Давайте вернемся к быстрой эволюции устойчивости к вирусу миксомы, которая наблюдалась у кроликов в Австралии. Миксоматоз кроликов — смертельная болезнь, однако стерилизующие патогены также могут производить очень сильное селективное давление, которое тоже должно вести к быстрой эволюции устойчивости. Если бы хозяева могли приобрести иммунные механизмы, предотвращающие репликацию стерилизующих патогенов или делающие их менее вредными для организма, адаптивное старение стало бы ненужным и было бы утрачено в ходе эволюции. Тогда почему эволюция устойчивости к стерилизующим патогенам не происходит повсеместно и старение все еще присутствует в подавляющем большинстве живых организмов?
Примечательно, что у крабов не развилась устойчивость к саккулине. Однако можем ли мы распространять эти наблюдения на все виды животных? Старение наблюдается повсеместно, и, следовательно, если гипотеза контроля патогенов верна, стерилизующие заболевания должны быть сильным, универсальным и постоянно действующим фактором. Помимо отсутствия эволюции устойчивости, важно объяснить, как эта модель может функционировать, если мы не видим постоянных эпидемий кастрирующих инфекций, подобных саккулине, во всех популяциях животных.
Как обсуждалось в предыдущей главе, относительно незначительные изменения могут привести к тому, что эпидемия стерилизующего заболевания, передаваемого половым путем, перейдет из режима низкой встречаемости к катастрофическому вымиранию носителей. Когда такие патогены присутствуют в малых количествах, они не могут оказывать серьезного селективного давления, приводящего к развитию резистентности. Однако при повышении эффективности передачи, которое может быть вызвано увеличением продолжительности жизни хозяина, эти заболевания могут вызвать резкую вспышку и стать причиной локального вымирания. Такие случаи, вероятно, более распространены, чем саккулиноподобные заболевания, но все еще ограничены высшими позвоночными, для которых характерна низкая плодовитость и необходимость спаривания.
Существуют ли более универсальные сценарии, которые позволили бы патогенам быть эволюционными стражами старения, при этом оставаясь в тени? Есть еще два сценария, потенциально способных это объяснить: коинфекция несколькими патогенами и адаптация чужеродных патогенов.
Предположим, что популяция животных одновременно заражена несколькими мягкими хроническими заболеваниями. Каждая инфекция несколько уменьшает репродуктивную способность зараженной особи, но этого сокращения недостаточно, чтобы вызвать быструю эволюцию устойчивости. Кроме того, устойчивость к различным патогенам обуславливается разными мутациями (за примерами разных генов, приводящих к устойчивости к малярии и бактериальным инфекциям, мы можем вернуться к главе 8). Таким образом, отбор резистентных хозяев прогрессирует медленно и отстает от эволюции патогенов, обеспечивая долгосрочную устойчивость этой экосистемы.
Однако если несколько патогенов заражают один и тот же организм, их пагубное воздействие может суммироваться, что в конечном итоге приводит к полной стерилизации. Моделирование показывает, что случаи коинфекции должны расти с возрастом и что несколько мягких патогенов могут оказывать селективное давление в пользу короткой продолжительности жизни точно так же, как один патоген с сильным стерилизующим эффектом. Таким образом, нескольких относительно легких заболеваний может быть достаточно для сценария селекции, предсказанного гипотезой контроля патогенов.
Рис. 28. Несколько мягких патогенов в комбинации могут приводить к эволюции укороченной жизни. Эксперимент, приведенный на рис. 24, предполагает эпидемию патогена, снижающего фертильность в десять раз или более. Хотя такие патогены существуют в некотором количестве, необходимость инфекции с таким сильным уровнем стерилизации сужает универсальность модели. В эксперименте, представленном на этом рисунке, мы смоделировали популяцию, в которой циркулируют сразу несколько патогенов, с более слабым уровнем стерилизации, — в данном случае это четыре патогена, каждый из которых снижал количество детенышей зараженной особи в два с половиной раза. Оказалось, что совместная циркуляция нескольких слабо стерилизующих хронических патогенов способна оказывать такие же эффекты на эволюцию продолжительности жизни, как и один патоген с сильной стерилизацией (по [1]).
Количество видов паразитов на Земле в несколько раз превышает число свободноживущих видов. Некоторые патогены являются факультативными — они могут размножаться и в окружающей среде, и в организме хозяев. Таким образом, каждый свободноживущий вид постоянно «зондируется» различными инфекциями, передающимися от других видов или из окружающей среды. Когда такой патоген в ходе межвидовой передачи попадает в организм нового для него вида, он может оказаться несостоятельным в противодействии иммунной системе, с которой никогда раньше не сталкивался. Однако если он все еще способен реплицироваться на уровне, достаточном для его выживания в теле нового организма, то может эволюционировать и стать более приспособленным к новому хозяину. Эта адаптивная эволюция требует времени и может быть предотвращена более ранней смертью носителя.
Примером вируса, адаптирующегося к новому хозяину, является ВИЧ-2. Исходный вирус циркулирует в популяции обезьян, дымчатых мангобеев (Cercocebus atys), но может инфицировать людей, например охотников, контактирующих с кровью зараженных животных. ВИЧ-2 вызывает пожизненную инфекцию, но передается от человека к человеку гораздо хуже основного пандемического штамма, ВИЧ-1, появившегося у людей, скорее всего, в первой половине ХХ века [122]. Некоторые из вариантов ВИЧ-2 все же способны с низкой эффективностью передаваться между людьми, однако в основном штамм известен только по отдельным пациентам, непосредственно контактировавшим с обезьянами.
Вероятно, чтобы накопить адаптивные мутации, улучшающие передачу, вирусу нужно время, которое может определять способность патогена закрепиться в новой популяции. Для хронических инфекций это время определяется продолжительностью жизни хозяина, поэтому долгоживущие носители должны быть более склонны к вспышкам заболеваний этого типа. Соответственно, хозяева-долгожители, если они появляются в популяции, могут провоцировать вспышки новых хронических болезней. В то же время для короткоживущих животных новые патогены могут быть менее значимым фактором отбора, поскольку они не имеют достаточного времени для адаптации. Если бы продолжительность жизни людей была меньше, возможно, некоторые варианты ВИЧ либо вовсе не могли бы приспособиться к человеческой популяции, либо делали бы это с меньшей частотой.
Рис. 29. Высокая продолжительность жизни облегчает адаптацию новых патогенов.
Для приобретения способности эффективно заражать особей нового вида патогену необходимо время. В этом эксперименте патогену, приходящему из окружающей среды или из другого вида животных, требуется приобрести десять мутаций, чтобы повысить свою трансмиссию в десять раз. В хозяевах с короткой продолжительностью жизни (левая колонка) этот процесс занимает гораздо большее время, поскольку частично адаптированные варианты чаще удаляются из популяции из-за смерти хозяев. В хозяевах с высокой продолжительностью жизни (центральная колонка) патоген оказывается способен достичь адаптированного состояния. При этом адаптированный патоген способен хорошо размножаться даже в хозяевах с короткой продолжительностью жизни (правая колонка) (по [1]).
Геномы человека хранят следы эпидемий вымерших ВИЧ-подобных вирусов (ретровирусов HERV-K и ERV9), которым мы подвергались в своей недавней эволюционной истории. Это указывает на то, что вспышки ретровирусных инфекций могут происходить довольно часто и потенциально могут создавать селективное давление в сторону сокращения продолжительности жизни.
Итак, постоянные эпидемии стерилизующих заболеваний не являются необходимым условием для эволюционной стабильности короткой продолжительности жизни. Селекция, приводящая к старению, может быть опосредована совместным заражением несколькими более мягкими патогенами или спорадическими вспышками инфекций, вызываемых патогенами, передающимися от других видов. Будущие экологические исследования должны подтвердить или опровергнуть эти гипотезы.
После того как мы узнали, какие типы патогенов могут стоять за эволюцией старения, обсудим, могут ли организмы хотя бы иногда отличать стерилизующие хронические заболевания, на которые стˆоит реагировать адаптивной смертью, от излечимых патогенов, на которые не следует реагировать суицидом, и как эта информация может влиять на старение.