Смерть и биология

Биологию всегда интересовала смерть, как явление. Любой живой организм стареет и умирает, но почему это происходит? Является ли смерть программой, записанной в генах или это просто сбой в работе организма, приводящий клетки к старению и гибели?

Результаты исследований американского биолога Леонарда Хайфлика позволили ответить на этот вопрос. Он обнаружил предел деления человеческих клеток - 50 (плюс-минус 10) раз. После достижения этого числа гибель клетки неизбежна, на какие бы ухищрения мы ни шли. Клетку можно заморозить, а затем вернуть в обычное состояние, но она точно "припомнит", сколько раз делилась до этого. Алексей Оловников из Института химической физики РАН открыл и "счетчик" клеточного деления - причину старения и гибели клетки. При каждом делении клетки молекулы ДНК становятся чуть короче. Когда же укорочение доходит до гена, кодирующего жизненно важную информацию, то клетка погибает.

По мере увеличения мощности приборов, которыми располагают специалисты по молекулярной биологии, становится все очевиднее, что между живой и мертвой материей нет принципиального отличия.

Тело каждого из нас содержит около шестидесяти триллионов (60x10¹²) клеток и каждые сутки теряет их столько, что ими можно наполнить глубокую тарелку. Присмотритесь к мельчайшим чешуйкам, постоянно падающим с вашей кожи, и вы увидите аккуратные кристаллические многоугольники. Взгляните на один из шестидесяти ежедневно выпадающих волос - там более тысячи клеток, которые, подобно дранке, расположились вокруг центрального волокнистого стержня. Соскребите тончайшую стружку с ногтя, и вы потеряете еще десять тысяч клеток, лежащих плотными слоями твердого рогового вещества.
Каждое прикосновение к поверхности тела, каждое дуновение ветра заставляет нас что-то терять, в то время как внутри нас происходят не менее стремительные процессы. Ежедневно вся внутренняя поверхность рта смывается в желудок и переваривается, а семьдесят тысяч миллионов клеток срываются со стен кишечника при прохождении пищи. Оставшаяся часть ежедневной порции теряемых нами клеток гибнет от любви, голода, гнева, страха.
Цепочка из клеток, которые вы теряете за день, могла бы протянуться от одного берега Атлантики до другого, однако среднее число клеток взрослого человека не изменяется, так как новые клетки приходят на смену потерянным. Ребенок рождается только с двумя триллионами (2x10¹²) клеток, и когда он достигает веса взрослого человека, число их увеличивается приблизительно в тридцать раз. При достижении половой зрелости начинается постепенный отток клеток - так клетки мозга никогда не возобновляются, и после тридцати мы ежегодно теряем один процент наших нервных клеток.

Верхний слой нашей кожи представляет собой полупрозрачные кристаллы, скрепленные тонким слоем жира. Это жесткие клетки, наполненные кератином, являются мертвыми. Очень скоро они будут сброшены и исчезнут вместе с еще 500 миллионами клеток, которые мы ежедневно теряем, но пока что они покрывают поверхность всего тела как гибкий панцирь, предохраняющий находящиеся под ним более нежные ткани. Живые клетки не могут перенести соприкосновения с воздухом, защитные же кристаллические клетки, вытесненные на поверхность заменяющими их новыми клетками, не гибнут. Они совершают самоубийство. Задолго до того, как эти клетки достигают поверхности и соприкосновения с воздухом, они начинают производить фиброзный кератин, пока вся клетка не наполнится роговым веществом. Фактически эти клетки мертвы. Они, безусловно, не могут воспроизводиться и столь же несомненно состоят из высокоорганизованной материи, выполняющей задание конкретного органа на данный момент времени.

Мертвы ли клетки кожи? Если мертвы, то наше тело буквально укрыто смертью, и все же благодаря этому мы живем. Жизнь зависит от смерти. Мы обязаны жизнью не только клеткам, воздвигающим барьер между нами и внешним миром, но и огромным армиям других клеток, постоянно погибающих во внутренних битвах во имя жизни всего организма.

