Monday, August 3, 2009

О книге "Биология продолжительности жизни"

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

Предлагаем Вашему вниманию книгу Леонида Анатольевича Гаврилова, и Наталии Сергеевны Гавриловой, "Биология продолжительности жизни".

В книге представлено полное и системное изложение современных проблем и методов исследования биологии продолжительности жизни. Запрограммирована ли продолжительность жизни? Какова относительная роль социальных и биологических факторов продолжительности жизни человека? Почему женщины живут дольше мужчин? Каковы перспективы и пути увеличения продолжительности жизни? На эти вопросы авторы обращают особое внимание. Первое издание вышло в 1986 году и получило высокую оценку в периодической печати. Вашему вниманию предлагается второе издание, вышедшее в 1991 году. Работа читается с интересом благодаря ясности языка и живости изложения научного материала.

Ответственный редактор: академик Владимир Петрович Скулачев.

Рецензенты: доктор биологических наук, профессор Б.Ф. Ванюшин и доктор медицинских наук, профессор В. Н. Ярыгин

Книгу можно скачать в формате djvu. Скачать плагин для чтения книг в формате djvu можно здесь.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ

1.1. ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗУЧАТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ?

1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОПРОСА

1.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Глава 2. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

2.1. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ИЗУЧЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.2. ПРОБЛЕМА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ КЛЮЧЕВАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.3. ПРИРОДА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

2.4. ПОИСК ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.5. ЗАКОН ГОМПЕРЦА-МЕЙКЕМА

2.6. НЕРЕШЕННЫЕ ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ

Глава 3. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

3.1. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИЗУЧЕНИЕМ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

3.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СМЕРТНОСТИ ЛЮДЕЙ

3.3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

3.4. ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ БИОЛОГИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

3.5. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОДЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЖИЗНИ

Глава 4. ВИДОВАЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНЬ

4.1. ОБЗОР ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВИДОВОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

4.2. СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ВИДОВОЙ ПРЕДЕЛ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ?

4.3. ПОНЯТИЕ О ВИДОВЫХ ИНВАРИАНТАХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

4.4. КОРРЕЛЯЦИЯ СТРЕЛЕРА-МИЛДВАНА

4.5. КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ СМЕРТНОСТИ

Глава 5. ПОИСК МЕХАНИЗМОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ

5.1. ПРОГРАММА САМОЛИКВИДАЦИИ ИЛИ ИЗНОС?

5.2. АНАЛИЗ МЕЖВИДОВЫХ РАЗЛИЧИЙ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

5.3. АНАЛИЗ ВНУТРИВИДОВЫХ РАЗЛИЧИЙ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

5.4. АНАЛИЗ ПОЛОВЫХ РАЗЛИЧИЙ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

5.5. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПРОДЛЕНИЮ ЖИЗНИ

5.6. ПРЕДЕЛ КЛЕТОЧНЫХ ДЕЛЕНИЙ КЛЮЧ К МЕХАНИЗМУ ДЕТЕРМИНАЦИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ?

5.7. ТЕОРИЯ НАДЕЖНОСТИ МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ

Глава 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

6.1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ

6.2. НЕОБХОДИМОСТЬ КРИТИЧЕСКОГО ОТНОШЕНИЯ К МАТЕМАТИЧЕСКИМ МОДЕЛЯМ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

6.3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

6.4. МОДЕЛЬ ЛАВИНООБРАЗНОГО РАЗРУШЕНИЯ ОРГАНИЗМА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ СТАРЕНИИ

6.5. МОДЕЛЬ МНОГОКРАТНО РЕЗЕРВИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ, НАСЫЩЕННОЙ ДЕФЕКТАМИ

6.6. МОДЕЛЬ РЕЗЕРВИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ЧИСЛОМ ДЕФЕКТОВ

6.7. МОДЕЛЬ ГЕТЕРОГЕННОЙ ПОПУЛЯЦИИ

6.8. МОДЕЛЬ НАКОПЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ С ПОСТОЯННОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ПОТОКА ПОВРЕЖДЕНИЙ

6.9. ПРОБЛЕМА МНОГООБРАЗИЯ ПРИЧИН СМЕРТИ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

6.10. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Москва, изд. "Наука", 1991 г.


ПРЕДИСЛОВИЕ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"


ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель данной книги - обобщить важнейшие факты и идеи, связанные с явлением ограниченной длительности жизни организмов. Интерес к этой проблеме столь же естествен для любого человека, как и само желание жить. Поэтому книга рассчитана на самый широкий круг читателей. Но предназначена она для тех, кто, удовлетворив любопытство, захотел бы испытать свои силы в разработке этой важной и гуманной проблемы современной науки. Для таких читателей книга может служить введением в область их будущих исследований и источником необходимых данных. Наконец, специалистов (биологов, геронтологов, медиков, демографов, математиков и др.) эта книга может заинтересовать широким междисциплинарным подходом к проблеме продолжительности жизни и стимулировать их к участию в научной дискуссии по целому ряду поднятых авторами проблем.

Работая над книгой, мы стремились показать, что многие фундаментальные проблемы биологии длительности жизни могут успешно разрабатываться сегодня на основании анализа уже имеющихся фактических данных и с помощью весьма скромных средств. Более того, в ходе собственных исследований мы с удивлением обнаружили, что некоторые принципиальные вопросы, по которым до сих пор не стихают жаркие дискуссии, могли быть решены еще лет 30 назад! Для этого достаточно было взглянуть на проблему несколько шире и обратиться к анализу демографических таблиц продолжительности жизни людей. Чрезмерная специализация и редукционизм привели к тому, что эти важнейшие данные не были в свое время по достоинству оценены биологами. В результате исследования, касающиеся человека, более всего пострадали от недостатка фактического материала и, как следствие, от предрассудков, необоснованных спекуляций и повторения банальных истин. В книге сделана попытка исправить сложившееся положение и показать, как на основании количественного анализа одних только традиционных демографических таблиц смертности можно получать нетривиальные результаты, имеющие биологический смысл. Проводя эту работу, мы убедились, что найти необходимые таблицы смертности весьма непросто и нередко для этого приходится обращаться в статистические бюро самых разных стран. Поэтому, чтобы облегчить задачу поиска данных будущим исследователям, мы составили и опубликовали библиографию некоторых полных таблиц продолжительности жизни людей [Гаврилова и др., 1983]. Необходимо было также свести воедино чрезвычайно распыленные данные о продолжительности жизни других организмов. Эти материалы оказались разбросанными по сотням книг и научных статей, причем многие из них оказались неизвестными даже специалистам. Поэтому в данную книгу включена обширная библиография публикаций, содержащих полные и надежные таблицы выживания организмов (см. гл. 2).

Материал книги изложен в соответствии с логикой современных исследований в этой области, которые развиваются в основном по индуктивному пути. Сначала исходные данные по продолжительности жизни обобщаются в виде таблиц смертности. Затем на основании таких таблиц выявляются общие закономерности и формулируются рабочие гипотезы. И наконец, индуктивное обобщение достигает наивысшей точки при построении математической модели, количественно объясняющей обнаруженные закономерности. Именно на этом этапе возможно создание основ теории продолжительности жизни, и именно здесь совсем недавно удалось получить принципиально новые результаты (см. гл. 6). Работая над книгой, мы стремились не только к всестороннему обзору проблемы, но также к ее последовательному и систематическому рассмотрению. Поэтому книгу лучше читать с самого начала.

Авторы считают своим долгом выразить благодарность всем читателям, которые прислали свои вопросы, замечания и предложения по первому изданию книги, вышедшему в 1986 г. Благодаря многочисленным письмам читателей, а также рецензиям на книгу нам было гораздо легче работать над новым, дополненным и существенно переработанным изданием.

Новое издание отличается прежде всего значительно большей глубиной и полнотой освещения проблемы. В книге появилась новая (шестая) глава, представляющая особый интерес для биофизиков, математиков и специалистов по системному анализу, интересующихся разработкой математической теории продолжительности жизни на основе теории надежности. Генетикам и геронтологам будет интересен новый раздел 5.3, в котором описано парадоксальное явление: признаки родителей являются значительно лучшими предикторами (маркерами, индикаторами) продолжительности жизни, чем собственные признаки самого организма. Для антропологов, эпидемиологов и демографов особый интерес могут представлять новые результаты исследований половых различий в смертности людей, содержащиеся в разделе 5.4. Полной неожиданностью для большинства читателей будет история возникновения и опровержения мифа о роковых 50 клеточных делениях, описанная в разделе 5.6. Подобное перечисление можно было бы продолжить, но. право же, читатель только выиграет, если просто начнет читать книгу.

Мы будем и в дальнейшем признательны нашим читателям за все вопросы, замечания и предложения, связанные с новым изданием книги, которые просим направлять по адресу: 119899 Москва, МГУ. НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, отдел биоэнергетики, Гаврилову Леониду Анатольевичу.



Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ


Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ

1.1. ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗУЧАТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ?

1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОПРОСА

1.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗУЧАТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ?

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

1.1. ЗАЧЕМ НУЖНО ИЗУЧАТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ?

