Чтобы победить смерть и стать бессмертными, мы должны сначала победить энтропию

Бессмертие - это редкая сверхдержава, которая звучит как проклятие. И все же есть нечто очень заманчивое в возможности никогда не умирать. В нас должно быть что-то запрограммировано, чтобы избежать смерти в любом контексте, независимо от того, насколько нерациональным может быть решение для нас самих или для всего вида.

Это, действительно, всегда был Святой Грааль биологических наук. Расследование и лечение заболеваний всегда преследовали цель продления и улучшения жизни. Новейшие технологии способствовали возобновлению интереса к идее о том, что бессмертие действительно может быть достигнуто. Некоторые исследователи хотели бы рассматривать старение как любое другое заболевание (или совокупность заболеваний), как недавно было подчеркнуто на новом шоу Рона Ховарда Прорвать.

Эти исследователи надеются выдвинуть идею о том, что лекарство можно исследовать с целью лечения самого возраста. Хотя лекарства, на которые они смотрят, уже много лет поступают в продажу для лечения таких болезней, как диабет, надежда состоит в том, чтобы изменить мышление и в первую очередь исследовать лекарства для лечения возраста. В конце концов, какое может быть лучшее профилактическое лечение, чем вечная молодость?

Исследователи утверждают, что из-за невозможности получить лекарство, которое лечит старение, одобренное FDA, никто в частной индустрии не пытался всерьез заняться лечением старения. Но как только FDA придет в себя, как и думают, шлюзы будут открыты, и свободный рынок будет держать нас всех в настроении 24 годами в течение многих столетий.

Это вдохновляющая мысль. Но прежде чем мы начнем слишком волноваться, давайте углубимся в то, что значит стареть.

Жизнь в основном нестабильный процесс (да, процесс). Кажется, жизнь предпочитает более высокие, более нестабильные энергетические состояния низшему энергетическому состоянию, что делает его таким интригующим. Все во вселенной, кажется, стремится к более высокой энтропии или беспорядку. Действительно, ученый Николя Карно придумал принцип, описывающий эту тенденцию, которая в конечном итоге стала «законом». Поэтому, когда что-то делает противоположное, это кажется странным и каким-то преднамеренным кем-то или кем-то.

Однако стоит отметить, что гравитация также является законом. При наличии достаточного количества энергии ему, как и второму закону термодинамики, можно временно противостоять (обратите внимание, что законы все еще очень эффективны, но их преодолевают с помощью работы; никакие физические законы не нарушаются). Очевидным примером является созданный человеком ракетный корабль, но примеры существуют и в природе. Например, поверхностное натяжение в воде способно преодолеть гравитацию. (Должен отметить, что все это возможно, потому что мы являемся «открытой системой», поэтому есть что-то, что может компенсировать наше снижение энтропии. В частности, Солнце рассеивает свой путь к равновесию. Мы используем часть энергии, генерируемой Солнцем в этом процессе, но общая тенденция в системе все еще направлена ​​на увеличение энтропии.)

Итак, проще говоря, в то время как все во вселенной стремится к равновесию, равновесие означает смерть. Равновесие означает равномерное распределение всех составляющих элементов в высшем состоянии энтропии - полный беспорядок, но полная стабильность. Жизнь делает наоборот. Он накапливает определенные молекулы внутри клеток и регулирует их. Вместо этого жизнь стремится к энергетически сбалансированной версии стабильности: гомеостазу. При этом оно должно выдерживать естественное направление остальной части вселенной.

Таким образом, жизнь, по сути, является сопротивлением низшего энергетического состояния, состояния максимальной энтропии, к которому стремится двигаться все в системе. Устойчивость к этой естественной тенденции делает систему по своей природе нестабильной и становится возможной только с правильным количеством энергии. Слишком много энергии, и все становится слишком нестабильным и просто тает (или испаряется). Слишком мало энергии, и все просто остается в состоянии самой низкой энергии. Однако есть небольшое окно, где энтропия может быть уменьшена, и сложность может быть спонтанно сформирована.

(В сторону: этот второй закон считается необратимым; яйцо не может быть разбито, если привести классический пример. Но обратите внимание, что есть разница между уменьшением энтропии и стрелой времени. Это правда - яйцо не может быть разбито, но это потому, что мы не можем вернуться назад во времени. Однако яйцо действительно может быть преобразовано, если компоненты яйца перерабатываются через функцию жизни, как если бы компоненты компостировались в мульчу для растения кукурузы, которое, в свою очередь, кормит курица. Круг жизни так называемый по причине.)

В то время как природа стремится к равновесию, жизнь сопротивляется равновесию и стремится к гомеостазу. Но опять же, все это требует энергии. Мы используем энергию, чтобы противостоять равновесию, так же, как ракета использует энергию, чтобы противостоять гравитации. Но использование энергии является дорогостоящим и вызывает износ компонентов системы. В конце концов, насосы и мембраны не работают так, как раньше. Жизнь обязательно разрушительный процесс!

Этот разрушительный процесс, скорее всего, и есть старение. Поэтому, если мы надеемся решить проблему старения, мы должны сначала задать вопрос: возможно ли это? Компоненты нашей системы хотят стремиться к самому низкому энергетическому состоянию, так же, как компоненты ракеты хотят стремиться к поверхности Земли. Чтобы противостоять этому, оба требуют использования энергии, но использование энергии изнашивает эти самые компоненты. Если мы хотим остаться в живых, мы должны использовать компоненты нашей системы, а это значит, что мы должны стареть.

Тем не менее, неясно, почему нельзя обойти это, каким-то образом заменив компоненты. Разве мы не можем просто заменить ячейки, которые изнашиваются и становятся нестабильными? Или есть что-то нестабильное в группа клеток тоже? В конце концов, считается, что со временем клетки заменяют все составляющие их молекулы, так почему же они умирают? Это открытый вопрос, но один взгляд на бессмертную медузу показывает, что действительно должно быть возможно просто заменить все.

Один из моих коллег-исследователей по имени Джек Дэвис однажды предложил мне интересную мысль об этом: возможно, старение - это эволюционная адаптация. Поскольку эволюция работает только при непрерывном обороте биологического материала, сам оборот должен происходить откуда-то, что делает эволюцию более эффективной. Этот оборот необходим, чтобы генерировать новые черты и опираться на уже развитые, например, эволюцию. Проще говоря, если никто не умирает, то ни у кого нет детей, а дети необходимы для развития.

Мне кажется более вероятным, что старение является естественным явлением, которое не нужно адаптировать. Но Джек может объяснить, почему старение продолжается. У природы действительно могут быть способы обойти старение, но старение настоятельно приветствуется. Эволюция получает большую выгоду от постоянного генерирования новой биомассы, но она не получает никакой выгоды от поддержания организмов живыми после того, как они внесли свой вклад в следующее поколение (на самом деле, они просто продолжают брать ресурсы, если останавливаются), так что есть избирательное давление, чтобы сохранить старение. И у животных, которые отмирают, вероятно, есть стимул размножаться. Все это может объяснить, почему мы не видим больше примеров в природе бессмертных животных.

Тем не менее, для людей с осознанным пониманием, попавших в эту систему, это не очень утешительно. Эволюция человека может принести пользу, когда мы все истекаем в 80, но смерть от старости все еще имеет ограниченную привлекательность.

Итак, мы снова здесь. Как мы можем бороться с возрастом? Одна возможность - найти что-то кроме кислорода, чтобы дышать. Кислород является довольно реактивным элементом. На самом деле, он несет ответственность за огромный ущерб как органическим, так и неорганическим структурам в процессе окисления. Если бы мы смогли найти что-то менее реактивное, это могло бы нанести меньше вреда нашему телу, и нам не пришлось бы вкладывать столько энергии в антиоксиданты, чтобы бороться с этими эффектами.

Обратная сторона этого заключается в том, что именно реакционная способность кислорода делает его таким прекрасным в том, что он делает. Все, что менее реактивно, чрезвычайно замедляет цепочку переноса электронов, а это означает, что мы не сможем поддерживать уровни активности, необходимые для выживания. Так что, может быть, мы все просто прогуливаемся в сладких гипербарических камерах, которые защищают нас от атмосферного кислорода и лишь немного доставляют в легкие.

Другая возможность заключается в более общем замедлении использования энергии, поскольку именно этот процесс вызывает износ элементов. В любом случае, многие из нас на Западе едят гораздо больше, чем нужно, верно? По мнению исследователей, ограничение калорий действительно продлевает жизнь, хотя и противоречиво.

Хотя такой дисциплинированный подход может принести много преимуществ (даже помимо более медленного старения), это все же временное решение, которое просто откладывает смерть. Жить более длинной жизнью стоит только тогда, когда это приятно. И кроме того, интереснее думать о других возможностях. Так почему бы не попробовать взломать медуз?

Хотя это не невозможно, у этого подхода есть серьезные препятствия. Считается, что медуза достигает бессмертия через «трансдифференцировку» или превращая свои клетки обратно в стволовые клетки и начинаясь заново, чтобы они стали другими типами клеток. Хотя мы технически выяснили, как превратить человеческие клетки обратно в стволовые, у людей есть много незаменимых клеток. Наши нейроны, например, позволяют нам делать то, что мы делаем, находя соответствующие контакты с другими нейронами и формируя сложную сеть. Теоретически, если эти клетки вернуть в состояние стволовых клеток, все эти контакты будут нарушены, поскольку стволовые клетки не способны образовывать нейронные связи. Мы теоретически вернулись бы к младенчеству и ничего не знали бы, что, по-видимому, примерно то, что знает медуза. Чтобы жить так же долго, как медузы, нам, возможно, придется жить так же плохо.

Возможно, однажды мы сможем обойти это, имея некоторый непрерывный процесс, который проходит через мозг, запоминает каждый контакт, который имеет клетка, трансдифференцирует эту клетку, а затем позволяет вновь созданной клетке расти вокруг нее, как эшафот для того, чтобы восстановить все свои предыдущие соединения, тем самым сохраняя каждый из своих контактов. Поэтому воспоминания, связанные с этой ячейкой, будут временно недоступны.

На данный момент наши подходы должны будут нацеливаться на гены или лекарства, которые более эффективно используют нашу энергию, или перестраивать наши тела из более прочных компонентов. Лучшее, что мы можем сделать до тех пор, - это противостоять случайности, которую вселенная обрекла на всех нас.