В нормальных условиях организм поддерживает равновесие. Тело избегает демографического взрыва, воспроизводя новые клетки по мере отмирания старых. Ему не приходится ждать, поскольку гибель старых клеток в значительной степени предопределена. Каждый день кто-то из нас умирает, чтобы остальные могли жить. Очевидно, что неизбежно приходящая смерть не может быть случайностью, произвольным результатом конкуренции, обеспечивающей выживание самых приспособленных. Смерть имеет определенную задачу. Она включена в программу жизни, и выживание организма возможно лишь в том случае, если происходит планомерное отмирание некоторых его частей.

Приведенные выше примеры показывают, как жизнь поддерживается с помощью смерти в пределах единичного организма. Однако нам гораздо ближе и понятнее то, как смерть помогает сохранить необходимое равновесие в целой популяции, не позволяя ей слишком разрастись и стать неуправляемой. Не будь смерти, мир завоевали бы организмы, размножающиеся быстрее остальных. Одна маленькая невидимая бактерия может самостоятельно произвести за несколько часов огромное потомство, равное весу человека, а каждый грамм почвы содержит 100 миллионов таких потенциальных патриархов. Менее чем за два дня вся поверхность Земли была бы покрыта зловонными дюнами бактерий всех цветов радуги. Беспрепятственно размножаясь, простейшие дадут нам такую же картину за сорок дней; комнатной мухе потребуется четыре года, крысе - восемь лет, растения клевера смогут покрыть всю Землю за одиннадцать лет; а прежде, чем нас вытеснят слоны, пройдет не меньше века.

Материал, из которого строится жизнь, носит органический характер. Он состоит из углеродных соединений. Из сотни с небольшим элементов, известных в настоящее время, углерод уникален тем, что он может вступать в соединения с самим собой, образуя очень большие конгломераты, состоящие из сотен тысяч атомов и называемые макромолекулами. Самые распространенные из них - белки, составляющие около половины всего сухого веса любого живого организма. В человеческом теле находится больше сотни тысяч разных типов белка, и человек не является в этом отношении исключением. Любая жизнь - это белок.

Всякая жизнь имеет границу. Для существования даже простейших форм жизни необходимо множество гигантских молекул, и все они должны уместиться в одной оболочке. Поэтому необходим некий минимум пространства. Расчеты показали, что нижний предел размера любого организма, который мог бы называться живым, составляет около пяти тысяч единиц ангстрем. Это означает, что двадцать тысяч таких структур могут поместиться бок о бок поперек нашего ногтя. Такое ограничение предполагает, что мы можем начать определять смерть как все то, что меньше пяти тысяч ангстрем. Но оказывается, что существует целый ряд существ, размеры которых колеблются от половины до одной пятидесятой от этого критического минимума и все они обладают целым рядом характеристик жизни. Эти нарушители порядка - обыкновенные вирусы, которые являются ключом к реалистической оценке смерти.

Вирусы способны воспроизводится, но для этого им необходимо восполнить химический дефицит за счет проникновения в клетку более высокоорганизованного организма. Они проникают в клетки, и, меняя их программу воспроизведения, заставляют воспроизводить новые вирусы. Существует мнение, что такая зависимость от другой жизни лишает вирусы права считаться подлинно живыми организмами, но можно назвать множество живых существ, за исключением зеленых растений, которые питаются другими формами жизни. На этом основании вирусы не могут быть вычеркнуты из числа живых.
На границе органической и неорганической материи находятся бактерии. В отличие от аномальных вирусов, эти организмы действительно образуют мост между живой и неживой субстанциями. Бактерии, безусловно, являются живыми, и, хотя они лучше чувствуют себя в теплой влажной среде, их можно встретить в самых разнообразных средах обитания. Многие из них могут существовать без кислорода, некоторые могут жить в воде почти при температуре кипения, и большинство выживает при температуре гораздо ниже нуля. Несколько разновидностей обладают способностью к фотосинтезу и, подобно растениям, получают энергию непосредственно от солнечного света, остальным же требуется органическая пища. Чтобы ее раздобыть, бактерии способствуют процессу разложения, при котором сложные органические компоненты разрушаются или превращаются в минералы, уступая тем самым место более простым неорганическим химическим веществам. Бактерия поглощает то, что ей необходимо, оставляя все прочее на долю природы. Многие из продуктов жизнедеятельности бактерий не могут появиться сами по себе, и, если бы не работа бактерий, они бы навечно остались в формах, недоступных другим живым существам, и всякая жизнь на Земле вскоре бы прекратилась.

В идеальных условиях защищенности от вирусов и белых кровяных телец ни одна из бактерий никогда не умрет. Они не знают смерти от старости и не становятся трупами, кроме случаев их насильственного разрушения. Сами же бактерии практически бессмертны. Вырастая до самого благоприятного размера, они делятся, и две новые бактерии питаются, растут и вновь делятся. Смерти для нее не существует.

Так что смерть - относительно недавнее изобретение природы, которое возникло как следствие борьбы против... смерти. Само понятие "смерть" появилось тогда, когда двое соединились, чтобы произвести на свет третьего. Потому что этот третий - это и не первый, и не второй, не тот и не другой. Это новое существо. Мы позволяем себе роскошь делать что-то новое. А когда делаешь что-то новое, надо освобождать для него место. Итак, смерть - результат наличия полов. Получается парадокс: мы боремся со смертью, рожая детей, но ведь только потому, что мы можем рожать детей, мы неизбежно смертны. От всех других заболеваний и расстройств смерть отличается тем, что она неизбежна. С того момента эволюции, когда бактерии научились размножаться, каждая особь была приговорена к смерти. Вероятно, только человеку выпала горькая участь знать об этом приговоре и бояться его - бояться, что мы живем и, следовательно, должны умереть.

Где помещается жизнь, пока ее части перестраиваются? Это не просто философский вопрос. Развитие хирургической пересадки органов ставит эту проблему в ряд важнейших моральных и юридических задач. Например, морские губки состоят из массы клеток, организованных в сообщество, функционирующее как одно целое и представляющее собой, по мнению большинства зоологов, единый организм. Но если вы разрежете губку и протрете кусочки через шелковую ткань так, чтобы все клетки отделились друг от друга, эта неорганизованная кашица в скором времени вновь соединится, превратившись в полноценную губку.

Очень удачный эксперимент такого рода производился над красно-ржавой и желто-зеленой губкой. Обе губки были мелко растерты и тщательно перемешаны. Через двадцать четыре часа красные и желтые клетки реорганизовались и вновь соединились в форму первоначальных губок. К началу эксперимента имелись два разных живых организма. Встает вопрос: что в них оставалось живым, а что погибло в смешанном растворе? Все клетки остались живы, но на какой стадии мы имеем право приписывать каждому из этих организмов индивидуальную жизнь? И как объяснить тот странный факт, что несколько красных клеток благополучно прижились в желтой губке?

На всей Земле жизнь питается жизнью, и в этом бесконечном круговороте в котором атомы постоянно переходят из одной живой формы в другую. Зеленое растение берет все необходимое для жизни из почвы, воды и энергии солнца. Оно умеет извлекать жизнь непосредственно из неживой материи, но затем растение съедает гусеница, которую подхватывает пролетающий воробей, попадающий, в свою очередь, в когти ястреба, а тот, умирая позже, становится пищей жуков... и так далее. Попав в сети живой материи, атомы захватываются чем-то вроде органической инерции, проносящей их через бесконечные жизненные циклы, длящиеся веками. Этот непрерывный "атомный водоворот жизни" приводит к тому, что вся наша пища за редким исключением была недавно частью другого живого существа.

Вынося краткое резюме, можно сказать, что с точки зрения биологии проводить различие между жизнью и смертью просто бессмысленно.