Факультет гуманитарных и социальных наук
Кафедра социальной философии
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Основы биологии» на тему:
Старение и смерть биологических организмов.
Старение биологических организмов.
Старение — это закономерный, нарастающий во времени процесс, ведущий к снижению приспособительных возможностей организма и увеличению вероятности смерти. Нет единого мнения по вопросу о том, с какого момента онтогенеза начинается старение. Согласно одной из крайних точек зрения, старение начинается с момента образования зиготы. Согласно другой точке зрения, важным показателем старения является прекращение функции размножения. Очевидно, что старение начинается еще в период устойчивого функционирования всех систем организма, в том числе и половой. Есть мнение, что снижение некоторых функций начинается по окончании периода роста организма, что для человека соответствует возрасту 20—30 лет.
Проявления старения достаточно очевидны и разнообразны. На организменном уровне это поседение волос, снижение эластичности кожи и сократительной способности мышц, уменьшение дыхательного объема легких, снижение функций пищеварительных, щитовидной и половых желез, остроты зрения и слуха, работоспособности нервных центров. Наряду со снижением ряда показателей некоторые функции не изменяются, а интенсивность отдельных даже повышается. Важнейшие показатели внутренней среды, такие как уровень сахара в крови, кислотно-щелочное равновесие, состав клеток крови, заметно не изменяются, но при функциональных нагрузках проявляется неспособность организма к быстрому их восстановлению. Содержание холестерина в крови, например, с возрастом повышается. Таким образом, при старении наблюдаются разнонаправленные изменения органов и систем. Время проявления и скорость нарастания этих изменений также неодинаковы. Так, вилочковая железа начинает атрофироваться после достижения половой зрелости, а половые железы у женщин — в 48—52 года. Некоторые люди седеют постепенно начиная с 25—27 лет, а другие довольно быстро, но в более старшем возрасте.
В процессе старения отмечается уменьшение количества клеток в обновляющихся тканях, таких как кожный эпителий и кровеносная ткань. Уменьшается также число клеток, образующих антитела, вследствие чего страдает иммунологическая защита организма. В клетках многих тканей и органов снижается уровень энергетических и пластических процессов. В тканях, сохраняющих способность к делению клеток, сокращается количество митозов. В клетках, утративших способность к делению, например нервных, накапливается пигмент «изнашивания» липофусцин.
Процесс старения происходит не только на организ-менном и клеточном уровне, но и на молекулярном. Изменяются в неблагоприятную сторону физико-химические свойства белков, что нередко снижает их ферментативную активность. Можно думать, что с некоторых генов перестает считываться информация, падает интенсивность синтеза РНК. Стареющая клетка хуже отвечает на регулирующие воздействия внешнего окружения.
Очень интересно, что в большинстве клеток, тканей и органов проявления старения носят мозаичный характер. Наряду с измененными органеллами и клетками всегда встречаются такие, строение и функции которых совершенно нормальны. Благодаря этому даже в глубокой старости многие жизненно важные функции протекают на достаточном для поддержания жизни уровне.
В связи с многообразием возрастных изменений к настоящему времени высказано более 200 различных гипотез старения, но ни одна из них пока не стала общепризнанной теорией. Тем не менее все больше исследователей склоняется к признанию первичности изменений в наследственном аппарате клеток. Вместе с тем признается также немалая роль в старении и условий среды. Следует помнить, однако, что в самом онтогенезе кроется биологическая необходимость смерти, которая реализуется через старение. После выполнения функции размножения, обеспечивающей смену поколений и поддержания жизни на видовом и более высоких уровнях организации жизни, организм закономерно стареет, что сопровождается нарастанием несоответствия между его структурно-функциональными возможностями и теми требованиями, которые к нему предъявляются средой обитания. В некоторый момент это несоответствие оказывается настолько значительным, что организм погибает.
