Не все бессмертны: старение пресноводных гидр

То, как происходит старение пресноводных гидр, оказалось гораздо сложнее, чем предполагала репутация этих животных. Некоторые гидры способны десятилетиями поддерживать жизнедеятельность без заметного увеличения риска смерти. Но у одного из их близких родственников обнаружилась совсем другая картина: смертность с возрастом росла, а самый долгоживущий экземпляр в эксперименте прожил около двух лет.

Результаты опубликованы в Journal of Evolutionary Biology. Они заставляют пересмотреть представление о том, что способность практически не стареть характерна для всех представителей рода Hydra.

Гидры — крошечные пресноводные животные с цилиндрическим телом и щупальцами. Они обладают удивительной способностью к регенерации: могут восстанавливать повреждённые части тела и постоянно обновлять свои ткани. Значительную роль в этом играют стволовые клетки, обеспечивающие образование новых клеток на протяжении жизни.

Именно поэтому гидры давно привлекают исследователей старения. У вида Hydra vulgaris в длительных лабораторных наблюдениях риск смерти практически не увеличивался с возрастом, а способность к бесполому размножению сохранялась. На основании таких результатов учёные допускали, что потенциальная продолжительность жизни этих животных может исчисляться сотнями или даже тысячами лет.

Это теоретические оценки, а не зарегистрированная продолжительность жизни отдельных гидр. Но сама возможность столь слабого старения делает этих животных исключительными объектами для биологии долголетия.

Гидра, которая нарушила ожидания

В центре новой работы оказался другой вид — Hydra oligactis.

О нём уже было известно кое-что необычное. При определённых условиях, связанных с переходом к половому размножению, эти гидры могут быстро стареть, терять способность к регенерации и погибать.

Но оставался вопрос: что происходит, когда животные продолжают размножаться бесполым способом?

При бесполом размножении на теле гидры возникает небольшое выпячивание — почка. Она постепенно превращается в самостоятельную особь и отделяется от родительского организма. Такой способ размножения позволяет гидрам образовывать новые поколения без оплодотворения.

Ранее предполагалось, что в этой фазе Hydra oligactis, подобно Hydra vulgaris, может почти не стареть. Однако убедительных длительных наблюдений, позволяющих проверить это предположение, не хватало.

Авторы новой работы использовали гидр, происходивших от особей, собранных в пруду на юге Франции. В лаборатории животных содержали на протяжении всей жизни, регистрируя их выживаемость, бесполое размножение и появление спонтанных опухолей.

Для анализа использовали статистические модели выживаемости, позволяющие оценить, как вероятность смерти меняется с возрастом и связана ли она с другими особенностями жизнедеятельности.

Результат оказался однозначным: риск смерти у Hydra oligactis существенно увеличивался по мере старения животных.

В демографии и биологии старения это называют возрастным увеличением смертности. Именно такой показатель позволяет отличить настоящее старение популяции от ситуации, когда организмы погибают случайным образом, но вероятность смерти остаётся приблизительно постоянной в любом возрасте.

Максимальная зарегистрированная продолжительность жизни в эксперименте составила около двух лет.

Это не означает, что Hydra oligactis физически не может прожить дольше. Исследователи измеряли продолжительность жизни конкретных животных в определённых лабораторных условиях. Но полученные данные показывают, что даже без перехода к половому размножению этот вид не сохраняет постоянный риск смерти на протяжении жизни.

Меньше пищи — дольше жизнь

В эксперименте было ещё одно существенное различие между группами животных.

Одних гидр кормили пять раз в неделю, других — три раза. Таким образом исследователи сравнивали более высокую и более низкую доступность пищи.

Гидры, которых кормили реже, демонстрировали лучшую выживаемость.

Ограничение питания давно изучается как фактор, способный влиять на продолжительность жизни различных организмов. При изменении доступности ресурсов могут меняться обмен веществ, интенсивность размножения и распределение энергии между поддержанием собственного организма и производством потомства.

Новая работа показывает, что подобная зависимость существует и у Hydra oligactis, представителя одной из древних ветвей животного мира.

Но здесь появилась интересная деталь.

Можно было предположить, что более интенсивное бесполое размножение сокращает жизнь гидры: организм тратит ресурсы на производство потомства, оставляя меньше энергии для поддержания собственных тканей.

Наблюдения не подтвердили такую простую картину.

Напротив, более высокая частота образования почек была связана с большей вероятностью выживания.

Это не доказывает, что размножение продлевает жизнь. Возможно, животные, находившиеся в лучшем физиологическом состоянии, одновременно успешнее размножались и дольше жили. Но результат показывает, что связь между размножением и старением у этих организмов не сводится к прямому обмену жизненных ресурсов на потомство.

Опухоли и цена долгой жизни

Отдельно исследователи проследили за появлением спонтанных опухолей.

Гидры особенно интересны для онкологии, поскольку опухолевые изменения могут возникать даже у этих сравнительно просто устроенных многоклеточных животных.

В эксперименте развитие опухолей было связано со значительным снижением вероятности выживания.

Это наблюдение согласуется с представлением о том, что опухолевые процессы способны нарушать жизнедеятельность организма независимо от сложности его строения. Однако статистическая связь сама по себе не позволяет определить, какая часть повышенной смертности была непосредственно вызвана опухолями, а какую могли объяснять сопутствующие изменения состояния животных.

Кроме того, исследование проводилось на лабораторных гидрах, происходивших от особей из одного природного водоёма. Поэтому полученные показатели нельзя автоматически считать универсальными для всех популяций Hydra oligactis или для условий дикой природы.

Интересно, что в одной работе встретились сразу три процесса, которые часто рассматривают вместе в эволюционной биологии: старение, размножение и образование опухолей. Все они могут зависеть от того, как организм распределяет ресурсы и поддерживает состояние своих тканей.

Долгое время гидры служили аргументом в пользу того, что биологическое старение не является неизбежным свойством многоклеточной жизни. Новые результаты не опровергают наблюдений за практически нестареющей Hydra vulgaris.

Они показывают нечто другое: даже внутри одного рода животных могут существовать принципиально разные траектории старения.

Одна гидра способна годами сохранять почти неизменную вероятность выживания. У другой риск смерти постепенно растёт, несмотря на способность обновлять ткани и производить новых особей.

Способность к регенерации сама по себе ещё не гарантирует отсутствие старения.