Наука | Научпоп

Представьте себе будущее, в котором пенсионеры ходят по улицам с прикреплёнными к ним маленькими детьми. С детьми у стариков объединены кровеносные системы – дети для пенсионеров выступают и почками, и печенью, и много чем ещё. Благодаря малышам постаревшие мужчины и женщины не страдают деменцией, Паркинсоном и Альцгеймером, лучше двигаются, а ещё у них не болят суставы. Как вам такая антиутопия?

Расслабьтесь. Никто такое не предлагает. Но учёные действительно иногда сшивают старых животных с молодыми и объединяют их кровеносные системы, чтобы исследовать проблему старения и полезные вещества в крови.

Есть один орган, который особенно важно омолодить. Это наш мозг — он у нас один, его нельзя заменить, а ещё в мозге сконцентрирована наша с вами личность. Поэтому учёные активно думают, как бы замедлить его старение. Хорошие новости: старение мозга зависит от старения тела — значит, борясь со вторым, мы «омоложаем» мозг. Так, умеренные физические нагрузки примерно на 30% снижают риск деменции. Когда мы занимаемся спортом, у нас в кровь выделяется сигнальная молекула BDNF. Эта молекула влияет на выживание нейронов и способствует улучшению памяти в опытах на животных.

Есть еще одно доказательство тезису, что в здоровом теле здоровый мозг. В 2013 году учёные провели исследование на мышах, чья продолжительность жизни составляла порядка 26 месяцев. У грызунов взяли предшественников нервных клеток — и поместили их в развивающиеся эмбрионы крыс (сами крысы могли прожить 3 года). Предшественники нейронов были снабжены геном зелёного флуоресцентного белка — их можно было легко отличить в организме крысы. И вот крысы прожили три года — и оказалось, что в их мозге по-прежнему функционируют нейроны от гораздо менее долгоживущих мышек.

Омолодится ли старый мозг, если его поместить в молодое тело? Теоретически — может быть, но такая пересадка мозга пока невозможна. Зато мы можем, например, переливать молодую кровь старикам. Эта идея очень популярна — она отражена даже в модном сериале «Кремниевая долина», хоть и спорна. Многие люди уже сейчас готовы перелить себе плазму юных родственников. Так, биохакер Брайан Джонсон рассказал, что перелил себе плазму сына, а своему отцу — свою плазму.

Учёные давно придумали парабиоз — это когда мы берём двух животных и объединяем их кровеносные системы. Можно сшить двух старых особей, двух молодых, старую и молодую — как душе угодно. Учёные с помощью парабиоза пытаются понять, что полезного — ну и вредного тоже — может дать кровь молодых организмов старым.

Когда я был маленьким, моим любимым сериалом был «Лексс». В этом сериале гигантский жук летает по космосу и взрывает планеты. В одной серии фигурировал умирающий биовизирь Брайзон, который нуждался в молодом теле. Тогда Брайзон подключился к телу девушки Ксев — и заставил её печень перерабатывать его продукты жизнедеятельности («Да. Я сейчас сдохну, если ты не поделишься своей печёнкой»). Возможно, эти криповые сцены были вдохновлены экспериментами учёных, которые соединяют кровеносные системы старых и молодых грызунов. Кстати, ещё Брайзон пытался использовать чужой пенис. Жаль, конечно, что обычно в кино борьбу со старением показывают как попытки пожилых извращенцев подключиться к молодым организмам.

Учёные, сшивающие крыс, часто получали совершенно впечатляющие результаты. Так, одна команда исследователей выяснила: продолжительность жизни грызунов, подключенных к молодым сородичам, выросла с 740 до 835 дней. Правда, только у самок. А ещё надо иметь в виду, что операция по сшиванию довольно травматична — само хирургическое вмешательство могло сократить продолжительность жизни крыс. Поэтому учёные сравнили, сколько живут старые красы, сшитые с молодыми, по сравнению со старыми крысами, сшитыми со своими ровесниками. Оказалось, что продолжительность жизни у грызунов, сшитых с молодыми сородичами, вырастает на 100-150 дней, причём как у самок, так и у самцов. А вот когда старую особь сшивают со старой, ей могут передаваться разные инфекции, метастазы, воспаления и так далее.

