi, odnawiającymi się w sposób porównywalny do ludzkich komórek macierzystych. Hydry były badane przez Daniela Martineza, biologa z Pomona College. Cykl życia zwierząt był analizowany poprzez obserwację utraty płodności w pewnym wieku oraz zwielokrotnienie śmiertelności. U hydr nie zaobserwowano procesu spadku płodności. Wniosek Martineza był zaskakujący: hydry są, jako organizmy, nieśmiertelne. Przypadek hydry jest też zadziwiający z innego powodu. Dotychczas uważano, że starzenie się jest naturalną konsekwencją wzrostu złożoności budowy organizmu. Jednokomórkowce są w pewnym sensie nieśmiertelne. Każdy podział to cofnięcie ich zegara biologicznego.

Ryc. 3 Hydra vulgaris (stułbia pospolita), badana przez Daniela Martineza
Źródło: David Plachetzki, University of California

Wyjaśnienie przypadku hydry nie musi zaprzeczać tym założeniom. Polscy naukowcy: dr Dańko, dr Schaible i prof. Jan Kozłowski z Uniwersytetu Jagiellońskiego na łamach „Journal of Theoretical Biology” opisali fenomen hydry w sposób nie łamiący kanonów biologii. Ich zdaniem uszkodzone komórki hydry są „skłaniane” do popełnienia komórkowego samobójstwa, a ich miejsce natychmiast zajmują nowe komórki powstałe z komórek macierzystych, które są w stanie zastąpić każdą komórkę somatyczną. Regeneracja hydry nie jest jednak typowym mechanizmem biologicznym. Jej komórki macierzyste nie są takie same, są zróżnicowane i wykonują także zadania typowe dla komórek somatycznych. Jest ich także bardzo dużo, co zapewnia ciągłe odnawianie organizmu.

Jednym z wniosków wynikających z badania stułbi (hydr) jest związek śmierci z rozmnażaniem płciowym. Stułbie z gatunku Hydra oligactis (stułbia szara) traciły „wieczną młodość” z chwilą przejścia z rozmnażania bezpłciowego na płciowe, znacznie bardziej energochłonne i wymagające odpowiedniej gospodarki energią. Ewolucja próbuje poradzić z tym problemem. Przykładem jest stułbiopław Turritopsis, który ma dwie fazy rozwojowe: polipa i meduzy. Polipy rozmnażają się bezpłciowo, więc nie następuje kumulacja degeneracji tkanek. Potomstwem polipa są meduzy o zróżnicowanych tkankach, rozmnażające się płciowo, a w związku z tym podatne na starzenie się i śmierć. Meduzy jednak nie umierają tylko „cofają się w rozwoju” do postaci polipa, odnawiając swoje tkanki. Taki cykl rozwojowy zapewnia Turritopsis wieczną młodość i nieśmiertelność.

Co z tą nieśmiertelnością? Będzie czy nie będzie?

Raczej nie będzie, ale starać się trzeba, cytując klasyka. Jednym z podstawowych motorów napędzających działania władców było pragnienie nieśmiertelności. Nieuchronność śmierci, losu zrównującego biedaków i bogaczy, zawsze była bodźcem do spekulacji i badań, od starożytności do dziś.

Warto zacytować Milana Kunderę, który potraktował temat zarazem poważnie i ironicznie („Nieśmiertelność”):
Wiesz, to naprawdę bardzo osobliwe. Bycie śmiertelnym jest najbardziej podstawowym ludzkim doświadczeniem, a jednak człowiek nigdy nie był w stanie tego zaakceptować, pojąć i odpowiednio się zachować. Człowiek nie wie, jak być śmiertelnym”

Jeszcze Pascal:
[…]ci… którzy uważają, że mężczyźni są nierozsądni, spędzając cały dzień na gonieniu zająca… nie znają naszej natury. Zając sam w sobie nie zasłoni nam widoku śmierci i nieszczęść; ale pościg, który odwraca naszą uwagę od nich, faktycznie nas zasłania.”

