Wiecznie żywi

122 lata i 164 dni – to maksimum, na jakie możemy sobie w tej chwili pozwolić. Rekord długości życia należy do Francuzki Jeanne Calment, która w 1997 r. zmarła z bliżej nieokreślonych przyczyn (oficjalne raporty podają spowodowane starością nagłe pogorszenie stanu zdrowia), przeżywszy przeszło 12 dekad. Ogromna większość z nas nie zbliży się nawet do tego wyniku – przeciętna oczekiwana długość życia człowieka wynosi obecnie na świecie około 71,5 roku, a w najbardziej rozwiniętych krajach świata waha się od 75 do 80 lat dla mężczyzn i 80-90 lat dla kobiet.

Wizja utrzymywania swojej osobowości w stanie wiecznego istnienia – przedstawiona choćby w popularnej powieści „Modyfikowany węgiel” Richarda Morgana, w której osobowość i wspomnienia można powtarzalnie przeszczepiać na specjalnym chipie do nowych lub sklonowanych cielesnych „powłok” – dla wielu byłaby kusząca. Nawet jednak świat „Modyfikowanego węgla” nie oferował całkowitej ucieczki od starzenia się, a jedynie technologię pozwalającą oddzielić świadomość od niszczejącego ciała. Dlaczego starzenie się jest tak nieuniknione i czy przyroda solidarnie z nami skazała wszystkie organizmy żywe na postępujące biologiczne „psucie się” ich ciał i śmierć?

Biolodzy, mówiąc o śmiertelności, wyróżniają dwie grupy jej przyczyn: wewnętrzne, związane ze starzeniem się, oraz zewnętrzne. Ucieczka przed tymi drugimi jest praktycznie niemożliwa – w końcu śmierć mogą w dowolnym momencie wywołać losowe zdarzenia, takie jak spotkanie z drapieżnikiem, atak ciężkiej choroby, wypadki czy katastrofy naturalne. Z tego względu w dowolnej populacji organizmów – nawet teoretycznie niestarzejących się – stopniowo będzie ubywać żywych osobników z czysto przypadkowych przyczyn.

Patrząc na to przez pryzmat fantastycznego świata „Modyfikowanego węgla”, możemy sobie wyobrazić, że nawet przy stałym dopływie dostępnych nam nowych „powłok cielesnych” (analogia braku starzenia się) możemy zginąć przez przypadek, jeśli ktoś lub coś zniszczy chip przechowujący naszą świadomość. Biologiczna nieśmiertelność nie będzie więc oznaczać całkowitej odporności na śmierć, ale raczej pozbycie się wewnętrznych, wywołujących starzenie się ciała, przyczyn umierania.

Dlaczego jednak w ogóle się starzejemy? Czy ewolucja nie mogła ukształtować nas i większość żywych organizmów tak, by ten przykry proces usunąć? W końcu jeśli istnieją jakiekolwiek „geny na starzenie się”, ewolucja powinna od razu je wyeliminować jako skracające nasze życie i tym samym zmniejszające liczbę potomków, jakich potencjalnie moglibyśmy mieć. Tymczasem wszystko wskazuje na to, że starzeją się niemal wszystkie organizmy – od roślin i drobnych bezkręgowców, poprzez kręgowce, skończywszy na człowieku. Paradoksalnie proces, który powinien prowadzić do maksymalizacji przeżycia i płodności, sam stworzył psujące się ciała, niepotrafiące uniknąć śmierci ze starości.

Wszystko przez daleko idącą „krótkowzroczność” selekcji naturalnej – jedynego procesu, który jest w stanie oczyszczać populacje organizmów żywych z niekorzystnych, pogarszających przeżycie cech. Selekcja naturalna jest bardzo skuteczna, ale tylko w odniesieniu do cech, które realnie mogą wpłynąć na liczbę pozostawionego przez osobniki potomstwa. Cechy uwidoczniające się późno w ciągu życia osobnika, czyli kiedy zdążył on już się rozmnożyć, są w dużej mierze „niewidzialne” dla selekcji i tym samym mogą gromadzić się w populacjach, prowadząc do nieuniknionego starzenia się.

Co więcej, do wszystkiego dokłada się nieubłagana ekonomia życia. Jak w każdym podobnym systemie, „przychody” (dostępne organizmowi zasoby) muszą bilansować się z „kosztami działalności” (czyli życia). Organizm musi umiejętnie dzielić zasoby pomiędzy utrzymywanie i naprawę własnego organizmu a rozmnażanie, czyli przekazywanie do kolejnych pokoleń swoich genów. Oszczędzanie na naprawie własnego ciała może pozwolić na większy ewolucyjny sukces (większa inwestycja w potomstwo), ale kończy się szybszym „zużyciem” ciała i nieuniknioną śmiercią.

Cała ta logiczna układanka była jednym z największych teoretycznych sukcesów nowoczesnej biologii ewolucyjnej. Dziś jednak wiemy, że biologiczna nieśmiertelność jest faktem i spotkać ją można u kilku dość odległych od siebie ewolucyjnie organizmów. Jeden z nich dosłownie wstrząsnął biologicznym światem naukowym.

Poznajcie nieśmiertelną meduzę.

Chyba większość z nas meduzy kojarzy z trzęsącym się, galaretowatym ciałem zbudowanym głównie z wody. Trudno sobie wyobrazić, by nieśmiertelność mogła być cechą tak efemerycznego stworzenia, które nawet swój kształt łatwo traci po wyjęciu ze swojego naturalnego, wodnego środowiska. Faktycznie, meduzy (w tym nasza rodzima bałtycka chełbia modra) to na ogół organizmy stosunkowo krótko żyjące. Większość z nich żyje maksymalnie kilka lat, a najczęściej nie dłużej niż kilka dni do kilku tygodni. Choć dużą część tego czasu spędzają w toni wodnej jako parasolowate twory poruszające się dostojnie dzięki skurczom swojego ciała, ich życie jest ciekawsze, niż mogłoby się wydawać.

Rozpoczyna się ono pod postacią tzw. polipa, czyli przypominającej ruchomy kwiat struktury przytwierdzonej do dna zbiornika wodnego, która rozwija się z meduziego jaja i po krótszym lub dłuższym osiadłym etapie życia produkuje przez podziały samej siebie młodociane, pływające parasole dojrzałych meduz. Nieśmiertelna meduza – gatunek Turritopsis dohrnii – niczym się tutaj nie wyróżnia. Również rozpoczyna życie jako polip (choć faktycznie nieco większy i rozgałęziony, przypominający budową niektóre koralowce). W odpowiednim momencie od polipa zaczynają się oddzielać małe meduzy (średnica dorosłych form to raptem 0,5 cm), które szybko rosną i osiągają dojrzałość płciową. To one są faktycznymi „reproduktorami” – zawierają w swoich parasolach gonady produkujące jaja i plemniki, które dają początek nowym pokoleniom polipów. Cały proces zachodzi dość szybko, a ponieważ gatunek ten ma dość sporą tolerancję na zmieniające się warunki środowiska, nieśmiertelna meduza szybko wydostała się ze swojego oryginalnego, pacyficznego zasięgu i dotarła w zbiornikach balastowych statków do Atlantyku i dalej, aż do Morza Śródziemnego.

Nieśmiertelną meduzę wyróżnia unikalna zdolność do tzw. transdyferencjacji. Choć brzmi to mocno ezoterycznie, transdyferencjacja to stosunkowo dobrze poznany proces komórkowy. Polega na całkowitej zmianie stopnia zróżnicowania komórek i przekształceniu ich w zupełnie nowy typ. Unikatowość tego zjawiska zasadza się na pominięciu tzw. odróżnicowania się komórek: normalnie, by zmienić swój typ, komórka musi najpierw wrócić do bardziej pierwotnego, macierzystego stanu, by dopiero w następnej kolejności nabrać nowych cech i wyspecjalizować się w innym kierunku.

Transdyferencjacja omija etap niezróżnicowanej komórki macierzystej. Przed odkryciem tego procesu u nieśmiertelnej meduzy znana była ona tylko w laboratorium, gdzie możliwe było jej osiągnięcie poprzez odpowiednie potraktowanie komórek w specjalnej hodowli. Meduzy Turritopsis dohrnii przeprowadzają transdyferencjację samodzielnie – i dzięki niej osiągają praktyczną nieśmiertelność. Cały proces zachodzi dość szybko. Pod wpływem trudnych warunków środowiska komórki meduzy ulegają przekształceniu w komórki polipa, ten osiada na dnie zbiornika, zaczyna rosnąć i w krótkim czasie odtwarza strukturę analogiczną do tej, która rozwija się pierwotnie z meduziego jaja.

Polip zaczyna następnie produkować nowe kopie małych meduz, które wracają do toni wodnej i mogą z jednej strony normalnie się rozmnażać, a z drugiej strony – ponownie przejść przez transdyferencjację, unikając śmierci i odmładzając się przez powrót do wczesnych etapów cyklu życiowego. Ponieważ jedyną sytuacją, w której meduza ta może zginąć, jest jej pożarcie przez drapieżnika, infekcja czy inne zdarzenie losowe – jest ona de facto nieśmiertelna.

Jamochłony (do których należą m.in. meduzy) najwyraźniej są predysponowane do nieśmiertelności. Choć transdyferencjacja została jak na razie odkryta tylko u nieśmiertelnej meduzy, inni przedstawiciele jamochłonów też zdają się sprytnie wymykać śmierci. W 2015 r. opublikowane zostały wyniki badań, w czasie których hodowano w idealnych warunkach populację stułbi, czyli jamochłona z rodzaju Hydra, znanego ze słodkich wód całego świata. Stułbie w istocie mają w sobie coś z potworów. Nie tylko wszystkie ich komórki mogą się dzielić, dając początek pączkującym nowym osobnikom potomnym, co więcej pokrojone na kawałki stułbie odrastają, odtwarzając kompletne osobniki (zupełnie jak mityczna Hydra, której na miejscu odciętej głowy wyrastały dwie nowe).

Okazało się, że hodowane w stułbiowym raju osobniki umierały tylko w wyniku losowych zdarzeń – szansa utraty życia (czyli śmiertelność) nie rosła u nich wraz z wiekiem (w ogóle się nie zmieniała). Jak wyliczyli autorzy badania, w takich idealnych warunkach stułbia mogłaby żyć ponad 1000 lat – a możliwe, że nawet jeszcze dłużej. Wszystko dzięki temu, że stułbiowe komórki są w istocie komórkami macierzystymi – analogicznymi do ludzkich macierzystych komórek odpowiedzialnych za produkcję wszystkich innych, bardziej wyspecjalizowanych tkanek. To właśnie prostota konstrukcji stułbiowego i meduziego ciała jest najprawdopodobniej kluczem do nieśmiertelności tych organizmów – słabo zróżnicowane i potencjalnie uniwersalne komórki łatwo jest utrzymywać w stanie ciągłej gotowości do życia, nie ponosząc zbyt wielu związanych z tym kosztów.

Czy oznacza to, że wszystkie wyższe organizmy skazane są na życie w mrocznym limbo śmiertelności i przemijania? Historia naturalna świata nie jest optymistyczna – choć z pewnością nie jest też bezwzględnie brutalna. Np. homary: w przeciwieństwie do większości zwierząt nie tylko nie tracą one płodności z wiekiem, ale stają się wręcz bardziej płodne! Mało tego – potrafią w swoich komórkach odbudowywać telomery, czyli posiadane przez wszystkie niebakteryjne organizmy „końcówki” DNA, które w ciągu życia osobnika z reguły nieuchronnie się skracają i są swego rodzaju „tykającym” zegarem mierzącym uciekający każdej komórce czas. Niestety, obydwie te cechy nie są w stanie zapewnić homarom nieśmiertelności absolutnej – homar z reguły ginie z wycieńczenia przy którejś z kolei wylince, nie będąc w stanie jej dokończyć (choć trzeba przyznać, że żyjące nawet 30- -50 lat homary biją rekordy długowieczności w świecie bezkręgowców).