Учёные решили сделать эксперимент чуть чище. Они сшивали два организма, ждали некоторое время, а потом их разъединяли. Результаты таких опытов неоднозначны. Согласно одному такому исследованию, при сшивании двух старых грызунов их продолжительность жизни сокращается, а при сшивании старой и молодой особи продолжительность жизни старой не увеличивается. Однако другое исследование показывает, что при сшивании старой и молодой особей продолжительность жизни старой всё же увеличивается. Я пообщался с автором этой работы — по его словам, результаты похожих исследований разнятся, потому что учёные брали разные линии мышей. А ещё потому, что, возможно, операции по сшиванию кровеносных систем были разного качества.

На самом деле в обычной жизни никто никого сшивать не собирается — к пенсионерам не будут приделывать младенцев. Идея всех описанных опытов заключается в том, чтобы понять — есть ли конкретная молекула или клетка в крови, которая влияет на старение.

Я не просто так упомянул мозг в начале статьи. В большей части работ по парабиозу с помощью молодой крови учёные пытаются омолодить нервную систему. В 2014 году вышло исследование, авторы которого сшивали старых 15-месячных мышек с 3-месячными. Сшитые грызуны жили вместе 5 недель, а потом их разъединяли. Выяснилось, что в результате эксперимента у старых грызунов улучшились некоторые когнитивные способности, а ещё у них наблюдалось больше нейрогенеза в мозге. Авторы исследования обратили внимание на молекулу GDF11 — c её помощью и получалось ускорить нейрогенез. Учёные отдельно вводили в организм старых грызунов эту молекулу — и в мозге мышей увеличивалось количество нейронов (вообще нейрогенез — это один из механизмов пластичности мозга). Видимо, GDF11 улучшает кровоснабжение мозга — и в нём появляются новые нейроны, образуются синапсы и так далее.

Другая команда учёных решила выяснить, какие клетки могут омоложать стареющий организм. Когда мы стареем, у нас могут не только отмирать нейроны, но и нарушаться связи между ними. С возрастом повреждаются аксоны — отростки, по которым нейроны передают сигналы друг другу. Чтобы аксоны хорошо работали, они должны быть изолированы друг от друга. Для этого нужны специальные клетки — они служат «обмоткой» для аксонов. Так, существуют шванновские клетки — вспомогательные клетки нервной ткани, которые формируются вдоль аксонов периферических нервных волокон, а также олигодендроциты в самом мозге. Эти клетки создают плотную миелиновую оболочку нейронов. К сожалению, с возрастом эта миелиновая оболочка может повреждаться — и в итоге ухудшаются когнитивные функции, иногда возникают нейродегенеративные заболевания.

В общем, учёные выяснили, что при сшивании старых грызунов с молодыми у первых улучшаются качества миелиновой оболочки, становятся более активными клетки, которые её производят. По словам исследователей, всё дело в макрофагах — клетках, способных поглощать и переваривать чужеродные или вредные для организма частицы — бактерии, остатки разрушенных клеток и так далее. Макрофаги, как выяснилось, могут «поедать» в том числе плохие обломки миелиновой оболочки. На месте «съеденных» обломков вырастает новая, более качественная оболочка. Есть и другие работы, доказывающие, что макрофаги молодых особей работают лучше. Например, доказано, что молодые макрофаги лучше заживляют раны.

Одни учёные считают, что для омоложения организма нужны именно молодые клетки. Другие же уверяют, что для омоложения достаточно плазмы молодой крови. Плазма — это жидкость, в которой нет клеток, но есть растворённые вещества. Действительно, согласно некоторым исследованиям, благодаря молодой плазме у старых особей улучшаются когнитивные функции, образуются новые нейронные связи и так далее.

Ещё одна группа авторов предположила, что важен не возраст доноров плазмы, а их физическое состояние. Учёные провели эксперимент: одним мышам вливали плазму сородичей, которые вели «активный образ жизни», другим — которые мало двигались. Выяснилось, что переливание плазмы «спортивных» мышей улучшало нейрогенез и когнитивные функции реципиентов, а плазма «пассивных» грызунов по свойствам ничем не отличалась от физраствора. Позже исследователи выяснили, что в плазме активных мышей было больше уже упомянутой молекулы BDNF. Ещё авторы этой же работы обратили внимание на концентрацию белка, который влияет на синтез BDNF. Этот белок производится печенью. Когда печень мышей производила больше данного белка, когнитивные функции мышей улучшались.

