Предложено новое биологическое правило старения

Биолог Джон Тауэр из Дорнсайф-колледжа Университета Южной Калифорнии предложил «новое правило биологии», которое объясняет эволюцию и старение. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Aging.

Правило Тауэра основывается на концепции избирательно выгодной нестабильности (англ. selectively advantageous instability, SAI). Эта концепция идет вразрез с общепринятым представлением, что стабильность всегда выгоднее нестабильности за счет меньших энергетических затрат.

Примером стабильности в природе являются шестиугольники (пчелиные соты, глаза насекомых или скорлупа яиц Drosophila melanogaster), потому что эта форма связана с механической прочностью, экономией ресурсов и максимально полезным использованием пространства. Эти структуры способны возникать спонтанно, поэтому не требует сложного биологического механизма для воспроизведения. Другим примером являются логарифмические спирали — раковины моллюсков, сосновые шишки и брокколи сорта романеско.

Однако некоторая нестабильность в таких биологических компонентах, как белки и генетический материал, может давать клеткам преимущество. Тауэр рассматривает самовоспроизводящуюся систему или репликатор (АВ), который состоит из двух генов или субъединиц (А и В). Если оба компонента одинаково стабильны, то репликатор создает множество копий {AB}. Однако если B менее стабильно, чем A, то итоговыми продуктами будут не только копии AB, но и субъединицы А — {AB, A}. В результате увеличивается сложность системы.

Далее Тауэр отмечает, что с точки зрения репликаторов нестабильность B становится избирательно выгодной, когда выгоды от повышенной сложности перевешивают затраты, которые идут на создание нестабильного компонента. В природе примерами этого могут служить короткоживущие транскрипционные и сигнальные факторы, обеспечивающие быструю реакцию на изменяющуюся среду, а также механизмы замены поврежденных макромолекул.

Результаты показали, что нестабильность позволяет клеткам сохранять как нормальные гены, так и мутации, что способствует генетическому разнообразию и адаптации. Однако как сами нестабильные компоненты, так и трата ресурсов на их создание и замену неизбежно способствуют процессам старения.