Антагонистическая плейотропия

Антагонистическая плейотропия (англ. Antagonistic pleiotropy) — теория, описывающая один из механизмов возникновения старения с эволюционной точки зрения. Строго говоря, термин «антагонистическая плейотропия» означает пример плейотропии, то есть нескольких разных фенотипических эффектов одного гена, при котором этот ген имеет не просто разные, а противоположные эффекты. Однако сегодня этот термин используется для названия идеи или модели, предложенной в 1957 году Д. Вильямсом^[1], также известной под шуточным названием «теория „оплаты потом“». Согласно этой теории, в организме должны существовать плейотропные гены, которые имеют разный эффект на выживание организмов на протяжении разных периодов жизни, то есть полезные в молодом возрасте, когда эффект естественного отбора сильный, и вредные позднее, когда эффект естественного отбора слабый.

Предложенные Вильямсом плейотропные гены должны были объяснить процесс старения. Такие гены поддерживаются в популяции благодаря их позитивному эффекту, вероятнее всего на размножение, в молодом возрасте, несмотря на их негативные эффекты в позднем возрасте, до которого доживает незначительная часть популяции. Эффект этих генов в поздней жизни и будет процессом старения, вне зависимости от того, вызывают ли они старение или только не останавливают процесс повреждений, вызванный другими факторами.

Для иллюстрации, предположим, что существует ген, который увеличивает фиксацию кальция в костях. Такой ген имеет позитивный эффект в молодом возрасте, так как снижает риск переломов, но негативный эффект в пожилом возрасте, из-за увеличения риска остеоартрита в связи с чрезмерной кальцификации суставов. В природных условиях такой ген фактически не имел бы негативного эффекта, так как большинство животных погибло бы задолго до появления негативного влияния. Это не компромисс между позитивным эффектом у молодых индивидуумов и потенциальным негативным у старых: этот негативный эффект становится важным только если животные живут в защищённых условиях, таких как зоопарки или лаборатории.

Теория антагонистической плейотропии объясняет, почему размножение может иметь негативный эффект на долговечность вида, и может даже вызвать смерть, как это происходит у одноплодных организмов. Действительно, какие-либо мутации которые приводят к увеличению размножения, распространяются в будущих поколениях, даже если эти мутации имеют некоторые вредные эффекты в позднейшей жизни. Например, мутации, которые вызывают перепроизводство половых гормонов, увеличивают либидо, усилия размножаться и успех при размножении, и потому сохраняются, несмотря на порождение рака половых органов позже в жизни. Потому идея решения возможного компромисса в пользу размножения непосредственно вытекает из теории антагонистической плейотропии.

Компромисс между размножением и продолжительностью жизни был предусмотрен Вильямсом, согласно нему быстрое развитие индивидуума должно коррелировать с быстрым старением. И хотя конкретные плейотропные гены долго не были обнаружены, этот прогноз был подтверждён в экспериментах с использованием плодовой мушки Drosophila melanogaster. Ограничивая размножение до позднего возраста удалось увеличить и продолжительность жизни. И наоборот, уменьшенная плодовитость наблюдалась среди долгоживущих (с помощью селекции и определённых мутаций) мух, поддерживая идею компромисса между размножением и выживанием.

Аналогичный эффект был обнаружен и среди круглых червей Caenorhabditis elegans, где был идентифицирован ряд долгоживущих мутантов. Когда эти мутанты выращивались вместе с нормальными (дикого типа) в лабораторных условиях, ни одна из популяций не имела конкурентного преимущества, напротив преимущество дикого типа сразу проявлялось во время циклов голодания, которые имитировали природные условия.

Позднее были также найдены несколько конкретных генов, которые имеют предусмотренный теорией эффект. Примерами плейотропных генов можно назвать теломеразу у эукариот и сигма-фактор σ⁷⁰ у бактерий (E. coli). Хотя известно много генов и у других организмов, которые влияют на продолжительность жизни, других чётких примеров плейотропных генов всё ещё нет^[2].

Примечания

1. ↑ Williams G.C. (1957). «Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence». Evolution 11: 398-411.
2. ↑ Leroi A.M., Barke A., De Benedictics G., Francecshi C., Gartner A., Feder M.E., Kivisild T., Lee S., Kartal-Ozer N., et al. (2005). «What evidence is there for the existence of individual genes with antagonistic pleiotropic effectrs?» (английский). Mech. Ageing Dev. 126: 421-429.

Ссылки

• Evolution of Aging — Antagonistic Pleiotropy Theory Of Aging