Что мы имеем в сухом остатке? Видимо, плазма молодых особей может немного улучшить когнитивные функции стариков. Но не доказано, что она способна продлить жизнь. Почему мозг молодеет, а тело нет? Может, мы чего-то пока не знаем — или плазма на самом деле бесполезна? Поживём — увидим. В любом случае я никого не призываю переливать себе молодую плазму в профилактических целях — нет никаких доказательств, что такие переливания эффективны для людей.

Некоторые учёные пытаются выяснить, что вредного содержится в старой крови. Есть работы, в которых, наоборот, молодым мышкам переливали старую кровь. В итоге у них ухудшалась память, замедлялся нейрогенез. Возможно, дело в переносе хронического воспаления. В старых организмах есть сенесцентные клетки: некоторые такие клетки производят воспалительные факторы, которые попадают в кровь и вызывают системное воспаление. Благодаря упомянутым исследованиям учёные выяснили, какие факторы и молекулы, связанные с кровью, влияют на старение. Например, провоспалительный интерлейкин шестой.

А в 2021 году вышла статья, которая немного перевернула медицину с ног на голову. Авторы публикации предложили интересную процедуру — нейральный обмен кровью. Суть заключается в том, что у организма откачивают половину крови и заменяют её физраствором, в котором содержится белок альбумин. Выяснилось, что и такая процедура помогает мозгу грызунов омолодиться — у них улучшается память.

Мыши — это не люди. И рано пока советовать мужчинам и женщинам переливать кровь, плазму или вливать себе физраствор с альбумином. Зато уже сейчас ведутся исследования этих методов на людях. Например, ведутся клинические исследования переливания молодой крови для борьбы с болезнью Альцгеймера. Возможно, в будущем мы и правда будем переливать кровь, чтобы победить или предотвратить различные заболевания.

А вообще можно не только кровь и плазму переливать. Как вы знаете, кровь производится в костном мозге — у нас там есть стволовые клетки, которые бывают двух основных типов. Первый тип — гемопоэтические стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного и лимфоидного рядов. Второй тип — мезенхимальные стволовые клетки, которые нужны для образования хрящей, костей и жировой ткани.

Костный мозг очень важен, а пересадка костного мозга часто проводится пациентам после, например, химиотерапии. В результате пересадки у пациентов возобновляется образование клеток крови. Причём доноры костного мозга могут быть разного возраста — в первую очередь доноры должны подходить реципиентам генетически, чтобы не возникало отторжения.

В общем, учёные сравнили пациентов, которые получали костный мозг от старых и молодых доноров. И выяснили, что дольше жили реципиенты, получившие мозг от молодых доноров. А ещё выяснилось, что пересаженные кроветворные клетки сохраняют свой первоначальный биологический возраст. С помощью эпигенетических часов можно изучить метки на ДНК и оценить «биологический возраст» этих клеток — так учёные пришли к выводу, что у взрослых реципиентов кроветворные клетки остаются «молодыми» — если донор, конечно, был молодой.

В 2019 году учёные выяснили, что старые мыши, которым пересадили гемопоэтические клетки от молодых мышей, жили на 28% сверстников. Правда, в работе была очень маленькая контрольная группа — и жили грызуны из этой группы очень недолго. Как будто с ними что-то было не так! К счастью, позже другие учёные провели похожий эксперимент с нормальной контрольной группой. Их выводы оказались чуть скромнее — что при пересадке продолжительность жизни старых особей увеличивается лишь на 12%. Но в любом случае это положительный эффект!

Люди испокон веков верили в силу молодой крови. Есть представления о вампирах, которые пьют кровь девушек и парней, а ещё вокруг крови есть много мистических идей. Может, эти идеи влияют и на учёных — поэтому они исследуют именно кровь, а не сопли, например. Тем не менее, уже сейчас мы знаем, что в молодой крови действительно содержится нечто хорошее. А ещё мы знаем, что одна из самых эффективных генных терапий, продлевающих жизнь мышам — это терапия с помощью сигнального белка VEGF. Этот белок влияет на рост сосудов кровеносной системы. С помощью такой терапии грызуны живут аж на 49% дольше сверстников, которым терапию не проводили! Правда, раковые клетки тоже любят кровь — им нравятся, когда к ним «проходят» кровеносные сосуды. Так что терапия VEGF потенциально может активизировать рост опухолей.