Биология продолжительности жизни - это наука о закономерностях длительности жизни организмов, а также о механизмах. ее определяющих. Среди наиболее актуальных ее проблем можно отметить проблему наследуемости и изменчивости длительности жизни [Гаврилов, 1980; Jacquard, 1982; Lints et al., 19891. проблему половых различий по срокам жизни [Hazzard, 1986; Войтенко, 1987; Семенова, 1989], а также проблему изменения продолжительности жизни организмов в процессе биологической эволюции [Малиновский, 1983; Cutler, 1984a; Woodhead, Thompson, 19871. Таким образом, в задачи биологии продолжительности жизни входит выяснение причин индивидуальных различий по срокам жизни, а также причин межпопуляционных и межвидовых различий по этому признаку. Практическое значение таких исследований состоит в том, что они открывают возможности для прогнозирования и управления длительностью жизни организмов и - что особенно важно - для поиска путей продления жизни человека [Walfbrd, 1983; 1986; Фролькис, Мурадян. 1988;Gavrilov, 1990].

Как самостоятельная научная дисциплина биология продолжительности жизни сформировалась еще в начале XX в., благодаря классическим исследованиям известного американского ученого Р. Пирла [Pearl, 1922; 1931; Pearl, Miner, 1935; 1936; 1941; Pearl et al., 1927; Pearl, Parker, 1921; 1922a; 19220; 1922с; 1922d; 1924a; 1924b; Pearl et al., 1923; Pearl, Pearl, 1934]. Сам термин "биология продолжительности жизни" появился впервые, по-видимому, в 1932 г. в работе одного из учеников Р. Пирла, русского ученого профессора В. Алпатова [Алпатов, Гордеенко. 1932].

Поскольку изучение механизмов, определяющих длительность жизни, тесно связана с исследованием процессов старения организма. своим дальнейшим развитием биология продолжительности жизни была обязана биологии старения и геронтологии. Достаточно отметить, что такие всемирно известные геронтологи, как А. Комфорт, Б. Стрелер и Дж. Сэчер внесли неоценимый вклад и в изучение продолжительности жизни [Comfort, 1956; 1957а; 19570; 1958; Комфорт. 1967; Стрелер, 1964; Sacher, 1977]. Показательно также, что подсекция биологии продолжительности жизни Московского общества испытателей природы была создана в 1981 г. именно на базе секции геронтологии МОИП. В настоящее время идеи и методы биологии продолжительности жизни настолько широко используются в геронтологии, что некоторые геронтологи даже рассматривают эту область биологии как один из разделов своей науки.

Такая позиция представляется нам, однако, не вполне оправданной. В самом деле, ведь для биологии продолжительности жизни, в отличие от геронтологии, ничуть не меньший интерес представляют механизмы, определяющие длительность жизни в популяциях диких животных (что очень важно для экологии и теории эволюции) и при экстремальных ситуациях (что представляет особый интерес также для токсикологии и радиобиологии). Кроме того, для биологии продолжительности жизни важное значение имеют биологические механизмы гибели части организмов на ранних стадиях их развития, т.е. задолго до проявления первых признаков старения. Таким образом, биология продолжительности жизни, хотя и близка к биологии старения, тем не менее имеет свои специфические, отличные от нее задачи. Более того. как будет показано далее, биология продолжительности жизни имеет свои особые исторические корни развития, сближающие ее с демографией и популяционной биологией. В результате в данной области сложился характерный стиль исследования - применение точных количественных методов, вероятностный подход к явлениям природы и стремление выяснить механизмы процессов по их внешнему проявлению в изучаемой популяции. Таким образом, по своей методологии биология продолжительности жизни оказывается близкой к таким дисциплинам, как количественная генетика или кинетика биологических процессов.

В последние десятилетия произошло заметное усиление интереса к проблемам биологии продолжительности жизни, что проявилось, в частности, в резком увеличении числа исследовательских групп, работающих в данном направлении, и числа соответствующих публикаций [Гаврилова и др., 1978; Economos, 1980a; 1980Ь; Блохинов, 1982; Гаврилов и др., 1983; Cutler, 1984a; 1985; 1986; Войтенко, 1987; Мамаев, Наджарян, 1987; Анисимов и др., 1988; Экономов, Ярыгин, 1989].

Подобное явление, по-видимому, отражает общую тенденцию в современной биологии - изучать не только пространственную, но и временную организацию живого. Действительно, до последнего времени основные достижения биологии были связаны с выяснением пространственной организации живой материи - от молекул и клеток до организма и биосферы. На фоне этих достижений все более заметным становится пробел в наших знаниях о временной организации живого. Но разве можно понять, что такое жизнь, не выяснив, почему она ограничена во времени и чем определяются эти границы?! Ведь это фундаментальная проблема естествознания, ключевая для всего научного мировоззрения! Поэтому она неизбежно должна была занять достойное место среди других фундаментальных проблем, что сегодня и происходит. Переход к изучению временной организации живого привел не только к оживлению в области биологии продолжительности жизни, но и к ускоренной разработке проблем биологического возраста, биологических часов и ритмов, а также к интенсивному развитию таких дисциплин, как биокинетика и хронобиология.

Необходимость расширения исследований в области биологии продолжительности жизни связана также с тем, что эксперименты по продлению жизни превратились сейчас из несбыточных проектов в целое направление научных исследований [Эмануэль, 1982; Никитин. 1984; Фролькис и Мурадян, 1988]. Так, в СССР впервые в истории мировой науки создана и уже выполняется специальная программа научных исследований, которая так и называется - "Продление жизни" [Чеботарев, 1979; 1986; 1987]. В этой комплексной научной программе, утвержденной Министерством здравоохранения СССР и объединяющей усилия десятков коллективов медицинских и академических научно-исследовательских институтов страны, предусмотрена "экспериментальная разработка новых подходов к пролонгированию жизни, апробация возможных из них на человеке" [Чеботарев, 1979. с. 8]. Таким образом, то, что раньше относилось к области научной фантастики, теперь рассматривается как реально выполнимый научный проект. Реализация этого проекта открыла бы новый этап в истории человечества - освоение не только пространства (включая космическое), но и времени. Трудно переоценить историческое значение этого проекта и роль биологии продолжительности жизни в его осуществлении.

Естественно, что любой действительно важный проект неизбежно должен вызывать споры, сомнения и опасения возможных отрицательных последствий в случае его выполнения. В этом отношении проект продления жизни не является исключением. По мнению некоторых оппонентов, увеличение продолжительности жизни ускорит нежелательный рост численности населения, что ухудшит и без того сложную экологическую ситуацию на нашей планете, а увеличение доли нетрудоспособных и беспомощных стариков усугубит этот "демографический взрыв". Оппоненты считают также, что замедлится смена поколений, необходимая для социального и биологического прогресса человечества, и может даже произойти его вырождение.

Поскольку обсуждение морально-этических, социально-экономических и политических аспектов продления жизни выходит за рамки данной книги, мы не будем на них подробно останавливаться, а рекомендуем читателям обратиться к специальной литературе по данным вопросам. С этой целью можно рекомендовать замечательную книгу польского демографа Э. Россета "Продолжительность человеческой жизни", один из разделов которой так и называется "Во имя чего ведется борьба за продление человеческой жизни?" [Россет, 1981]. Поскольку основное внимание в книге Э. Россета уделено обсуждению гуманистических и моральных аспектов продления жизни, важным дополнением к этой книге следует считать также книгу американских авторов Дж. Курцмена и Ф. Гордона "Да сгинет смерть!", в которой освещены другие аспекты данной проблемы (см. главу "А нужно ли это?") [Курцмен, Гордон, 19821.

Вместе с тем хотелось бы ответить на некоторые возражения оппонентов, возникшие по недоразумению в результате их недостаточного понимания современной демографической ситуации. Так, авторам данной книги нередко приходилось сталкиваться с мнением. что "людей и так слишком много, зачем же еще увеличивать продолжительность жизни". Однако если мы обратимся к данным демографической статистики, то оказывается, что именно в развитых странах, где раньше всего могла бы появиться возможность радикального продления жизни, нет никакого нежелательного роста численности населения. Наоборот, в XX в.. многие государства были вынуждены в отдельные периоды тратить значительные средства на повышение рождаемости, чтобы избежать убыли населения. Среди таких стран можно назвать Францию. Польшу, Чехословакию, Румынию. Венгрию и Болгарию (Брук, 19811. Отрицательный естественный прирост населения наблюдается сейчас в Австрии. Дании. ФРГ. Венгрии. Люксембурге и Швеции [World Health Statistics Annual, 1987]. В настоящее время список подобных примеров можно было бы продолжить.

Аналогичное явление наблюдается и в некоторых районах СССР. В результате превышения смертности над рождаемостью начался процесс естественной убыли населения в Калининской, Псковской. Ивановской. Тульской. Тамбовской областях РСФСР, в Полтавской, Сумской и Черниговской областях Украины, в сельских районах Белоруссии, а также в ряде других районов страны [Население СССР 1988].

Таким образом, представление о перенаселенности в развитых странах является обманчивым и связано с чрезмерной скученностью населения в определенных районах (мегаполисах), т.е. с проблемой оптимального размещения населения.

Другое возражение оппонентов состоит в том, что увеличение продолжительности жизни и так уже привело к значительному росту доли хронически больных и нетрудоспособных стариков, поэтому продление жизни приведет лишь к обострению экономических проблем. С такой позицией, однако, трудно согласиться. Действительно, в развитых странах наблюдается постарение населения (рост доли пожилых и старых людей в обществе), но до последнего времени это было вызвано вовсе не увеличением длительности жизни, а исключительно снижением рождаемости! Этот факт был давно установлен демографами в сотрудничестве с Комиссией по народонаселению ООН (Сови, 1969]. Более того, как это ни парадоксально, но увеличение длительности жизни в XX в. оказывается, наоборот, препятствовало старению населения (это связано с тем, что рост продолжительности жизни населения происходил в основном за счет снижения смертности в ранних возрастах) (Там же).

