Capitolul 3

 

 

 TIMP ŞI DESTIN BIOLOGIC

 

 

     Timpul favorizează supravieţuirea speciilor dar nu şi pe cea a indivizilor

     Mai devreme sau mai târziu, presiunea timpului sfârşeşte întotdeauna prin a altera structurile materiale, indiferent de natura acestora.

     Deoarece orice structură presupune un anumit grad de ordonare spaţială a componenţilor ei, se poate vorbi de conţinutul informaţional al unei structuri sau, cu alte cuvinte, de schema sa structurală sau de proiectul ei de construcţie pe baza căruia respectiva structură a fost sau ar fi putut fi construită.

     Dacă, din anumite motive, o structură oarecare se cuvine a fi protejată cât mai bine de efectele distrugătoare ale presiunii timpului, o grijă mult mai mare trebuie arătată proiectului acestei structuri, deoarece pe baza acestui proiect, structura în cauză poate fi reparată, refăcută şi multiplicată ori de câte ori este nevoie. Totodată, proiectul poate fi îmbunătăţit, pentru ca prin punerea lui în lucru după amendare să se obţină în mod constant structuri calitativ superioare.

     În cazul structurilor vii, proiectul constă în ansamblul de mesaje informaţionale scrise în alfabetul tripletelor de baze azotate care se succed de-a lungul macromoleculei de ADN, al cărei lanţ are o lungime totală ce variază între 1 mm la bacterii şi 2 m la om.

     Molecula de ADN este foarte stabilă, fiind capabilă să reziste un timp  îndelungat presiunii timpului. Ea nu este, însă, indestructibilă în timp.

     Fosilele foarte bine conservate conţin ADN a cărui vârstă poate fi de ordinul  milioanelor de ani. Golenberg et al. (1990) au reuşit să extragă şi să amplifice  un segment de ADN aparţinând unei frunze de magnolie care a trăit cu 17-20 de milioane de ani în urmă. Ei au comparat secvenţa bazelor azotate ale acestui fragment cu cea a unor fragmente similare de ADN aparţinând aceleiaşi specii de magnolie dar care trăieşte în zilele noastre. Autorii citaţi au pus în evidenţă alterări importante ale ADN-ului fosil care lasă să se creadă că eventuala lui utilizare astăzi pentru reconstruirea structurilor vii de acum 20 de milioane de ani ar fi imposibilă.

     Se poate, totuşi, deduce că, în ciuda leziunilor suferite de ADN-ul fosil de-a lungul timpului, structura sa nu s-a modificat esenţial; cu alte cuvinte, atât ADN-ul fosil cât şi cel recent recoltat au, practic, acelaşi conţinut informaţional corespunzător structurii unor magnolii cvasi-identice.

     Numeroase date bioarheologice pledează în favoarea acestei concluzii. Brahiopodul Lingula de astăzi este identic cu strămoşul său de acum 400 de milioane de ani iar scoicile vechi de 200 de milioane de ani nu diferă aproape de loc de scoicile zilelor noastre. Acelaşi lucru se poate spune şi despre specii mai evoluate cum ar fi rechinul, opossum sau sphenodor. Aceste specii au reuşit, aşa cum atât de inspirat se exprimă C. Maximilian (1973), 'să supravieţuiască sute de milioane de ani, o perioadă imensă, în care în jurul lor totul s-a schimbat în afară de ele'.

     De fapt, supravieţuitoare sunt schemele structurale ale respectivelor organisme care, împreună cu schemele comportamentale, se află înscrise în structurile ADN;  ceea ce a supravieţuit milioane de ani este ordinea în care se succed bazele purinice şi pirimidinice de-a lungul macromoleculei de ADN.

     Acest mesaj informaţional reuşeşte să reziste în timp deoarece este adăpostit în structuri vii cărora, de regulă, el însuşi le dă viaţă.

     Viaţa pare a fi singurul mijloc prin care o structură definită poate fi conservată nelimitat în timp, prin ceea ce are ea esenţial şi specific şi anume, prin conţinutul ei informaţional.