В общем, не надо никого сшивать — надо просто изучать кровь. И идентифицировать полезные молекулы — чтобы использовать их во благо.

Источники ↗

Первый планетарий заработал в 1925 году в Мюнхене, и теперь такие учреждения есть по всему миру. В Международный день планетариев (7 мая) Евгений Бурмистров, преподаватель астрономии, заместитель директора Политехнической школы ПНИПУ, рассказал, какое будущее ждет Землю из-за отдаления спутника, почему началась вторая «лунная гонка» и что полезного можно найти в лунном грунте и кратерах, а также за что Плутон лишили статуса планеты и как сила всемирного тяготения сформировала планеты Солнечной системы?

Луна отдаляется от Земли. Это приведет к изменению климата на планете

Каждый год естественный спутник отдаляется от Земли на 4 сантиметра. Это явление открыли еще древние астрономы. Кроме того, по мере удаления замедляется также вращение нашей планеты: чуть более полумиллиарда лет назад сутки длились только 21 час.

— Главная причина, почему Луна отдаляется от Земли, — это приливное ускорение. Мы знаем, что лунное притяжение вызывает приливы и отливы. Когда вода с планеты благодаря силам тяготения устремляется к Луне, формируется «приливной горб» — как будто кто-то тянет за поверхность океанов. Именно это движение влияет на длину траектории Луны: из-за «горба» время от времени меняется вектор притяжения Земли — его направление и сила, — объясняет Евгений Бурмистров.

Дополнительная причина — связь спутника с Солнцем. Сила притяжения между ними почти в два раза больше, чем между Луной и Землей.

Заглядывая далеко в будущее — какие последствия повлечет отдаление Луны? Прежде всего, изменение климата. Чрезмерное удаление спутника влияет не только на скорость вращения, но и на угол наклона нашей планеты. Это способно вызвать смещение полюсов, что в свою очередь спровоцирует сдвиг климатических зон.

Лунная гонка нашего века — за научные образцы и природные богатства

Внимание к спутнику Земли вновь приковано еще с начала 2000-х. В кратерах около Северного и Южного полюсов Луны исследователи обнаружили большое скопление воды. С тех пор сразу несколько стран стали направлять туда автоматические станции, луноходы, а также заниматься доставкой лунного грунта на Землю.

В 2007 году Китай запустил проект по исследованию Луны, семь лет спустя и Россия презентовала свою лунную программу. NASA совместно с японским, европейским и канадским космическими агентствами в 2019 году объявило о начале проекта «Артемида» — программы по исследованию Луны. Так началась вторая «лунная гонка», ее цель — исследование спутника и последующее его освоение.

— Год назад Индия послала на спутник луноход. К 2025 году на Луну астронавтов планирует отправить США, а Китай к 2030 году — не только высадить там человека, но и построить научно-исследовательскую базу. Россия предприняла попытку запустить на спутник межпланетную станцию «Луна-25», но миссия не имела успеха: аппарат разбился о поверхность спутника, — рассказывает эксперт Пермского Политеха.

Ученые также рассматривают Луну как источник природного сырья. Ее грунт (реголит) богат различными металлами и минералами. Предполагается, что там также есть водяной лед и водород. Кроме того, исследования показали, что четверть всех кратеров на Луне содержит фрагменты упавших астероидов: есть никель, кобальт, элементы платиновой группы, редкие и редкоземельные металлы.

По современной рыночной оценке, упавший на Луну астероид диаметром 1,5 километра может содержать различных элементов на сумму до 1,2 квадриллиона рублей. Даже если при столкновении с поверхностью спутника сохранится лишь малая его часть (1%), стоимость принесенных им металлов составит около 12 триллионов рублей. К тому же добыча таких ресурсов не требует строительства шахт, поскольку все лежит на поверхности, это может стать весьма прибыльным делом.

Плутон легче Луны в шесть раз

Такие планеты, как Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн можно найти на небосводе невооруженным глазом, а потому человечеству они известны уже давно. В 1840-е годы ученые заметили странные возмущения орбиты Урана, указывающие на существование еще одной планеты, после чего немецкий астроном Иоганн Галле обнаружил Нептун.