Разумеется, дальнейшее увеличение продолжительности жизни будет приводить к увеличению доли людей с большим паспортным возрастом. Но если такое продление жизни будет достигнуто за счет замедления процесса старения (в чем и состоит основная задача), то доля больных и немощных людей может даже уменьшиться.

Завершая обсуждение проблемы продления жизни, нам хотелось бы высказать и свое мнение по данному вопросу. Нам представляется, что следует развивать как сами исследования по продлению жизни, так и изучение возможных последствий значительного увеличения продолжительности жизни людей. Вместе с тем вопрос о том, нужно ли продлевать жизнь, просто исчезнет, когда станет ясно, как это можно будет сделать. Действительно, если принципиальные противники продления жизни будут вынуждены подтверждать свою позицию личным примером, а остальные люди будут жить намного дольше их, то дискуссии по этому вопросу быстро прекратятся ввиду малочисленности оппозиции! В самом деле, отказ от средств продления жизни будет выглядеть тогда столь же нелепо, сколь нелепо сейчас выглядело бы пассивное самоубийство путем отказа от современных эффективных методов лечения инфекций. Разработка и внедрение средств продления жизни неизбежны, поскольку это есть борьба за жизнь человека. Подобная позиция согласуется и с марксистским пониманием перспектив человека, согласно которому ценность человеческой жизни является самоочевидной и самодостаточной [Фролов, 19831].

Возвращаясь к биологии продолжительности жизни, хотелось бы отметить, что цели и задачи данной науки не сводятся все-таки только к проблеме продления человеческой жизни, какой бы важной и актуальной она ни была. Ранее уже отмечалось значение этой дисциплины для разработки фундаментальных проблем биологии (выяснение временной организации живого). Кроме того, исследования по биологии продолжительности жизни уже сейчас могут быть полезны при решении целого ряда практических задач.

Так, в демографии при изучении и прогнозировании продолжительности жизни уже давно пытаются найти биологический эталон длительности жизни, относительно которого можно было бы оценивать направление и величину влияния различных социальных факторов [Урланис, 1978]. Аналогичная проблема стоит и перед здравоохранением, поскольку для оценки его эффективности необходимо определять резервы и пределы снижения смертности людей, сопоставляя достигнутые в разных районах результаты с учетом эколого-генетических различий сравниваемых человеческих популяций. Экология, токсикология, фармакология и радиобиология уже сейчас остро нуждаются в эффективных методах оценки влияния различных воздействий на длительность жизни, особенно в случае отдаленных эффектов воздействий. Для медицинской демографии важно определить влияние факторов природной среды на смертность и продолжительность жизни людей, несмотря, на сложный фон социально-экономических различий сравниваемых популяций. Эти данные необходимы при освоении новых районов и оптимизации размещения населения.

Наконец, продолжительность жизни оказывается экономически важным признаком в сельском хозяйстве, поэтому проблемы генетики и селекции по этому признаку уже сейчас имеют большое практическое значение [Milne, 1985]. Список подобных задач можно было бы продолжить, однако приведенных примеров, как нам кажется, вполне достаточно, чтобы убедиться, что изучение биологии продолжительности жизни - это благородное и нужное дело.


1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Чтобы лучше понять специфику биологии продолжительности жизни как науки, почувствовать стиль и особенности ее подхода, полезно знать, как и кем она формировалась. Поэтому краткий экскурс в историю этой науки представляет отнюдь не чисто исторический интерес. Поскольку для наших целей нет необходимости забираться далеко в глубь веков, мы начнем изложение истории со времени первого систематического обобщения фактов о длительности жизни, т.e. c XVII в.

Исследователи длительности жизни имеют все основания гордиться историей своей науки. У истоков этого направления стояли такие великие ученые, как К. Гюйгенс (1629-1695), В. Лейбниц (1646-1716), Э. Галлей (1656-1742), Л. Эйлер (1707-1783) и П. Лаплас (1749-1827). Их вклад, подробно рассмотренный в книге Э. Россета [Россет. 1981], был связан в основном с обобщением статистических данных о смертности людей в виде таблиц продолжительности жизни.

Первая такая таблица была построена в 1662 г. англичанином Дж. Граунтом (1620-1674) для жителей Лондона. На основании работы Граунта голландский физик К. Гюйгенс одним из первых рассчитал среднюю продолжительность жизни человека и предложил использовать подобные таблицы для расчета вероятности дожития до заданного возраста. К сожалению, сама таблица представляет теперь лишь чисто исторический интерес, поскольку Граунт не имел достоверных статистических данных. Последние (для г. Бреслау, ныне Вроцлава) были собраны позднее в Лондонском королевском обществе благодаря немецкому математику В. Лейбницу [см.: Россет, 1981]. На основании этих материалов английский астроном Э. Галлей, именем которого названа известная комета, построил первую достоверную таблицу продолжительности жизни. Его метод расчета таблиц для стационарных популяций, известный как метод Галлея, использовался для построения всех таблиц смертности вплоть до конца XIX в. В 1760 г. метод Галлея был дополнен математиком Л. Эйлером, который опубликовал работу "Общие исследования о смертности и размножении рода человеческого".

Таблицами длительности жизни увлекался французский натуралист Ж. Бюффон (1707-1788), который старался связать продолжительность жизни с периодом роста организма. Согласно Бюффону, биологическая продолжительность жизни человека и других видов в 6-7 раз превышает период их роста; в случае человека это соответствует 90-100 годам.

Французский ученый П. Лаплас в 1812 г. развил вероятностную интерпретацию таблиц продолжительности жизни и предложил прямой метод их построения, который широко применяется и сейчас для расчета таблиц смертности лабораторных животных. Его ученик и последователь бельгийский ученый А. Кетле (1796-1874) стал одним из основателей современного метода построения таблиц продолжительности жизни.

Об этом первом историческом этапе разработки проблемы можно сказать, что это был период описательной статистики продолжительности жизни человека. В его развитии принимали участие ученые с широкими интересами и энциклопедическими познаниями. Они понимали, что природа едина, и не противопоставляли человека другим живым существам, а длительность жизни - другим признакам организма. Например, уже упомянутый А. Кетле был астрономом, математиком и статистиком. Он, будучи профессором математики, возглавлял, кроме того, бельгийскую государственную службу статистики и строил демографические таблицы смертности. Это не помешало ему написать книгу "Антропология" и распространить открытые им статистические закономерности не только на человека. но и на другие живые существа (см.: Россет, 1981).

Некоторым современным демографам и биологам не следовало бы забывать, что у них одна история и много общих проблем, поэтому стремление к проведению искусственных границ при изучении человека свидетельствует лишь об узости мышления и может привести только к научному застою. К счастью, благодаря развитию системного подхода, в последние годы наметилась благоприятная тенденция к интеграции медико-биологических и демографических исследований, и продолжительности жизни в частности* .

В XIX в. накопление надежных статистических данных и развитие совершенных методов их обработки создало предпосылки для первых работ по выяснению количественных закономерностей длительности жизни В 1825 г. английский актуарий (специалист по страхованию жизни) Б. Гомперц (1779-1865) опубликовал работу, ставшую краеугольным камнем биологии длительности жизни [Gompertz, 1825]. Гомперц обосновал теоретически и показал на конкретных примерах, что интенсивность смертности (относительная скорость вымирания популяции) растет с возрастом по закону геометрической прогрессии. Кроме того, он отметил, что наряду с этой смертностью должна существовать и случайная смертность, не зависящая от возраста. Замечание Гомперца было учтено в 1860 г. другим английским актуарием - У. Мейкемом (1823-1891), представившим возрастную динамику смертности как сумму константы (параметр Мейкема) и экспоненты (функции Гомперца). Так родилось известное уравнение Гомперца-Мейкема, до сих пор имеющее большое значение для биологии продолжительности жизни [Makeham, 1860].

Дальнейшее развитие эта проблема получила в трудах известного английского специалиста по математической статистике, одного из основателей биометрии. - К. Пирсона (1857-1936). В 1901 г. Пирсон основал журнал "Биометрика", редактором которого оставался до самой смерти. В первом же номере этого журнала Пирсон опубликовал свою работу "О наследуемости длительности жизни и об интенсивности естественного отбора у человека" [Beeton, Pearson, 1901]. Этот труд знаменует начало собственно биологических исследований продолжительности жизни. Но фактическим основателем биологии длительности жизни все же следует считать Р. Пирла. На наш взгляд, биология продолжительности жизни родилась как самостоятельная дисциплина в 1922 г. с выходом в свет его книги "Биология смерти" [Pearl, 1922]. В этой книге он на самом деле совсем не касается вопросов смерти (процесса умирания), а целиком посвятил ее проблемам биологии продолжительности жизни. Всего Пирл опубликовал несколько десятков работ по этой проблеме, в том числе большую серию статей "Экспериментальные исследования продолжительности жизни" [Alpatov, Pearl, 1930; Pearl, Miner, 1935; 1941; Pearl et aL, 1927; Pearl, Parker, 1921; 1922a; 1922b; 1922с; 1922d; 1924a; 1924b; Pearl et aL, 1923]. В своих исследованиях Пирл охватил практически все проблемы биологии продолжительности жизни, включая генетические, экологические, физиологические и сравнительно-эволюционные аспекты. Многие из этих работ до сих пор сохранили свое значение и актуальность, а в методологическом отношении почти все работы Пирла могут служить образцом для современных исследователей. Наконец, необходимо отметить, что Пирл создал научную школу исследователей продолжительности жизни, среди которых был и русский ученый-профессор В.В. Алпатов (1898-1979) [Alpatov, 1930; Alpatov, Pearl, 1929]. Именно Алпатов, как уже отмечалось, одним из первых (в 1932 г.) использовал термин "биология продолжительности жизни" и положил начало систематической разработке данного направления.

