На пути к сколь угодно долгой жизни одноклеточного организма встает, в частности, его генетически запрограммированный непрерывный рост. При постоянстве размеров каждой ДК и СК человека можно было бы ожидать, что их геном должен обеспечить сколь угодно долгую жизнь этих клеток и образуемого ими организма человека при наличии в клетках оптимальных характеристик внутриклеточной среды. Обеспечить эти характеристики внутриклеточной среды клетка может только при наличии определенных оптимальных для клетки характеристик окружающей ее околоклеточной среды.

Околоклеточная среда одноклеточных организмов непрерывно обновляется в результате постоянного броуновского движения клеток. В результате в одноклеточном организме исключено даже минимальное накопление продуктов обмена как в околоклеточном пространстве, так и внутри одноклеточного организма. Продукты обмена ДК человека, так же как и в одноклеточном организме, по концентрационному градиенту постоянно поступают в околоклеточное пространство. Оно расположено между клетками и кровеносными и лимфатическими капиллярами. Поэтому околоклеточное пространство клеток человека по сравнению с околоклеточным пространством одноклеточных организмов относительно замкнуто. Следовательно, скорость удаления из него продуктов обмена, поступающих из клеток, значительно меньше, чем из одноклеточного организма. Следовательно, их концентрация в околоклеточном пространстве клеток человека и в самих клетках значительно выше, чем в одноклеточных организмах. В клетках человека имеются генетически заданные энергозависимые механизмы, противодействующие отклонениям характеристик внутриклеточной среды от генетически заданных величин. Эти механизмы в пределах клетки могут осуществлять управление внутриклеточной средой, но только с помощью регуляции по отклонению. Как известно, даже при минимальных отклонениях любой характеристики внутриклеточной среды от генетически заданных величин и сохраняющемся действии причины, вызвавшей отклонение, клетка с помощью регуляции по отклонению не может полностью восстановить ее генетически заданную величину.

СК находятся по сравнению с ДК в особых условиях – в так называемых нишах СК. В нишах среда, окружающая СК, существенно ближе к оптимальной, чем окружающая ДК. Это значит, что концентрация продуктов обмена СК в их околоклеточном пространстве ниже, чем концентрация продуктов обмена ДК в их околоклеточном пространстве. Следовательно, скорость диффузии продуктов обмена в околоклеточное пространство из СК выше, чем из ДК. Соответственно, концентрация продуктов обмена в СК меньше, чем в ДК. Тем не менее характеристики внутриклеточной среды ДК и СК человека, в отличие от одноклеточных организмов, всегда будут отличаться от оптимальных генетически заданных величин.

ДК являются конечным звеном цепи последовательных делений СК постепенно убывающей степени потентности, т. е. способности при делении образовывать все меньшее количество различных видов ДК. Продукты обмена СК должны вызывать отклонение их внутриклеточной среды от оптимальных генетически заданных величин. Удержать эти характеристики на оптимальном уровне при постоянном наличии внутри СК продуктов обмена СК не может, так как обладает, так же как и ДК, только регуляцией по отклонению. Стойкое отклонение характеристик внутриклеточной среды СК от оптимальных генетически заданных величин должно СК также привести к неминуемой гибели. Однако дальнейшие судьбы ДК и СК принципиально различаются. В отличие от одноклеточных организмов, которые регулярно делятся симметрично на две одинаковые дочерние клетки, СК могут делиться как симметрично, так и асимметрично. При асимметричном делении в одну из 2 дочерних СК переходят все вещества, нарушавшие оптимальные характеристики внутриклеточной среды материнской СК. При этом потенциальные возможности этой дочерней СК по созданию разных типов ДК сужаются по сравнению с материнской СК. Вторая дочерняя СК полностью повторяет материнскую, но ее внутриклеточная среда приобретает оптимальные генетически заданные характеристики в отличие от тех, которые имела материнская СК перед делением. Это значит, что при каждом асимметричном делении любой СК она полностью избавляется от веществ, нарушавших оптимальные характеристики ее внутриклеточной среды и накопившихся в ней за период между делениями, т. е. за время ее клеточного цикла. Очевидно, чем продолжительнее промежуток времени между делениями, тем больше в СК появится веществ, нарушающих оптимальные характеристики ее внутриклеточной среды. В результате, по-видимому, вероятность полного избавления от них при ассиметричном делении должна уменьшаться. Возможно, начиная с какой-то степени увеличения длительности клеточного цикла из-за избыточного отклонения внутриклеточной среды СК сверх исходной генетически заданной величины, ее деление вообще становится невозможным и запускается процесс ликвидации СК. Это значит, что при постоянстве количества ДК, ликвидируемых в организме человека в единицу времени, в нем существует постоянное минимальное количество СК, и все эти клетки непрерывно делятся асимметрично с генетически заданной для них частотой, т. е. с максимальной частотой. Эта частота будет определяться генетически заданной продолжительностью клеточного цикла. Чем больше потребности организма в новых ДК, тем большее количество СК должно непрерывно делиться асимметрично. Чтобы увеличить количество СК, часть СК, наиболее приближенных к созданию ДК востребованного типа, начинает делиться симметрично. В результате количество СК увеличивается и, следовательно, увеличивается суммарное количество их асимметричных делений в единицу времени. И наоборот: по мере снижения потребности организма в каком-то виде ДК все меньшее количество соответствующих СК продолжает асимметрично делиться. Необходимость в делении остальных СК отпадает. При отсутствии их асимметричного деления продукты обмена и другие невостребованные этими клетками вещества будут продолжать накапливаться сверх концентрации, при которой происходит асимметричное деление. В результате происходит дальнейшее уменьшение функциональных возможностей клетки и запускается механизм ликвидации этих лишних СК.

Таким образом, механизм асимметричного деления СК обеспечивает возможность сколь угодно долгой жизни СК при условии их непрерывного асимметричного деления. Это значит, что жизнь СК может сохраняться сколь угодно долго тем же способом, что и у одноклеточных организмов, а именно делением в определенный момент жизни клетки. При каждом асимметричном делении СК, способной создавать большее количество различных типов ДК, в дочернюю СК, способную создавать меньшее количество типов ДК, переходят все вещества, вызывавшие отклонение внутриклеточной среды материнской клетки, назовем их «мусор». Дочерняя клетка растет. К «мусору», полученному от материнской клетки, добавляется «мусор», создаваемый уже этой СК, и так далее. Таким образом, при каждом делении СК, входящих в каскад, создающих весь пул различных типов ДК, количество «мусора», переходящего из одной СК в другую, нарастает, достигая максимальной величины в УСК. Каждая УСК, в отличие от других СК, может делиться только асимметрично. При каждом асимметричном делении она создает уже не УСК, а ДК. При этом, в отличие от других СК, УСК может делиться асимметрично только определенное ограниченное число раз, образуя определенное ограниченное количество ДК определенного типа. Какова при этом судьба «мусора», достигшего максимальной концентрации в УСК, неясно. Вне зависимости от того, переходит ли «мусор» из УСК в ДК или нет, в ДК постоянно присутствуют продукты их обмена и другие невостребованные ДК вещества. Наличие этих веществ со временем может приводить к образованию в ДК нерастворимых химических соединений, которые ДК ни разрушить, ни вывести за пределы клетки не может. В результате будет постоянно снижена по сравнению с максимальной величиной активность большинства ферментов, что исключает полное самообновление ДК. Это значит, что уже исходно в каждую ДК заложен механизм их постепенного старения и гибели. Кроме отклонения характеристик внутриклеточной среды ДК от оптимальных величин, вызванных процессами, происходящими внутри клеток, причиной отклонений будут также отклонения внутриклеточной среды, вызванные изменением характеристик околоклеточной среды. Даже при минимальном отклонении внутриклеточной среды от оптимальных величин, вызванном изменением околоклеточной среды, клетка с помощью регуляции по отклонению не может полностью восстановить свои исходные характеристики до тех пор, пока не прекратит действовать вызвавший их фактор, а именно изменение характеристик околоклеточной среды. Регуляция по отклонению может лишь уменьшить степень отклонения внутриклеточной среды, но не устранить его полностью. Это значит, что каждое отклонение от оптимальных для человека величин состава его артериальной крови, т. е. от величин, принятых за норму, будет сопровождаться изменением состава околоклеточной среды и еще большему отклонению от оптимальных характеристик состава внутриклеточной среды. В результате еще в большей степени будет нарушаться большинство ферментативных внутриклеточных процессов.

Одновременно будут возрастать энергетические траты клетки, направленные на сохранение оптимальных характеристик внутриклеточной среды. При этом даже при вовлечении в процесс поддержания оптимальных характеристик внутриклеточной среды дополнительного количества энергии клетка при регуляции по отклонению в принципе не может восстановить исходную близкую к оптимальной внутриклеточную среду на фоне продолжающегося воздействия фактора, вызвавшего отклонение. Еще одним процессом, вызывающим отклонения характеристик внутриклеточной среды от оптимальных величин, является специфическая активность клетки по осуществлению той деятельности, из-за которой она нужна организму. Чем чаще и интенсивнее периоды специфической активности ДК, тем на большую величину и на более длительное время будет вырастать концентрация продуктов обмена клетки и концентрация измененных молекул. Это значит, что внутри клетки будет происходить процесс, аналогичный вызываемому отклонением от оптимальных величин характеристик околоклеточной среды. Однако при специфической активности клетки источник нарушения исходных характеристик внутриклеточной среды будет находиться не снаружи, а внутри клеток.

Изменения состава околоклеточной и, следовательно, внутриклеточной среды, вызываемые изменением химических или физических характеристик крови, как правило, носят временный характер и после прекращения вызвавшей их причины возвращаются к исходным величинам механизмами регуляции, действующими на уровне целого организма. Специфическая активность клеток включается для обеспечения той или иной потребности всего организма. Это значит, что она также всегда носит лишь временный характер. Таким образом, почти любые процессы, происходящие в организме человека и нарушающие те или иные характеристики внутриклеточной среды, носят лишь временный характер. После прекращения их действия в организме и в каждой клетке повышается активность процессов, направленных на восстановление исходных, близких к оптимальным характеристик внутриклеточной среды на фоне восстановления исходных характеристик внеклеточной. В этих условиях клетка может восстановить свои исходные характеристики и не допустить накопления в ней необратимых изменений за счет нескольких процессов:

1) освобождение энергии, тратившейся на противодействие отклонению характеристик внутриклеточной среды от оптимальных величин или на осуществление специфической деятельности;

2) перехода животного в состояние ночного сна с минимальными энергетическими тратами со стороны клеток на поддержание их жизнеспособности и использованием освободившейся энергии на процессы самообновления, пострадавшие в результате энергетического дефицита в дневное время;

3) генетически присущего клетке явления адаптации, предполагающего в клетке в период отдыха, в основном в период ночного сна за счет перераспределения энергии и поступления соответствующей информации в геном клетки, увеличения потенциальных возможностей генов, наиболее интенсивно «работавших» в дневное время, и генов, определяющих энергетический потенциал клетки. В результате на какое-то время адаптивные возможности клетки увеличатся, обеспечивая ее приспособление к изменившимся условиям. Произойдет долгосрочная адаптация клетки.

Таким образом, при временном отклонении состава внутриклеточной среды от фоновых, близких к оптимальным величинам это отклонение, как правило, не является катастрофичным для процесса самообновления клеток. Эволюцией создан механизм обязательного ночного сна, во время которого прекращается специфическая деятельность большинства клеток организма млекопитающих, стабилизируется на постоянном оптимальном уровне состав артериальной крови и минимизируются энергетические затраты клетки на обеспечение своей жизнеспособности. В результате освободившаяся энергия направляется на процесс самообновления клетки, на ликвидацию измененных молекул и замену их новыми. В итоге клетка восстанавливает свои исходные характеристики, в том числе характеристики своей внутриклеточной среды. Однако за предшествующие сутки в ней могли появиться химические соединения, которые клетка не может разложить на более простые и вывести из клетки. Эти соединения останутся в ней на всю оставшуюся жизнь. Их клетка вынуждена «складировать» в специальных устройствах. Находясь в них, эти соединения перестают влиять негативно на происходящие в клетке процессы. Однако функциональные возможности клетки они, несомненно, уменьшают.

Итак, в отличие от одноклеточных организмов, характеристики околоклеточной и внутриклеточной среды которых остаются оптимальными на протяжении всего клеточного цикла, в организме человека характеристики внеклеточной и внутриклеточной среды ДК и СК, по крайней мере, на протяжении дня меняются много раз. В промежутках между этими изменениями клетка прилагает усилия по восстановлению своего исходного состояния и уровня своих функциональных возможностей. Степень достижения этих результатов определяется соотношением энергетических возможностей клетки и интенсивностью и длительностью действия фактора, нарушающего ее исходное состояние. Энергетические возможности клетки определяются мощностью аэробной энергетической системы клетки, т. е. количеством ее Мх. Чем их больше, тем успешнее клетка может противодействовать любым процессам, нарушающим ее исходные характеристики.

Итак, в ДК человека, по-видимому, всегда имеется уже исходное отклонение характеристик внутриклеточной среды от оптимальных генетически заданных величин. Эти отклонения на протяжении времени будут постепенно увеличиваться, вызывая снижение функциональных возможностей клеток. Процесс снижения функциональных возможностей клеток может ускоряться во много раз, если клетка находится постоянно в неблагоприятной околоклеточной среде. Снижение функциональных возможностей клеток должно было бы снижать функциональные возможности организма на всем протяжении его жизни. Однако от момента зачатия человека до окончания роста и наступления половой зрелости человек находится под «патронажем» эволюционного процесса, направленного на сохранение генетической информации. Это значит, что на протяжении жизни человека от зачатия до тех пор, пока сохраняется детородная функция, усилия эволюции направлены на повышение функциональных возможностей организма. Следовательно, весь этот период времени усилия эволюции должны быть направлены на повышение функциональных возможностей образующих его ДК. Эти усилия эволюции реализуются благодаря наличию в организме 2 специальных генетически заданных процессов. С их помощью при снижении функциональных возможностей какой-либо ДК организм ее ликвидирует и заменяет такой же новой. Если для каждого вида клеток процесс их замены в период роста организма будет происходить при одной и той же степени снижения их функциональных возможностей, то функциональные возможности всего организма в период его роста будут оставаться стабильными, предельно высокими и организм стареть не будет. При этом, чем при меньшей степени снижения функциональных возможностей ДК она будет заменяться новой, тем уровень функциональных возможностей организма будет выше.

Таким образом, в организме постоянно работает конвейер. Когда отклонение характеристик внутриклеточной среды какой-либо ДК достигает определенной величины, клетка сообщает об этом организму. На основании этой информации организм с помощью других ДК запускает процесс ликвидации этой клетки. Ликвидация клетки активирует процесс создания СК новой ДК взамен ликвидированной.

В отличие от одноклеточных организмов, которые регулярно делятся на две одинаковые дочерние клетки, СК могут делиться как симметрично, так и асимметрично. При асимметричном делении в одну из 2 дочерних клеток переходят все вещества, нарушавшие оптимальные характеристики внутриклеточной среды материнской СК. Потенциальные возможности этой клетки по созданию разных видов ДК сужаются по сравнению с материнской. Вторая дочерняя клетка полностью повторяет материнскую, но ее внутриклеточная среда приобретает оптимальные генетически заданные характеристики. Таким образом, при каждом асимметричном делении СК избавляется от веществ, нарушающих оптимальные характеристики ее внутриклеточной среды и накопившихся в ней за период между делениями, т. е. за время ее клеточного цикла. Очевидно, чем продолжительней промежуток времени между делениями, тем больше в СК появится веществ, нарушающих оптимальные характеристики ее внутриклеточной среды. В результате, по-видимому, вероятность полного избавления от них при асимметричном делении должна уменьшаться. Возможно, начиная с какой-то степени увеличения длительности клеточного цикла из-за избыточного отклонения внутриклеточной среды СК, ее деление вообще становится невозможным и запускается процесс ее ликвидации. Это значит, что при постоянстве количества ДК, ликвидируемых в организме человека в единицу времени, в нем существует постоянное минимальное количество СК, и все эти клетки непрерывно делятся асимметрично с генетически заданной для них частотой, т. е. с максимальной частотой. Эта частота будет определяться генетически заданной продолжительностью клеточного цикла. Чем больше потребности организма в новых ДК, тем большее количество СК должно непрерывно делиться асимметрично. Если их количества недостаточно для удовлетворения потребности организма, то часть СК, наиболее приближенных к созданию ДК востребованного типа, начинает делиться симметрично. В результате количество СК увеличивается и, следовательно, увеличивается суммарное количество их асимметричных делений в единицу времени. И наоборот: по мере снижения потребности организма в каком-то виде ДК все меньшее количество соответствующих СК продолжает асимметрично делиться. Необходимость в делении остальных СК отпадает. При отсутствии асимметричного деления в них продукты обмена и другие невостребованные клеткой вещества продолжают накапливаться сверх концентрации, при которой происходит асимметричное деление. В результате происходит дальнейшее уменьшение функциональных возможностей клетки и запускается механизм ликвидации лишних СК. Таким образом, жизнь СК может сохраняться сколь угодно долго тем же способом, что и у одноклеточных организмов, а именно делением в определенный момент жизни клетки, только это деление асимметричное.

Исходя из изложенного, можно сделать несколько выводов:

1) почти все ДК организма обречены на гибель в связи с постепенным накоплением в них химических соединений, которые клетка не может использовать в процессе своего обмена веществ;

2) исключение составляют СК. Они непрерывно делятся асимметрично и при каждом асимметричном делении избавляются от клеточного «мусора». Соответственно, СК обеспечивают процесс непрерывной замены ликвидированных ДК новыми. Конвейер по ликвидации ДК со сниженными функциональными возможностями и замене их новыми функционирует на протяжении всей жизни человека. Он направлен на то, чтобы исключить снижение среднего уровня функциональных возможностей любого вида ДК. В результате исключается снижение функциональных возможностей всего организма. Фактическое бессмертие СК должно обеспечивать отсутствие старения всего организма. Действительно, в период роста организм не стареет. Конвейер по замене ликвидируемых ДК новыми работает на протяжении всей жизни. Тем не менее после остановки роста и периода размножения, т. е. после 20—30 лет, организм человека начинает стареть и скорость старения постепенно увеличивается. Почему? Ответ на этот вопрос содержится в дальнейшем содержании книги.