Жизнь без старости: феномен голых землекопов

На основе его массы при по­имке, это животное было примерно в возрасте одного года, когда мы взяли его около Мтито Андеи, в Кении в июле/августе 1974 года. Он умер в апреле 2002 года, показав продолжительность жизни более 28 лет. Та­ким образом, его срок жизни превысил предыдущий ре­корд долголетия для грызунов, который был установ­лен дикобразом (Hystrix Вrachyura), жившим в течение 27 лет и 4 месяцев».

 В фокусе внимания геронтологов

Так началось широкомасштабное исследование са­мого удивительного с точки зрения старения и долголе­тия существа, живущего на Земле. И хотя это создание не блещет изысканными формами и красотой, а, скорее, похоже на сырую сосиску с зубами (д-р Крик Фолкс из Лондонского университета в интервью ВВС назвал го­лого землекопа «саблезубой колбасой»), к нему прочно приковано пристальное внимание всех геронтологов в мире. И это неслучайно. Как оказалось, голый землекоп обладает почти полным набором уникальных свойств, обеспечивающих ему крепкое здоровье и долголетие. Разница между сроком жизни голого землекопа и сход­ного по размеру с ним другого грызуна, мыши, такая же, как у современных людей и у ветхозаветных пророков, живших, по библейским преданиям, 900 и 1 000 лет.

 

Старение и все, что с ним связано, всегда очень сильно интересовало людей. Неслучайно вместе с поиском философского камня, сулившего богатство, древние алхимики и мудрецы также энергично искали и всевозможные эликсиры молодости. Над разгадкой процессов старения и долголетия в наше время бьют­ся огромное количество ученых на всех континентах. Насколько это сложный и запутанный вопрос, можно судить по огромному количеству озвученных на сегод­ня геронтологами точек зрения на старение — более 100 всевозможных теорий. Так что полной ясности в этом вопросе пока нет. Это похоже на набор деталей космического корабля, сваленных большой грудой в ангаре, которые ученым предстоит собрать, чтобы ко­рабль наконец полетел.

 

 

 Все мы знаем на примере наших бабушек и деду­шек, что человек, обычно перешагнув 50-60-летний рубеж, начинает дряхлеть и потихоньку утрачивать все свои функции. Часто это сопровождается возрастными болезнями, такими как гипертония или атеросклероз. Интересно, что и у большинства животных по достиже­нии определенного возраста можно наблюдать такие же процессы, связанные со старением, как и у людей: жи­вотные дряхлеют, лысеют, теряют зрение и зубы, боле­ют атеросклерозом, мучаются болями в суставах и т.д.

 

Но, как выяснилось, среди множества видов, старе­ющих по всем правилам, встречаются уникальные су­щества, слабо подверженные влиянию времени. И это их свойство, обеспечивающее долголетие, оказалось самым тесным образом связано с условиями обитания и размножением. Каким образом?

 Кто и сколько живет?

Все дело в том, что задача любого биологиче­ского вида — оставить потомство, передать свои гены следующим поколениям. Небольшие животные, обитающие в условиях, где их подстерегают хищники, размножаются быстро и живут мало. Характерный при­мер — мелкие грызуны, которые плодятся в неимовер­ных количествах и проживают короткую жизнь, два-три года. Чем крупнее и сильнее зверь, тем меньше у него врагов и тем длиннее максимальная продолжитель­ность жизни. Эта закономерность прослеживается до­вольно четко: мышь (живет 3 года) — кролик (12 лет) — волк (16 лет) — тигр (25 лет) — бурый медведь (30 лет) — бегемот (40 лет) — слон (70 лет).

 

Рекордсмен по долгожительству среди млекопитающих, венчаю­щий эту цепочку, гренландский кит совсем не имеет естественных врагов и может прожить более 200 лет. Гигантские черепахи, хоть и меньшие по размеру, чем кит, также не имеют врагов (благодаря внушительно­му панцирю) и доживают до 100 и более лет. Все, кто обзавелся ядовитыми колючками, крыльями, мощны­ми панцирями и длинными когтями, показывают более длинную продолжительность жизни.

 

Главный герой нашего обзора не имеет крыльев и ког­тей, не может похвастаться панцирем (у него нет даже шерсти) и внушительными размерами (его вес около 30 г при длине 10 см), но смог найти оригинальное решение, обеспечившее ему защиту от хищников и долгую жизнь. Как гонимые римскими властями первые христиане, он ушел под землю, где его никто не достанет.

 Место и способ жизни удивительных животных

Ареал обитания голого землекопа (лат. Hetero- cephalus Glaber) — Восточная Африка (Кения, Эфиопия и Сомали). В засушливой и твердой как бетон почве го­лые землекопы нарывают на глубине полутора-двух ме­тров целые катакомбы подземных ходов общей площа­дью с большое футбольное поле, прогрызая их своими передними зубами. Живут они компактными и довольно большими поселениями до 300 особей. Почти никогда не выходят на поверхность и совсем не пьют воды (в жидком виде), обходясь влагой из источников своего пи­тания: из клубней растения Pyrenacantha malvifolia. От­правленные на поиск еды «разведчики» оставляют по своему пути химические метки для своих сородичей и, наткнувшись на клубни, не набрасываются сразу на них, а подают звуковой сигнал, означающий: «Ребята, еда!» Количество зафиксированных учеными звуковых сигна­лов у голых землекопов, которыми они осуществляют коммуникацию друг с другом, довольно велико, более 20 различных видов.

 

 

 

Структура их сообщества относится к категории эусоциальных (т. е. к наивысшему уровню социальной органи­зации) и имеет сходство с се­мьями пчел и муравьев. Как и там, у голых землекопов су­ществует большая коопера­ция и взаимопомощь, а также социальное неравенство, по­драздел на касты. Большая часть землекопов в посе­лении — это «работники» и «солдаты», единственная привилегия которых — ра­ботать и умереть, защищая товарищей. Главные и почти единственные враги голых землекопов — змеи. Надо сказать, что ученые столкнулись со свидетельствами немалой отваги голых земле­копов, вложенной в них природой: перед лицом опас­ности землекоп-«солдат» посылает своим сородичам сигнал, чтобы те замуровали за ним вход, отрезая себе таким образом путь к отступлению. И после этого всту­пает в схватку с врагом. Такие вот маленькие самураи.

 

Кроме рабочих особей есть несколько самцов, как правило, два-три на все поселение, ответственных за размножение. И наверху этой социальной пирамиды — самка-королева, рожающая потомство голых землеко­пов. Эти маленькие грызуны чрезвычайно плодовиты, и самка может рожать три-шесть раз в год по два десятка крохотных детенышей весом чуть более грамма.

У ла­бораторной самки голого землекопа был зафиксирован рекорд рожденного в неволе потомства — 900 детены­шей за 11 лет. Рожденных в природе землекопов нянчат несколько привлеченных для этого дела самок. Не так давно, в октябре 2015 года, японские ученые опублико­вали отчет о своей работе, позволившей понять, почему не рожавшие самки землекопов вдруг становятся «нянь­ками» и проявляют большую заботу о чужом потомст­ве. Оказалось, они поедают фекалии самки-королевы, в которых содержатся большие количества женского гормона эстрадиола. И именно этот гормон заставляет нерожавших самок голых землекопов проявлять чудеса нежности к чужим детенышам.

 Необычные свойства голых землекопов

Как предполагается и как подтверждается наблю­дениями, образование нового поселения голых земле­копов начинается со встречи самки и самца из разных поселений, которые покинули отчий дом и решили на­чать самостоятельную жизнь. Во всяком случае, в нево­ле эти зверьки предпочитают выбирать партнеров для продолжения рода не из «родственников», а из других колоний. Вероятно, таким образом они противостоят кровосмешению и вырождению вида. Хотя кожа голых землекопов не имеет густого волосяного покрова, как у других грызунов, оказалось, что они слабо восприимчи­вы к внешним раздражителям. Ученые воздействовали на кожу землекопов кислотой и экстрактом жгучего пер­ца, и те довольно спокойно переносили такие «пытки», при этом реагируя на механические раздражители (уко­лы и пощипывания). Также оказалось, что землекопы, в отличие от остальных млекопитающих, не могут под­держивать постоянную температуру тела (т. е. они хо­лоднокровные) и потому вынуждены перемещаться под землей вертикально, выискивая подходящую для себя температуру.

Всех этих перечисленных выше качеств голых зем­лекопов вполне хватило бы, чтобы в конкурсе на звание самого необычного млекопитающего он занял первое место.

 

Но, конечно, самое удивительное свойство этих гры­зунов — это почти полное отсутствие старости, в том понимании, как мы себе ее представляем. Голые зем­лекопы почти не дряхлеют, не болеют атеросклерозом и диабетом, сохраняют иммунитет, а также мышечную и репродуктивную функции. И почти до самых послед­них дней ведут себя так же бодро, как и в молодости. А погибают или от стычек с врагом, или, по всей види­мости, просто исчерпав какие-то заложенные природой лимиты своих физиологических возможностей. Так же, как обычно умирают люди-долгожители, — от остановки сердца, выработавшего ресурс.

Чтобы лучше понять все внутренние феномены это­го загадочного зверька, в 2011 году большая междуна­родная команда ученых из Дании, Южной Кореи, Китая и США под руководством российского генетика Вадима Гладышева расшифровала геном голого землекопа. Что же ученые увидели в нем? Оказалось, немало ин­тересного.

 Удивительный геном и закономерности старения

Прочтение генома землекопа показало, что он отде­лился от своих ближайших «родственников», мышей и крыс, 75 млн лет назад, от линии кроликов — 86 млн, от человека — 102 млн лет назад. Общие характери­стики его генома схожи с геномами мыши и человека. ДНК голого землекопа содержит 22 561 кодирующий ген, у человека таких генов 22 389, у мыши — 23 317. А вот качественная разница оказалась существенной. Так, в геноме голого землекопа обнаружилось намно­го меньше мобильных генетических элементов, чем у других млекопитающих. Эта особенность делает их ге­ном более устойчивым к негативным изменениям, выз­ванным перемещениями мобильных элементов. Также были найдены около 200 новых генов, которые появи­лись у землекопов после отделения их эволюционных линий от мышей и крыс. Нашлись и изменения в генах белка UСР1 и нейропептида Р, ответственных за терморе­гуляцию в условиях холодно­кровности и сделавших зем­лекопа нечувствительным к боли.

 

 

 

Но, конечно, не это в пер­вую очередь интересовало ученых. Вадиму Гладышеву и его коллегам удалось об­наружить целый ряд одина­ковых генов, связанных со старением у человека, мыши и голого землекопа (на 93 % их геномы идентичны), кото­рые с возрастом работали по-разному у этих трех видов.

 

Вероятно, одними из наибо­лее важных у голого землеко­па стали изменения в работе генов р16 и SMAD3, которые замедляют бесконтрольное размножение клеток и тесно связаны со многими возрастными патологиями. Во мно­гом именно благодаря работе этих генов голые земле­копы совершенно не подвержены опасным перерожде­ниям клеток. Еще один ген, CYР46А1, который отвечает за здоровье нервных клеток, в мозге человека снижает свою активность с возрастом, а у голого землекопа, на­оборот, показал повышенную экспрессию.

 

Подводя итог этим исследованиям, профессор Гладышев так оценил полученные результаты: «Голый землекоп — это уди­вительное животное. Особенно в том, что он так хорошо защищен от рака и гипоксии, не поддержива­ет постоянную температуру тела и ведет высоко­организованный образ жизни. Но для нас самое инте­ресное — это его способность жить так долго.

 

Мы с коллегами просеквенировали его геном и оказалось, что, похоже, он нашел свой собственный путь к дол­гожительству. Чтобы лучше понять это, мы недав­но проанализировали геномы его ближайшего родст­венника — дамарского землекопа, который является более-менее «нормальным» грызуном, а также других млекопитающих-долгожителей: ночницы Брандта (летучая мышь) и серого кита.

Во время эволюции в каждом из этих животных произошли геномные из­менения, которые поддерживают долгую жизнь этих млекопитающих. И мы обнаружили эти изменения. Те­перь интересно будет узнать, будут ли и другие жи­вотные намного дольше жить, если внести такие же изменения в их геномы».

Феномен гилауроной кислоты

После этих первопроходческих работ за геном голо­го землекопа взялись и другие ученые. В 2013 году рос­сийские генетики из университета Рочестера (Нью- Йорк), Вера Горбунова и Андрей Селуянов с коллегами, сделали следующее важное открытие. Они обнаружили в клетках соединительной ткани голого землекопа, фи­бробластах, повышенное содержание полисахарида гиалуронана (гиалуроновой кислоты). В клетках землекопа этого вещества оказалось в пять раз больше, чем у человека или мыши. Ученые обнаружи­ли, что гиалуроновая кислота высокой молекулярной массы накапливалась в больших количествах в тканях голого землекопа из-за того, что ферменты, ответствен­ные за ее разрушение, были подавлены. А фермент, син­тезирующий эту кислоту, гиалуронансинтаза-2 (HAS2), напротив, проявлял у землекопов повышенную ак­тивность.

 

Выяснилось также, что гиалуронаны чело­века и голого землекопа из-за разной молекулярной массы (у землекопа она в 5 раз больше) оказывают противоположное воздействие на организм. Мелкие человеческие (и мышиные) гиалуронаны стимулируют процессы воспаления и деление клеток, в то время как крупные гиалуронаны голого землекопа, напротив, подавляют воспаление и клеточное деление.

 

Теперь ученые смогли объяснить сверхспособ­ность голых землекопов противостоять онкологиче­ским заболеваниям. Крупные гиалуронаны не по­зволяют переродившимся клеткам начать делиться, стимулируя так называемое раннее контактное тор­можение деления клеток. Также гиалуронановая кис­лота в положительную сторону регулировала разви­тие и других возрастных отклонений. Кроме этого, ее обнаружение в тканях землекопа помогло объяснить чрезвычайную устойчивость этих грызунов к действию активных форм кислорода (АФК).

 

 

 

АФК вырабатывают­ся у большинства организмов как побочный продукт потребления кислорода и при высоких концентрациях (что часто бывает в старости) могут повреждать клеточ­ные мембраны, ДНК и убивать клетку. У голых земле­копов анализы показывали высокие уровни окислитель­ных повреждений, вызванных АФК. И тем не менее это не причиняло им вреда и никак не влияло на их уди­вительно длинную жизнь. Одной из причин этого фено­мена может быть именно антиоксидантное воздействие гиалуронана. Вера Горбунова и ее коллеги обнаружили, что гиалуронановая кислота не давала перекиси водо­рода (одной из форм АФК) запустить каскад реакций, ведущий к гибели клетки.

 

Также у голых землекопов было найдено еще одно противодействие агрессии АФК: выяснилось, что мем­браны их клеток содержат в несколько раз меньше лег­ко подверженных окислению полиненасыщенных жир­ных кислот, чем клетки мыши: 50 % у мышей и всего 6 % у голых землекопов.

 

Весной 2015 года Рошель Баффенштайн с коллегами описали еще один механизм в организме голого землекопа, подавляющий действие АФК. Они обнаружили у землекопов повышенное содер­жание одного из ядерных факторов (веществ, регулиру­ющих синтез белка) — Nrf.2, который повышает синтез нескольких сотен цитопротекторных, т. е. защищающих клетку, веществ. В первую очередь это несколько важ­ных антиоксидантов, а также белки теплового шока, от которых зависит нормальная сборка белков. Как отме­тили исследователи, ядерный фактор Nrf2 играет клю­чевую роль в устойчивости к стрессу и может быть на­прямую связан с долголетием видов.

 Не торопясь взрослеть

Интересное предположение о причинах необычай­ного долголетия голого землекопа сделала в июне 2015 г. группа ученых-нейробиологов из Австрии, Швеции и США, Тибор Гаркани и его коллеги. Исследовав моз­говые структуры землекопа, ученые обнаружили, что голые землекопы имеют чрезвычайно длительный пе­риод созревания мозга: их мозг как бы «не торопится» взрослеть, долго находясь в детском, недоразвитом состоянии. Благодаря этому нервные клетки землеко­пов приобретали, как пишут исследователи, большую устойчивость к нейродегенеративным процессам. Опи­раясь на эти факты, а также на другие данные физи­ологии голого землекопа (такие, как отсутствие шер­сти), делающие его похожим на детеныша даже во взрослом возрасте, ученые выдвинули гипотезу неоте­нии — удержания незрелых характеристик и задержки развития. Выглядит так, что голый землекоп каким-то образом «задержался в детстве», не спеша взрослеть и благодаря этому приобретя долгую жизнь и устойчи­вость к болезням.

Существует еще ряд особенностей голых земле­копов, которые пока ждут своего объяснения. Это и необычное строение РНК рибосомы (клеточной ор- ганеллы, в которой происходит образование вновь синтезированных белков), разрезанной на две части и имеющей уникальную вставку длиной в 118 нукле­отидов, и мутация рецептора инсулина, в результате которой землекоп усваивает глюкозу в обход инсули­на, и еще многое другое.

 

 

 

Так, совместными усилиями многих исследователей постепенно складывается целостная картина удивительного феномена здоро­вья и долгожительства этого загадочного подземного грызуна, которого природа и эволюция по какой-то прихоти выбрала своим любимцем, наделив целым набором уникальных качеств. И можно предполо­жить, что в скором времени появятся следующие, новые открытия, связанные с голым землекопом. Открытия, которые могут оказать человечеству боль­шую помощь в борьбе со старением и возрастными болезнями.

 

Статья была опубликована в майском номере журнала "Наука и техника" за 2016 год