Поскольку у истоков биологии продолжительности жизни стояли представители точных наук (математики, физики, астрономы, статистики), то эта дисциплина, в отличие от большинства других областей биологии, с самого начала формировалась как точная наука. В этом отношении она родственна таким разделам биологии, как биометрия, количественная генетика и биокинетика. Если во многих других областях биологии исключительное внимание уделяется технике эксперимента в поиске ярких качественных эффектов, то в биологии продолжительности жизни по-прежнему важное значение имеет метод количественного наблюдения с последующей математической обработкой результатов измерений.

Такой менее "агрессивный" по отношению к окружающей природе подход может показаться на первый взгляд слишком косвенным, формальным и неубедительным. Но его плодотворность была многократно доказана историей развития естествознания. Например, все основные представления генетики (понятие о генах и их мутации, представление об аллельных формах гена и их попарной ассоциации, т.е. идея диплоидности, вывод о линейной упорядоченности генов и их организации в группы сцепления, определение относительных расстояний между генами и явление кроссинговера) были получены именно таким "формальным" способом - путем статистического анализа расщепления признаков целостного организма в потомстве. Эти и многие другие примеры доказывают, что разуму можно доверять не меньше, чем органам чувств и приборам, и если логика рассуждений приводит нас к какому-либо выводу, то не стоит от него отказываться лишь потому, что его не удается непосредственно проверить зрением и осязанием. Стремление открывать научные истины "на кончике пера" было характерной чертой основателей биологии продолжительности жизни, и эта традиция сохранилась до сих пор.

История развития биологии продолжительности жизни тесно переплетается с историей развития статистики, демографии и даже с историей техники страхования жизни. Это привело к тому. что данная дисциплина сформировалась как статистическая, популяционная область биологии, легко заимствующая методы и идеи других наук. В частности, легко и естественно произошло внедрение идей и методов теории надежности, изучающей "продолжительность жизни" технических устройств (Гаврилов и др., 19781. Популяционный характер биологии продолжительности жизни во многом определил особенности подхода к выяснению механизмов, определяющих длительность жизни. Если для биологии старения, как и для большинства других областей современной биологии, характерен подход "снизу" начиная с молекулярного уровня, то для биологии продолжительности жизни более естествен подход "сверху" - выяснение механизмов по их проявлениям на уровне популяций целостных организмов. Разумеется, оба эти подхода не исключают, а взаимно дополняют друг друга, что показал весь опыт развития естествознания.

Подводя итоги краткого исторического обзора, можно сделать вывод, что у истоков биологии продолжительности жизни стояли ученые с мировым именем, которые заложили прочный фундамент для дальнейших исследований.

--

*Такой интеграции исследований во многом способствует деятельность Международного института прикладного системного анализа "IIASA" в Австрии В частности, разрабатываемый в этом институте Проект по изучению населения под руководством профессора Н Кейфица мог бы служить хорошей основой для дальнейшей интеграции демографических и медико-биологических исследований продолжительности жизни


1.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

1.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

И сказал господь: вот, один народ, и один у всех язык; и вот чего начали они делать, и не отстанут они от того, что задумали делать. Сойдем же и смешаем там язык их так, чтобы один не понимал речи другого. И рассеял их господь оттуда по всей земле...

"Бытие" Гл. 11.Ст.6-8

Переходя от истории вопроса к современному состоянию биологии продолжительности жизни, мы с удивлением замечаем, что при такой прочности и солидности ее оснований на них не воздвигнуто пока ничего столь же внушительного. Более того, по ряду вопросов скорее наблюдается топтание на месте и даже регресс. Проблема длительности жизни оказалась рассеянной по многим дисциплинам:

геронтологии и биологии старения [Комфорт. 1967; Comfort, 1979; Стрелер, 1964; Strehler, 1978; Walford, 1983; Lints, 1985; Mos, Hollander, 1987; Slob, Janse. 1988];

демографии [Le Bras, 1976; Урланис, 1978; Bourgeois-Pichat, 1979; Manton, StaUard, 1984; Waldron, 1986];

экологии [Коли, 1979; Caughley, 1977; Hutchinson, 1978; Millar, Zammuto, 1983; Gibbons, 1987] и гидробиологии [Litton, 1987];

генетике [Tantawy, El-Helw, 1970; Luckinbill, Clare, 1985; 1986; Коган, 1986], включая медицинскую генетику [Kaveggia, 1985];

радиобиологии [Storer, 1962, 1979; Lindop, Rotblat, 1961; Sacher, 1956, 1966; Thomson et al., 1985a; 1985b; Thomson, Grahn, 1988; Булдаков и др.. 1987];

токсикологии [Лучник. Ливчак, 1963; Van Leeuwen et al., 19851;

онкологии [Hoel, Walburg, 1972;-Smith et al., 1973; Conti et al., 1985; Portieretal., 1986];

зоологии [Bever, Sprankel, 1986; Zammuto, Sherman, 1986], включая орнитологию [Beklova, Pikula, 1985; Паевский, 1985; Tatner, 1986; Zammuto, 1986], ихтиологию [Glaser, 1986], герпетологию [Vinegar, 1975; Petranka, 1985; Plummer, 1985], энтомологию [Sivaprakasam et al., 1985; Young, 1985; Bartlett, Murray, 1986; Sathe, 1986] и зоопаразитологию [Joubert et al., 1986; Klein et al., 1987].

Специалисты, изучающие длительность жизни, нередко не понимают друг друга, иногда не стремятся к такому пониманию, но чаще всего просто не подозревают, что аналогичная проблема давно разрабатывается в другой области. Сложившаяся ситуация очень напоминает приведенную в эпиграфе легенду о Вавилонской башне.

Для того чтобы убедиться в том, насколько велика порой разобщенность исследований продолжительности жизни, достаточно сопоставить публикации по этой проблеме, написанные, например. геронтологами (Стрелер, 1964; Strehler, 1978; Walford, 1983] и экологами [Коли, 1979; Hutchinson, 1978; Millar, Zammuto, 1983]. Оказывается, что подобные работы почти не перекрываются по используемым данным и кругу цитируемых авторов, несмотря на явное совпадение многих поставленных и решаемых проблем. В отрыве от исследований на животных изучается продолжительность жизни растений [Solbrig, 1980] и выживаемость семян [Роберте, 19781, которые могли бы служить хорошей моделью при изучении длительности жизни. В результате довольно часто повторяются уже известные ошибки и заново переоткрываются давно разработанные методы, а также установленные ранее закономерности.

Отрыв теоретических исследований продолжительности жизни от реальности проявляется в публикациях с множеством общих рассуждений за счет экономии места на фактических данных. Особое сожаление и недоумение вызывает тот печальный факт, что многие исследователи перестали приводить в полном виде получаемые ими таблицы смертности. Как справедливо отмечает Линтс, "в отличие от работ Пирла, который публиковал полные таблицы смертности для своих экспериментов, современные исследователи просто сообщают среднюю продолжительность жизни взрослых особей - иногда медиану или 50Х-ную выживаемость - для каждого пола. Это достойно сожаления, потому что такие данные не позволяют проводить детальные сравнения между лабораториями или сопоставлять различные исследования" [Lints, 1985, р. 98]. В результате многие публикации, подводящие итог многолетней работы по изучению продолжительности жизни большого числа организмов, оказываются обесценены неполнотой публикуемых данных и в результате не получают того внимания и признания, которого они могли бы заслуживать [Strehler, 1961; Redmon et al., 1979; Conti et al., 1985; Portier et al., 1986; Arking, 1987; Mos, Hollander, 1987]. Нередко вместо публикации полной таблицы дожития данные приводят в графически форме в виде кривых дожития, совершенно непригодных для дальнейшего научного анализа. Стоит ли после этого удивляться, что нередко математические теории продолжительности жизни не проверяются их авторами на строгое соответствие фактическим данным! Во многих случаях именно отсутствие доступных фактических данных приводит к тому, что конец теоретической части работы знаменует и завершение самой статьи. В результате происходит отрыв теоретических исследований продолжительности жизни от экспериментальных, вследствие чего проигрывают и теоретики и экспериментаторы.

Но, пожалуй, более всего биология продолжительности жизни пострадала от разобщенности биологических и демографических исследований. Наиболее ярко это проявляется в том, что колоссальный массив точных данных по продолжительности жизни людей (многие сотни демографических таблиц дожития самых разных групп населения мира) почти не использовался в биологии человека, несмотря на острую нехватку фактического материала в данной области. Долгое время многие биологи даже не догадывались о богатстве массива накопленных медико-демографических данных и о возможности его использования в исследованиях биологии продолжительности жизни. В результате некоторые принципиальные закономерности биологии продолжительности жизни человека, которые могли быть установлены еще в 50-х годах нашего века, были выяснены лишь в 70-х и 80-х годах [Гаврилов, Гаврилова, 1979а; 19796; Гаврилов и др.. 1982; 19861.