Pnąc się w górę metaforycznej drabiny życia i dochodząc do zwierząt kręgowych, znajdujemy niestety coraz mniej długowiecznych kandydatów do nieśmiertelności. Każdy zna długożyjące gatunki żółwi z Galapagos czy Seszeli, które potrafią osiągać wiek 170 lat i więcej. Z kolei w wodach Arktyki spotkać można rekina grenlandzkiego, który w 2016 r. okrzyknięty został najbardziej długowiecznym kręgowcem. Radioizotopowe datowanie z użyciem soczewek ocznych tej ryby pozwoliło wskazać osobnika żyjącego na tym świecie prawdopodobnie nawet 500 lat. Przy takim wyniku nie dziwi fakt, że ryba ta potrzebuje aż 150 lat, by osiągnąć dojrzałość płciową. W obydwu przypadkach trudno jednak mówić o nieśmiertelności, choć z naszej perspektywy zarówno żółw, jak i rekin dożywają wieku absolutnie abstrakcyjnego. Żaden człowiek nie byłby w stanie pójść podobną ścieżką ku długowieczności. Podstawowym biologicznym mechanizmem jest w przypadku tych żółwi i rekinów obniżenie kosztów utrzymania organizmu poprzez obniżenie tempa metabolizmu (życie w lodowato zimnej wodzie czy żółwia powolność robią swoje) oraz maksymalne spowolnienie wzrostu. Ciało w takich warunkach zużywa się znacznie wolniej.

W przypadku ludzi nieśmiertelność – sen alchemików i filozofów – to najwyraźniej nie tylko nierealne marzenie, ale wręcz biologiczna niemożliwość. Jako bardzo rozwinięte eukarionty zapłaciliśmy sporą cenę za zdolność do podbijania i podporządkowywania sobie świata. Nasza biologia, utrzymująca bardzo jaskrawy rozdział tkanek na te „codziennego użytku” (somatyczne) oraz płciowe, czyli te dające początek komórkom jajowym i plemnikom – jeszcze bardziej zdeterminowała zużywalny, jednorazowy charakter naszych ciał. Wiele naszych cech to wręcz szkodliwe fanaberie z punktu widzenia długowieczności. Choćby mózgi – potężne komputery pozwalające nam rozwiązywać tajemnice rzeczywistości to na starość tylko balast proszący się o awarię i narażający nas na szybszą utratę życia.

Oczywiście ewolucja człowieka wiele zrobiła także w drugą stronę, w kierunku wydłużenia naszego życia. Np. utrzymywanie w populacji starszych osobników, a zwłaszcza kobiet w wieku poreprodukcyjnym, było ewolucyjnie trudne do wyjaśnienia. Okazało się jednak, że miało ogromny sens dzięki wkładowi takich osób w opiekę nad kolejnymi, młodocianymi pokoleniami oraz magazynowanie przekazywanej ustnie wiedzy i tradycji.

Jeszcze więcej zrobiliśmy sami, świadomie kształtując naszą niszę ekologiczną (a raczej stopniowo usuwając jej ograniczenia), tworząc technologię i medycynę – wszystko po to, by uciec bezlitosnej presji selekcji naturalnej. Efekty widać jak na dłoni: średnia przewidywana długość życia nowo narodzonych ludzi wydłużyła się od paleolitu o ponad 50 lat – i wszystko wskazuje na to, że rośnie nadal. Może więc w bliżej nieokreślonej przyszłości, będziemy wiecznie żywi?

Xiao Dong i współpracownicy niestety i tę nadzieję brutalnie pogrzebali, publikując w 2016 r. w „Nature” wyniki swoich analiz demograficznych. Spojrzeli na częstość pojawiania się oraz średnią maksymalną długość życia stulatków w różnych ludzkich populacjach. Okazało się, że mniej więcej od lat 80.-90. ubiegłego wieku stopniowo słabnie trend wzrostowy długowieczności ludzkich społeczeństw. Wiek 120 lat może więc być biologiczną barierą nie do przejścia dla naszego gatunku. Oczywiście – jak każdą barierę biologiczną, tak i tę możemy próbować forsować. Technologią, inżynierią genetyczną czy innymi sposobami rodem z literatury science fiction. „Modyfikowany węgiel” podpowiada nam jedną z wersji takiej przyszłości – każdy, kto czytał tę książkę lub ogląda serial, wie jednak, że wraz z nieśmiertelnością wychodzą na wierzch zupełnie nowe, jeszcze mroczniejsze cechy naszych umysłów. Czy warto?

Badając meduzy, stułbie i rekiny, nie dowiemy się tego – ale przecież nie po to chcemy odkrywać złożoność i tajniki biologii. Zwłaszcza że za życia naszych pokoleń nauka tylko taką nieśmiertelność ma na wyciągnięcie ręki. ©

Autor jest biologiem ewolucyjnym, pracownikiem Instytutu Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney.