Life's Ratchet を出版したとき 4 年前、私は生命が周囲の分子カオスの存在下で高度に秩序化されたシステムをどのように作成し、維持できるのか、つまり分子ラチェットがどのように「カオスから秩序を抽出する」のかに焦点を当てていました。驚いたことに、この本は老化研究の分野で大きな関心を集めました。加齢とは、国立老化研究所の心臓血管科学研究所の所長である Ed Lakatta 氏によると、「秩序からカオス」を引き出します。
この驚くべき関心の一環として、最近 Nautilus の記事を書くよう招待されました。 、Hacker News のこのコメント スレッドを含め、かなりの量のコメントが生成されました。ここで、これらのコメントのいくつかに返信したいと思います。
コメントで繰り返されるいくつかのテーマは、1) 私たちはオープンな熱力学系であり、したがってエントロピーの増加の影響を受けません (環境から常により多くの低エントロピー エネルギーを得ることができるため)。 2) 私たちの細胞には、発生する可能性のある損傷を処理できる修復システムがあります。 3) 老化は避けられないという私の主張に反して、「不滅の」細胞と有機体が存在します。
1 番目と 2 番目のポイントの答えは本質的に同じです。つまり、私たちがオープン システムであることは絶対に正しいということです。これについては、Life's Ratchet で詳しく説明しています。 .低エントロピー エネルギーの摂取が、私たちの分子機構が分子カオスから秩序を抽出できる理由です。しかし、分子のカオスは常に存在し、微視的には、私たちの細胞内の分子は継続的に損傷を受けています。ハリケーンなどの他の熱力学的に開いた自己組織化システムとは異なり、生きているシステムは非常に厳密に制御されたシステムであり、複雑に連動するフィードバックと調整ループで構成されています。これらのフィードバック ループはすべて、見事に適応および構築された分子機械、青写真を提供する損傷を受けていない DNA、およびタイムリーで正確な制御とシグナル伝達に依存しています。これらのシステムは、分子、細胞小器官、細胞、細胞間相互作用、組織、器官、生物の階層全体で相互作用します。多くの予備、冗長性、および修復システムが組み込まれています。
しかし、最終的にはこれらのシステムの一部が微妙に損傷します。エネルギー供給が遅くなり、シグナル伝達チェーンが混乱し、フィードバック ループのタイミングが少しずれ、損傷した分子が細胞から除去されずに蓄積され、分子機械が機能を失い、活性化されなくなります。この機能の喪失は、生物のすべてのシステムの相互依存性のため、他のシステムの機能のさらなる喪失を引き起こします。これは失敗のカスケードの増加につながります。
このプロセスの開始は、膨大な数の細胞と機能にわたる確率の問題です。 1 つのシステムが失敗するのを防ぐことはできますが、代わりに失敗する他のシステムがたくさんあります。そして、失敗を防ごうとしたシステムは他のシステムに依存しているため、長期的には影響を受けないわけではありません。私たちの細胞の修復システムは非常に優れており、80 年以上生きることができます。私たちは、匹敵する大きさと心拍数を持つどの哺乳類よりも長生きします。私たちはもっと長く生きることができるでしょうか？原則として、修復システムは改善される可能性がありますが、非常に複雑であるため、これには何年もかかる見込みです.しかし、私たちは常に確率のゲームの対象となり、最終的には負けることになります.
3 番目の点として、一部の読者は「不滅の」生物が存在すると述べています。これらの不死生物について気づくことの 1 つは、それらがすべて非常に単純であるということです。通常は単細胞か、少なくとも高度に未分化です。例はバクテリアですが、いわゆる「不死のクラゲ」のような生き物もいます。不滅のクラゲは、その発達過程を逆転させる段階を経ます。本質的に、それは成体から幼虫の段階に戻り、その後新しい成体に成長することができます.これは無限に続くようで、クラゲを「不死」にします。
これは、一見、驚くべきことのように思えます。でも、ある意味、人間も同じことをしている！私たちの生殖細胞系も「不滅」です。しかし、これは成人の複雑な個人の老化とは異なります。複雑な有機体の分子および全身の秩序を何年にもわたって維持することに比べれば、人間の卵子の DNA を適度に安定に保つことは、比較的簡単な作業です。とはいえ、そこにも経年劣化があります。これが、私たちが一般的に若い年齢で生殖し、高齢の母親や父親に先天性欠損症がより一般的になる主な理由です.
クラゲに関しては、幼虫の段階に戻るために「死ぬ」必要があるため、成体として明らかに不死ではありません。また、すべてのクラゲがこの変換を成功させるわけではない可能性が高いため、「不死性」は個体レベルではなく個体群レベルにあります。しかし、それが「不死」の定義なら、人間も不死なのです！しかし、通常はその定義を使用しません。
重要な余談として、通常の（体細胞）ヒト細胞も不死になる可能性があります。これを癌といいます。がんと老化は、同じ分子障害コインの裏表です。私たちの細胞がある時点で死ぬことがなければ、分子障害と DNA 損傷により、細胞が悪性化し、癌化する可能性が継続的に増加します。私たちの細胞を一列に並べるための代償は、細胞の分裂、増殖、分化を厳密に制御することです。熱的および化学的損傷の猛攻撃に直面したこの厳しい規制の代償は老朽化しています。
ピーター・ホフマンは、ウェイン州立大学の物理学教授であり、リベラル アーツ アンド サイエンス大学の研究副学部長です。