Временная утрата связей с демографией привела к тому, что многие исследователи-биологи, занимаясь изучением продолжительности жизни, не имеют необходимого для этого минимума демографических и статистических знаний. На это, в частности, обратил внимание в своей последней книге "Эволюция продолжительности жизни" советский демограф Б.Ц. Урланис [Урланис, 1978]. Будучи неудовлетворен тем, как некоторые геронтологи пытаются оценить величину биологической видовой продолжительности жизни, он сам взялся за ее определение, заметив, что этим ученым "нельзя перепоручать решение поставленной нами задачи, так как некоторые из них довольно смутно представляют себе демографические категории" [Там же, с. 2441.

Замечание Б.Ц. Урланиса справедливо и заслуживает более подробного обсуждения. Действительно, среди части биологов, и в первую очередь среди геронтологов, возникло и путем длительного взаимного цитирования утвердилось довольно своеобразное представление о видовой продолжительности жизни. Считается (без каких-либо доказательств), что для каждого биологического вида существует свой предел длительности жизни, не зависящий от условий существования, сверх которого нельзя прожить ни секунды. Утверждается также, что видовой предел продолжительности жизни человека "оставался неизменным для всех времен, рас и цивилизаций" (Economos, 1985). Точная величина такого видового предела не установлена ни для одного биологического вида, не существует даже метода его измерения, как, впрочем, и доказательств существования подобного предела вообще.

На теоретическую несостоятельность этой догмы неоднократно указывали и демографы [Сови, 19691, и специалисты по теории вероятности [Феллер. 1984], и биологи, профессионально владеющие методами статистики [Коли. 19791. Тем не менее в ходе научной дискуссии по этой проблеме через редакцию одного из академических журналов нам было категорично заявлено, что "вопрос о существовании видового предела жизни давно решен". Правда, в дальнейшем наш оппонент был вынужден признать, что его представления о существовании видового предела жизни человека не согласуются с реальными данными, и ... предположил существование трех таких пределов [Кольтовер. 1984]. К подробному обсуждению проблемы видовой продолжительности жизни мы еще вернемся в нашей книге (см. гл. 4).

В целом следует признать, что в области изучения длительности жизни между специалистами существует еще значительная информационная разобщенность и далеко не во всех работах ценные биологические идеи удачно сочетаются с надежными фактическими данными и эффективными математическими методами. И тем не менее у нас есть все основания для оптимизма. В самом деле, проблема длительности жизни была рассеяна по многим дисциплинам, но теперь-то эти посевы уже дали всходы, обещающие хороший урожай. Пусть один и тот же факт переоткрывался несколько раз - значит, этому факту действительно можно верить. Да, разобщенность между отдельными направлениями сдерживала прогресс биологии продолжительности жизни в целом, но именно благодаря этому сейчас накопилась масса данных, которые еще не обработаны, много фактов, которые требуют обобщения, и целый ряд идей, которые ждут своей проверки. Сейчас трудно найти более перспективную область науки для трудолюбивого исследователя.

Фронт исследований длительности жизни необычайно широк и продолжает расширяться. В последние годы особенно интенсивно разрабатываются проблемы генетики продолжительности жизни [Milne, 1985], касающиеся человека [Diamond, 1987; Wainscoat et al., 1987], а также дрозофилы [Luckinbill, Clare, 1985; 1986; Коган. 1986; Arking, 1987; Koivisto, Portin, 1987] и нематоды [Johnson, 1987; Friedman, Johnson, 1988; Johnson et al., 1988]. Большое внимание уделяется выяснению причин межвидовых различий по срокам жизни [Adelman et al., 1988; Sohal et al., 1989; Treton, Courtois, 1989; Nakano et al., 1990; Promislow et al., 1990], а также проблеме эволюции продолжительности жизни (Голиков, 1985; Service et al., 1988]. Активно обсуждается вопрос о механизмах половых различий по срокам жизни [Waldron, 1985; 1987; Hazzard, 1986; 1987; Семенова, 19891. Обнаружены новые возможности анализа феномена долгожительства с целью разработки фундаментальных проблем биологии продолжительности жизни [Гаврилов. 1984в; 198861. Имеются определенные достижения и большие перспективы в изучении кинетики выживания [Гаврилов, Гаврилова, 1986; Gavrilov, Nosov, 1985; Rosenberg, Juckett, 1987; Juckett, Rosenberg, 19881. В последние годы появилось много работ, посвященных математическому моделированию выживаемости и продолжительности жизни [Manton et al., 1986; Piantanelli, 1986; Portier et al., 1986; Witten, 1986; Pohley, 1987; Guess, Witten, 1988; Hibbs, Walford. 1989], а также критическому анализу подобных моделей (Гаврилов, Гаврилова, 1986; Гаврилов, 19871. Исследования, посвященные увеличению продолжительности жизни, теперь уже превратились в целое научное направление, освещенное в специальных монографиях [Walford, 1983; Фролькис. Мурадян, 1988]. Пожалуй, сейчас это одно из самых популярных научных направлений в биологии продолжительности жизни [Kellog, Yost, 1986; Heicklen, Brown, 1987; Richie et al., 1987; Sawada, Carlson, 1987; Anisimov et al., 1988; Knoll, 1988].

Завершая краткий обзор современного состояния биологии продолжительности жизни, можно сказать, что в настоящее время особое значение приобретают работы по обобщению и осмыслению уже накопленного фактического материала. Именно такие исследования, содержащие принципиально новые идеи, скорее всего, приведут к научному перевороту в этой области и ее дальнейшему развитию.


Глава 2. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

Глава 2. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ


Глава 2. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

2.1. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ИЗУЧЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.2. ПРОБЛЕМА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ КЛЮЧЕВАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.3. ПРИРОДА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

2.4. ПОИСК ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

2.5. ЗАКОН ГОМПЕРЦА-МЕЙКЕМА

2.6. НЕРЕШЕННЫЕ ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ

2.1. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ИЗУЧЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

... И тот, кто идет очень медленно, может, всегда следуя прямым путем, продвинуться значительно дальше того, кто бежит и удаляется от этого пути.

Р. Декарт. "Рассуждение о методе"

2.1. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ИЗУЧЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

Если проанализировать современную научную литературу по биологии продолжительности жизни, то прежде всего бросается в глаза чрезвычайное разнообразие существующих подходов (см. гл. 1). Каждое из таких направлений разрабатывается независимо от других, поэтому создается впечатление, что проблема продолжительности жизни похожа на кроссворд, решение которого можно начинать с любого произвольного вопроса. Согласно такому представлению, изучение длительность жизни можно вести несколькими параллельными путями, а выбор конкретного пути определяется лишь вкусом исследователя. Такое мнение, однако, представляется верным только на первый взгляд. Оказывается, что проблема биологии продолжительности жизни значительно больше похожа на узел, развязать который можно лишь с одного конца. И чтобы сделать это, необходимо начинать исследование с анализа индивидуальных различий по срокам жизни. Подобное ограничение связано с тем, что все остальные подходы основаны на допущениях, справедливость которых следует еще доказать. Эти предположения в явной или неявной форме касаются вида функции распределения длительности жизни, описывающей индивидуальные различия по данному признаку. Так, например, когда изучаются различия по средней продолжительности жизни для небольших выборок, а сравнение проводится по критерию Стьюдента, это соответствует гипотезе нормального распределения длительности жизни. Если же для сопоставления используют значения максимальной продолжительности жизни, то это эквивалентно утверждению, что распределение по срокам жизни усечено сверху, т.е. существует абсолютный предел длительности жизни. Методы корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов, широко применяемые при изучении продолжительности жизни, также в неявной форме содержат ряд допущений о распределении исследуемого признака среди индивидуумов. Список подобных примеров можно было бы продолжить.

Некоторые исследователи считают проверку таких допущений излишней, а их справедливость - очевидной. Однако, как будет показано далее, многие из этих "очевидных" допущений (например, закон нормального распределения продолжительности жизни и представление об абсолютном пределе длительности жизни) при проверке оказываются просто несостоятельными. Следовательно, не могут вызывать доверия и полученные на их основе выводы. Поэтому если уж начинать изучение продолжительности жизни, то это следует делать с самого начала - с анализа распределения продолжительности жизни, т.е. с исследования индивидуальных различий по этому признаку. Разумеется, при сравнении с прямыми экспериментами по продлению жизни такой путь исследования может показаться слишком скучным и длинным. Тем не менее, есть основания думать, что он скорее приведет к успеху, поскольку больше соответствует логике научного поиска. Поэтому мы последуем совету Декарта и не будем спешить с простыми ответами на сложные вопросы.


