Малоподвижный образ жизни и избыток калорий заставляют людей стареть быстрее. Однако изучать этот механизм на животных в естественных условиях трудно из-за короткой жизни лабораторных мышей. Королевские пингвины (Aptenodytes patagonicus) стали удобной моделью. В природе эти птицы голодают по восемь недель во время размножения и проплывают до 1200 километров ради пищи. В зоопарках же они регулярно получают рыбу из рук человека и почти не двигаются.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, взяли образцы периферической крови у 34 диких пингвинов с архипелага Крозе в Индийском океане и 30 птиц из зоопарков Цюриха и Тенерифе. Календарный возраст каждой особи исследователи знали точно благодаря системе многолетнего мониторинга колоний.
Затем биологи измерили метилирование ДНК — химические метки на геноме, которые меняются по мере того, как организм стареет. С помощью метода ферментативной конверсии (EM-seq) построили «эпигенетические часы» и рассчитали биологический возраст птиц. Дополнительно авторы научной работы сопоставили эти значения с кривыми выживаемости на основе записей международных зоопарков и результатов 25-летнего наблюдения за дикой популяцией пингвинов.
Данные показали расхождение между продолжительностью жизни и скоростью старения клеток. В зоопарках медианный срок жизни пингвинов достиг 20,7 года, тогда как в Антарктике птицы доживали в среднем до 13,5 года. Эпигенетические часы обитателей вольеров шли быстрее: клетки зоопарковых пингвинов оказались биологически старше клеток их диких ровесников на 2,6-6,5 года. Для вида, который способен прожить приблизительно 40 лет, этот разрыв весьма велик. Ученые проверили свою математическую модель на данных о людях и выяснили, что по масштабу такое ускорение старения сопоставимо с разницей между курящим и некурящим человеком.
Специфические метки на ДНК затронули 600 участков генома. В первую очередь изменилась работа генов, которые регулируют клеточный рост, реакцию на жирную пищу и циркадные ритмы (в частности, сигнальные пути PI3K/Akt и mTOR). Масса тела птиц в обеих группах существенно не различалась и составляла около 11,8-12 килограммов, поэтому исследователи отбросили патологическое клиническое ожирение как главную причину старения.
Стабильное питание без физических затрат перестроило метаболизм зоопарковых особей, заставив клетки постоянно работать в режиме роста в ущерб механизмам внутреннего восстановления и аутофагии. Дополнительно ученые зафиксировали сильные изменения в метилировании гена рецептора глюкокортикоидов (связан с уровнем стресса) и регуляторов циркадных ритмов (ген CRY1). В неволе пингвины живут при искусственном освещении без выраженной смены сезонов, что буквально ломает их биологические часы на уровне ДНК.
Эволюционное несоответствие между генетикой вида и комфортной средой обитания заставляет организм быстрее изнашиваться на клеточном уровне. Защита от хищников, стабильная еда и медицинская помощь достоверно продлевают животным жизнь, но платить за эту безопасность приходится сокращением периода биологической молодости.