С проблемой старения тесно связан вопрос о продолжительности жизни. Установлено, что каждый вид организмов характеризуется своей, типично видовой средней продолжительностью жизни. Типично видовую продолжительность жизни определяют возрастом, до которого доживает 20% представителей данного вида. Наряду с этим в пределах каждого вида организмы различаются по продолжительности жизни, т. е. существует диапазон долголетия особей внутри вида. Диапазон долголетия определяют как отношение максимальной продолжительности жизни к типично видовой. Максимальной продолжительностью жизни называют предельный возраст, достигаемый отдельными организмами — долгожителями (рис. 49). Обращает на себя внимание, что диапазон долголетия у разных видов достаточно сходен. Таким образом, различия в продолжительности жизни особей внутри вида менее выражены, чем различия в продолжительности жизни организмов разных видов млекопитающих. Это свидетельствует о генетическом контроле продолжительности жизни. Подтверждают это и другие примеры. У долгожителей, проживших 80 лет и более, и родители чаще были долгожителями, чем у людей, умерших до достижения ими 80 лет. Продолжительность жизни у однояйцовых близнецов, как и многие другие признаки, различается гораздо меньше, чем у двуяйцовых. В различных районах мира, у разных народов средняя продолжительность жизни мужчин ниже, чем женщин. Таким образом, роль наследственности в определении продолжительности жизни и развитии возрастных изменений несомненна. Вместе с тем нет оснований Думать о существовании особых генов долголетия.
В соответствии с генетическими особенностями вида для человека возраст, когда начинается интенсивное старение, колеблется в пределах ±15 лет. Эти колебания в некоторой степени зависят от условий и образа жизни.
Значение условий жизни подтверждается тем, что средняя продолжительность жизни людей в далеком (палеолит и неолит, Древняя Греция, Римская империи) и даже менее отдаленном (XIII и XIV века нашей эры) прошлом составляла 20—40 лет. В развивающихся странах средняя продолжительность жизни составляет 40— 50 лет, что значительно ниже, чем в развитых странах (67—77 лет). Существенный скачок, увеличивший среднюю продолжительность жизни до 73—75 лет, связан с научно-техническим прогрессом XX века. Главными причинами этого является предотвращение эпидемий особо опасных инфекций и снижение детской смертности. В наши дни наиболее частые причины смерти — это сердечно-сосудистые заболевания и злокачественные опухоли, свойственные старшим возрастам, а также травмы.
Возрастной состав человечества сдвигается к более старшему возрасту, «население стареет». По данным на 1980 г., доля населения в возрасте 60 лет и старше во многих развитых в экономическом отношении странах достигла 20%. Вместе с тем темп роста продолжительности жизни стал замедляться. По мнению некоторых исследователей, это означает, что человечество приблизилось к порогу типично видовой продолжительности жизни. Считают, что даже устранение сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний прибавит не более 10 лет. Делается вывод о том, что реальная продолжительность жизни человека как вида составляет 80— 100 лет. В литературе описаны «рекорды» долголетия. Так, английский крестьянин Томас Парр родился в XV в., а умер в XVII, прожив свыше 152 лет. После смерти его вскрыл великий Гарвей, у которого возраст Парра не вызвал сомнений. Семейная жизнь венгров Джона и Сарры Равель длилась 147 лет: жена умерла в возрасте 164 лет, муж — 172 лет.
В связи с увеличением в общей структуре населения развитых стран доли людей преклонного возраста перед правительствами и медициной ставятся важные задачи. Необходимо, чтобы стареющие и старые люди как можно дольше сохраняли способность к активной жизни и могли приносить обществу посильную пользу. Вот почему у нас в стране сейчас уделяется все больше внимания разработке методов лечения, а главное способов профилактики преждевременного старения и заболеваний, сопутствующих старости.
Многочисленные эксперименты на животных, а также наблюдения на человеке показывают, что среда обитания и образ жизни влияют на продолжительность жизни отдельных особей в пределах типично видовой продолжительности. Высокая температура, частая смена климатических условий, ионизирующее облучение, переедание, гиподинамия и безделье укорачивают жизнь. Напротив, снижение температуры тела, систематическая мышечная тренировка, разумно ограниченное питание, активная психическая и интеллектуальная деятельность увеличивают продолжительность жизни.
Такие вредные привычки, как курение и употребление алкоголя, неблагоприятно влияют на обмен веществ, на функции клеток и органов, способствуют более быстрому старению. В нашей стране ведется большая просветительная и организационная работа, направленная на повышение общей культуры населения и создание всех необходимых условий для производительного труда и культурного отдыха. Грандиозные социальные мероприятия направлены на охрану здоровья престарелых людей и инвалидов, особенно инвалидов Великой Отечественной войны.