2.2. ПРОБЛЕМА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ КЛЮЧЕВАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

2.2. ПРОБЛЕМА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ КЛЮЧЕВАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

Продолжительность жизни особей одного вида, живущих в сходных условиях, колеблется в очень широких пределах. С одной стороны, жизнь может оборваться еще до рождения. По современным данным, такова участь 70-80% оплодотворенных яйцеклеток человека, причем в большинстве случаев гибель происходит на столь ранней стадии, что обычно никем не замечается [Diamond, 1987]. С другой стороны, длительность жизни отдельных индивидуумов может значительно превышать соответствующие средние значения для всей популяции, причем абсолютной верхней границы длительности жизни, по-видимому, вообще не существует (к этому вопросу мы вернемся несколько позднее в разделе 4.2. данной книги) Но даже, если отбросить все случаи гибели организма до рождения и факты удивительного долголетия, то все равно окажется, что индивидуальные различия по срокам жизни довольно велики. Например, в 1974-1978 гг. средняя продолжительность жизни мужчин в Швеции составляла 72,2 года [Befolkningsfrndringar, 1970- 1981]. При этом вероятность умереть в возрастном интервале 71- 73 года составляла менее 6%. В других странах эта вероятность оказывается еще меньше. Можно, конечно, объяснить высокую вариабельность длительности жизни людей социальными и генетическими различиями между ними, не говоря уже о климатических и биогеохимических особенностях отдельных районов страны. Но та же картина наблюдается и в популяциях линейных лабораторных животных. Так, например, в популяции 1415 самок лабораторных дрозофил линии 107 [Pearl, Parker, 1924a] со средней продолжительностью жизни 48 дней в возрасте 43-49 дней погибло всего 11% всех особей.

Одной из характеристик вариабельности длительности жизни может служить коэффициент ее вариации (отношение среднего квардратичного отклонения к среднему арифметическому, выраженное в процентах). Расчет этих коэффициентов на примере лабораторных дрозофил показывает, что коэффициент вариации длительности жизни составляет обычно около 35%, достигая иногда 65% [Семенова, 1983].

Таким образом, факт значительной биологической вариабельности длительности жизни не вызывает сомнений и требует своего объяснения, а также количественного описания. Есть еще одно обстоятельство, выдвигающее эту проблему на первый план.

В отличие от большинства других количественных признаков (например, длины или температуры тела) продолжительность жизни организма можно измерить только один раз. Этот тривиальный факт имеет далеко идущие последствия. Длительность жизни, оказывается, в принципе невозможно изучать на организменном уровне, поскольку нельзя исследовать индивидуальную динамику этого признака и определить ошибку единичного наблюдения. Поэтому единственным способом изучения продолжительности жизни остается ее популяционно-статистическое исследование при варьировании генетических и средовых факторов. Но ведь такой подход в принципе не может дать ничего, кроме информации о распределении длительности жизни в изучаемой популяции и влиянии различных факторов на это распределение! Таким образом, проблема расшифровки данных о распределении длительности жизни является ключевой для всех дальнейших исследований.

Знание закона распределения продолжительности жизни оказывается полезным уже на самых первых этапах исследования. Действительно, результаты экспериментов по выживаемости, представленные рядом значений продолжительности жизни для каждого организма, слишком громоздки для их эффективного анализа, поэтому возникает необходимость в более компактной записи результатов эксперимента. Отчасти эта проблема решается путем построения таблиц смертности [Дубина, Разумович, 1975; Коли, 19791.

Обычно таблица смертности составляется для группы одновременно родившихся индивидуумов (когорты) и описывает наблюдаемую картину смертности до того момента, когда умрет последний член этой группы. Такие таблицы смертности называются когортными и широко используются при изучении продолжительности жизни лабораторных и диких животных [Leslie, Ranson, 1940; Miller, Thomas, 1958; Pearl, Parker, 1928a].

Рассмотрим метод построения когортной таблицы смертности более подробно [Chiang, 1978]. Пусть численность когорты измеряется через одинаковые промежутки времени, равные n. Соответственно на ту же величину будет каждый раз увеличиваться и возраст членов когорты. Основными величинами, входящими в когортную таблицу смертности, являются lx - число доживших до возраста х; dx - число умерших в интервале (х, х + n).

Между величинами lx и dx существует следующее соотношение:

lx - lx+n = dx.

(1)

или

lx+n = lx - dx.

(2)

Вероятность смерти qx в каждом возрастном интервале (х, х + n) можно получить делением dn на lx:

qx = dx/lx.

(3)

Число живущих, или, точнее, суммарное время жизни, Lx в возрастном интервале (х, х + п) обычно рассчитывается по формуле:

Lx = nlx+n + (1-1/2)ndx = n/2(lx + lx+n).

(4)

Для расчета ожидаемой продолжительности жизни необходимо сначала вычислить величины Tx для каждого возраста, которые представляют собой суммарное время жизни всех членов когорты в возрасте х и старше:

Tx = Lx + ... + L

(5)

где ( - начало последнего возрастного интервала. И наконец, ожидаемая продолжительность жизни еx рассчитывается следующим образом:

ex = Tx/lx

(6)

где x = 0, 1, ..., .

В качестве примера когортной таблицы смертности можно привести таблицу смертности имаго Drosophila melanogaster (табл. 1). На рис. 1а. б, в, г приведены типичные зависимости показателей таблицы смертности от возраста.

Для построения таблиц смертности человека приведенным выше способом потребовался бы срок наблюдения, близкий к 100 годам, поэтому таблицы смертности людей обычно рассчитываются другим методом, который будет описан в разделе 3.1. данной книги.

К настоящему времени построено большое количество таблиц смертности не только лабораторных, но также домашних [Hickey, 1960] и диких [Caughley, 1966; Deevey, 1947] животных и даже растений [Solbrig, 1980]. На составление этих таблиц затрачен и продолжает затрачиваться колоссальный труд, а их значение для исследования биологии продолжительности жизни трудно переоценить. По существу, эти таблицы являются единственным экспериментальным источником для таких исследований. Между тем опубликованные таблицы смертности животных разбросаны по многим изданиям, посвященным самым разным проблемам: геронтологии, онкологии, экологии, радиобиологии и др. Далеко не во всех работах, содержащих анализ продолжительности жизни, приводятся собственно таблицы смертности. До сих пор нет исчерпывающей библиографии работ, в которых опубликованы таблицы смертности животных.

В связи с этим сведение воедино опубликованных таблиц смертности животных может оказать помощь в дальнейшей разработке проблемы биологии продолжительности жизни. В табл. 2 приводится перечень опубликованных таблиц смертности животных с указанием условий проведения эксперимента.

Однако подход, связанный с использованием таблиц смертности, все-таки далек от совершенства. В самом деле, с одной стороны, данные таблицы (особенно полные таблицы смертности человека) все-таки остаются слишком громоздкими. Например, полная демографическая таблица дожития, в которой приводятся значения показателей за каждый год возраста, содержит не менее 80 пар значений переменных с общим объемом массива данных свыше 500 значащих цифр [Keyfitz, 1982].

С другой стороны, при построении подобных таблиц происходит некоторая потеря информации, связанная с группировкой данных по дискретным возрастным интервалам. Эта проблема могла быть решена, если бы был известен закон распределения продолжительности жизни. Например, если бы распределение организмов по срокам их жизни следовало нормальному закону, то любой сколь угодно большой массив данных о выживаемости можно было бы записать всего лишь парой чисел: величинами средней продолжительности жизни и среднего квадратичного отклонения. Таким образом, знание закона распределения длительности жизни обеспечивает наиболее компактную запись результатов эксперимента с минимальной потерей информации.

Следующая проблема, которая возникает перед экспериментатором, состоит в установлении достоверности различий выживаемости организмов при варьировании условий эксперимента. В современной геронтологии задача обычно "решается" путем механического использования методов параметрической статистики, (например, критерия Стьюдента), основанных на гипотезе о нормальном распределении продолжительности жизни. Между тем, как показали специальные исследования [Гаврилов, 1980; Семенова, 1983], распределение организмов по срокам жизни резко отличается от нормального. Результаты этих исследований, основанные на сравнении наблюдаемых и теоретических распределений с помощью -критерия, приведены в табл. 3.

Чтобы обеспечить высокую статистическую значимость результатов, были использованы таблицы смертности, построенные для популяций больших размеров (свыше 1000 особей). Можно заметить, что во всех случаях рассчитанные величины -критерия превышали соответствующие табличные критические значения. Это означает, что нормальный закон распределения продолжительности жизни с доверительной вероятностью Р > 0,999 может быть отброшен как не соответствующий экспериментальным данным. Отсюда следует, что выводы, полученные с использованием методов параметрической статистики, особенно в случае малых выборок, имеют лишь видимость научной строгости и должны быть пересмотрены заново. Таким образом, знание истинного закона распределения необходимо не только для того, чтобы установить достоверность различий при минимальном числе наблюдений, но и для того, чтобы избежать ошибочных выводов.

