В зоопарке рядом могут жить мышь и голый землекоп. Обе размером с ладонь, но мышь состарится за три года, а землекоп доживёт до тридцати. Разница не в скорости жевания или бега, а в том, как быстро их клетки расходуют запас прочности, спрятанный в митохондриях.
Митохондрии работают как песочные часы. Песчинки в них — повреждения митохондриальной ДНК, которые накапливаются с возрастом. Запас песка — метаболический резерв, то есть мощность, которую клетка держит про запас сверх базовых нужд. Пока резерв велик, клетка справляется с нагрузками. Когда песчинки заполняют часы, резерв исчерпан, и начинается старение.
Учёные собрали данные по 379 видам млекопитающих: массу тела, продолжительность жизни, состав митохондриальной ДНК и температуру. Оказалось, что три числа объясняют почти 70% различий в том, сколько живёт вид. Чем крупнее животное, тем больше у него запас резерва. Чем выше доля прочных оснований в ДНК, тем реже она ломается. А каждый лишний градус тепла ускоряет накопление дефектов.
Раньше было неясно, почему разные ткани одного организма стареют синхронно, хотя обновляются с разной скоростью. Теперь видно, что у всех клеток общий источник проблем: митохондриальная ДНК накапливает повреждения, и внутреннее сопротивление дыхательной цепи растёт. Клетка не может производить достаточно новых молекул, потому что энергия уходит на борьбу с этим сопротивлением.
Сегодня эти знания могут помочь искать лекарства не от отдельных болезней старости, а от самого процесса износа. Если восстановить проводимость дыхательной цепи, песочные часы можно перевернуть. Но пока это лишь теория, проверенная на числах, а не на живых клетках.
Голый землекоп живёт до 30 лет, хотя его размер соответствует мыши, живущей 3 года. Секрет в низкой температуре тела (около 32°C) и высоком GC% митохондриальной ДНК, что замедляет накопление повреждений.
В романе «Машина времени» Герберта Уэллса элои и морлоки представляют собой виды с разной продолжительностью жизни, что перекликается с идеей о настройке метаболического резерва в эволюции.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.