Смерть — необратимое прекращение всех проявлений жизнедеятельности организма. Она неизбежно завершает индивидуальное развитие любой особи. Правда, одноклеточные организмы могут заканчивать свое существование делением, т. е. образованием новых, дочерних, клеток. Для многоклеточных организмов смерть заключается в нарушении взаимосогласованности процессов синтеза и распада и превращении в труп. Остановка дыхания и сердечной деятельности, считавшиеся ранее необратимыми признаками смерти, в настоящее время могут быть устранены с помощью методов оживления организма. Опыты показали, что остановка сердца и дыхания не сопровождается прекращением всех процессов жизнедеятельности организма. Это состояние, о котором можно сказать, что оно «уже не жизнь, но еще не смерть», получило название клинической смерти. Истинная, биологическая, смерть наступает при необратимом поражении клеток головного мозга. Клетки коры головного мозга погибают через 4—С мин после прекращения кровообращения. Разработка мероприятий, направленных на сохранение жизнедеятельности нервных клеток, восстановление кровообращения и дыхания, составляют содержание науки реанимации.
При изменениях условий внешней среды в неблагоприятную сторону (высыхание, понижение температуры) организмы могут впадать в состояние анабиоза, при котором видимые проявления жизни отсутствуют. В отличие от смерти в состоянии анабиоза процессы обмена веществ не разрегулированы и не прекращены, хотя и очень замедленны. Анабиоз — явление обратимое, и при восстановлении нормальных условий жизнедеятельность организма полностью нормализуется.
Современные теории старения. Теории старения Медавара и Захера.
Согласно Медавару, старение возникло в процессе эволюции в результате постепенной отсрочки действия вредных генов, отодвигания этого действия в пострепродуктивный период, откуда естественный отбор уже не может их устранить. Такая отсрочка времени действия повреждающих генов равноценна их удалению, уничтожению. Поэтому Медавар предполагает, что естественный отбор благоприятствует этой отсрочке. Он приводит пример процесса отсрочки, перенесения вредного действия генов в пострепродуктивный период, который происходит в настоящее время. Заболевание хорея Гунтингтона, выражающееся в непрестанном дрожании конечностей или головы (пляска святого Витта), наследственно и проявляется чаще всего в возрасте 35— 39 лет, причем у мужчин позднее, чем у женщин. Время наступления этого заболевания колеблется, и это колебание также генетически обусловлено. Естественный отбор должен действовать в отношении этого заболевания таким образом, чтобы отодвигать время его проявления, так как те особи, у которых оно начнется позднее, будут иметь возможность произвести большее потомство, чем те, у которых оно проявится рано. Это и происходит на наших глазах. Оно выражается в следующем. Поскольку продолжительность репродуктивного периода у мужчин больше, чем у женщин, сила естественного отбора с возрастом у мужчин падает меньше, чем у женщин. Вот почему у мужчин отсрочка начала заболевания хореей Гунтингтона зашла дальше, чем у женщин.
