Ограничительная диета продлевает жизнь многим животным, одновременно снижая их плодовитость. Обычно это объясняли перераспределением ресурсов организма между функциями размножения и поддержания телесного здоровья.
Самка мушки-дрозофилы занята самым важным делом в своей жизни — откладкой яиц. Фото с сайта www.sciencecentric.com
Однако эксперименты на дрозофилах не подтвердили эту гипотезу. Как выяснилось, плодовитость зависит от содержания в пище метионина, а долголетие — от количественного соотношения метионина и других незаменимых аминокислот. Это позволяет подобрать такую диету, при которой жизнь продлевается без снижения плодовитости.
Положительное влияние ограничительной диеты на долголетие выявлено у многих живых существ — от дрожжей до приматов. Однако увеличение продолжительности жизни у животных, сидящих на диете (в частности, у круглых червей C. elegans, дрозофил и грызунов), обычно сопровождается снижением плодовитости. Многие эксперты предполагали, что это объясняется перераспределением ресурсов организма: при недостатке пищи организм бросает все силы на сохранение здоровья и уменьшает расходы на размножение. Стратегический смысл такой реакции может состоять в том, чтобы дождаться более изобильных времен, когда пищи снова станет много и потомство будет иметь больше шансов на выживание.
Сотрудники Института здорового старения (Institute of Healthy Ageing, Лондон) Ричард Грандисон, Мэттью Пайпер и Линда Партридж проверили «гипотезу перераспределения ресурсов» в серии экспериментов на дрозофилах. Полученные результаты ясно показали, что гипотеза неверна — по крайней мере для дрозофил.
В природе дрозофилы питаются дрожжами, развивающимися на разнообразных гниющих субстратах — от забродивших фруктов до старых плодовых тел лесных грибов. В экспериментах по изучению влияния ограничительной диеты на продолжительность жизни обычно используют два вида корма — «стандартный» и «диетический». В первом случае при изготовлении 1 литра корма используют 200 г порошка из сухих дрожжей, во втором — 100 г. В принципе, мухи, посаженные на диету, имеют возможность «обмануть» исследователей, поедая вдвое больше корма, но на практике они этого не делают.
Дрозофилы, использовавшиеся в экспериментах, живут приблизительно столько же дней, сколько люди — лет. На стандартном корме половина мух доживает до 50–60 дней, на диетическом — примерно до 70. При этом на стандартном корме самки откладывают за свою короткую жизнь значительно больше яиц, чем за долгую жизнь на диете.
Авторы разделили питательные вещества, содержащиеся в дрожжах, на четыре группы (углеводы, жиры, витамины, аминокислоты) и стали добавлять их в диетический корм по отдельности. Оказалось, что повышение концентрации углеводов, жиров и витаминов до стандартного уровня не влияет ни на долголетие, ни на плодовитость мух, сидящих на диете. Мухи, получающие стандартное количество любого из этих компонентов, по-прежнему живут долго, а яиц откладывают мало. Но если добавить к диетическому корму полный набор аминокислот, эффект получается такой же, как при «стандартном» питании: жизнь сокращается, а плодовитость возрастает. Следовательно, всё дело в аминокислотах.
Выживаемость мух в зависимости от диеты. По горизонтальной оси — возраст мухи в днях, по вертикальной — доля мух, доживших до такого возраста. Слева: продолжительность жизни мух, сидящих на диете (DR, синие кружки), не снижается от добавления в пищу углеводов (carbohydrates, серые треугольники), липидов (lipids, серые ромбы) или витаминов (vitamins, серые квадраты), однако на «стандартном» (полном) рационе мухи живут существенно меньше (Fully fed, красные кружки). Справа: добавление в диетический корм полного набора аминокислот (all AAs, серые треугольники) резко снижает продолжительность жизни. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
В следующей серии экспериментов авторы разделили аминокислоты на две группы: заменимые и незаменимые (по 10 аминокислот в каждой группе; набор незаменимых аминокислот у мух и млекопитающих почти одинаков). Добавление заменимых аминокислот в диетический корм ни на что не повлияло, незаменимых — дало такой же эффект, как перевод на стандартный корм.
После этого авторы сосредоточились на 10 незаменимых аминокислотах (НА), добавляя их в диетический корм по одной или в разных комбинациях. Результаты получились весьма неожиданные. Выяснилось, что плодовитость мух зависит только от одной НА — метионина. При «стандартном» количестве метионина плодовитость высокая, при «диетическом» — низкая, независимо от других НА.
С продолжительностью жизни всё оказалось несколько сложнее. Жизнь сокращается только в том случае, если мухи получают «стандартное» количество одновременно и метионина, и других НА. Все прочие комбинации: (1) метионина много, других НА мало; (2) метионина мало, других НА много; (3) того и другого мало — гарантируют долгую жизнь (см. таблицу).
| Других НА много | Других НА мало | |
| Метионина много | Жизнь короткая, плодовитость высокая | Жизнь долгая, плодовитость высокая |
| Метионина мало | Жизнь долгая, плодовитость низкая | Жизнь долгая, плодовитость низкая |
Самое интересное, что одна из перечисленных комбинаций (метионина много, других НА мало) обеспечивает одновременно и долгую жизнь, и высокую плодовитость. Этот результат фактически ставит крест на «гипотезе перераспределения ресурсов», по крайней мере для дрозофил. Данная гипотеза предполагала, что функции размножения и замедления старения «конкурируют» друг с другом за какие-то пищевые ресурсы. Но оказалось, что в действительности плодовитость и продолжительность жизни ни за что не конкурируют, поскольку зависят от разных параметров диеты: первая — от количества метионина, вторая — от баланса НА, то есть от соотношения метионина и других НА. Какие именно из незаменимых аминокислот взаимодействуют с метионином таким образом, что при большом количестве того и другого жизнь сокращается, — этого авторам выяснить не удалось. Судя по всему, взаимоотношения между этими компонентами питания довольно сложны.
Надо полагать, что в ближайшем будущем эти результаты будут проверены на других животных. Не исключено, что у млекопитающих обнаружится что-то похожее. По крайней мере, ранее на мышах было показано, что сокращение количества метионина в пище может продлевать жизнь. Правда, у мышей сходными эффектами обладает и другая НА — триптофан, а у дрозофил триптофан сам по себе не влияет на долголетие.
С точки зрения самих дрозофил, полученные результаты говорят о том, что баланс аминокислот в их природной пище — дрожжах — не является оптимальным для мушиного долголетия. Естественный отбор, как и следовало ожидать, оптимизировал организм дрозофил не по долголетию (до которого ему нет дела), а по плодовитости, то есть по эффективности превращения корма (дрожжей) в отложенные жизнеспособные яйца. Но мы, люди, в отличие от естественного отбора, высоко ценим свое долголетие. Мы тоже, скорее всего, оптимизированы эволюцией вовсе не по тем параметрам, по которым мы хотели бы быть оптимизированными на данном этапе культурно-социального развития. Почти наверняка, как и у мух, наш «стандартный корм» имеет не самый лучший для нашего долголетия баланс компонентов. И это очень хорошо, потому что такой дисбаланс нетрудно исправить — и тогда люди без особых усилий, почти даром, получат лишние годы жизни.
Александр Марков