Już starożytni Egipcjanie… Egipcjanie uważali, że dusza jest nieśmiertelna, nawet w martwym ciele. Balsamowali więc ciała faraonów, wyposażali je w przedmioty codziennego użytku i składali w monumentalnych sarkofagach-piramidach.

Grecy także wierzyli w nieśmiertelną duszę. Sokrates (a także Platon) uważał duszę za istotę człowieczeństwa, rozumu, osobowości.

Wszystkie cywilizacje poszukiwały eliksiru nieśmiertelności.

Prace średniowiecznych uczonych skupiały się nie tyle na nieśmiertelności co na eliksirze wiecznej młodości. Kamień filozoficzny, oprócz zdolności przemiany ołowiu w złoto, miał też służyć do wytwarzania eliksiru życia (elixir vitae) zapewniającego nieśmiertelność i wieczną młodość każdemu, kto go wypije. Jako, że powstawała wtedy nauka o przemianach, powstające teorie łączyły przemiany chemiczne ze zmianami, jakie substancje te powodowały w organizmie człowieka.

Początki współczesnych badań nad nieśmiertelnością to krionika, czyli pomysł zamrażania organizmów w ciekłym azocie, w nadziei rozmrożenia w czasach, kiedy będzie to możliwe bez bezpowrotnego zniszczenia organizmu. Pierwszym odważnym (i bogatym) człowiekiem, który odważył się na zamrożenie był podobno Walt Disney, śmiertelnie chory na raka płuc. Jednak według wiarygodnych źródeł, Disney zmarł i został pochowany „klasycznie”, bez udziału krioniki. Pierwszym prawdziwym eksperymentem krionicznym było zamrożenie Jamesa Hirama Bedforda, też chorego na raka, w 1967 roku. Usługę krioprezerwacji (ładnie brzmi :)) wykonano dotychczas ok. 300 razy, a kolejka żyjących liczy parę tysięcy osób.

Czy zatem warto pracować nad nieśmiertelnością? Oczywiście, że warto. Chociażby dlatego, że po drodze możemy dokonać wielu odkryć, które umożliwią wydłużenie życia ciała człowieka do 120-130 lat, nawet w ciągu kilkudziesięciu najbliższych lat.

Najbardziej obiecujące kierunki badań to:

Wariant 1: człowiek-hydra
Sklonowanie ludzkich embrionów, przeprogramowanie i wszczepienie do organizmu człowieka mogłoby zapewnić ciągłą regenerację zużywających się organów złożonych z komórek somatycznych (starzejących się wskutek skracania telomerów).

Wariant 2: wyłączenie lub przeprogramowanie genów śmierci
Inżynieria genetyczna na tym poziomie to pieśń odległej przyszłości. Co prawda Robert Horvitz oraz Brytyjczycy Sydney Brenner i John Sulston otrzymali nagrodę Nobla w 2002 roku za prace nad genetyczną regulacją rozwoju organów oraz genami uczestniczącymi w programowanej śmierci komórek, ale…
Prace trwają. w 2012 John B. Gurdon, Shinya Yamanaka otrzymali Nobla za odkrycia dowodzące, że dojrzałe komórki mogą być przeprogramowane w macierzyste komórki pluripotentne.

Wariant 3: nanotechnologia
Postępy w nanotechnologii mogą spowodować, że nanoroboty mogą, po wprowadzeniu do krwiobiegu, naprawiać chore komórki lub likwidować komórki nowotworowe, przyczyniając się w ten sposób do przedłużenia życia.

Wariant 4: cyborgizacja
Cyborgi (od ang. cybernetic organism – organizm cybernetyczny) już istnieją. Bo czym innym jest człowiek z implantem rozrusznika serca jak nie połączeniem organizmu i maszyny? Albo wszczepiona pompa insulinowa u chorego na cukrzycę. Postęp w tej dziedzinie na pewno będzie się dokonywał coraz odważniej i nie tylko w celu podniesienia sprawności motorycznej ale także dla ratowania zdrowia i życia.