Наконец, на заключительном этапе исследований необходимо корректно интерпретировать полученные результаты. К сожалению, в этой области в настоящее время отсутствуют единые принципы интерпретации данных по выживаемости организмов. Так, нередко делается вывод о замедлении старения на основании данных об увеличении продолжительности жизни организмов, а вещества, приводящие к такому увеличению, называют геропротекторами, т.е защищающими от старения (Обухова. Эмануэль, 1984] Между тем, как справедливо отмечается рядом авторов [Лэмб, 1980], далеко не всякое воздействие, влияющее на смертность и продолжительность жизни, должно влиять на старение В противном случае в число геропротекторов следовало бы записать пенициллин и всю массу социально-гигиенических мероприятий, которые привели к резкому увеличению длительности жизни людей в XX в. Этот пример показывает, что в настоящее время необходима модель выживаемости организмов, которая была бы достаточно общей, чтобы быть признанной большинством геронтологов, но достаточно конкретной, чтобы позволять проводить единообразную интерпретацию результатов эксперимента. Нетрудно заметить, что создание подобной модели предполагает знание хотя бы самых общих свойств распределения продолжительности жизни организмов


2.3. ПРИРОДА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

Л.А.Гаврилов, Н.С. Гаврилова

"Биология продолжительности жизни"

2.3. ПРИРОДА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПО СРОКАМ ЖИЗНИ

Самый первый вопрос, неизбежно возникающий при изучении проблемы индивидуальных различий по срокам жизни, состоит в следующем: какова природа наблюдаемой вариабельности? При первом, поверхностном рассмотрении данной проблемы обычно напрашивается вывод о гетерогенности популяции как причине различий в продолжительности жизни. В качестве примера приведем наиболее характерное высказывание на эту тему. "Ясно, что группа особей одного возраста, называемая когортой, качественно разнородна. Справедливость данного утверждения следует хотя бы из того, что когорта вымирает постепенно, а не скачком, как было бы в случае ее однородности" [Блохинов, 1982, с. 87] Подобные рассуждения, несмотря на их "очевидность", на самом деле могут оказаться далекими от реальности Действительно, хорошо известно, что однородная совокупность идентичных атомов одного и того же радиоактивного изотопа распадается не скачком, а постепенно, в соответствии с законом радиактивного распада. Следовательно, вариабельность по срокам жизни может наблюдаться и в совершенно однородной популяции, будучи обусловленной вероятностной природой процесса гибели. То, что подобное объяснение не является лишь формальным построением, далеким от реальных биологических процессов, доказывает весь опыт развития радиобиологии, где было показано, что кривая "доза-эффект" не может быть объяснена гетерогенностью популяции, а должна интерпретироваться в рамках стохастической теории мишеней [Timofeeff-Ressovsky, Zimmer, 1947; Лучник, Ливчак, 1963; Хуг, Келлерер. 1966; Тимофеев-Ресовский и др. 1968; Кудряшов, Беренфельд. 1982].

Таким образом, существуют две крайние позиции для объяснения вариабельности по срокам жизни. Это гипотезa гетерогенности и гипотеза стохастичности. Наконец, есть и третий источник вариабельности, обусловленный вариацией условий внешней среды. Задача экспериментатора состоит в том, чтобы определить вклад каждого из этих явлений в общую вариабельность продолжительности жизни в каждом конкретном случае.

При обсуждении гипотезы гетерогенности прежде всего возникает вопрос о вкладе генетической гетерогенности в наблюдаемую вариабельность по срокам жизни. Действительно, известно множество разнообразных генетических болезней, приводящих к снижению продолжительности жизни, включая такие синдромы преждевременного старения, как синдром Дауна, синдром Вернера и прогерию (синдром Хатчинсона-Гилфорда). Поэтому, естественно, возникает желание обобщить эти факты и объяснить наблюдаемую вариабельность по срокам жизни генетическими различиями между индивидуумами. Для проверки гипотезы генетической гетерогенности было предпринято множество попыток оценить так называемую наследуемость продолжительности жизни. Следует, однако, отметить, что в один и тот же термин "наследуемость" вкладывается три разных понятия, что нередко создает путаницу [Jacquard, 1983]. Согласно первому, наиболее простому представлению, наследуемость является мерой сходства между родственниками. Действительно, если бы продолжительность жизни детей можно было однозначно рассчитать, зная продолжительность жизни родителей, то это означало бы, что все различия по срокам жизни связаны с генетической гетерогенностью популяции.

Один из простейших способов оценки наследуемости продолжительности жизни состоит в расчете коэффициента корреляции между длительностью жизни родителей и потомства. Впервые такой расчет был выполнен в 1901 г. основателями английской школы биометриков М. Битоном и К. Пирсоном [Beeton, Pearson, 1901]. Результаты их расчетов оказались обескураживающими - коэффициент корреляции между длительностью жизни детей и родителей составлял всего 0,05-0,13. т.е. практически никакого наследования продолжительности жизни не наблюдалось. Впрочем, столь низкое значение коэффициента корреляции могло быть связано с тем, что прямое сопоставление продолжительности жизни родителей и детей является не вполне корректным, поскольку речь идет о разных поколениях людей, живших в разных условиях. Действительно, если сопоставлять продолжительность жизни братьев и сестер, живших в одно и то же время и, следовательно, в более близких условиях, то коэффициент корреляции оказывается уже несколько выше - 0,15-0,30 [Beeton, Pearson, 1901]. Впрочем, и в этом случае коэффициент корреляции гораздо ближе к нулю, чем к единице, что указывает на малую наследуемость продолжительности жизни. Эти результаты, полученные в самом начале века, были в дальнейшем неоднократно подтверждены. Так, в 1931 г. Р. Пирл рассчитал, что коэффициент корреляции между продолжительностью жизни детей и родителей составляет всего 0,02±0,01 [Pearl, 1931]. В одной из недавних работ, посвященных этой теме, также было показано, что коэффициент корреляции между продолжительностью жизни родителей и детей старше 20 лет очень мал и составляет всего 0,101 [Philippe, 1978].

Низкая наследуемость продолжительности жизни характерна не только для человека, но и для других видов, например для дрозофилы [Tantawy, El-Helw, 1970]. Причем в последнем случае отсутствие сходства по этому признаку у родителей и потомства было проверено прямыми экспериментами по отбору на высокую продолжительность жизни [Lints et al., 1979]. В этих экспериментах последовательно отбиралось потомство особей-долгожителей, переживших 80% всей популяции. Несмотря на то, что подобная процедура повторялась восемь раз подряд, никакого отбора на увеличение продолжительности жизни дрозофил не наблюдалось. Для сравнения отметим, что отбор по другому количественному полигенному признаку в этом эксперименте проявился после первой же селекции.

Впоследствии была предпринята попытка объяснить отсутствие отбора на увеличение продолжительности жизни в экспериментах Линтса "артефактным введением сильного взаимодействия между генотипом и средой путем использования бесконкурентного окружения" [Luckinbill, Clare, 1985]. Этими авторами было показано, что отбор на увеличение продолжительности жизни дрозофил все-таки возможен, но наблюдается он лишь тогда, когда личинки дрозофилы развиваются в условиях скученности при плотности около 70 личинок на пробирку [Luckinbill, Clare, 1986]. То, что такие условия развития являются крайне неблагоприятными для дрозофил, можно понять, проанализировав данные этих же авторов [Luckinbill, Clare, 1985]: оказывается, средняя продолжительность жизни дрозофил. развивавшихся в условиях скученности, на 30% меньше, чем у дрозофил, развивавшихся в нормальных условиях в соответствии с методикой Линтса. Поэтому нам представляется, что считать результаты экспериментов Линтса артефактом по меньшей мере преждевременно. Скорее, наоборот, эксперименты данных авторов можно считать селекцией не на продолжительность жизни, а на устойчивость к стрессирующей скученности во время развития.

Означают ли эти факты, что индивидуальные различия по срокам жизни имеют в основном негенетическую природу? Известный французский генетик и демограф А. Жакар отвечает на этот вопрос утвердительно и приводит следующие иллюстративные расчеты [Jacquard, 1982]. Согласно приводимым им данным, коэффициент наследуемости продолжительности жизни человека составляет 0,16. Это означает, что даже если продолжительность жизни обоих родителей превышает среднюю продолжительность жизни населения на 20 лет, то потомки выигрывают из этого "наследства" в среднем лишь 0,16 х 20 = 3,2 года дополнительной жизни! Кроме того, если нам известна продолжительность жизни родителей, то это уменьшает неопределенность (дисперсию) продолжительности жизни потомства всего на 0.162, или на 2.6%. На основании таких расчетов Жакар приходит к выводу, что различия по срокам жизни определяются в основном средовыми, а не генетическими факторами.

Аналогичный вывод делает Э. Мэрфи [Murphy, 1978] на основании результатов обширного Балтиморского исследования связи между продолжительностью жизни детей и родителей. Оказалось, что из каждых 10 лет дополнительной жизни родителей дети "наследуют" только один год дополнительной жизни, причем даже это "наследование" может быть обусловлено не генетическими, а "чисто культурными либо средовыми факторами", связанными с семейными традициями [Murphy, 1978].

Согласно другой точке зрения, указанные факты означают лишь то, что аддитивная генетическая компонента общей дисперсии продолжительности жизни действительно мала. Но вариабельность по срокам жизни может быть связана не только с аддитивным действием генов, но и с их взаимодействием между собой [Коган. 1984; 1986]. Поэтому предлагается проводить оценку наследуемости не в узком, а в широком смысле этого слова, т.е. оценивать величину коэффициента генетической детерминации. Следует, однако, отметить, что методы оценки этого коэффициента основаны на целом ряде несостоятельных предположений, подробно разобранных в работе Жакара [Jacquard, 1983].

Нам представляется, что данные о низкой наследуемости продолжительности жизни являются веским аргументом против гипотезы генетической гетерогенности, но тем не менее не опровергают ее. Действительно, можно представить себе такую ситуацию, когда все различия по срокам жизни имеют генетическую природу, но, тем не менее, отбор на увеличение продолжительности жизни оказывается неэффективным, а сходство между родственниками по этому признаку - ничтожным. Для иллюстрации данного утверждения рассмотрим следующий гипотетический пример.