Девятую планету нашли лишь век спустя: результаты своих трудов и снимки ночного неба в 1930 году представил американский астроном Клайд Томбо. А имя находке придумала британская школьница, которая предложила назвать планету «Плутон» в честь римского бога подземного мира.

Что из себя представляет Плутон? Его диаметр составляет около 2370 км, а образован он преимущественно каменистыми породами и льдом. Полный оборот вокруг Солнца у него занимает 248 земных лет, температура на поверхности опускается до -229°С. При этом его масса уступает Луне в шесть раз, а объем — в три раза.

Известно пять спутников Плутона: Харон, Никс, Гидра, Керберос и Стикс. Последние четыре обнаружили при помощи космического телескопа «Хаббл».

Плутон лишили статуса планеты, чтобы избежать путаницы в будущем

Начиная с 1992 года, астрономы стали открывать за орбитой Нептуна новые небольшие ледяные тела. Они походили на Плутон орбитой и даже составом, после чего его статус как планеты поставили под сомнение. В 2005 году был открыт транснептуновый объект, названный Эридой. По размерам он практически равен Плутону. Тогда ученые всерьез задумались, является ли находка новой планетой или же Плутон стоит лишить этого звания. Они решили, что если девятая планета продолжит считаться таковой и будет задавать стандарты, то в будущем число планет в Солнечной системе может сильно вырасти.

— Чтобы избежать сложностей и путаницы, Международный астрономический союз вывел новые критерии для «планеты Солнечной системы». Она должна: вращаться вокруг нашей звезды; быть достаточно массивной, чтобы принять форму шара под действием своих гравитационных сил; быть в состоянии очистить свою орбиту от других объектов, например, притянуть и сжечь в атмосфере обломки горных пород. По последнему критерию Плутон не подходил и в 2006 году переименовался в «карликовую планету», — отмечает Евгений Бурмистров.

В Солнечной системе есть еще одна планета

Несмотря на то, что мощная современная оптика позволяет увидеть даже небольшие астероиды, ученые лишь подозревают о наличии в Солнечной системе еще одного крупного объекта, который может стать новой планетой. Пока они обнаружили лишь его гравитационную силу, которая определенным образом воздействует на орбиты других планет. Открыли новый объект ученые Калифорнийского технологического института Майкл Браун и Константин Батыгин.

По расчетам, таинственное небесное тело в пять раз тяжелее Земли, а расстояние между ним и Солнцем составляет от нескольких сотен до тысячи астрономических единиц (1 а. е. примерно равна 150 000 000 км). То есть этот объект довольно мал и расположен на большом от нас расстоянии, что затрудняет его изучение. Пока ученые лишь предполагают, что эта планета является мини-копией ледяных гигантов Нептуна и Урана.

Планеты с большей плотностью находятся ближе к Солнцу

В нашей системе сейчас насчитывают восемь планет, которые при этом сильно отличаются друг от друга как физическими свойствами (размером, расстоянием от звезды), так и химическим составом. Их принято делить на планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Первая группа получает больше энергии от Солнца, поскольку ближе к нему расположена. Чем дальше планеты от звезды, тем ниже их температура. Химический состав, например, Земли и Юпитера также резко отличается. Планеты земной группы содержат мало легких газов, но много тугоплавких элементов — кремний, железо и т.д. Планеты-гиганты обладают небольшой плотностью, поскольку состоят из легких химических элементов, например, водорода и гелия. Все это объясняется силой всемирного тяготения, действующей со стороны Солнца, которая разделила вращающуюся вокруг него материю по плотности много миллиардов лет назад.

— Масса планеты связана с наличием и характером атмосферы. Чем больше масса планеты, тем сильнее на ней гравитация. Если ее сила мала, то планета быстрее теряет свою атмосферу. На состав атмосферы и ее плотность оказывает влияние и удаленность планеты от Солнца. Скорость вращения вокруг собственной оси у планет-гигантов выше. Из-за этого форма планеты отличается от шара, например, Юпитер сплюснутый, а Сатурн отличается выпуклостью в районе экватора, — добавляет эксперт ПНИПУ.