Для некоторых клеток срок обновления установлен более или менее точно, а именно: 150 дней для клеток крови, за постепенным замещением которых можно проследить после переливания крови, и две недели для клеток кожи, которые появляются в ее глубинных слоях, постепенно мигрируют на поверхность, отмирают и отшелушиваются.
Опыты по измерению продолжительности жизни клеток ведутся уже около полувека, но только на крысах и мышах. Животным вводят внутривенно или дают в пище меченые (радиоактивные) нуклеотиды – строительные блоки ДНК. Новые клетки встраивают в свой генетический материал эти метки. Их количество в разных тканях и органах можно измерить и рассчитать долю клеток, которые появились на свет за время, прошедшее после введения радиоактивной ДНК.
Возраст подсчитают археологи
Шведский исследователь Йонас Фрисен решил воспользоваться методом археологов и историков, умеющих определять возраст предметов, содержащих органику, по углероду-14 (14С). Этот редкий и слабо радиоактивный изотоп углерода постоянно образуется в стратосфере, где космические лучи выбивают из ядер атомов азота по одному протону. Постепенно (период полураспада 5730 лет) 14С снова превращается в азот.
Растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы 14С и встраивают его в молекулы сахаров. Животные поедают растения, и потому все живые существа содержат немного этого изотопа. Примерно один из триллиона атомов углерода в вашем теле – это углерод-14 на месте обычного углерода-12. Когда организм гибнет, он перестает получать новый 14С, а тот, что уже накоплен за время жизни, постепенно распадается.
Этот распад, идущий с известной скоростью, и позволяет определить, как давно живая материя стала мертвой. Например, когда срубили дерево, из которого сделана доисторическая лодка, или когда забили теленка, чтобы из его шкуры изготовить пергамент для рукописи.
Кто самый старый в организме?
При своем появлении клетка получает набор хромосом, которые остаются с ней всю ее жизнь. Поэтому содержание 14С в ДНК прямо пропорционально его содержанию в атмосфере в то время, когда данная клетка появилась, минус небольшое количество, исчезнувшее в результате естественного распада.
В 2005 году Фрисен и его сотрудники опубликовали предварительные результаты анализов клеток. Как и следовало ожидать, короче всего срок жизни клеток, непосредственно соприкасающихся с внешней средой – клеток эпидермиса кожи (две недели, как мы об этом упоминали) и клеток эпителия кишечника, постоянно истираемых проходящими пищевыми массами (5 дней). Эритроциты, по Фрисену, живут 150 дней. Мышечные клетки межреберных мышц у людей в среднем имеют возраст 15,1 года, а клетки кишечника (кроме эпителия) – 15,9 года.
Пока новым методом измерен возраст лишь немногих участков головного мозга. По данным Фрисена, клетки мозжечка моложе самого человека в среднем на 2,9 года. Мозжечок, как известно, отвечает за координацию движений, а она постепенно улучшается с возрастом у ребенка, поэтому можно предположить, что примерно к трем годам мозжечок формируется окончательно. Кора головного мозга имеет тот же возраст, что сам человек, то есть на протяжении жизни в ней не появляются новые нейроны. Остальные отделы мозга еще только изучаются.
Измерение возраста отдельных тканей и органов проводится не из любопытства. Знание о том, как часто у людей возникают новые жировые клетки, поможет лечить ожирение. Пока никто не знает, связана ли эта болезнь с увеличением числа или размеров жировых клеток. Знание частоты появления новых клеток печени и поджелудочной железы позволит создать новые методы диагностики и лечения рака печени и диабета.
Весьма актуален вопрос о возрасте мышечных клеток сердца. Специалисты считают, что отмирающие клетки заменяются фиброзной соединительной тканью, поэтому сердечная мышца со временем слабеет. Но точных данных нет. Фрисен и его группа сейчас работают над определением возраста сердца.
Американцы научились измерять возраст хрусталика глаза. Его центральная часть формируется из прозрачных клеток на шестой неделе жизни эмбриона и остается на всю жизнь. Но по периферии хрусталика постоянно добавляются новые клетки, делая хрусталик более толстым и менее гибким, что сказывается на его способности фокусировать изображение.
«Смена шкуры не меняет сути»
Но если многие «детали» нашего организма постоянно обновляются и в результате оказываются значительно моложе самого их обладателя, то возникают некоторые вопросы. Например, если верхнему слою кожи всего две недели, почему она не остается всю жизнь гладкой и розовой, как у двухнедельного младенца? Если мышцам примерно 15 лет, почему 60-летняя женщина менее ловка и подвижна, чем 15-летняя девочка?
Причина – в митохондриальной ДНК. Она накапливает повреждения быстрее, чем ДНК клеточного ядра. Именно поэтому кожа со временем стареет: мутации в митохондриях приводят к ухудшению качества ее важного составного материала, коллагена.
Возраст подсчитают археологи
Шведский исследователь Йонас Фрисен решил воспользоваться методом археологов и историков, умеющих определять возраст предметов, содержащих органику, по углероду-14 (14С). Этот редкий и слабо радиоактивный изотоп углерода постоянно образуется в стратосфере, где космические лучи выбивают из ядер атомов азота по одному протону. Постепенно (период полураспада 5730 лет) 14С снова превращается в азот.
Растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы 14С и встраивают его в молекулы сахаров. Животные поедают растения, и потому все живые существа содержат немного этого изотопа. Примерно один из триллиона атомов углерода в вашем теле – это углерод-14 на месте обычного углерода-12. Когда организм гибнет, он перестает получать новый 14С, а тот, что уже накоплен за время жизни, постепенно распадается.
Этот распад, идущий с известной скоростью, и позволяет определить, как давно живая материя стала мертвой. Например, когда срубили дерево, из которого сделана доисторическая лодка, или когда забили теленка, чтобы из его шкуры изготовить пергамент для рукописи.
Кто самый старый в организме?
При своем появлении клетка получает набор хромосом, которые остаются с ней всю ее жизнь. Поэтому содержание 14С в ДНК прямо пропорционально его содержанию в атмосфере в то время, когда данная клетка появилась, минус небольшое количество, исчезнувшее в результате естественного распада.
В 2005 году Фрисен и его сотрудники опубликовали предварительные результаты анализов клеток. Как и следовало ожидать, короче всего срок жизни клеток, непосредственно соприкасающихся с внешней средой – клеток эпидермиса кожи (две недели, как мы об этом упоминали) и клеток эпителия кишечника, постоянно истираемых проходящими пищевыми массами (5 дней). Эритроциты, по Фрисену, живут 150 дней. Мышечные клетки межреберных мышц у людей в среднем имеют возраст 15,1 года, а клетки кишечника (кроме эпителия) – 15,9 года.
Пока новым методом измерен возраст лишь немногих участков головного мозга. По данным Фрисена, клетки мозжечка моложе самого человека в среднем на 2,9 года. Мозжечок, как известно, отвечает за координацию движений, а она постепенно улучшается с возрастом у ребенка, поэтому можно предположить, что примерно к трем годам мозжечок формируется окончательно. Кора головного мозга имеет тот же возраст, что сам человек, то есть на протяжении жизни в ней не появляются новые нейроны. Остальные отделы мозга еще только изучаются.
Измерение возраста отдельных тканей и органов проводится не из любопытства. Знание о том, как часто у людей возникают новые жировые клетки, поможет лечить ожирение. Пока никто не знает, связана ли эта болезнь с увеличением числа или размеров жировых клеток. Знание частоты появления новых клеток печени и поджелудочной железы позволит создать новые методы диагностики и лечения рака печени и диабета.
Весьма актуален вопрос о возрасте мышечных клеток сердца. Специалисты считают, что отмирающие клетки заменяются фиброзной соединительной тканью, поэтому сердечная мышца со временем слабеет. Но точных данных нет. Фрисен и его группа сейчас работают над определением возраста сердца.
Американцы научились измерять возраст хрусталика глаза. Его центральная часть формируется из прозрачных клеток на шестой неделе жизни эмбриона и остается на всю жизнь. Но по периферии хрусталика постоянно добавляются новые клетки, делая хрусталик более толстым и менее гибким, что сказывается на его способности фокусировать изображение.
«Смена шкуры не меняет сути»
Но если многие «детали» нашего организма постоянно обновляются и в результате оказываются значительно моложе самого их обладателя, то возникают некоторые вопросы. Например, если верхнему слою кожи всего две недели, почему она не остается всю жизнь гладкой и розовой, как у двухнедельного младенца? Если мышцам примерно 15 лет, почему 60-летняя женщина менее ловка и подвижна, чем 15-летняя девочка?
Причина – в митохондриальной ДНК. Она накапливает повреждения быстрее, чем ДНК клеточного ядра. Именно поэтому кожа со временем стареет: мутации в митохондриях приводят к ухудшению качества ее важного составного материала, коллагена.
Обсуждения Клетки тела