     Printr-un exerciţiu de raţionament a posteriori, atribuind unei situaţii prezente valoarea de scop al unei acţiuni trecute care a generat-o, se poate da o definiţie aparent paradoxală a vieţii, conform căreia viaţa este modul prin care se realizează conservarea în timp a informaţiei genetice.  Este vorba, desigur, de informaţia esenţială necesară construcţiei unui organism viabil şi capabil să se reproducă şi nu de detaliile care asigură variabilitatea indivizilor înăuntrul speciilor.

     Acceptând, în linii mari (şi cu o oarecare bunăvoinţă), că molecula de ADN joacă, din punct de vedere al stocării informaţiei, acelaşi rol ca o bandă  magnetică sau ca o dischetă utilizată în tehnica de calcul, se pot face unele analogii bazate pe faptul că mecanismul conservării în timp a informaţiei presupune eliminarea tuturor riscurilor legate de alterarea sau distrugerea suportului substanţial al acesteia.

     O bandă magnetică ce conţine o anumită informaţie trebuie copiată, şi aceasta înainte ca presiunea timpului să îi producă alterări care ar duce la pierderi sau trunchieri de informaţie. Copia obţinută trebuie, la rândul ei, să fie din nou copiată la timp şi aşa mai departe.

     Pentru a micşora şi mai mult riscul de a pierde informaţia prin macroaccidente (distrugeri mecanice, demagnetizări, ardere etc.), este bine ca de pe urma originalului să rezulte mai multe copii, iar copiile rămase în stare bună după un anumit interval de timp să fie recopiate, la rândul lor, într-un număr suficient de mare de exemplare.

     Deoarece procesul de copiere este costisitor, necesitând consum de energie şi de substanţă, el nu trebuie repetat prea des. Acest lucru presupune, desigur, creşterea intervalului de timp dintre două copieri succesive şi impune, deci, un ridicat grad de protecţie a copiei faţă de agresiunile fizico-chimice şi biologice ale mediului precum şi existenţa unui set de mijloace destinate reparării eventualelor stricăciuni care apar, totuşi, în pofida acestor precauţii. Deoarece şi aceste precauţii costă, intervalul de timp dintre două copieri succesive trebuie să aibă o valoare optimă în condiţiile date, ţinând seama şi de faptul că numărul de copii obţinute într-un singur proces de copiere (factorul de multiplicare) nu trebuie să fie nici el exagerat de mare.

     Cu cât riscurile legate de alterarea suportului informaţional sunt mai mari, cu atât intervalul de copiere trebuie să fie mai mic iar factorul de multiplicare trebuie să fie mai mare.

     În termeni specifici formelor de viaţă, copierea se realizează prin reproducere (iar la nivelul ADN, prin replicare), intervalului de copiere îi corespunde vârsta minimă de reproducere iar factorului de multiplicare îi corespunde prolificitatea reprezentanţilor speciei considerate.

     Aşa cum s-a mai menţionat, reproducerea fiinţelor vii ar fi obligatorie chiar şi în lipsa microaccidentelor care fac parte din presiunea continuă a timpului, deoarece riscul macroaccidentelor este întotdeauna mai mare decât  zero.

     Dacă, într-adevăr, scopul vieţii este păstrarea nealterată în timp a unei informaţii genetice, rămâne de văzut care este scopul păstrării indefinite în timp a acestei informaţii.

     Trebuie recunoscut faptul că, deşi mecanismul de copiere a informaţiei este extrem de performant, el nu este perfect. Numeroase specii au dispărut şi dispar şi odată cu ele se pierde iremediabil informaţia genetică ce le permitea să existe şi să trăiască.

     În mare măsură, reproducerea se dovedeşte a fi necesară ca urmare a neputinţei celulei de a trăi veşnic, cu alte cuvinte, ca urmare a inevitabilităţii senescenţei celulare.

     Dar acolo unde celula înzestrată cu inteligenţa limitată a ADN-ului a eşuat, o fiinţă raţională care dispune de inteligenţa rapidă a unui uriaş computer neuronal poate reuşi. Omul poate identifica atât mecanismul cât mai ales cauza senescenţei pe care o poate, apoi, elimina. Dacă acest efort merită să fie făcut, aceasta este o altă problemă.

 

     Bătrâneţea şi moartea, acceptate ca verdicte ale unui destin implacabil

     Pământul este populat de fiinţe vii aparţinând unui număr de peste 30 de milioane de specii; este foarte probabil, însă, ca numai printre reprezentanţii speciei umane să poată fi găsite vieţuitoarele care ştiu că din prima clipă a existenţei lor au fost condamnate fără drept de apel la pedeapsa capitală (care în cel mai bun caz se realizează printr-o 'moarte naturală' ce survine la finele unei perioade de îmbătrânire progresivă).

     Ne considerăm înţelepţi când acceptăm ca pe un dat al firii bătrâneţea noastră prezentă sau viitoare precum şi moartea inevitabilă care îi va urma, şi aceasta cu o resemnare pe care adeseori nici nu o conştientizăm.

     Stim că va veni clipa în care moartea va pune capăt relaţiilor noastre cu cei dragi, fie prin dispariţia lor, fie prin pieirea noastră, dar considerăm lipsită de sens orice revoltă împotriva acestei sentinţe, cu atât mai mult cu cât nu ne este de loc clar împotriva cui ar trebui să ne revoltăm.

     Nu ne revoltăm nici atunci când ne dăm seama (observându-i pe cei mai în vârstă decât noi sau constatând noi înşine) că începând de la, să zicem, vârsta de 30 de ani, toate performanţele noastre biologice încep să scadă (fig.2-4) iar, dacă avem mai mult de 30 de ani, riscul de a muri (indiferent din ce cauză) chiar în cursul anului de viaţă pe care īl traversăm cānd citim aceste rānduri creşte exponenţial, el dublându-se la fiecare 8 ani ( dacă la 50 de ani, riscul de a muri în cursul anului este de 1%, la 58 de ani el creşte la 2%, la 64 de ani devine 4%, la 72 de ani este 8% şi aşa mai departe). 

 

     Fig. 2 - Diminuarea cu vârsta a performanţelor biologice: 1-viteza de conducere a impulsului nervos, 2-metabolismul bazal, 3-conţinutul în apă al celulelor, 4-indexul cardiac, 5-filtrarea glomerulară, 6-capacitatea vitală, 7 şi 8 -fluxul plasmatic renal, 9-capacitatea respiratorie maximă (după Strehler, 1962)

     Fig. 3 -  Scăderea cu vârsta a frecvenţei maxime audibile (stânga) şi a acuităţii vizuale (dreapta) la om; în grafice sunt prezentate mai multe curbe obţinute de autori diferiţi  (după Strehler, 1962)            

     Fig. 4 - Scăderea cu vârsta a capacităţii de acomodare a ochiului uman (după Strehler, 1962)

 

     În multe cazuri, apelăm chiar la argumente specioase pentru a ne justifica resemnarea în faţa bătrâneţii şi a morţii. Alteori încercăm să ne sustragem, cel puţin parţial, efectelor dispariţiei noastre fizice, refugiindu-ne în credinţa că morţii îi urmează o altă viaţă, că sufletul nostru este nepieritor.

     În aceste condiţii nu este de mirare că un număr mult prea mic de oameni de ştiinţă îşi petrec timpul încercând să afle cauzele şi mecanismele îmbătrânirii precum şi  căile de eliminare sau de amânare a senescenţei. Eforturile lor globale sunt disproporţionat de mici în raport cu importanţa covârşitoare a temei abordate.

     Unul dintre marii gerontologi ai lumii, Leonard Hayflick, scria în 1974 pe un ton amar: 'Senescenţa reprezintă singura boală fatală căreia Îi cad victime absolut toţi indivizii care ajung la vârste Înaintate. Cu toate acestea, cauzele fundamentale ale Îmbătrânirii rămân astăzi la fel de Învăluite În mister ca şi oricând Înainte. Este remarcabil că, În ciuda universalităţii problemei senescenţei, ea a ocupat şi ocupă Încă atenţia unui număr foarte mic de biologi. În mod cert, efortul dedicat cercetării mecanismelor fundamentale ale Îmbătrânirii biologice este invers proporţional cu importanţa acestora'

     Nici acum, după două decenii, lucrurile nu par a se fi schimbat substanţial. Cauzele primare ale senescenţei sunt în continuare necunoscute iar interesul pentru studierea mecanismelor de bază ale senescenţei este mult mai mic decât, de exemplu, cel acordat problemelor de geriatrie.

     Că aşa este, o dovedesc afirmaţiile de dată relativ recentă ale unor reputaţi  gerontologi:

     'Natura procesului primar care determină senescenţa rămâne, în continuare, să fie definit' (Yanicki, M. P., 1986)

     'Senescenţa se produce la toate animalele, cu excepţia câtorva specii de hidre care au un stoc de celule embrionare şi sunt nemuritoare; cauzele senescenţei animale sunt rău cunoscute' (Van Gansen, P.,Van Leberghe, N., 1986)

     'Ca şi despre vreme, mulţi oameni vorbesc despre îmbătrânire, dar niciunul nu pare capabil să facă ceva cu ea' (Bortz, W. M.,1986)

     'Senescenţa este un proces al cărui rezultat este evident, dar al cărui mecanism rămâne cu obstinaţie obscur' (Kirkwood, T.B., 1988)

     'Senescenţa este un proces care, până de curând, a fost un subiect prea puţin investigat; chiar şi termenul de senescenţă este greu de definit, iar cauza fundamentală a senescenţei rămâne necunoscută, deşi se poate dovedi simplă şi, poate, modificabilă' (Kirkland, J. L., 1992)   

     'Îmbătrânirea mamiferelor este un fenomen universal care este deopotrivă evident şi inevitabil; cu toate acestea, el este prea puţin înţeles şi prea puţin cercetat la nivel molecular' (Gutteridge, J. M., 1992)

     'În ciuda caracterului ubicuitar al senescenţei, cauzele ei sunt necunoscute' (Zhou, D. et al., 1993)

     'Mecanismul fundamental al îmbătrânirii rămâne încă foarte puţin înţeles' (Thakur, M.K. et al., 1993)

     Lista citatelor de acest tip ar putea continua dar este foarte probabil ca eventualul cititor al acestor rânduri să aibă deja propria lui părere în această problemă şi chiar să se simtă într-o măsură cât de mică atras de ideea că un segment al cercetării biologice atât de rămas în urmă ar putea fi un domeniu căruia să-i consacre o parte din preocupările sale ştiinţifice.

 

     Şi totuşi nu toate sistemele vii îmbătrânesc

      În urmă cu un secol, August Weismann afirma următoarele: 'Moartea naturală se întâlneşte numai la fiinţele multicelulare; ea nu există, de regulă, pentru organismele unicelulare. Chiar şi la metazoare, moartea însăşi ca şi durata vieţii depind în întregime de adaptare. Moartea nu este un atribut esenţial al materiei vii, nu este în mod necesar asociată cu reproducerea şi nici nu este o consecinţă necesară a ei' (Weismann,  1891, citat în Strehler, 1962).

     Unul dintre sistemele vii care nu îmbătrânesc este aşa numita 'linie germinativă'. Dacă suntem adepţii evoluţionismului, putem vorbi despre linii germinative care au atins o vârstă egală cu vârsta materiei vii pe Terra, adică 3,5 miliarde de ani. Chiar dacă nu am fi adepţii modelului evoluţionist şi nu am crede în posibilitatea speciaţiei (adică a apariţiei unor specii noi prin mecanisme evolutive şi prin procese ce duc la izolare reproductivă), trebuie să acceptăm că durata de viaţă a unei linii germinative este, totuşi, foarte mare.

     Dacă suntem de acord că omul modern Homo sapiens sapiens a apărut (sau a fost creat) cu 200.000 de ani în urmă şi ştim că primul ovul uman fecundat a produs, după circa 25 de diviziuni succesive prealabile, un nou ovul care, fecundat, produce noi ovule şi aşa mai departe până la ovulul din care am apărut noi, rezultă că acest ultim ovul provine, în linie dreaptă, de la primul ovul uman apărut pe pământ iar linia germinativă umană are vârsta de 200.000 de ani, ovulele fiind perfecte pentru funcţia lor chiar şi după 250.000 de diviziuni succesive ale primului ovul. Desigur, raţionamente asemănătoare se pot face şi pentru gameţii masculini şi, în general, pentru liniile germinative ale oricărei specii.

     O linie germinativă, care durează neschimbată sute de mii de ani şi al cărei sfârşit nu se întrevede, poate fi considerată nemuritoare sau, cel puţin, nesenescentă. Trebuie subliniat că înăuntrul unei linii germinative sunt incluse şi perioade îndelungate, uneori de ordinul anilor, între două diviziuni succesive ale celulei germinale, aşa cum este situaţia ovulului uman care aşteaptă ani de zile să fie fecundat.

     În aceste intervale de timp nu are loc nici un fel de îmbătrânire deoarece, dacă nu ar fi aşa, specia s-ar stinge după un număr mic de generaţii, ca urmare a sumării micilor procese senescente ce ar avea loc în fiecare generaţie.

     Vorbind despre nesenescenţa şi despre nemurirea liniilor germinative am vorbit, tot odată şi despre caracterul nemuritor al organismelor unicelulare care sunt, evident, în acelaşi timp şi  celule germinale. Un protozoar nu îmbătrâneşte, deoarece la sfârşitul vieţii lui dă naştere la două protozoare iar acestea de asemenea nu îmbătrânesc deoarece dau fiecare naştere prin diviziune la alte două protozoare şi aşa mai departe. Se poate spune că un protozoar nici măcar nu moare, de vreme ce el poate fi regăsit în cei doi indivizi în care s-a transferat în întregime, procesul repetându-se la nesfârşit.

     În remarcabilul său eseu despre ereditate 'Logica viului', Francois Jacob scrie următoarele : 'La ce alt destin ar putea visa, oare, o bacterie, o amibă, decât la acela de a forma două bacterii, două amibe...Ceea ce caută să producă, fără odihnă o bacterie sunt două bacterii. Iată singurul ei scop, singura sa ambiţie pentru care mica celulă bacteriană execută cele aproximativ două mii de reacţii care Îi alcătuiesc metabolismul...În timpul creşterii culturilor microbiene, bacteriile nu mor. Ele dispar ca entitate: acolo unde exista una sunt acum două.'

     Există, însă, şi organisme pluricelulare care nu îmbătrânesc. În monografiile dedicate problemelor de gerontologie se citează numeroase cazuri în care diferite specii de celenterate, printre care în special anemonele, au putut fi menţinute în acvarii timp de peste 90 de ani fără a fi fost observat nici un semn de declin al capacităţilor lor fiziologice sau al funcţiei reproductive.

     Anemona nu îmbătrâneşte şi nu moare, deoarece ea este capabilă să-şi înlocuiască cu promptitudine celulele care au îmbătrânit cu celule proaspăt formate şi, deci, tinere. Este adevărat că, înlocuindu-şi celulele una câte una, anemona va deveni în curând un individ complet diferit de cel iniţial (dacă nu ţinem seama de faptul că rămâne cu aceeaşi zestre genetică). În fond, ca şi în cazul organismelor unicelulare, are loc şi aici o succesiune in timp a apariţiei unui număr de indivizi diferiţi, reuşindu-se pe această cale evitarea senescenţei şi a morţii conglomeratului de celule care este anemona dar nu şi a fiecărei celule în parte.

  

      În marea lor majoritate, organismele pluricelulare nu pot evita îmbătrânirea şi moartea

     Organismele superioare, dotate cu un sistem nervos dezvoltat, sunt proiectate conform unui plan ce le impune o formă bine definită, cu pronunţate caractere de simetrie geometrică. Spre deosebire de celenteratele despre care a fost vorba în paginile precedente, asemenea organisme nu mai au aceeaşi libertate de a se lipsi de celulele afectate de senescenţă şi de a le înlocui cu celule proaspăt formate, deoarece o asemenea operaţie ar dezorganiza o serie de reţele  de comunicaţie şi de structuri mecanice îndelung modelate şi indispensabile vieţii organismului.

     Nu se poate renunţa atât de uşor la un  neuron care a angajat conexiuni sinaptice privilegiate cu alte sute sau mii de neuroni, fie în decursul embriogenezei, fie prin învăţare şi memorizare. Înlocuirea acelui neuron creează riscul prăbuşirii întregului ansamblu, având ca rezultat fie o amnezie ce anulează avantajele unei experienţe dobândite în cursul vieţii, fie alterarea comportamentului instinctiv al individului.

     Nici fibrele musculare care realizează sinapse cu neuronii motori, dând muşchiului posibilitatea de a răspunde într-o manieră precisă şi nuanţată la comenzile nervoase, nu pot fi înlocuite fără a afecta precizia şi fineţea mişcărilor.

     Structurile cu rol mecanic ale fibrelor de colagen şi de elastină şi ale elementelor citoscheletale, care conservă forma şi arhitectura celulelor şi organelor, nu pot fi înlocuite cu uşurinţă, deoarece şi ele au suferit numeroase şi continui adaptări de-a lungul vieţii individului, pentru a putea face faţă solicitărilor mecanice curente.

     În aceste condiţii, este mai avantajos (pentru  organismul luat ca un întreg) ca numeroase specii de celule ale sale să nu se mai multiplice, chiar dacă devin astfel pradă proceselor de senescenţă celulară.

     Organismul ca întreg îmbătrâneşte şi el şi, mai devreme sau mai târziu, îşi încetează existenţa, ne mai fiind capabil să reacţioneze suficient de prompt sau de adecvat la diversele agresiuni ale mediului.

     Dacă destinul se arată neîndurător cu organismele pluricelulare, nepermiţându-le să trăiască veşnic, el îngăduie multora dintre ele să atingă vârste înaintate, uneori chiar de ordinul deceniilor, secolelor sau mileniilor, pentru ca altora să le limiteze dreptul la existenţă la doar câteva zile.

     În tabelul următor sunt prezentate câteva date, majoritatea reproduse din Rockstein (1977), Walford (1983), Strehler (1962)  şi Washburn (1981) privind durata maximă de viaţă atinsă de unele vieţuitoare.

 

Protozoare Tokophria infuzionum 20 zile
Porifere Suberitis cornosue 15 ani
Celenterate  Cereus pedunculatus 90 ani
Viermi plaţi Taeniorrhyncus  saginatum 35 ani
Nematode  Wuchereria  bancrofti 17 ani
  Caenorhabditis elegans                    30 zile
Anelide Sabella paronia  10 ani
Arachnide Tarantula 20 ani
Crustacee Homarus americana  50 ani
Insecte Termite 60 ani
  Stenamma westwoodi                         18 ani
  Drosophila melanogaster                30 zile
Echinoderme Marthasterias glacialis 7 ani
Moluşte Venus mercenaria 40 ani
  Megalonaias gigantea                       54 ani
Rotifere Rotaria macrusa 2 luni
Peşti Silurus glaius  60 ani
Amfibii Megalobatrachus 52 ani
Reptile Testudo sumeiri  152 ani
Păsări Bubo bubo 68 ani
Mamifere Om 118 ani
  Balenă 80 ani
  Elefant indian 70 ani
  Cal 62 ani
  Gorilă 50 ani
  Cimpanzeu 50 ani
  Urangutan 50 ani
  Babuin 40 ani
  Macacus 40 ani
  Gibon 35 ani
  Urs brun 36 ani
  Câine 34 ani
  Pisică 30 ani
  Vacă 30 ani
  Porc 27 ani
  Oaie 20 ani
  Iepure 13 ani
  Hamster auriu 4 ani
  Cobai 7,5 ani
  Sobolan 4 ani
  Soarece 3,5 ani

       Alte date care se referă la vârsta maximă la care poate ajunge un organism (date pentru care nu dispunem de indicaţii bibliografice complete, majoritatea fiind prelulate din Postelnicu et.al, 1969) sunt despre:

 triton 15 ani
broasca 16-40 ani
crocodil 40 ani
vultur 118 ani
bufniţă 100 ani
corb 100 ani
cuc 40 ani
găină 20 ani
canar 100 ani
gâscă 80 ani
barză 70 ani
porumbel 50 ani
papagal 50 ani
rinocer 50 ani
zebră 22 ani
leu 25 ani
vacă 30 ani
vulpe 10 ani
nisetru 80 ani
crap 40 ani
biban 10 ani

 

Cuprins

Capitolul 4