Захер берет под защиту взгляды Вейсмана на эволюционное происхождение старения, заявляя, что возражения в адрес теории Вейсмана возникли не потому, что его аргументы порочны, а скорее потому, что он привнес) в свою терминологию «двусмысленные эмоционально окрашенные слова и фразы, взятые из обыденного языка». Захер выделяет два смысла термина «старение», которые имел в виду Вейсман. Во-первых, старение как «неотвратимый аккомпанемент существования живой материи», выражающийся скорее в случайной, чем в генетически регулируемой деградации жизненно важных макромолекул, в мутационных и инволюционных процессах. Захер называет этот вид старения облигатным. Вторым компонентом старения, который рассматривал Вейсман, являются все генетически обусловленные деградационные процессы, которые вносят вклад в процесс терминации жизнедеятельности организма. Этот генетически детерминированный процесс Захер называет инструментальным старением. По Захеру, именно инструментальное старение, присущее всем Metazoa, имел в виду Вейсман, когда говорил, что старение адаптивно и вырабатывается под влиянием положительного действия естественного отбора. Захер пишет: «Инструментальное старение — более широкое понятие, чем запрограммированное (programmed) старение, как понимают его Медавар и Комфорт. Последний термин, собственно, применим лишь для некоторых специфичных механизмов терминации жизни. Примером таких механизмов являются процессы смерти у моли (сатурниды), исследованные Блестом. Альтернатива (запрограммированному старению), названная «истощением» (running out) программы, определена Медаваром и Комфортом как прогрессивная потеря генетического контроля над процессом жизнедеятельности организма, которая возникает вследствие неконтролируемого отбором накопления повреждающих мутаций, проявляющихся после окончания репродуктивного периода. Фенотипическое проявление старения у млекопитающих хорошо описывается «истощением» программы, но это не обязательно доказывает неспособность естественного отбора воздействовать на вредные гены. Более легко объяснить его (старение млекопитающих) как инструментальный процесс старения, протекающий под контролем генотипа, так как большая часть процесса старения определенно падает на начальный период жизни. «Истощение» генетической программы может быть случаем инструментального старения, если параметры процессов «истощения программы» генетически контролируются и подвергаются изменению под действием естественного отбора. Отрицание Медаваром и Комфортом запрограммированного старения связано с их отрицанием облигатного старения как необходимого физического ограничения, присущего живой материи. Отбор по признакам, проявляющимся в пострепродуктивном периоде, может совершаться по классическим механизмам популяционной генетики, описанным Холденом в 1932 г. в его дискуссии относительно отбора на альтруизм и способность совершать криминальные поступки».
Теории старения Шмальгаузен и Биддера. Проблемы сравнительной геронтологии.
Биддер и И. И. Шмальгаузен связывают возникновение старения с приобретением организмами определенного размера и формы. Старение, согласно взглядам этих авторов, является результатом побочного действия аппарата, определяющего размер и форму организма. Биддер пишет: «Гигантские деревья, культуры клеток цыпленка и Paramecium, измерения камбалы и губок — все это говорит о том, что в этих случаях нормален неограниченный рост. Галилей показал, что для быстро движущихся наземных животных он был бы роковым. Следовательно, быстро движущиеся млекопитающие и птицы были невозможны, пока их предки не выработали механизмов сохранения специфических размеров в пределах ошибки, не нарушающей адекватной эффективности». Остановка роста в момент достижения специфических размеров осуществляется эволюционно выработанным механизмом регуляции. «Можно предполагать, что старение — результат продолжающегося действия регулятора, после того как рост закончен». Существующие представления о механизмах эволюционного возникновения процессов старения, несмотря на ценность содержащихся в них идей, еще мало фактически обоснованы и как следствие этого — страдают односторонностью. Авторы высказанных гипотез не освещают многие стороны механизмов возникновения и эволюционного изменения процессов старения организмов, не учитывают влияние особенностей развития особей данного вида на сложнейший процесс возникновения старения, значения факторов роста и дифференцировки клеток, связь между старением и размножением, эволюционное значение нострепродуктивного периода у видов, воспитывающих потомство, и многое другое. Видимо, дело обстоит не так просто, как предполагают авторы существующих гипотез. Построение удовлетворительной теории возникновения и эволюции механизмов старения — сложная задача, трудоемкое и длительное дело. Оно требует большой предварительной работы, накопления достаточного количества фактов, которые позволили бы решить кардинальные проблемы сравнительной геронтологии.
Среди этих кардинальных проблем сравнительной геронтологии назовем следующие.
1. Изучение биологии и жизненных циклов возможно большего числа представителей животного и растительного мира. Разработка точных методов определения возраста основных представителей животного и растительного мира, нахождение критериев старения у изучаемых видов.
2. Выявление стареющих и нестареющих видов животных, растений и микроорганизмов. Выяснение причин отсутствия признаков старости у многих диких видов (или потому, что они не стареют, или потому, что они умирают раньше, чем у них разовьются заметные старческие изменения).
3. Изучение механизмов старения у стареющих видов. Определение зависимости процессов старения от особенностей индивидуального развития, размножения и роста организмов. Изучение эволюции конкретных проявлений процессов старения у определенных групп животных. Выявление связи между работой генетического аппарата живых существ различной высоты организации и процессами старения.
4. Исследование общих и видовоспецифических механизмов старения у организмов, стоящих на различных ступенях эволюционной лестницы.
Скачать: