Старіння — у біології процес поступового руйнування і втрати важливих функцій організму або його частин, зокрема здатності до розмноження і регенерації. Внаслідок цього організм стає менш пристосованим до умов навколишнього середовища, зменшує свою здатність боротися із хижаками та хворобами. Явище старіння у тій чи іншій мірі спостерігається практично у всіх живих організмів. Термін «старіння» також може використовуватися, і для опису руйнування неживих систем, і для опису соціальних ефектів старіння людини. Наука, що вивчає старіння, називається геронтологією, її галузь, що має справу з біологічними ефектами старіння — біогеронтологією.
Зміст |
Розмноження — істотна функція життя організмів: усі інші життєві процеси, зокрема старіння і смерть, адаптовані до його потреб. Для розуміння процесу старіння важливо підкреслити відмінність між одноплідними та багатоплідними стратегіями розмноження. Одноплідні організми розмножуються за допомогою єдиного акту розмноження протягом життя організму. Більшіть одноплідних організмів — однорічні та дворічні рослини, але серед них багато комах і кілька хребетних тварин, зокрема рожевий лосось та вугор. Багатоплідні організми, з іншого боку, розмножуються періодично протягом діапазону статевої зрілості, який зазвичай складає велику частину життя.
У одноплідних форм розмноження має місце під кінець життєвого періоду, після якого організм проходить через стадію дуже швидкого старіння, яке приводить до смерті організму. У рослин фаза старіння зазвичай є складовою частиною відтвірного процесу, важливою для його завершення. Розповсюдження насіння, наприклад, супроводжується процесами визрівання, падіння плодів та висихання насіння — процесів, невіддільних від процесу старіння рослини. Це швидке старіння викликається за допомогою певних гормонів, рівень яких змінюється залежно від стану розвитку рослини та екологічних умов. Якщо, наприклад, запобігти виділенню гормона росту рослин — ауксину — експериментальними засобами, рослина живе довше і проходить через нетипове для неї повільне старіння.
Подібна картина старіння спостерігається і в деяких комах, які вирізняються двома чіткими стратегіями адаптивного забарвлення: захисне забарвлення, за допомогою якого комахи маскуються від потенційних хижаків, та відлякуюче забарвлення, яке зазвичай вказує на отруйність комахи. Ці два приклади адаптації мають різні оптимальні стратегії виживання видів: комахи з захисним забарвленням вмирають щонайшвидше після завершення розмноження, тим самим скорочуючи можливість для хижаків навчитися розпізнавати їх,— тоді як комахи з відлякуючим забарвленням живуть дуже довго після розмноження, збільшуючи можливість хижаків запам'ятати їх. Обидві стратегії адаптацій знайдені серед представників родини метеликів-сатурній, на прикладі яких було показано, що тривалість їх життя після розмноження контролюється гормональною системою, яка також контролює долю часу, що комахи проводять в польоті: метелики з захисним забарвленням проводять більше часу в польоті, виснажують себе і швидко вмирають, тоді як метелики з відлякуючим забарвленням літають менше, зберігають енергію, і в результаті — живуть довше[1].
Ці приклади ілюструють випадок, коли в одноплідних форм, яким повна сила і функціональність потрібні фактично до кінця життя, старіння проходить дуже швидко і пов'язане зі завершенням процесу розмноження, та часто активно управляється відносно простими гормональними механізмами, які можуть розвиватися під дією природного відбору. Такі специфічні генетично контрольовані процеси старіння — є зразком запрограмованого закінчення життя, які проявляються, коли таке старіння надає перевагу для виживання молоді. Проте в інших випадках швидке старіння одноплідних організмів є результатом виснажування організмів, більше не потрібних після розмноження.
Багатоплідні форми включають більшість хребетних тварин, більшість довгоживучих комах, ракоподібних і павуків, головоногих та черевоногих молюсків, та довголітні рослини. На відміну від одноплідних форм, багатоплідним організмам не потрібно виживати до кінця їх відтворної фази (фази розмноження) для того, щоб розмноження пройшло успішно, і середня тривалість життя відносно періоду розмноження дуже значно змінюється у різних особин та залежно від виду: маленькі гризуни і дикі птахи виживають в середньому тільки від 10 до 20 відсотків їх потенційного періоду розмноження, тоді як кити, слони, мавпи та інші великі ссавці в природних умовах виживають більш ніж 50 відсотків своїх періодів розмноження, і часто навіть переживають його.
У багатоплідних організмів старіння має поступовий характер: без очевидних специфічних системних або екологічних механізмів, які б ініціювали цей процес. Старіння перш за все проявляється як зниження можливостей організму до розмноження. У видів, які досягають фіксованого розміру тіла, зниження можливостей до розмноження починається досить рано — і прискорюється із віком. У великих плазунів, які досягають статевої зрілості ще маючи невеликий розмір і продовжують рости протягом довгого відтворного періоду, число відкладаємих яєць збільшується віком з протягом досить довгого періоду, але кінець кінцем зрівнюється і поступово знижується. Відтворний період у таких випадках коротший ніж тривалість життя.
Ще однією особливістю багатоплідних організмів є залежність швидкості процесу старіння від здатності розмножатися та від можливостей виживання потомства — найбільш плодовиті організми старіють набагато швидше, ніж менш плодовиті. Така залежність дозволяє виживати тваринам з малою тривалістю життя за рахунок значного потомства, а неплодовитим тваринам — за рахунок більшого числа можливостей для розмноження.
Для математичного описання старіння багатоплідних організмів інколи використовується так званий закон смертності Ґомпертца-Мейкгама[1] (або просто Ґомпертца), згідно якому ймовірность смерті експоненційно зростає з віком: p = a + bx, де x — вік, а p — відносна ймовірність смерті за певний проміжок часу, a і b — коефіцієнти. Таким чином, при відсутності постійного члена a, розмір популяції знижується з віком за подвійною експонентою s(x) = exp[ − m(bx − 1)][2]. Цей закон емпірічний та має місце не для всіх тварин і не на всіх проміжках часу, але він найлегший для порівняння старіння різних організмів, і тому коефіцієнт b часто використовується в якості показника швидкості старіння.
Слід відзначити, що закон Ґомпертца-Мейкгама є лише наближенням, вірним у середньому віковому діапазоні. В області малого віку спостерігається значно вища смертність, ніж передбачається цим законом. Наприклад, північна тріска під час нересту може відкласти до 6 мільйонів ікринок, але лише невелика кількість з них виживає до моменту статевої зрілості[3]. Ця смертність є переважно результатом нездатності молоді уникати хижаків, боротися із хворобами, та також може бути результатом вроджених дефектів, і не є результатом старіння. В області пізнього віку, навпаки, спостерігається зменшення смертності порівняно із законом Ґомпертца, точніше вихід ймовірності смерті за одиницю часу на плато[4]. Як і у випадку дитячої смертності, це загальний закон, що спостерігається навіть у неживій природі[5]. І хоча одним з можливих пояснень цього явища могла би бути гетерогенність популяції, сучасні дані чітко вказують на зв'язок виходу смертності на плато із уповільненням процесу старіння[6].
Для багатоплідних організмів очевидний вплив факторів популяційної динаміки на еволюцію раплікативного (відтвірного) та соматичного (тілесного) старіння. Пропорційний внесок індивідуума в скорість збільшення розміру багатоплідної популяції зменшується з віком по мірі зменшення здатності розмножатися. Ці факти пропонують наявність оптимального розміру потомства від одної особини. Наскільки це може направляти еволюцію специфічного старіння або методів захисту проти старіння, викликаного іншими чинниками, — усе ще залишається відкритим питанням, з якого немає згоди серед дослідників [1].
Ефект старіння тварин зазвичай спостерігається тільки в захищених середовищах (наприклад, лабораторіях та зоопарках). У природних умовах домінуючою причиною смерті є хижаки, хвороби або нестача їжі, тому старіння проявляється дуже рідко. Зазвичай, природна тривалість життя тварини лише ненабагато перевищує час досягнення статевої зрілості, а максимальна тривалість життя до смерті від старості є в кілька разів більшою (проте, існують кілька виключень з цього правила). У наступній таблиці приведена таблиця максимальної зареєстрованої тривалості життя деяких організмів до смерті від старості, складена переважно засновуючись на даних, отриманих у захищених середовищах.
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Фактори, що мають вплив на тривалість життя. Тривалість життя дуже сильно різниться між видами тварин. Кілька факторів мають свій вплив на неї. У більшості випадків тривалість життя залежить від плодовитості тварини: чим більше потомства вона дає, тим менше живе. Крім того, тривалість життя залежить від розміру тварини, розміру її мозку та метаболічної активності. Наприклад, зазвичай менші за розміром тварини мають меншу, а більші за розміром — більшу тривалість життя.
Ссавці. Найкраще досліджена залежність тривалості життя від таксономічної групи серед ссавців. Примати, загалом, — найбільш довгоживуча група, хоча деякі невеликі мавпи Нового Світу мають досить коротке життя. Мишоподібні гризуни недовговічні, тоді як білячеподібні гризуни досягають втричі довшего віку, ніж мишоподібні. Протяжність життя залежить від трьох окремих факторів: ваги мозку, ваги тіла, і швидкості обміну речовин (метаболізму)[1][7]. Залежність тривалості життя від цих факторів може бути виражена у формі емпіричного рівняння: L = 5,5 E0,54 S-0,34 M-0,42. Тривалість життя (L) ссавців в місцях залежить від мозкової ваги (E) і ваги тіла (S) в грамах і від швидкості обміну речовин (М) в калоріях на грам за годину. Позитивний показник експоненти для E (0,54) указує, що довговічність ссавців сильно і позитивно залежить від розміру мозку незалежно від розміру тіла або швидкості обміну речовин. Негативний коефіцієнт для швидкості обміну речовин вказує, що тривалість життя зменшується з ростом активності організму. Негативний показник для ваги тіла указує, що тенденція, що великі тварини живуть довше, є результатом не більшого розміру тіла, а більшою мозкової ваги.
Типова залежність дещо порушається у випадку порід собак. Більші за розміром породи собак, хоча і досягають статевої зрілості повільніше, живуть значно менше, різниця складає біля 2 разів між найбільшими та найменшими породами. Цей приклад був першим експериментом, який показав, що селекція в принципі здатна змінювати тривалість життя.
Птахи. Такий самий вигляд залежність L від E, S і М має і для птахів, але птахи загалом живуть довше, ніж ссавці, не дивлячись на більш високі температури тіла і швидкості природного обміну.
Плазуни. Великі плазуни мають тривалості життя, що перевищують тривалості життя ссавців відповідного розміру, але швидкість їх природного обміну у десятки разів менша. Таким чином, повна витрата енергії за життя у плазунів менша, ніж у ссавців.
Членистоногі. Тривалість життя різних видів членостоногих може складати від кількох днів до кількох десятиліть. Надзвичайно недовговічні комахи мають єдину коротку відтвірну фазу; довгоживучі павуки і ракоподібні — багатоплідні, з річними відтвірними циклами.
Витрати енергії Великі тварини з дуже розвиненим мозком, особливо примати, виробляють протягом життя найбільшу кількість енергії. Наприклад, повне вироблення енергії за життя людини на грам тканини складає близько 1,2 млн. калорій, а за життя таких домашніх тварин, як коти і собаки, лише 0,4 млн. калорій.
Приведена вище залежність має місце для теплокровних тварин. Холоднокровні тварини, які впадають у періоди щоденної неактивності або зимової сплячки, можуть значно скорочувати свою метаболічну активність, часто більш ніж вдесятеро. Комахоїдні кажани помірних широт — навідоміший приклад — хоча вони мають тривалості життя більш ніж у 20 років, майже 80 відсотків цього часу витрачається в глибокій сплячці. В результаті, витрата ними енергії протягом життя не перевищує витрати енергії іншими маленькими ссавцями.
Повільно старіючі хребетні тварини. Хоча у більшості тварин старіння очевидне, у деяких тварин воно незначне. Прикладами таких тварин є деякі великі плазуни, у першу чергу черепахи. Наприклад, галапагоська черепаха (Geochelone nigra) здатна жити до 177 років[8], а деякі риби, наприклад осетер досягають віку більш ніж у 150 років[9]. Проте, тривалість життя та старіння цих тварин досліджени дуже погано. Крім того, навіть протягом довгого життя, витрати енергії цих організмів незначні, набагато менші, ніж у ссавців. Крім того, ці тварини поступово збільшуються у розмірі навіть після досягнення статевої зрілості, що дозволяє їм розбавляти старіючи клітини тіла новими.
Одноплідні тварини. Як вже вказувалося, картина старіння одноплідних організмів дуже відмінна. Одним з дуже цікавих прикладів такого старіння є життєвий цикл рожевого лосося. Звичайна тривалість життя риби складає біля 2-х років. Мальки лосося вилупляються у прісноводних водоймах, мігрують вниз по течії до моря, де й проводять більшу частину життя. Після досягнення статевої зрілості, лосось великою зграєю піднімається вверх по течії до місць нересту, під час цієї подорожі старість риб ще не помітна, а риби повинні бути у відмінній фізичній формі, щоб підніматися через пороги. Проте, вже через тиждень після нересту, лосось вмирає від старості, що легко помітити по деградації майже всіх тканин організму. Хоча тривалість життя значно відрізняється у споріднених видів, всі вони мають лише одну можливість нересту, після якої всі риби вмирають[10].
Подібну картину старіння має і періодична цикада (Magicicada spp.), також відома як «17-річна сарана». Її личинки живуть у землі 17 років, після чого перетворюються на дорослих крилатих комах, спаровуються, відкладають яйця, та вмирають. Звчайно всі комахи у «виводку» на території сотень тисяч км2 досягяють дорослого стану разом у 24-годинний період, що, здається, є стратегією виживання, коли птахи та інші хижаки не мають можливості справитися з величезною кількістю цикад, крім того, полегшуються пошук партнера для спаровування. Тривалість життя дорослих комах складає лише кілька тижнів[10].
Зношування незамінних органів. Для деяких тварин результатом смерті може стати зношування важливих незамінних органів, навіть при незначному старінні решти організму. Наприклад, тривалість життя деяких травоїдних тварин обмежується сточуванням їх зубів під час пережовування жорсткої трави. Тоді як людина може виростити тільки два набори зубів, найбільш довгоживуча травоїдна тварина, слон, може виростити шість, що дозволяє заміняти сточені зуби новими. Проте, через відносно повільне старіння та невелике число природних хижаків, слони часто доживають до віку, коли останні набір зубів сточується, і тварина вмирає від голоду[10].
Довговічність деяких простіших тварин. Деякі простіші тварини практично запобігають старіння за рахунок швидкого оновлення клітин всіх тканин свого тіла, що можливо за рахунок простої та децентралізованої структури тіла. Прикладами таких організмів є морські актинії та прісноводні гідри. У найбільш детальному дослідженні, опублікованому в 1998 році[11], було показано, що за зовнішніми, мікроскопічними ознаками та здатністю до розмноження, гідра не проявляє ознак старіння протягом всього дослідження у 4 роки. Навіть якщо вона в принципі й може старіти, різниця між тривалістю життя і часом досягнення статевої зрілості, який складає лише біля тижня, є вражаючою.
| Організм | Тривалість життя (оцінка) |
|---|---|
| Креозотовий кущ* (Larrea tridentata) | 11 000[12] |
| Секвойядендрон (Sequoiadendron giganteum) | 4 000[13][12] |
| Дуб черешчатий (Quercus robur) | 2 000[13] |
| Модрина європейська (Larix decidua) | 700[13] |
| Цибуля (Allium ursinum) | 8-10[14] |
| Молочна віка (Astragalus utahensis) | 3[14] |
У випадку рослин поняття старіння виражено не так чітко, як для тварин. Такі поняття, як старіння, визрівання, смерть, розвиток, хлороз, некроз, висушування, погано розмежовані і часто перекриваються[15]. Крім того, не ясно що робити у випадку насіння, яке може зберігатися досить довго, не проявляючи ніякої фізіологічної активності, або з частинами рослин, які дають початок новим рослинам в результаті вегетативного розмноження. Тривалість життя дуже сильно різниться серед предтавників царства рослин. Деякі види дерев можуть жити кілька сотень років, тоді як деякі рослини завершують свій життєвий цикл за декілька тижнів[16].
Розглядаючи тривалість життя рослин, важливо мати на увазі, що смертність клітин дуже висока протягом всього життя рослини, а відмирання тканин, або, у випадку одноплідних організмів, цілих рослин, регулююється системою гормонів. Ріст судинних рослин залежить від активності меристем, які складаються із клітин, аналогічних стовбуровим клітинам тварин, і по суті представляють собою ембріональні тканини. У випадку багатьох багатополідних (багаторічних) рослин, цей ріст може продовжуватися практично необмежено. Решта тканин рослини, проте, постійно відмирає. Наприклад, більша частина маси дерева складається з мертвих клітин деревини. Окремі органи рослини, такі як листя, мають тривалість життя значно меншу, ніж тривалість життя всього організму. Листя вигідно підтримувати тільки якщо воно сприяє виживанню всієї рослини. Це можливо прослідкувати на прикладі листопадних рослин помірного поясу: за умовами зменшення світлового дня або зниження температури, в рослинах запускається запрограмована смерть клітин, яка зазвичай приводить до зміни забарвлення листя та його опадання.
Це «жовтіння» листя в літературі часто називається старінням листя або синдромом старіння[17]. За допомогою процесу старіння, поживні речовини вмираючого листа мобілізуються для використання іншими частинами рослни, що дозволяє підтримувати їх ріст. Наявність поживних речовин, в першу чергу азоту, є головним лімітуючим фактором росту. Окрім того, рослини не можуть змінювати свого положення в ґрунті, і таким чином виснажують своє оточення. В результаті існує сильний добірний тиск розвитку систем повторної переробки необхідних для життя компонентів.
Є багато факторів, які можуть ініціювати програму старіння та переробки поживних речовин. У деяких видах її може викликати потреба в поживних речовинах в іншому місці, наприклад для розвитку насіння [18]. Так саме програма відмирання листя або інших частин рослини може бути викликана поступовим зниженням їх продуктивності з віком за рахунок старіння фотосинтетичного апарату або судинної системи цих частин організму, аналогічно процесу старіння тварин[16][17].
Процес старіння, аналогічний старінню багатоплідних тварин, також трапляється у рослин при відсутності запрограмованого старіння. Цей процес характеризується змінами клітинної структури, подібними до змін структури тваринних клітин.
Одноклітинні організми, як і багатоклітинні, підлягають старінню та інтенсивно досліджуються через подібність їх старіння до клітинного старіння багатоклітинних організмів. Модельним організмом для вивчення клітинного старіння є дріжджі, що брунькуються, (Saccharomyces cerevisiae), які, як еукаріоти, володіють біохімічними процесами, подібними до біохімічних процесів старіючих клітин вищих тварин і рослин. Проте, дослідження були проведені і серед деяких бактерій, зокрема Escherichia coli та Caulobacter crescentus.
У одноклітинних організмах були досліджені дві різні форми процесів старіння[19]. Перша — старіння, специфічне для материнської клітини при клітиному поділі, при якому материнська клітина старіє, тоді як дочірня клітина при кожному поділі обнуляє клітинний годинник (омолоджується). Старіння материнської клітини проявляється з поступовому уповільненню клітинного циклу, після чого клітина втрачає здатність до нових поділів, так зване реплікативне старіння. Цей процес був спочатку знайдений у клітин з асиметричним поділом, тобто в дріжджах, що брунькуються, а потім у асиметричної бактерії Caulobacter crescentus, де визначення матернської клітини очевидне[20]. Пізніше спостереження за поділом клітин дозволило визначити материнську клітину і в організмі з симетричним поділом — бактерії E. coli, де материнської клітиною є клітина із «старим кінцем», хоча пізніше були знайдені і незначні морфологічні відмінності між материнськими та дочірніми клітинами[21].
Вік в даному випадку визначається за числом поділів, через які пройшла клітина, а не календарним часом. Типова середня тривалість життя лабораторних дріжджів (Saccharomyces cerevisiae) дикого типу складає близько 25 поколінь. Функція розподілу тривалості життя індивідуальних клітин слідує закону Ґомпертца, так саме, як і тривалість життя вищих тварин[19]. У бактерії Caulobacter crescentus середня тривалість життя складає від 100 до 130 поділів[20].
Другий процес старіння, також знайдений у цих трьох модельних організмах, — хронологічне старіння клітин, більш відомий як умовне старіння (через те, що цей процес проявляється тільки за певними умовами навколишнього середовища). Цей процес проявляється у поступовій деградації і втраті життєздатності клітин протягом стаціонарної фази[19][22][23].
На прикладі дріжджів було знайдено, що, подібно до процесу реплікативного старіння, специфічного для материнських клітин, умовне старіння є як процесом зношування внутріклітинних структур, так і генетичної програми. Наприклад, клітинна стінка в стаціонарній фазі проходить через ряд генетично запрограмованих структурних змін з ціллю підвищити життєздатність та тривалість життя організму. Проте, кінець кінцем клітина старіє та вмирає[19].
Спадкування довголіття в популяціях таких тварин, як плодові мухи і миші, може бути визначена, якщо порівнювати таблиці тривалості життя природних популяцій і деяких мутантів та гібридів. Згідно з експериментальними даними, близько 30 відсотків варіації довгодіття самиць та 20 відсотків довголіття самців визначається генетично. Ці значення подібні до наслідування таких фізіологічних рис, як кількість відкладених яєць і виробництво молока домашніми тваринами[1].
Коефіцієнт експоненти функції Ґомпертца вказує швидкість старіння. Відмінності в довголіття між видами є результатом передусім відмінностей у швидкості старіння, і тому виражаються у відмінностях в цьому коефіцієнті.
Порівняння таблиць смертності різних штамів мишей одного виду вказує, що відмінності між штамами перш за все походять від відмінностей в незалежному від віку члені функції Ґомпертца. Якщо штами відрізняються тільки незалежним від віку членом, менш довголітні штами мають більш смертність, вищу на постійну величину протягом всього життя, що проявляється у вертикальному зсуві функції Ґомпертца. При цьому часто трапляється, що гібриди першого покоління (F1) двох природних штамів живуть довше, ніж будь-який з батьків. Хоча досліджень біохімічних процесів таких гібридів не проводилося, таблиці тривалості життя указують, що гібриди відрізняються від батьківських штамів тільки незалежним від віку членом, але не зміною швидкості старіння. Інші дослідення також показали, що у значній мірі варіації в тривалості життя між штамами мишей пояснюються відмінностями в успадкованій сприйнятливості до певних хвороб.
Спадкування довголіття людей складніше досліджувати, тому що на тривалість життя впливають соціально-економічні та інші зовнішні чинники, які ускладнюють кореляції між близькими родичами. Проте, дослідження вказують на деяку, хоча і невелику, спадкованість тривалості життя та сприйнятливості до таких хвороб як рак і хвороби серця, перш за все через те, що однояйцеві (генетично ідентичні) близнюки прагнуть мати подібніші частоти цих захворювань, ніж відповідні різнояйцеві (генетично різні) близнюки.
Серед всіх організмів найкраще вивчені зміни, що відбуваються в організмах ссавців, перш за все через спорідненість цих організмів до людини, але також і через те, що симптоми старіння найчіткіше виражені серед них.
Всі ссавці є багатоплідними організмами, у яких старіння має повільний характер та охоплює практично всі системи організму. Загальні зміни включають зниження основної маси тіла (живих клітин та кісток) при зростанні повної маси за рахунок зростання кількості жирових відкладень та вмісту води. Основний обмін, тобто мінімальний рівень метаболічної активності, знижується у всіх тканинах, як і рівень добровільної активності, але остання сильно залежить від виду тварини та фізичної навантаження протягом попереднього життя.
Через формування перехресних зв'язків між молекулами колагену, основного структурного міжклітинного білку організму ссавців, та кільціфікацію гладких м'язів та стінок судин, збільшується жорсткість сполучної тканини. Проте, одночасно проходить декільціфікація скелетних кісток, в результаті чого кістки стають тонкішими, менш щільними і менш міцними. Через потоншення хребців зменшується ріст тіла.
У більшості тканин відбувається атрофія клітин і навіть цілих структур, особливо це помітно у деяких тканинах, що не відновлюються, перш за все центральній нервовій системі. Хоча навіть кількість периферійних нервових волокон людини зменшується на 20 відсотків до 90-літнього віку, найбільш страждають клітини кори головного мозку. Ця втрата нейронів є головною причиною зниження розумових здібностей старих людей, хоча деякий ефект має і зниження постачання кисню.
Також для багатьох тканин характерні відкладення інертних та потенційно шкідливих речовин. Наприклад, пігмент ліпофусцин, відсутній в молодості, в старості складає до 3 % маси серцевого м'язу. Дуже відомі відкладення і у кровоносних судинах — атеросклероз.
Також помітні зміни в ендокринній системі, яка уповільнює відповідь на зміни зовнішнього середовища, в результаті організм стає більш уразливим до будь-яких несприятливих факторів (стресу).