Na koniec chciałbym przypomnieć przepowiednię futurologa Raymonda Kurzweila, że do roku 2030 ludzie opanują nieśmiertelność. Brzmi odważnie, zwłaszcza, że mamy rok 2023 i w dalszym ciągu nie możemy sobie poradzić z bardziej przyziemnymi problemami, na przykład głodem i wojną, ale… Ten były inżynier Google i wizjoner trafnie przepowiedział upowszechnienie się laptopów i wygraną komputera IBM z mistrzem szachowym Garrim Kasparowem. Kurzweil przewiduje też, że do roku 2045 inteligencja ludzka zespoli się ze sztuczną inteligencją, powiększając zbiorowy potencjał intelektualny miliardkrotnie. Możemy te przewidywania traktować z przymrużeniem oka, ale pamiętajmy, że Ray Kurzweil przewidział też, że do roku 2010 ludzkość będzie miała powszechny i ciągły dostęp do szybkiego internetu. Sprawdzalność przewidywań Kurzweila (było ich w sumie 147) wynosi 86%, a to daje dużo do myślenia.

Źródła:

  1. L. Hayflick, “The illusion of cell immortality” https://www.nature.com/articles/6691296.pdf
  2. L. Hayflick “How and why we age” https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9951612/
  3. “Czy nieśmiertelność jest możliwa, czy starzenie się jest nieuniknione?” https://www.lifespan.io/news/is-immortality-possible/
  4. “Wieczna młodość jest możliwa” https://www.polityka.pl/tygodnikpolityka/nauka/1694598,1,wieczna-mlodosc-jest-mozliwa.read
  5. “Nieśmiertelność i strach przed śmiercią” https://www.nypl.org/blog/2016/02/04/immortality-fear-death
  6. “Intimations of Immortality” https://www.science.org/doi/10.1126/science.288.5463.59
  7. “Oszukać śmierć – historia, teraźniejszość i perspektywy krioniki” https://biotechnologia.pl/biotechnologia/oszukac-smierc-historia-terazniejszosc-i-perspektywy-krioniki,20771
  8. “Apoptoza” http://www.e-biotechnologia.pl/artykuly/apoptoza
  9. “Hail the Hydra, an Animal That May Be Immortal” https://www.livescience.com/53178-hydra-may-live-forever.html
Udostępnij wpis

2 thoughts on “Starzenie się, śmierć, nieśmiertelność

  1. Jestem pewien, że jak ludzie opanują w tak krótkim okresie nieśmiertelność to w dłuższym wszyscy umrą. Wszyscy na tej planecie. Do nieśmiertelności trzeba ogarniętego społeczeństwa, które rozwiązało już swoje podstawowe problemy. Problemem społeczeństwa nie jest umieranie, problemem społeczeństwa jest brak życia w harmonii i zgodzie z innymi ludźmi i całą planetą. Do tego jeszcze bardzo bardzo daleko. Przecież nasza obecność na tej planecie za kilkadziesiąt lat stoi pod znakiem zapytania.

    3
  2. W wielu przypadkach losów ludzkich śmierć jest wybawieniem. Ze względu na to co jesteśmy w stanie uczynić zadając cierpienie drugiemu człowiekowi. Niewyobrażalna dla mnie byłaby możliwość więzienia kogoś setki lat, niewolnictwa, zmuszania do nierządu. Wówczas o wiele częściej bylibyśmy świadkami samobójstw.
    Chętnie przeżyłbym 130 lat ale zachowując stan ciała 20-latka przez np 80 lat życia, a nie chodzącego w egzoszkielecie starca z wymiennym pojemnikiem pod skórą do podawania różnych substancji utrzymujących resztki naszego życia w sflaczałym worku zwanym ciałem.
    Z drugiej strony nasza długość życia względem wieku obserwowanego wszechświata jest kpiną, mrugnięcie powieki.
    Jestem bardzo ciekawy również co stanie się z naszą świadomością po pierwszym zrzucie danych z mózgu do komputera.
    Odnośnie tego czy ewolucja coś “planuje” – nie mamy o tym pojęcia, tak jak nie mamy pojęcia co zapoczątkowało powstanie wszechświata, nawet jeśli pulsuje, czy też realizuje się równolegle do innych.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *