Dlaczego nasze ciało musi umrzeć?

W toku ewolucji mogły powstać mechanizmy przedłużające życie, ale priorytetem nie było trwanie indywidualnych istot, tylko genów. Żyjemy tyle czasu, ile potrzeba na wydanie na świat i wychowanie optymalnej liczby potomstwa - mówi PAP genetyk prof. Paweł Golik.

PAP: Czy to prawda, że bakterie - które rozmnażają się bezpłciowo - nie starzeją się i mogą być nieśmiertelne?

Prof. Paweł Golik, dyrektor Instytutu Genetyki i Biotechnologii Uniwersytetu Warszawskiego: W przypadku bakterii czy komórek rozmnażających się przez symetryczny podział, trudno powiedzieć czy się starzeją i czy są nieśmiertelne - to kwestia semantyczna. Komórka dzieli się na dwie identyczne. Czy istnienie oryginalnej komórki w momencie podziału się kończy, czy trwa ona w dwóch potomnych, to kwestia do rozważania przez filozofów. Natomiast za nieśmiertelną można uznać samą linię klonalną. Ale równie dobrze za nieśmiertelną można uznać linię komórek płciowych u wyższych organizmów.

Ale linia komórek płciowych to nie to samo co cały organizm. Dlaczego organizm rozmnażający się płciowo starzeje się i nie może być nieśmiertelny?

Odpowiedzią jest tzw. teoria ciała jednorazowego użytku (ang. disposable soma). Rzeczami jednorazowego użytku są np. kubki tekturowe czy plastikowe sztućce, które nie są trwałe, bo trwałe być nie muszą. Podobnie jest w przemyśle. Nie opłaca się budować komputera, który działałby 50 lat, skoro za kilka lat będziemy go chcieli - z różnych powodów - wymienić na nowszy. Teraz nie produkuje się rzeczy bardziej trwałych niż jest to konieczne, bo jest to nieopłacalne. W biologii jest podobnie - każdy organizm ma swój ograniczony zasób energii, którą pozyskuje z otoczenia. Energię tę może wydatkować albo na podtrzymanie funkcjonowania organizmu - utrzymywanie go w dobrej kondycji przez wiele lat - albo na rozród. Każdy organizm znajduje w ewolucji swoje optimum pomiędzy swoim wydatkiem na jedno i na drugie zadanie. Nie będzie wydawał na podtrzymanie funkcji życiowych więcej niż jest to niezbędne.

Ale różne organizmy wybierają chyba różne strategie.

Tak, strategie rozrodcze zależą od organizmu. Np. myszy żyją w idealnych warunkach maksymalnie 2-3 lata. Prawdopodobieństwo, że dany osobnik nie przeżyje kolejnego roku - zginie podczas zimy albo zostanie pożarty - jest na tyle duże, że zysk z długowieczności jest praktycznie żaden. Dlatego opłacalne jest to, by sporo energii przeznaczać na rozmnażanie się, a nie na naprawę własnych komórek. A w przypadku słoni czy drzew wiadomo, że kiedy osobnik dorośnie do wieku, kiedy może się rozmnażać, prawdopodobieństwo przeżycia kolejnego roku jest duże. U tych organizmów wydłużenie życia oznacza dalsze szanse na rozród. Dlatego opłaca im się inwestować w podtrzymanie funkcji życiowych, bo to się przekłada na więcej potomstwa wydawanego na świat w kolejnych latach. Ewolucja optymalizuje jedno - sukces reprodukcyjny. Cała reszta to sposoby dochodzenia do tego efektu.

Dla wielu modelowych organizmów doświadczalnych - dla muszek owocowych, nicieni, można w laboratorium uzyskać - poprzez dobór sztuczny - mutanty, które będą żyły nawet dwa razy dłużej niż zwykłe osobniki, ale skutkiem tego będzie ich obniżona płodność. Coś za coś. Jak więcej energii wydamy na podtrzymanie funkcji życiowych, to mniej jej zostanie na rozrodczość.

Naprawdę ten rozród jest dla organizmu aż tak energochłonny?

Tak. To nie tylko wyprodukowanie komórek rozrodczych, ale i wydanie na świat potomstwa. Strategie są tu różne u różnych zwierząt. Inaczej wygląda to u ryby składającej miliony jajeczek, inaczej u ssaka, który rodzi kilka młodych i musi się nimi opiekować. To jest bardzo kosztowne. U zwierząt może bardziej niż u roślin. Ale znane są rośliny, które rozmnażają się raz w życiu - np. agawy. Są też pewne zwierzęta, które rozmnażają się tylko raz, a po rozrodzie giną - np. niektóre łososiowate. O ile ryba płynąca na rozród jest bardzo smacznym kąskiem np. dla niedźwiedzi, to po tarle jest praktycznie niejadalna, nie ma substancji odżywczych. Cała energia tej ryby poszła na wydanie potomstwa.

A jaki jest związek między rozmnażaniem się i starzeniem u człowieka?

Człowiek jest organizmem szczególnym - jedynym, który żyje tak długo po ustaniu aktywności reprodukcyjnej. Nasz sukces reprodukcyjny zależy nie tylko od wydania na świat potomstwa. Musimy jeszcze to potomstwo wychować i nauczyć tego, co wiemy o świecie. Bo ludzie tworzą kulturę i przekazują ją z pokolenia na pokolenie. W dodatku człowiek jest zwierzęciem stadnym - w wychowaniu jego potomstwa biorą udział różne osobniki, także te, które się już nie rozmnażają. Dawniej - w paleolicie - byli to krewniacy - babcie, dziadkowie, a teraz też niespokrewnieni członkowie społeczeństwa. Osoby takie z ewolucyjnego punktu widzenia pełnią więc istotne funkcje dla nowego pokolenia. W związku z tym ludzie i tak żyją długo. Ale nie ma nic za darmo. Jeśli wydamy więcej energii na przedłużenie życia, mniej nam zostanie na rozród.

Ale dlaczego nie jest możliwe ciągłe rozmnażanie się i naprawianie komórek, rozmnażanie się i naprawianie komórek...

W komórkach - w DNA, w białkach - gromadzą się uszkodzenia. Czynnikiem silnie uszkadzającym jest tlen. Jest on nam bardzo potrzebny - dzięki niemu mamy bardzo wydajny system odzyskiwania energii ze związków organicznych. Ale jest on jednocześnie śmiertelną trucizną - wystarczy przypomnieć sobie wodę utlenioną, którą stosujemy do odkażania. Uszkodzenia w komórkach musimy w jakiś sposób naprawiać. Jednak w którymś momencie to obciążenie uszkodzeniami staje się zbyt duże. Ewolucja pewnie mogłaby wytworzyć skuteczniejsze mechanizmy naprawcze, ale nie było to wystarczająco korzystne.

Dlaczego nie?

Bo bardzo niewiele organizmów w naturalnym środowisku dożywa biologicznej granicy swojego wieku. Większość ginie znaczenie wcześniej - z różnych powodów. Najbardziej długowieczne organizmy na Ziemi to drzewa - mogą żyć setki czy tysiące lat. Prawdopodobieństwo nagłej śmierci jest w ich przypadku nieduże. W dodatku ich metabolizm jest bardzo powolny. Zwierzęta nie są w stanie funkcjonować aż tak powoli - w końcu muszą aktywnie poszukiwać pokarmu czy uciekać przez drapieżnikami.

Czyli tempo metabolizmu ma związek z długością życia? Czy to kolejny powód, dlaczego myszy - którym serce bije szybciej - żyją krócej niż słonie?

Zwykle zwierzęta niewielkich rozmiarów mają szybszy metabolizm i krótsze życie. A co do tempa metabolizmu - jest pewna kontrowersyjna koncepcja, że można wydłużyć życie osobnicze, zmniejszając dopływ energii z pokarmu. To tzw. restrykcja kaloryczna. Wiadomo, że to działa u nicieni, u much, u drożdży, być może również i u myszy. Jeśli chodzi o ludzi czy małpy - jest za mało danych. Chociaż już znaleźli się ludzie, którzy sądzą, że przez drakońskie ograniczenia diety wydłużą sobie życie.

Mówił pan wcześniej, że im więcej energii zużyjemy na przedłużenie życia, mniej nam zostanie na rozród. Czy w związku z tym można widzieć związek tego, że w kulturach zachodnich ludzie żyją dłużej z tym, że rodzą mniej dzieci?

Raczej bym tego nie utożsamiał. Większa długość życia w społeczeństwach zachodnich jest związana z jakością opieki zdrowotnej, zamożnością, a jakość życia wpływa na decyzje rozrodcze. To są mechanizmy czysto kulturowe. Bardzo byłbym ostrożny w bezpośrednim przekładaniu rozważań ewolucyjnych na człowieka. Człowiek jest gatunkiem, u którego mechanizmy kulturowe są niezwykle silne i działają znacznie, znaczenie szybciej niż mechanizmy ewolucyjne. Różnic pomiędzy strategiami i stylami życia osób z różnych rejonów świata doszukiwałbym się raczej w kwestiach kulturowych niż biologicznych.

Rozmawiała Ludwika Tomala

PAP - Nauka w Polsce