Пусть в популяции диплоидных организмов долгожителями являются лишь гетерозиготные особи с генотипом Аа, в то время как гомозиготные особи с генотипами АА и аа едва доживают до взрослого состояния и почти не оставляют потомства. Тогда, несмотря на жесткий отбор в пользу только одного генотипа (Аа), среди зародышей каждый раз будут присутствовать опять все три генотипа в прежних пропорциях. Частоты аллелей будут неизменно составлять 50%, и лишь половина зародышей доживет до преклонного возраста, даже если все они являются потомками долгожителей. Таким образом, несмотря на целиком генетическую природу различий по срокам жизни, любой самый жесткий отбор на долголетие будет неэффективным. Более того, частота выщепления долгожителей в потомстве будет одинаковой как для долгоживущих, так и для короткоживущих родителей.

Разумеется, этот простой пример является лишь иллюстрацией, хотя известно, что гетерозиготы нередко живут дольше гомозигот - так называемый эффект гетерозиса (Билева и др.. 1978; Билева, Малиновский, 1981; Некрасова, Шахбазов, 1981; Шахбазов. Некрасова, 1980]. Имеются, однако, и прямые экспериментальные доказательства существования генетической вариабельности по срокам жизни, устойчивой к отбору. Так, например, при изучении трех слабо сцепленных диаллельных локусов эстераз в звенигородской популяции сосны Pinus sylvestris L. оказалось, что у взрослых деревьев (возраст 50-170 лет) из 27 возможных генотипов по этим локусам присутствуют лишь некоторые [Животовский, 19841]. В то же время среди зародышей выявляются все 27 генотипов. Спрашивается, с чем связано низкое генотипическое разнообразие у взрослой части популяции? И не означает ли появление новых генотипов у зародышей изменения генотипического состава популяции от поколения к поколению? Оказывается, что нет. Это цикличное изменение начинается и заканчивается в пределах одного поколения. генотипическая изменчивость резко увеличивается на ранних этапах онтогенеза, а в репродуктивном возрасте вновь уменьшается вследствие преимущественной элиминации особей определенных генотипов. Так, уже на стадии зародыша и ранних этапов роста сеянцев чаще гибнут те генотипы, которые не представлены у взрослых особей. Таким образом, генотипическое разнообразие, относительно низкое в репродуктивной части популяции, резко возрастает в зиготах следующего поколения, а затем вновь снижается с возрастом вследствие элиминации особей с неадаптивными генотипами. Важно подчеркнуть, что элиминация неадаптивных особей не приводит к изменению частот аллелей в популяции, которые как были близки к 50%, так и остаются практически неизменными. Это связано с тем, что в результате явления так называемой гаметической интеграции в репродуктивной части популяции остаются особи с генотипами, способные продуцировать любой вид зиготы (Животовский. 1984]. Эти факты в некотором отношении похожи на приведенную выше упрощенную гипотетическую схему. Действительно, в обоих случаях существует генетически обусловленная вариабельность по срокам жизни, устойчивая к отбору по этому признаку.

Другое замечание, которое возникает при анализе данных по наследуемости продолжительности жизни, состоит в следующем Оценка наследуемости продолжительности жизни на всем возрастном интервале может оказаться слишком грубой, поскольку вклад генетической вариабельности не одинаков на разных этапах онтогенеза. Из приведенного выше примера, а также целого ряда других данных (см. Jacquard, 1982) можно ожидать, что генетическое разнообразие играет существенную роль на ранних этапах жизни, в то время как в конце жизни его вклад может быть ничтожен

Первое указание на изменение наследуемости продолжительности жизни с возрастом было получено Пирлом [Pearl, Pearl, 1934]. Для людей разного возраста были собраны сведения о продолжительности жизни их родителей, а также четырех прародителей [Pearl, Pearl, 1934]. Полученные шесть значений продолжительности жизни Пирл суммировал и изучал, как меняется эта сумма в зависимости от возраста опрашиваемых. Естественно, что если продолжительность жизни предков не влияла бы на доживаемость потомства, то никакой зависимости бы не обнаружилось. Ниже приводятся результаты, полученные Пирлом, лишь с тем отличием, что рассчитанные им суммы поделены на шесть, с тем чтобы определить среднюю продолжительность жизни предков:

Возраст
опрашиваемых
лиц, годы

Средняя продолжительность
жизни предков,
годы

Возраст
опрашиваемых
лиц, годы

Средняя
продолжительность
жизни предков,
годы

40

66,0

90

74,3

50

66,8

95

74,3

60

70.5

100

74,8

70

74,8

105

73,8

Нетрудно заметить, что до возраста 70 лет действительно существует некоторая связь между продолжительностью жизни предков и выживаемостью потомства, однако потом эта связь исчезает

Приведенные результаты независимым образом подтверждаются более поздними исследованиями продолжительности жизни монозиготных и дизиготных близнецов в возрасте 60 лет и старше [см.: Jacquard, 1982]. Анализируя эти данные, Жакар отмечает, что, хотя разность в продолжительности жизни монозиготных близнецов (36 месяцев) оказалась значительно меньше, чем у дизиготных (74,6 месяца), эти различия уменьшаются с возрастом и окончательно исчезают к 80 годам. Таким образом, вклад генетической гетерогенности в наблюдаемую вариабельность по срокам жизни, по-видимому, существен лишь на ранних этапах жизни и сильно уменьшается с возрастом.

Следует также отметить, что традиционные методы генетики количественных признаков, и в частности методы оценки наследуемости могут оказаться непригодными для изучения вариабельности продолжительности жизни. Действительно, эти методы предполагают разложение общей дисперсии признака на генетическую и средовую компоненты, причем компонентой, связанной с взаимодействием среды и генотипа, обычно пренебрегают, поскольку ее сложно оценить. Между тем такое упрощение трудно считать оправданным, поскольку нет никаких доказательств строгой аддитивности эффектов среды и генотипа [Jacquard, 1983]. Кроме того, возвращаясь к примеру с радиоактивным распадом, мы ясно видим, что вариабельность по срокам жизни может существовать, несмотря на полное отсутствие средовой компоненты дисперсии (условия среды никак не влияют на параметры радиоактивного распада) и явную "генетическую" однородность популяции. Почему же в таком случае существует вариабельность по срокам жизни и атомы не распадаются одновременно? Для ответа на этот вопрос необходимо рассматривать вариабельность по срокам жизни как результат процесса выживаемости, т.е. использовать кинетические подходы, а также элементы теории случайных процессов [Лучник, Ливчак, 1963; Sacher, 1977].

Таким образом, при анализе продолжительности жизни наряду с двумя традиционными источниками вариации (среда и генотип) следует также учитывать третий дополнительный источник вариации - стохастическую (кинетическую) природу реализации признака. Однако методология этого нового подхода пока еще не разработана, и, возможно, решение проблемы состоит в том, чтобы в качестве признака рассматривать не продолжительность жизни, а параметры ее распределения, как это пытался сделать Сэчер [Sacher, 1977]. Чтобы проиллюстрировать возможный масштаб дополнительной вариабельности жизни, не связанной ни со средой, ни с генотипом, отметим, что коэффициент вариации продолжительности жизни нематод, рассчитанный на основании экспериментальных данных [Johnson, Wood, 1982], достигает 52-73%, несмотря на строго контролируемые лабораторные условия и генетическую однородность линий гермафродитических нематод.

При обсуждении гипотезы стохастической (кинетической) природы вариабельности продолжительности жизни нам приходилось сталкиваться с возражением, что данная модель не может объяснить существование групп повышенного риска, т.е. гетерогенности популяции по риску гибели. На самом же деле это несоответствие существует лишь в том случае, когда гибель организмов является результатом одностадийного процесса разрушения. Если же процесс, приводящий к смерти, является многостадийным, то даже в исходно однородной популяции с течением времени появляются организмы, находящиеся на разных стадиях разрушения и, следовательно, имеющие разный риск гибели [Козловский, Гаврилов, 1983]. Следовательно, представление о том, что вариабельность по срокам жизни во многом определяется процессом многостадийного разрушения организмов, не только не противоречит известным фактам о гетерогенности популяции по риску гибели, но даже позволяет объяснить возможные причины возникновения такой гетерогенности.

Подводя итоги обсуждению возможной природы вариабельности по срокам жизни, можно сделать следующие выводы:

1. Высокая вариабельность продолжительности жизни может быть обусловлена тремя причинами: исходной гетерогенностью популяции, включая генетическую гетерогенность, вариацией условий среды и стохастической (кинетической) природой реализации продолжительности жизни. Последний источник вариабельности до последнего времени ускользал от внимания многих исследователей.

2. Вопреки широко распространенному мнению, никаких убедительных доказательств преимущественно генетической природы наблюдаемых индивидуальных различий по срокам жизни не имеется. Более того, многочисленные данные свидетельствуют скорее о том,

что вклад генетической гетерогенности в наблюдаемые различия, по-видимому, невелик и к тому же уменьшается с возрастом.

3. Большая вариабельность по срокам жизни сохраняется даже в популяциях генетически одинаковых организмов, живущих в строго контролируемых лабораторных условиях. Для понимания природы этой вариабельности необходимо углубленное изучение кинетики выживания организмов, построение и проверка соответствующих математических моделей. Поэтому представляют интерес попытки формального описания вариабельности по срокам жизни, о чем и пойдет речь в следующем разделе.