Через старіння імунної cистеми збільшується ймовірність автоімунних реакцій при загальному зниженні активності тимус-залежної підсистеми. В результаті, як збільшується ймовірність ракових клітин розвитися у пухлину, так і виникає ризик автоімунних хвороб.
На клітинному рівні стаіння проявляється в уповільненні поділу клітин. Частково цей ефект є результатом так званої межі Гейфліка поділу соматичних клітин. Ця межа пов'язана із відсутністю активної теломерази, в результаті чого кінцеві ділянки хромосом, теломери, скорочуються при кожному поділі. У людини соматична клітина максимально може поділитися біля 52 разів, після чого теломери зникають, і в клітини запускається програма апоптозу, «альтруїстичного самогубства» клітини. Хоча межа Гейфліка і вважається основною причиною зменшення рівня клітинного поділу, навіть стовбурові клітини, у яких ця межа відсутня, стають менш активними, уповільнюють свій поділ і не так часто перетворюються на соматичні клітини.
Під час старіння клітини проходять через ряд генетичних змін, які тим ти іншим чином впливають на хід процесу старіння. Дослідження старіння еукаріотів були проведені за допомогою цілого ряду модельних організмів, таких як домашня миша (Mus musculus), плодова муха (Drosophila melanogaster), круглі черви Caenorhabditis elegans, філаментарні гриби Podospora anserina і дріжджі Saccharomyces cerevisiae. Дослідження цих організмів виявили присутність як мінімум двох збережених шляхів, що активізуються під час старіння.
| Podospora | Saccharomyces | Caenorhabditis | Drosophila | Миша |
|---|---|---|---|---|
| grisea | LAG1 | daf-2 | sod1 | Prop-1 |
| LAC1 | age-1/daf-23 | cat1 | p66shc | |
| RAS1 | daf-18 | mth | mclk1 | |
| RAS2 | akt-1/akt-2 | |||
| PHB1 | daf-16 | |||
| PHB2 | daf-12 | |||
| CDC7 | ctl-1 | |||
| BUD1 | old-1 | |||
| RTG2 | spe-26 | |||
| RPD3 | clk-1 | |||
| HDA1 | mev-1 | |||
| SIR2 | ||||
| SIR4-42 | ||||
| UTH4 | ||||
| YGL023 | ||||
| SGS1 | ||||
| RAD52 | ||||
| FOB1 |
Один з цих шляхів залучає ген SIR2, NAD±залежну гістонову деацетилазу. У дріжджах білок Sir2 потрібний для подавлення генів в трьох локусах (місцеположеннях): локусі спаровування дріжджів та генах теломер і рибосомної ДНК (рДНК). У деяких видах дріжджів симптоми реплікативного старіння можуть частково викликатися гомологічною рекомбінацією між повторами рРНК; вилучення повторів рРНК провидить до утворення екстрахромосомної циклічної рРНК (ЕЦР або ERC, від англ. Exctachtomosomal rRNA circles). Ці ЕЦР реплікуються і переважно акумулюються в материнській клітині під час поділу, та викликають клітинне старіння за рахунок конкурентного зв'язування з важливими ядерними факторами. ЕЦР не спостерігалися в інших видах дріжджів (які також проявляють реплікативне старіння) та у вищих організмах, таких як людина. Екстрахромосомна циклічна ДНК (ехцДНК, eccDNA) була знайдена в червях, мухах і людині. Роль ехцДНК в старінні, якщо є, невідома.
Не дивлячись на відсутність зв'язку між циклічною ДНК і старінням у вищих організмах, додаткові копії гомологів Sir2 здібні до збільшення тривалості життя як червів, так і мух. Механізми, якими гомологи Sir2 у вищих організмах регулюють тривалість життя, залишаються неясними, але було встановлено, що людський білок SIRT1 деацетилірує p53, Ku70 і сімейство факторів транскрипції forkhead. SIRT1 також може також регулювати інші ацетильовані білки, такі як CBP/p300, і може деацетилювати деякі амінокислоти гістонів.
RAS1 і RAS2 також впливають на старіння в дріжджах і мають людські гомологи. Було показано, що черезмірна експресія RAS2 збільшує тривалість життя дріжджів.
Кілька інших генів регулюють старіння в дріжджах, збільшуючи опір окислювальному стресу. Супероксидна дісмутаза, білок, що захищає клітину проти ефектів активних форм кисню (АФК)