Category: Starzenie się i starość

Podział i śmierć komórek jako gwarancja zachowania informacji

Jeśli nasz ogólny pogląd jest właściwy, wszystkie części układów żywych są podatne na błędy, które wynikają z pewnych przypadkowych pomy­łek w działaniu; jednak częstość ich występowania może być większa w częściach ulegających większemu zużyciu. Wiele z tych odchyleń nie powoduje znaczniejszych zmian, a jedynie po zakumulowaniu mogą mieć wpływ na homeostazę.

Aby zachować życie, układ żywy musi w jakiś sposób kompensować błędy. Układ taki musi więc mieć mechanizm wykrywający błędy oraz być zdolny do naprawy pomyłek w DNA. Istnieje pogląd, że innymi waż­nymi mechanizmami służącymi do eliminowania błędów są mechanizmy uruchomiane przez mitozę, a być może i przez mejozę. W okresie kiedy komórka ulega podziałowi, jej DNA nie jest w stanie wytworzyć RNA, a układy enzymów muszą funkcjonować bez odnawiania się. Z tego po­wodu jest to- czas stresowy dla komórki, sprawdzian sprawności działa­nia jej mechanizmów. Wiemy, że komórki są bardzo podatne na dzia­łanie promieni w okresie podziału (chociaż może to być wynikiem stanu cząsteczek kwasu nukleinowego w tym czasie). Chodzi o to, że mitoza zapewnia ?filtry”, które wychwytują zmienione komórki i niszczą je.

Różnego rodzaju ?filtry” są niezwykle ważnymi mechanizmami chro­niącymi całość informacji. Zasadniczą częścią tego procesu jest redukcja organizmu lub jego części do stanu minimum, w którym może działać selekcja. Konieczność tej okresowej redukcji i selekcji może być uznana za przyczynę starzenia się i śmierci, ale nie wyjaśnia to nam, jakie są te czynniki, które tworzą różne wzorce starzenia u różnych gatunków.

Chociaż wybiórcze działanie podczas podziału komórek ma doniosłe znaczenie, to wywierają tu także wpływ i inne czynniki. Kiedy błona jądrowa pęka, chromosomy stykają się z enzymami i innymi składnika­mi cytoplazmy. Może to przyczyniać się do zmiany wzorca represji ge­nów, tłumiąc działanie jednych, a wyzwalając ? innych. Taka zmiana programu odczytu DNA może powodować wprowadzenie nowego kom­pleksu układów enzymów, przystosowanych do zmienionych warunków.

Wszystkie wysunięte wyżej poglądy i propozycje odnoszą się do za­sadniczego zagadnienia, w jaki sposób zachowana jest informacja i czy zachodzi związek pomiędzy uszkodzeniem mechanizmu zapewniającego zachowanie informacji a ostateczną śmiercią osobnika. Wydaje się nie­mal pewne, że takie mechanizmy naprawcze jak omówione powyżej ist­nieją i że są rozwinięte w różnym stopniu u organizmów o różnej dłu­gości życia. Jest również pewne, że skuteczność działania tych mecha­nizmów nie jest wieczna, bo to oznaczałoby regres naprawczy, na co wie­lokrotnie zwracaliśmy uwagę. Jedyną i ostateczną gwarancją homeostazy jest dopuszczanie do powstawania nieprawidłowości i ich eliminowanie. Taka jest funkcja śmierci komórki bądź organizmu.

Uszkadzanie i naprawa cząsteczek przenoszących informacje

Zmiany zachodzące z wiekiem w DNA są sprawą sporną. DNA z grasicy starych krów okazał się bardziej odporny na wysokie temperatury niż DNA z grasicy cieląt (Hahn i Verzar, 1963). Wiekowe zmiany w DNA porównuje się do zmian strukturalnych starzejącego kolagenu poprzez tworzenie się w nim wiązań poprzecznych. Odporność DNA na wysokie temperatury może właśnie być wynikiem zwiększenia wią­zań DNA z białkami ? prawdopodobnie z histonami (Hahn, 1966), co koliduje z jego aktywnością jako modelu dla działania polimeraz RNA (Devi i inni, 1966). Nie wyjaśniono jednak dotychczas, czy wiązania po­przeczne są wynikiem zużywania się DNA podczas wytwarzania (trans­krypcji) mRNA.

Interpretacja przedstawionych obserwacji nie jest jednoznaczna, po­nieważ zmiany mogą zachodzić w którymkolwiek z wielu składników komórki. Na przykład różnica w stabilności cieplnej nukleoproteidów krowy i cielęcia znika, jeśli preparat przygotowany jest w ten sposób, że zostaje zredukowana w nim ilość niehistonowego białka i RNA (Pyhtila i Sherman, 1968). Także zanika różnica wieku w działaniu modelu. W rzeczywistości więc nie obserwuje się żadnych zmian samego DNA.

Starzenie się a podział populacji komórek

Warto zwrócić uwagę na fakt, że także populacje dzielących się komó­rek wykazują oznaki starzenia. Prawdopodobnie, komórki rozwijające się w tkankach mogą żyć jedynie przez określoną liczbę generacji, o ile nie ulegną pewnym zmianom chromosomowym i nie staną się komórkami rakowatymi (Hayflick, 1965). Uwa­żano niegdyś powszechnie, że komórki w kulturach tkankowych mogą dzielić się w nieskończoność, co zostało sformułowane po raz pierwszy przez Carrela (1924), jednego z pionierów tej techniki. Tajemnica istnie­nia takich pozornie nieśmiertelnych kultur może polegać na tym, że albo nowe komórki zostały przypadkiem (nieświadomie) wprowadzone z embrionalnym wyciągiem, stosowanym jako pożywka dla szeregu sub­kultur, lub po prostu dlatego, że komórki danej hodowli uległy mutacji i stały się rakowate. Właściwie należy tu rozróżniać szczepy komó­rek o ograniczonym okresie życia i linie komórek o nieogra­niczonej długości życia, lecz nieprawidłowe (nienormalne). Komórki szcze­pu komórek zachowują swoje normalne właściwości morfologiczne i im­munologiczne oraz zwykłą, diploidalną liczbę chromosomów; dzielą się one tylko skończoną liczbę razy. Komórki linii komórek dzielą się i two­rzą guzy, gdy są wszczepione w ciało ich rodzicielskich gatunków, które nie jest szczepem tych komórek. Komórki linii komórek mają nienor­malną liczbę chromosomów i dzielą się w nieskończoność; niektóre ich linie przetrwały ponad 20 lat dzieląc się codziennie. Znane jest jednak kilka linii komórek, których komórki mają wprawdzie nieprawidłowy kariotyp i inne cechy, ale nie są rakowate, np. szczep 3T3 fibroblastów myszy.

Komórki poszczególnych zwierząt mają różne możliwości wytwarza­nia linii komórek. Na przykład kultury komórek myszy prawie zawsze zmieniają się i złośliwieją, podczas gdy komórki kurcząt nie wykazują takich cech. Nie wiadomo dlaczego niektóre klony są trwałe, a inne ? nie.

Komórki somatyczne zarodka człowieka (fibroblasty) hodowane in vitro przeżyły pięćdziesiąt generacji podziałów komórek; komórki do­rosłego człowieka żyły krócej, bo przeżywały przeważnie około 20 ge­neracji komórek. Nie jest możliwe ustalenie dokładnej korelacji między wiekiem dawcy a życiem szczepu. Szczep komórek może być przechowy­wany w temperaturze poniżej zera stopni przez czas nieograniczony. Po ogrzaniu znów zaczyna się dzielić, ale ostatecznie podział kończy się po dojściu do mniej więcej 50 generacji, licząc łącznie podziały przed i po zamrożeniu. Kultury człowieka żyją dłużej niż większości ssaków, co wiąże się prawdopodobnie z dłuższym trwaniem życia człowieka.

Fakty te wskazują, że komórki somatyczne ssaków mają określony czas życia, jeśli chodzi o podział komórek. Potwierdzeniem tej tezy jest fakt istnienia przeszczepów heterochronicznych między wykrzyżowanymi organizmami żywicieli (Krohn, 1962). Przeszczepiona tkanka żyje przez pewien okres ograniczony przez swój własny przedział czasu, a nie wyznaczony przez środowisko.

Innym dowodem na skończoność czasu trwania życia dla hodowlanych tkanek jest fakt, że z wiekiem wydłuża się okres inkubacyjny przed mi­gracją komórek z kultur serca kurczęcia (Lefford, 1964). Na obniżenie ?energii wzrostu” komórek kurczęcia zwrócono już powyżej uwagę; po­dobne zjawisko zaobserwowano w eksplantowanej (przeniesionej na po­żywkę) wątrobie szczura (Glinos i Bartlett, 1951).

Definicja ogólna zmian starczych

Zmiany zachodzące z wiekiem dotyczą tak wielu części ciała i są tak powszechnie znane, że ich pełna biologiczna klasyfikacja jest utrudniona. Jaki związek zachodzi między faktami, że starsi ludzie mają pomarszczo­ną skórę, stają się nierozsądni, skłonni do zadyszki, niezdolni do repro­dukcji i nieuchronnie zbliżają się do śmierci? Nie jest naszym zadaniem przedstawić tu cały zestaw aspektów tego nieszczęsnego stanu, który na­zywamy starością. Aby uchwycić istotne cechy tego procesu, należałoby sprawdzić, co kryje się poza poszczególnymi przejawami i spróbować skla­syfikować je w kilku kategoriach. Williams ? a być może i Medawar ? jest zdania, że klasyfikacja taka nie jest możliwa. Według nich cechy starcze są mieszaniną ubocznych działań genów, które w sposób korzystny wpływały na rozwój we wcześniejszych etapach. W przeciwieństwie do obu autorów Comfort (1966) sporządził ścisłą klasyfikację zmian star­czych, dzieląc je na trzy kategorie:

1)      zmiany jakościowe przy podziale komórek (?niewłaściwe kopio­wanie”),

2)     ubytki lub uszkodzenia wśród stałych postmitotycznych komórek,

3) zmiany koloidowe w cząsteczkach, zarówno w pozakomórkowych drobinach strukturalnych (takich jak kolagen), jak i wewnątrzkomórko­wych zasobach informacji.

Comfort uważa nawet, że wszystkie zmiany towarzyszące starości mo­gą być umieszczone w jednej z powyższych grup.

Na przykład kolagen i elastyna, które u dorosłego osobnika są czą­steczkami o małej szybkości wymiany, znacznie zmieniają się z wiekiem. W cząsteczkach pojawiają się nowe kombinacje sprzyjające tworzeniu się poprzecznych wiązań między łańcuchami polipeptydowymi, zmienia się wytrzymałość i sprężystość ciała. Wiele z widocznych zmian starczych jest wynikiem zmian w tkance łącznej, np. w tętnicach i skórze.

Zmiany starcze są szczególnie ostro widoczne w trwałych postmitotycznych komórkach, takich jak komórki mięśniowe i nerwowe. Naj­lepszym wskaźnikiem spodziewanej długości życia jest tempo zmian po­jemności psychologicznej. W późniejszym okresie życia zachodzi prawdopodobnie stały ubytek neuronów. Wymie­nia się liczbę 100 000 neuronów ginących każdego dnia; nie ma jednakże pewnych danych, czy zwiększa się szybkość tych strat. Układ nerwowy zależny jest od rozległości licznych kanałów, dzięki którym możliwe są odpowiednie przewidywania i przekazywania ich do efektorów pomimo wysokiego poziomu szumów i stosunkowo małej szybkości operacji i prze­wodzenia. Zmniejszenie liczby kanałów wywołuje obniżenie wiarygodno­ści przewidywań. Jest to szczególnie ważne w takich miejscach, jak ob­szar podwzgórza (hypothalamus), którego neurony mają wpływ na wiele procesów homeostatycznych, łącznie z kilkoma układami działającymi jako zegary. Podwzgórze i inne niższe ośrodki zawierają stosunkowo ma­ło neuronów; nie ma też dokładnych danych, co do ich ubytku w pro­cesie starzenia.

Komórki postmitotyczne są szczególnie podatne na uszkodzenia w wy­niku zużycia i mutacji. Niektórzy biologowie utrzymują, że same mu­tacje somatyczne (w najszerszym sensie dowolnego defektu genetyczne­go) mają w sposób wystarczający wyjaśnić zmiany starcze (patrz Curtis, 1966). Na przykład u starych myszy stwierdzono w 70% komórek wątro­by większość nieprawidłowych chromosomów. Okazało się niedawno, że zaburzenia w chromosomach, zwłaszcza w X i Y, zwiększają się u ludzi po przekroczeniu 45 roku życia. (Hamerton i inni, 1965), co jest dowo­dem zmniejszającej się wydajności mitotycznej. Co więcej, promienio­wanie, które zwiększa tempo mutacji, także skraca życie w sposób po­dobny do starzenia (starzenie wywołane promieniowaniem). Szczegółowe badanie wpływu promieniowania na ludność Hiroszimy wykazały jednak­że brak korelacji między zmianami starczymi, rozpatrywanymi w różny sposób, a bliskością centrum eksplozji atomowej. Istnieją poza tym inne powody, aby przypuszczać, że mutacja somatyczna nie jest jedyną przy­czyną wszystkich zmian starczych.

Zaprogramowana śmierć komórek

Podobnie jak synteza konstrukcyjna, tak i zaprogramowana śmierć ko­mórek występuje w każdym momencie na przestrzeni całego cyklu ży­ciowego. Statystycy zajmują się zwykle badaniem śmierci całego orga­nizmu, radzi, że umiera on tylko raz. Umieranie komórek natomiast od­bywa się w dowolnym momencie. Z pewnością często nie jest ono po prostu objawem degeneracji starzeniowej, ale częścią konstrukcyjnego działania morfogenezy (Glucksmann, 1964). Na przykład fale śmierci ko­mórek pojawiają się w trakcie formowania się mózgu (Kallen, 1955). To jest powodem, że rozwijający się organizmami układy, które zapewniając śmierć pewnej liczbie komórek, wypełniają część programu mającego na celu kontynuację życia całego organizmu.

Okresowe odrzucanie materiału w procesie katabolizmu oraz całych komórek i organizmów w wyniku śmierci jest ogólną cechą wszystkich żywych organizmów. Śmierć jest równie powszechna jak życie i w tym sensie nieodzowna dla życia. Podobnie jak inne zjawiska dotyczące or­ganizmu, pomaga ona w pewien sposób w homeostazie gatunku.

Należy wszelako zauważyć, że śmierć będąc zaprzeczeniem życia nie jest ?przystosowana” w przeciwieństwie do wszystkich innych aspektów układów żywych. Mówi się czasem, że jest ona ?poza programem” infor­macji genetycznej. Zaprzecza się nawet jakoby zjawiska zużycia lub niemożliwości regenerowania miały być związane ze starzeniem. Williams (1957) uważa, że pojęcie zużycia zostało w sposób niewłaściwy zapoży­czone z mechaniki i nie powinno być stosowane do zastępowania się układów żywych. Trudność uniknięcia skutków przypadkowych wpły­wów na zorganizowany układ nie zależy jednak od tego, czy nazwie się go ?maszyną”. Układy te nie mogą być także niewrażliwe na przypadko­we i nieuniknione pomyłki tylko dlatego, że w języku naszym nie są ?maszynami” w powszechnie stosowanym znaczeniu. Zadaniem naszym jest określenie, jakim zmianom w czasie ulegają żywe układy i w jaki sposób zmiany te wiążą się z najistotniejszym aspektem życia, a miano­wicie, że trwa ono nadal.

Żywy organizm podtrzymuje życie w najróżniejszy sposób, a zwykle zasada biologiczna jest tu taka, że różnorodność umożliwiająca życie w rozmaitych środowiskach jest wynikiem doboru naturalnego. Zastanów­my się, czy podobnie dzieje się w wypadku starzenia. Jest interesujące, że pytanie to nie często zadają sobie gerontolodzy, dla których sformuło­wanie takie jest pewnym uproszczeniem problemu. Naszym najważniej­szym zadaniem w tej chwili jest wyraźne określenie, jakimi zmianami zachodzącymi z wiekiem będziemy się teraz zajmowali. Nie da się za­przeczyć, że zmiany takie, jakim podlega embrion budując swoje en­zymy, są ?przystosowawcze”; to samo można powiedzieć o śmierci ko­mórek w neurogenezie omówionej powyżej (Kallen, 1955). Czy śmierć komórek nerwowych w procesie starzenia można jednakże porównywać ze śmiercią podobnych komórek we wczesnym rozwoju embrionu? Za­chodzi tu obawa, że znaczenia słów starzenie, starość, śmierć, przeniesione z mowy potocznej, nie są dość ściśle określone. Należałoby więc dokładniej opisać zjawiska, które zostaną objęte tymi terminami.

Czy starzenie się jest wynikiem selekcji, czy jej braku?

Starzenie się nie obejmuje całej żywej materii organizmów, jak to wy­daje się dotyczyć ludzi. Jednakże u wszystkich organizmów zachodzi podział komórkowy, nawet jeśli nie jest konieczna okresowa reprodukcja płciowa. Należałoby zbadać, czy istnieje związek pomiędzy metodami zastępowania komórek a starzeniem się oraz między wadami homeostazy a mechanizmami, dzięki którym zostaje zachowana integralność infor­macji. Wtedy bowiem wyjaśnienie ?przyczyny” starzenia byłoby peł­niejsze, szczególnie gdyby dało się wytłumaczyć różne wzorce starzenia dla różnych gatunków jako adaptację do sposobu życia. Niestety, dalsza analiza wykazuje, że główna przyczyna starzenia się zwierząt i człowie­ka jest prostsza i mniej interesująca. Istota tego zagadnienia przedstawia się następująco. Nie ulega wątpliwości, że geny, których efekty działania są widoczne, w późniejszym okresie życia wymykają się częściowo lub całkowicie spod kontroli, czyli nie podlegają naturalnej selekcji (Medawar, 1952). Mamy wszelkie podstawy przypuszczać, że takie geny ist­nieją, np. geny decydujące o wystąpieniu raka. Geny te nie zostały wy­eliminowane drogą naturalnej selekcji, ponieważ osobniki noszące te ge­ny przeżywają okres reprodukcji przed ujawnieniem się efektów ich działania.

Uogólniając, można wykazać, że geny które przenoszą korzystne ce­chy w stosunkowo wczesnym okresie, podlegają selekcji nawet jeśli są plejotropowe w późniejszym okresie i objawiają działanie szkodliwe. Starzenie się może więc być nawet nieuniknionym efektem selekcji na­turalnej (Hamilton, 1966).

Ważne byłoby zdać sobie sprawę, że te analizy zawierają wiele przy­puszczeń na temat rozmiarów siły śmiertelności. Wydaje się, że musi tak być, odkąd zmuszeni jesteśmy pogodzić następujące fakty:

1)      organizmy mają bardzo różną długość życia;

2)      ?w dzikich populacjach prawdopodobnie zdarza się rzadko, że sta­rzenie się ma większy niż tylko modyfikujący wpływ na śmiertelność” (Williams, 1957).

Zwierzęta często stają się ofiarami naturalnych wypadków, zanim zaczną się starzeć. Można tu powiedzieć, że siła selekcyjna działa tak, aby stworzyć rozwojowy program długości życia odpowiedni dla gatun­ków. Istnieją dane świadczące o tym, że niskie wskaźniki śmierci wśród dorosłych wiążą się z niskimi wskaźnikami starzenia.

Trudno wyciągnąć wiarygodne wnioski w tym zakresie. Jak z pe­wnością stwierdzono, geny dające wcześnie reprodukcyjne korzyści są selekcjonowane. Ale pozostają jeszcze inne wpływy, które przeciwdziała­ją tym efektom, i stąd długość życia różni się. W szczególności u czło­wieka selekcja nie wybrała tych genów, które zabezpieczają maksy­malną płodność w możliwie najwcześniejszym wieku. Być może, iż proces naturalnej selekcji w sposób nieunikniony pociąga za so­bą starzenie się i przypuszczalnie tempo starzenia się osobników każdego gatunku musi być indywidualnie determinowane przez różne selekcyjne czynniki. Wydaje się prawdopodobne, że te różnice są cokolwiek zwią­zane z wartościami średnimi przyswojonymi przez gatunki w celu za­chowania ich integralności.

Starzenie się pierwotniaków

Nie ulega wątpliwości, że istnieje wiele różnych wzorców rozwoju i sta­rzenia; dlatego niemożliwe jest wyczerpujące omówienie w niniejszej pracy całości tego zagadnienia. Nie wszystkie jednak organizmy meta­bolizujące wykazują cechy pogarszania się żywotności, co nazywamy starzeniem się. Znamy pewne szczepy Paramecium, które trwają nie­skończenie długo, dzieląc się z pominięciem koniugacji i wymiany apa­ratu jądrowego (np. autogamia, automiksja). U innych pierwotniaków dość długi okres życia wymaga mejozy, zapłodnienia krzyżowego lub endomiksji. Także nie starzeją się liczne bakterie, komórki drożdży i klo­ny roślin, które rozmnażają się wegetatywnie. Równie duże zróżnico­wanie przejawów starzenia się można stwierdzić i u wyższych zwie­rząt.

Szczególnie dokładnie przebadano to zjawisko u ameby. W normalnych warun­kach Amoeba proteus tworzy klony, które dzielą się nieskończenie długo. Przy długo trwającej hodowli (przy ograniczonym karmieniu przez 3,5 tyg. w temp. 17°C) rozwój został zahamowany i klony wymierały. Wstrzykiwano materiał jądrowy lub cytoplazmatyczny z tych osłabionych życiowo ameb do cytoplazmy normalnych ameb i odwrotnie. Przenie­sienie tego normalnego materiału jądrowego do cytoplazmy ameb z ho­dowli dało wzrost logarytmiczny, a przeniesienie materiału jądrowego ameb z hodowli do cytoplazmy normalnych ameb dało w efekcie wyniki hodowlane. Wykazano także, iż mała ilość hodowlanej cytoplazmy (lub jej homogenat) wytworzyła hodowlane warunki w normalnej amebie.

Jądra transplantowane przenoszą oczywiście pewną ilość cytoplazmy; nie można też stwierdzić, że jedna część komórki wyklucza działanie dru­giej. Wiadomo, że przemiana jednego typu w drugi związana jest z mię­dzykomórkowymi mechanizmami sterującymi. Ponieważ zmiany w DNA nie ustępują od razu, wydaje się prawdopodobnie, że głównym czynni­kiem w ?hodowlanych warunkach” jest albo mRNA, albo mechanizm jego translacji na białka w cytoplazmie.

Starzenie się roślin

U roślin daje się szczególnie wyraźnie zauważyć, że pewne zjawiska po­krewne starzeniu się są przystosowywane i mieszczą się w genetycznym programie gatunku. Zamieranie roślin jednorocznych jesienią uważa się za rzecz tak naturalną, że nie zauważa się, by śmierć ta mogła być istotną częścią systemu życiowego danego gatunku. Co więcej, u wielu bylin z klimatu umiarkowanego obumiera corocznie większa część ich ciała, przede wszystkim liście, a fakt ten powinien przypominać nam o nie­bezpieczeństwie zrównywania śmierci z unicestwieniem całego organi­zmu, co skłonni jesteśmy bez uzasadnienia przyjmować jako prawdziwe dla ssaków. Unikniemy tego błędu, jeśli uznamy stałość zmian metabo­lizmu lub umieranie wielu komórek podczas rozwoju embrionalnego bądź też ciągłą wymianę tkanek. Jednakże opadanie liści jesienią jest widoczne, podczas gdy nie dostrzega się obumierania tysięcy czerwonych krwinek, co dzieje się nieustannie np. w każdym człowieku.

Niemniej ani opadanie liści, ani wymieranie krwinek czerwonych nie są tym, co zwykliśmy nazywać starzeniem. Wskazuje to, że śmierć ro­zumiana jako degradacja zróżnicowanej materii i jej powrót do stanu materii nieożywionej nie jest sama przez się oznaką starzenia się. Sygna­łem starzenia się jest zwiększone prawdopodobieństwo degradacji całej jednostki homeostatycznej, o ile daje się ją zaobserwować.

U roślin występują więc dwa rodzaje długowieczności i dwa rodzaje starzenia, czyli całej rośliny lub jej części. Na przykład liście drzew zrzucających je starzeją się każdego roku. Całe na­tomiast drzewo stopniowo starzeje się i niszczeje, a tempo jego wzrostu stale maleje. Wszystko to prowadzi do ostatecznego zniszczenia drzewa. Prawdopodobnie jednak wieloletnie starzenie nie występuje na poziomie komórkowym, gdyż wycinki pędów starego drzewa mają tempo wzrostu takie, jak rodzicielskie drzewo kiedy było młode.

Pozostaje jeszcze otwarte zagadnienie, czy rośliny długo żyjące prze­jawiają stały spadek pojemności homeostatycznej. Wiele czynników kom­plikuje ocenę eksperymentów, w których obserwuje się odnowienie ży­wotności rośliny po przeniesieniu jej w nowe warunki. Jedno jest pewne, że w nowych warunkach powstają nowe możliwości dla wzrostu i po­działu komórek, a więc i do eliminowania nienormalnych komórek.

Starzenie i różnicowanie się

Istnieje niewątpliwie pewien związek między zjawiskami rozwoju i zja­wiskami starzenia się. Wyrażano niejednokrotnie pogląd, że zjawiska związane z rozwojem tworzą jeden stały ciąg wydarzeń, podczas gdy zmiany późniejsze (starcze) są dalszym ciągiem i uzupełnianiem zmian wcześniejszych; jednak wszystkie te zmiany zachodzą w sposób korzystny dla gatunku. Być może iż dzieje się tak u pewnych gatunków zwierząt i roślin, ale współzależności te są zwykle bardziej skomplikowane, szcze­gólnie w odniesieniu do człowieka. W ciągu całego życia każdego orga­nizmu działają mechanizmy utrzymujące homeostazę równocześnie na wielu poziomach czasowych. Jest to ciągłe programowanie na bliższą i dalszą przyszłość; oznacza to nie tylko homeostazę, ale także homeorezę (homeorhesis) (Waddington, 1968). Na przykład rozwijający się zarodek przygotowuje głównie materiał na dalszą przyszłość, ale jego tkanki muszą także być przygotowane do zabezpieczenia bieżących potrzeb, aby zapewnić odpowiednie poziomy oddychania komórkowego, metabo­lizmu i procesów naprawiania uszkodzeń. Inaczej przebiega to u doro­słego człowieka, u którego wysiłek układów nerwowych i mięśniowych nastawiony jest na zdobywanie pokarmu dla siebie i rodziny, natomiast inne tkanki tworzą nowy materiał na średnioterminowe potrzeby (np. w szpiku kostnym) lub potrzeby długoterminowe (w gonadach).

Jak stąd wynika, procesy różnicowania mają na celu utworzenie jed­nostki homeostatycznej, która jest w stanie podtrzymać życie gatunku- w odpowiednim środowisku. Każdy taki układ podlega błędom, przy czym dla niektórych mogą istnieć określone mechanizmy naprawcze. Bardzo dobrym układem zabezpieczającym prawidłowy podział komórek jest mechanizm, który pomija źle pracujące części i zgodnie z instrukcją eliminuje komórki nieprawidłowe. Podział komórek kontynuowany jest przez całe życie osobnika w wielu tkankach, ale nie zachodzi w tak wy­soko wyspecjalizowanych komórkach, jak komórki układów nerwowego i mięśniowego. Brak tego mechanizmu w komórkach postmitotycznych jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech starzenia się. Mają one własne mechanizmy naprawcze, ale zależą ostatecznie od DNA pod­legającego błędom podczas transkrypcji RNA, który z kolei podczas trans­lacji białek również podlega mutacjom wywoływanym przez radiację lub inne czynniki. W rzeczywistości DNA jest specjalnie wrażliwy na uszkodzenie wtedy, gdy w każdej komórce znajdują się tylko dwie jego cząsteczki. Prawdopodobnie w celu zmniejszenia ryzyka uszkodzenia, które może nastąpić przy przejściu jądra komórkowego przez różne for­my multipikacji ? takich jak poliploidyzacja i politenia ? w wyniku dodatkowego działania DNA jako wzorca, musi być wyprodukowany duży wybór RNA dla komórek, które są zaangażowane w aktywnych syntezach. W rzeczywistości niektóre z najbardziej aktywnych części komórek (np. mitochondria, chloroplasty) mają swe własne DNA, dzięki czemu przy szybko zachodzących przemianach enzymatycznych może być pominięte kodowanie z jądra.

Zmiany pojemności homeostatycznej w czasie

Zmiany te służą jako wstęp do badań nad starzeniem. Wykazują one, że białka organizmu i informacje zawarte w DNA mogą pozostać niena­ruszone (oprócz zmian przypadkowych), jeśli nie są używane. W stanie aktywności organizmu informacje te kontrolują metabolizm; jednak z pewnych przyczyn cząsteczki przenoszące informację mogą ulec uszko­dzeniu, a sama informacja ? zniekształceniu. Niektóre z tych uszkodzeń mogą być naprawione (co omówimy później), lecz wszystkie mechanizmy ?naprawcze” same także ulegają uszkodzeniom i popełniają błędy. Ogól­nym wnioskiem jest to, że każdy organizm w sposób nieunikniony ulega zniszczeniu wskutek zużycia lub przez przypadek. Stopniowe nagroma­dzanie uszkodzeń prowadzi do starzenia się organizmu. W miarę zwięk­szania się liczby błędów mechanizmy homeostatyczne ulegają stopniowo osłabieniu i wzrasta prawdopodobieństwo śmierci. Uszkodzenia te mogą wystąpić w każdej części ustroju. Wielokrotnie przypisywano starzenie się zmianom w mechanizmach syntezy w komórkach lub nagromadze­niu mutacji w DNA komórek somatycznych. Mechanizmy te mogą przybierać różne formy, być może w wyniku odblokowania opero- nów (Miedwiedjew, 1967). Mogą one prowadzić do niszczenia rozmaitych mechanizmów syntezy białek (Maynard Smith, 1962), co może także na­stąpić w wyniku innych uszkodzeń niż uszkodzenie DNA. W szcze­gólności nagromadzanie błędów w układach enzymatycznych zapewnia­jących transkrypcję i translację następuje częściej niż nagromadzanie błędów w DNA (Speyer, 1965). DNA przypuszczalnie działa selektywnie i bez uszkodzeń. Być może istnieją także pewne mechanizmy naprawia­jące uszkodzenia.

Błędy z informacji dziedzicznej i jej transkrypcji mogą mieć szcze­gólne znaczenie w komórkach postmitotycznych, takich jak komórki mięś­niowe i nerwowe, w których błędy nie mogą być ani korygowane ani eliminowane przez podział komórkowy. Uważa się, że degeneracja ko­mórek postmitotycznych jest cechą starzenia się (Alexander, 1967), pro­wadząc do nasilenia chorób degeneracyjnych i autoimmunologicznych. Choroby te mogą być wywołane przez inne czynniki aniżeli błędy w syntezie białek. Uszkodzenia spowodowane przez wiązania po­przeczne (cross-linkage) między łańcuchami w cząsteczkach kolagenu powodują zwłaszcza zmiany w budowie szkieletu i innych układów lub narządów ssaków.

Próbowano wielokrotnie zdefiniować starzenie się w odniesieniu do poszczególnych rodzajów cząsteczek lub narządów. Wydaje się, że jedy­nym uogólnieniem, które można tu sformułować jest stwierdzenie, że starość jest wynikiem zmian zachodzących w czasie i powodujących nie­właściwe działanie niektórych części homeostatycznego układu, co zwiększa prawdopodobieństwo śmierci. Według Strehlera (1967) zmiany prowadzące do starości są następujące:

1)      stopniowe,

2)      niszczące,

3)       ogólne (przynajmniej dla wszystkich Metazoa z wyjątkiem klo­nów np. stułbi, ukwiału).

Trzeba tu wyraźnie podkreślić, że wszystkie te stwierdzenia odnoszą się do pojedynczych ?osobników” jako jednostek przeżywających. Nie istnieją żadne dane wskazujące na to, że populacje jako całość podlegają starzeniu. W rzeczywistości życie populacji trwa nieograniczenie, pomimo starzenia się osobników, a może trwa właśnie dlatego, że jednostki starzeją się i umierają ustępując miejsc innym. W istocie należałoby tu zastanowić się, czy pewne przejawy starzenia się ? nie przynoszące szkody ? nie okażą się w rzeczywistości korzystne dla rasy. W nie­których przypadkach śmierć całych organizmów lub ich części może mieć niewątpliwą wartość dla gatunków. Wszystkie zwierzęta i rośliny mają specjalne mechanizmy powodujące w pewnym momencie cyklu życiowego zamieranie życia osobnika lub jego części. Nie znaczy to, że wszystkie zmiany związane są z tego typu starzeniem się. Czasami zda­rza się, że zmiany, które u człowieka nazywamy starzeniem się, nie są częścią określonego programu życia populacji, a w rzeczywistości wy­stępują, ponieważ nie przeciwdziała im żadna siła wybiórcza.