Я думаю, многим понятна идея, что избыток кислорода может быть вреден — даже очень xорошиx вещей в какой-то момент становится многовато. Аналогичным образом, никого не удивляет, что организм реагирует на небольшие пертурбации, устанавливая новое физиологическое равновесие. Совсем другое дело, если нам скажут, что кислород в концентрации 21% токсичен и в конце концов убивает нас. Это означает, что за миллионы лет эволюции мы не смогли адаптироваться к той концентрации кислорода, которую выбрала для нас природа. Такое утверждение звучит как минимум странно, но именно на нем строится свободнорадикальная теория старения. Если говорить кратко, эта теория утверждает, что старение (и смерть) являются результатом вдыхания кислорода на протяжении всей жизни. Таким образом, кислород не только необходим для жизни, но также является основной причиной старости и смерти.
Многие слышали о свободных радикалах, хотя весьма смутно представляют себе, что это такое. Большинство важных для биологических систем свободных радикалов — это реакционноспособные формы молекулярного кислорода, которые могут повреждать биологические молекулы (подробнее мы поговорим об этом в главе 6). Вне зависимости от того, вызывает ли кислород конвульсии и внезапную смерть, медленные повреждения легких или очень медленное старение, действует он всегда одним и тем же образом: все формы кислородной интоксикации связаны с образованием свободных радикалов кислорода. Как заметил великий алхимик XVI в. Парацельс, все зависит от дозы. Конвульсии связаны с массированным воздействием свободных радикалов на головной мозг, легкие повреждаются в результате более слабой атаки. Но свободные радикалы оказывают не только токсическое действие. Без них невозможно горение, а также фотосинтез и дыхание. Когда с помощью кислорода мы экстрагируем энергию из пищи, в качестве промежуточных продуктов неизбежно образуются свободные радикалы. Суть всей химии кислорода, вне зависимости от того, считаем ли мы его «плохим» или «хорошим», состоит в образовании свободных радикалов.
В традиционной формулировке гипотеза о том, что вдыхание кислорода вызывает старение организма, чрезвычайна проста. В процессе клеточного дыхания внутри каждой клетки нашего тела постоянно образуются свободные радикалы. Бóльшая часть устраняется антиоксидантами, но защитные системы организма несовершенны. Некоторые свободные свободные радикалы обходят защитные механизмы и повреждают жизненно важные элементы клеток и тканей, такие как ДНК и белки. Со временем повреждения накапливаются, и в какой-то момент организм перестает функционировать. Эту постепенную деградацию организма называют старением.
В соответствии с таким традиционным (в данном случае несколько упрощенным) представлением чем больше мы потребляем антиоксидантов, тем лучше наш организм противостоит атакам свободных радикалов. Вот почему фрукты и овощи полезны для здоровья ― в них содержится много антиоксидантов. В наши дни люди часто принимают антиоксиданты в виде пищевых добавок, полагая, что в еде их недостаточно. Идея заключается в том, что употребление большого количества антиоксидантов может затормозить старение и развитие старческих заболеваний (так называемое антиоксидантное чудо).
В реальности картина чуть сложнее и гораздо интереснее. Я согласен, что свободные радикалы кислорода вызывают старение, только выводы из этого следуют практически противоположные. Даже закармливая самих себя самыми мощными антиоксидантами, мы не сможем продлить жизнь до 150 или 200 лет. Напротив, прием антиоксидантов способен повысить вероятность развития некоторых заболеваний. Антиоксиданты — всего лишь пешки в сложной системе адаптаций, возникшей в ходе развития жизни в кислородной среде. Понять роль антиоксидантов можно только при анализе всей системы в целом. Приспособление жизни к опасностям и возможностям, которые принес с собой кислород, имело чрезвычайно серьезные последствия.
Давайте рассмотрим несколько примеров. Практически вся жизнь на современной Земле существует за счет фотосинтеза — образования органического вещества растениями, водорослями и некоторыми бактериями под действием энергии солнечного света. Вполне вероятно, что фотосинтез (побочным продуктом которого является кислород) эволюционировал только по той причине, что жизнь уже научилась защищаться от свободных радикалов кислорода, возникающих под действием ультрафиолетового излучения. Возможно, именно поэтому на Земле появилась жизнь, а на Марсе нет. Другой пример. Современный мир населен крупными растениями и животными. Но первые многоклеточные организмы, возможно, эволюционировали из сгустков клеток, собиравшихся вместе, чтобы совместными усилиями справляться с возрастающей концентрацией кислорода, образующегося за счет фотосинтеза. Если бы не опасность кислородной интоксикации, жизнь, возможно, не изобрела бы ничего более сложного, чем тина. Даже размер живых веществ связан с кислородом. Большой размер тела позволяет не бояться кислородной интоксикации, поскольку у очень крупных животных скорость метаболизма сравнительно низкая, и это объясняет появление невероятных стрекоз с размахом крыльев, как у современной чайки, а также, возможно, развитие и гибель динозавров. А половое размножение? Почему полов именно два, а не один, три или несколько? Вполне вероятно, что эволюция двух полов связана с необходимостью жить в среде кислорода. Дальше я объясню, что дети могут родиться здоровыми только в том случае, если их родители относятся к двум разным полам, иначе потомство родится больным и склонным к преждевременному старению. Возможно, это объясняет, почему клонированные животные часто умирают в молодом возрасте. Например, овечка Долли в пять лет страдала от артрита, поскольку ее «реальный» возраст соответствовал 11 годам. Наконец, подумайте о летающих животных. Птицы и летучие мыши живут невероятно долго для своего размера. Почему? Способность летать требует адаптации метаболизма к кислороду, что одновременно обеспечивает большую продолжительность жизни. Если мы хотим увеличить продолжительность жизни, нужно понять, в чем заключается секрет птиц.
Эти важные тезисы я объясню и докажу позднее. Они являются частью нашего путешествия, призванного установить влияние кислорода на нашу жизнь и смерть.
Я не буду скрывать от вас, что эта книга о науке. Но перед вами не сухой перечень информации: как и сама наука, книга полна случайностей, экспериментов, странностей, спекуляций, гипотез и предсказаний. Науку часто представляют как набор фактов, иногда отрывочных. Научный метод определяют как поиск «истины», но, если бы это было так, большинству людей, включая самих ученых, наука казалась бы невероятно скучной. Мнение о том, что наука открывает доступ к объективной реальности (в отличие от субъективного мира этики), противопоставляет науку религии как системе моральных воззрений, а ученых наделяет ролью проповедников. На самом же деле наука позволяет изучать функционирование природы, но далека от объективной реальности. Очень часто научные «факты» оказываются ошибочными или неправильно истолковываются. Кроме того, ученые ссорятся между собой по поводу интерпретации малопонятных научных открытий, дискредитируя коллег перед широкой общественностью. Не приходится удивляться, что общественность относится к науке и к ученым с возрастающим скептицизмом. В результате все меньше молодых людей мечтают о карьере ученого. А это настоящая трагедия. Возможно, трагедию удастся предотвратить, если лучше объяснять людям, как функционирует наука — показать процесс творческого поиска.
