Взломать старение. Почему теперь мы сможем жить дольше
Оказывается, время дожития зависит от двух одновременно происходящих процессов, результатом которых является наступление смерти. Один из них представляет собой проявления чистого, то есть независимого от возраста и других факторов, случая (учет этой фоновой компоненты смертности и есть вклад Мейкхама). Второй же отражает спадающую по экспоненциальному закону способность организма выдерживать повреждения и стрессы. Два века спустя исследователи современности используют новейшие технологии, включая последние достижения генетики и искусственный интеллект, чтобы наполнить смыслом это определение старения и воплотить такое понимание процессов старения в эффективные медицинские технологии.
Оставим рефлексию о природе старения для последующих глав, а пока отметим, что уже в викторианской Англии научные достижения сразу же находили применение в бизнесе. Исследования математических законов старения и смерти были замечены не кем иным, как Натаном Ротшильдом, компаньоном и родственником Монтефиоре. Они предложили Гомперцу занять должность главного актуария (то есть специалиста по оценке рисков) в учрежденной ими в 1824 году Alliance Assurance Company. К слову, предыдущая попытка Гомперца устроиться на такую же работу в другую страховую компанию закончилась неудачей: несмотря на несомненную квалификацию соискателя, ему помешало его происхождение. Alliance Assurance после ряда слияний и поглощений работает и по сей день под именем RSA Insurance Group. По состоянию на 2020 год в подразделениях страхового гиганта в 26 странах работало 12 000 сотрудников, а капитал в размере более £5 млрд можно назвать памятником математическому таланту и практицизму замечательного ученого.
В XXI веке стало аксиомой, что наука и технологии являются основным мотором революционных общественных изменений. Меньше принято признавать, что это дорога со встречным движением. Оглядываясь в прошлое, нельзя не заметить, что момент открытия закона Гомперца отнюдь не случаен. Оно стало возможным вследствие фундаментальных изменений в структуре смертности в последние столетия: в обществе снижается уровень насилия и последовательно искореняются инфекционные болезни. Закон экспоненциального роста смертности от возраста просто не мог быть открыт в Средние века, когда риск погибнуть от инфекции был чудовищным, особенно для детей до 10 лет, зато дальше почти не рос с возрастом. Дожившие до средних лет счастливчики успевали повстречаться и победить в столкновениях с важнейшими патогенами, а потому становились менее уязвимыми благодаря приобретенному иммунитету. Вот почему в Венецианской республике человек, доживший до 30, платил за страхование жизни меньше, чем его более юные современники.
Фактическое удвоение продолжительности жизни в ХХ веке (до 80 лет в развитых странах) навсегда изменило отношения между человеком и смертью. В наши дни мы живем с ощущением, что смерть случается редко, всегда не с тобой и точно не скоро. Гораздо больше нас беспокоят нежелательные изменения во внешности, слабеющее здоровье, упадок сил и страдания наших близких, связанные с болезнями в конце жизни. Человек все еще «смертен, причем внезапно», но смерть теперь все чаще происходит в результате многолетнего развития хронических заболеваний.
Меняется и характер смертельных угроз: в произведениях русской, да и зарубежной классики старики не умирают от болезни Альцгеймера. Место сифилиса, тифа и туберкулеза сейчас занимают сердечные и онкологические заболевания. Гораздо медленнее меняется медицинская парадигма: воодушевленные колоссальными успехами в лечении инфекционных заболеваний, медицинские профессионалы наращивают усилия по методичному искоренению каждого из многочисленных хронических недугов. Но насколько эффективен такой «последовательный» подход?
За последние 50 лет прогресс, достигнутый в диагностике, лечении и предотвращении сердечно-сосудистых заболеваний, уже привел к значительному снижению риска смерти в результате болезней сердца. Именно поэтому, а вовсе не в результате ухудшения экологических условий, как часто говорят, люди стали доживать до возникновения онкологических заболеваний. Вот почему в последние годы в развитых странах именно злокачественные опухоли становятся главной серьезной медицинской проблемой, угрожающей жизни человека.
Согласно данным исследований PURE (Prospective Urban and Rural Epidemiologicstudy), опубликованных в журнале Lancet в 2019 году[8], риск смерти от рака вышел на первое место в статистике смертности в таких странах, как Швеция, Канада, Аргентина, Чили и Турция. По нашим данным (см. Communications Biology, 2019[9]), рак является первым возрастзависимым диагнозом у 51 % участников UK Biobank – одного из крупнейших национальных биобанков из доступных для исследования источников медицинской информации в мире.
Смену тренда и новые запросы, связанные со здоровьем избирателей, ощутили политики, и уже в 1971 году президент США Ричард Никсон подписал закон, положивший начало национальной программе с амбициозной целью – искоренить рак как одну из основных причин смертности. Так, чуть больше полвека назад человечество бросило вызов болезни, и сейчас благодаря более чем $100 млрд, потраченным на исследования, и усилиям целого поколения ученых вместо привычных токсичных лекарств, атакующих раковые клетки, появились новые, высокоэффективные и все более безопасные средства. В результате внедрения революционных методов лечения десятилетняя выживаемость онкологических больных уже превысила 50 %. Это, конечно, средние цифры. В случае рака простаты и молочной железы цифра еще оптимистичнее – 60 %, для рака легких, увы, все еще меньше чем 10 %.
Казалось бы, решая одну медицинскую проблему за другой, смерть можно отодвинуть дальше и дальше, а перспективы бесконечной жизни без болезней, наоборот, приблизить. К сожалению, это не так. Оказывается, вероятность возникновения каждого из хронических заболеваний вроде диабета 2-го типа, инфаркта или болезни Альцгеймера быстро нарастает с возрастом (см. график). Обратите внимание на масштабы по осям: по горизонтали годы с момента рождения (так называемый хронологический возраст), а по вертикали – уровень заболеваемости (число заболеваний в год на 100 000 человек). Обратите внимание, что график выполнен в логарифмической шкале – увеличение риска на «одно деление» отвечает росту вероятности заболевания в 10 раз.
Согласно нашим расчетам, опубликованным в 2018 году, скорость роста риска возрастзависимых заболеваний хоть и отличается немного в зависимости от специфики заболевания, но нарастает по похожей схеме в геометрической прогрессии и удваивается каждые восемь лет. Это значит, что любое снижение рисков хронических болезней или смерти в результате медицинского вмешательства против каждой из болезней очень быстро нивелируется за счет экспоненциального роста рисков всех остальных заболеваний с возрастом.
Вот почему даже полное искоренение только какого-то одного из многочисленных заболеваний, связанных с возрастом, дало бы крайне незначительный эффект. Если бы завтра появилась таблетка, которая за один день излечивает от всех видов рака, продолжительность жизни людей увеличилась бы всего на два или три года. Эта ситуация известна в демографии как парадокс Тойбера[10]. В первый год, конечно, произойдет значительное снижение смертности, однако вскоре люди, не умершие от онкологических заболеваний, доживут до болезни Альцгеймера и других неизлечимых на сегодняшний день заболеваний.
Последовательное искоренение отдельных заболеваний, несмотря на стремительно нарастающий риск возникновения всех остальных в результате старения, – пример применения «линейной» логики для решения «экспоненциальной» проблемы. Это не сработает. Любое вдумчивое обсуждение проблем лечения хронических заболеваний может закончиться только одним выводом: «Carthago delenda est» («Карфаген должен быть разрушен»). Только замедление старения или эффективное омоложение (что даже лучше), а вовсе не борьба с каждым из возрастзависимых заболеваний по отдельности, может привести к значительному увеличению продолжительности и качества жизни.
Пускай Чан-Чунь не спас от смерти «Сотрясателя Вселенной», а мумии всемогущих фараонов переселились из темных гробниц в просторные залы музеев. Древняя мечта продолжает жить, и поиски долголетия или даже бессмертия не останавливаются ни на час. Главная разница между прежними попытками и нынешними в том, что по мере роста населения планеты смертность и продолжительность жизни – это теперь уже не личный, а социальный вопрос.
Сегодня от контроля над процессами старения зависит стабильность пенсионных систем, экономического развития, экологического равновесия и решение демографических проблем. Призыв «Memento mori» в наше время звучит не из церквей, а из штаб-квартир Всемирного банка и ООН: когда количество пожилых граждан превысит количество молодых, структура общественных отношений навсегда изменится, а необходимость поддерживать достойную жизнь пенсионеров грозит обернуться неподъемной экономической ношей.
Лучшие люди города и мира: группа компаний Alphabet (бывшая Google), Джефф Безос из Amazon, ведущие венчурные фонды Venrock, Fidelity, ARCH Venture Partners – возглавляют технологическую революцию на рынке интервенций против старения. Сэм Альтман, в его бытность главой Y Сombinator, начал предоставлять финансирование стартапам в этой сфере в размере от $500 000 до $1 млн, считая, что компания, которой удастся внедрить терапию, добавляющую два здоровых года к человеческой жизни, будет стоить $100 млрд. Bank of America прогнозирует рост рынка долголетия до $600 млрд к 2025 году. В 2015-м, в день рождения дочки, Марк Цукерберг и его жена Присцилла Чан (Meta) дали обязательство пожертвовать в течение 10 лет $3 млрд на лечение и предотвращение важнейших болезней человека, в том числе связанных с возрастом.
Очевидно, что такие серьезные траты людей, склонных к хорошо продуманным шагам, – не просто «налог на мечту», а искренняя вера в успех мероприятия. Человечество действительно как никогда близко к победе над проблемами, которые сокращали или отбирали жизнь все тысячелетия обозримых времен. Первые лекарства, воздействующие на базовые механизмы старения, уже находятся на стадии клинических исследований. То есть уже через 5–10 лет в руках медиков появятся абсолютно новые терапевтические возможности, а значит, сильно изменятся представления о жизни и старости уже ныне живущих и пока еще ничего не подозревающих об этом людей.
При этом интересно наблюдать, как идея продления жизни за счет медицинских технологий вызывает отпор даже среди самых, казалось бы, прогрессивных людей – лидеров успешных и амбициозных высокотехнологичных компаний. На вопрос, не хочет ли Илон Маск жить вечно для того, например, чтобы лично поучаствовать в колонизации Марса, предприниматель отметил, что лично он не хочет бессмертия и надеется лет на 100, быть может, немного больше. Не нуждающийся в представлении Билл Гейтс в 2015 году заметил в интервью на Reddit, что «пока не решены проблемы малярии и туберкулеза, кажется эгоистичным то, что богатые люди финансируют исследования с целью увеличения продолжительности жизни».
Чаще всего звучат аргументы, связанные с перспективой усиления социального неравенства, с недостаточным фокусом на решении современных социальных проблем, или обсуждаются риски, которые могут быть вызваны перенаселением, климатическими и экологическими катастрофами. Отторжение идеи похоже на религиозное табу: бессмертие возможно только в комплекте с апокалипсисом (в виде перенаселения или всемирного потепления) или подрывом устоев общества, порядка и справедливости (богатые получат таблетку от старости первыми или таблетка от старости достанется не всем).
Противодействие невозможно объяснить рационально: то же самое мы слышим в отношении проектов, связанных с освоением Солнечной системы. Точно так же известные, уважаемые и образованные люди, лидеры мнений, осуждают расходование немалых средств на пилотируемую космонавтику «до тех пор, пока не решены проблемы бедности и экологии на нашей планете».
Удивительно, что аргументы против продления жизни в связи с угрозой перенаселения приходится слышать постоянно, несмотря на то что и качество, и продолжительность жизни на нашей планете коррелируют с численностью населения. В Антверпене и Лионе, одних из самых больших городов Европы в XVII веке, три четверти населения были слишком бедны, чтобы платить налоги, и, следовательно, нуждались в помощи в случае кризисов. Валовый национальный продукт на душу населения вырос в 4 раза за XX столетие. В 1820 году 75 % человечества жили меньше, чем на один доллар в день, в то время как в 2001 году это относилось только к каждому пятому человеку на нашей планете. В развитых странах, обеспечивающих большую часть мировой потребности в продовольствии, в сельском хозяйстве занято менее 10 % людей. В конце концов, достаточно подумать о посещении зубного всего каких-нибудь 100 лет назад, чтобы поверить, что мы живем в лучшее из времен!
Что же стоит за страхами и мрачными прогнозами? Чтобы ответить на этот вопрос, в следующей главе мы обратимся к проверенному инструменту – научной фантастике.
Гуманитарный императив или дух времени?
Как заглянуть в будущее?
Во вселенной эпопеи «Основание» Айзека Азимова группа исследователей во главе с математиком Гэри Селдоном разработала новую теоретическую дисциплину – психоисторию. Новая область знаний была основана на применении методов статистической физики к анализу исторических событий галактического масштаба и предсказанию будущего. Книга была написана под влиянием классического труда Эдуарда Гиббона «Истории упадка и крушения Римской империи» и описывает гипотетическую цивилизацию будущего, способную контролировать ход своей истории.
Именно «Основание» принесло Азимову признание. А прежде, чем стать классиком научной фантастики, Азимов был биохимиком, а потому тонко чувствовал возможности и ограничения научного метода. Вот почему доктор Селдон, как альтер эго автора, хорошо понимал, что новое возникает из суммы частей и, несмотря на то что невозможно предугадать поступки каждого человека, поведение больших масс людей гораздо более предсказуемо, а значит, исторические процессы можно описать универсальными математическими законами. В Галактической Империи Азимова когда-то проживало 500 квинтиллионов (миллионов триллионов) людей.
Если пользоваться терминологией Азимова, то как раз психоистория составляла предмет интереса профессора моей альма-матер, МФТИ, Сергея Капицы (сына нобелевского лауреата Петра Капицы, известного популяризатора науки, создателя и ведущего передачи «Очевидное-невероятное»). С учетом того, что вплоть до начала этого века на Земле успело прожить, сменяя друг друга, свыше 100 млрд людей, Сергей Петрович предложил модель, описывающую самые общие законы развития нашей цивилизации.
Интуитивно кажется, что цивилизация устроена настолько сложно, что никакое разумное математическое описание исторических процессов просто невозможно. Даже если бы кто-то рискнул, для решения такой задачи пришлось бы одновременно измерять и анализировать огромное количество параметров, результат был бы примерно такой же, как с долгосрочным прогнозом погоды.
На помощь приходит свойство сложных систем, хорошо известное в физических науках. Речь идет об универсальности: как бы сложно ни было бы устроено взаимодействие между частями, масштабные изменения требуют вовлечения огромного количества людей и значительного времени, а значит, единицей исторического процесса является не личность, а очень большой коллектив. Сергей Капица считал, что исторические изменения требуют совместных действий (грубо, по порядку величины) около 100 000 людей. Это же означает, что детали взаимодействия между участниками исторического процесса эффективно усредняются и перестают зависеть от индивидуальных особенностей людей или случайных обстоятельств. Количество – это само по себе качество, а идея, овладевшая умами миллионов, становится материальной силой.
Похожий аргумент срабатывает при обсуждении свободы воли. Каждый поступок отдельного человека представляется результатом решения, которое может быть произвольным, то есть случайным. Но, если понаблюдать за одним человеком или коллективом в течение долгого времени, мы увидим, что в среднем решения принимаются исходя из культурных норм или даже генетической предрасположенности. Таким образом, поведение человека может быть непредсказуемым в ближайшие 10 минут, но практически предопределенным в среднем, например за месяц или год, если мы знаем этого человека достаточно хорошо.
Сильная взаимосвязь между компонентами системы означает, что, зная одну какую-то величину, можно легко оценить значения всех остальных. Хорошим примером может быть высокая корреляция рыночной стоимости различных компаний (или акций), торгуемых на бирже. В хорошие времена все акции дорожают, в плохие – все падают в цене. Корреляции существуют между акциями отдельных компаний и между биржевыми индексами – например, между индексами S&P 500 и Dow Jones, S&P 500 и NASDAQ и т. д. Вот почему состояние экономики как целого можно «считать», наблюдая любой индекс X, данные о котором так же регулярно показывают в новостях, как и информацию о погоде.
Другим примером взаимозависимости параметров сложных систем является пропорциональность числа видов (а не особей!), населяющих территорию и площади доступной среды обитания. Этот любопытный эффект объясняет исторический успех империй: большие государства не только пользовались плодами труда многочисленных подданных, но и могли похвастаться разнообразием специальностей.
В каждой, даже маленькой, стране есть мэры и полицейские. В очень больших странах, кроме того, встречаются балерины и космонавты. Пилотируемая космонавтика есть в США (население – более 300 млн человек) и в Китае (более 1,4 млрд). В космос летали на своих кораблях и граждане Советского Союза (свыше 300 млн жителей). Можно предположить, что при существующем уровне развития техники специальность «конструктор пилотируемых космических аппаратов» востребована в экосистемах, насчитывающих от нескольких сотен миллионов жителей, то есть скоро на орбиту на своих космических кораблях полетят представители Индии и Европейского союза, а граждане России, скорее всего, со временем будут летать на чужих.
Вернемся к обсуждению человеческой цивилизации как целого. Человечество – это та самая сложная система с огромным количеством обратных связей, а значит, оно тоже должно следовать универсальным закономерностям. Любой дисбаланс между подсистемами, например между богатым и изнеженным городом и нищей, но воинственной степью, немедленно становится предметом «арбитража» – в виде успешной торговли или разорительной войны. В этих условиях все подсистемы «выравнивают» свои ключевые показатели, становятся зависимыми и похожими друг на друга. Вот почему для описания свойств всей конструкции в целом окажется достаточно знания одного из множества возможных свойств. Подходящей величиной для описания общего состояния здоровья или прогресса цивилизации является численность населения планеты.
От чего же она зависит? В самом простом случае скорость роста популяции увеличивается пропорционально количеству способных к размножению особей – в нашем случае числу одновременно живущих на планете людей. Если доступные для размножения ресурсы ничем не ограничены, такая группа животных может расти очень быстро, в геометрической прогрессии. Так, например, колонии бактерий кишечной палочки и золотистого стафилококка в лабораторных условиях удваиваются каждые 20 или 30 минут соответственно. Экспоненциальный рост (возрастание в геометрической прогрессии) встречается и за пределами естественных наук или биологических систем: по статистике, в прошлом веке средства, инвестируемые на бирже, удваивались каждые 6–12 лет.
В 1798 году Томас Мальтус опубликовал свой ставший знаменитым трактат «Очерк о законе народонаселения»[11], где предположил, что население на планете растет экспоненциально, а способность производить продукты питания – лишь линейно. В результате неизбежного сокращения пищевых ресурсов в расчете на душу населения каждые 25 лет возникает так называемая мальтузианская ловушка – перенаселение, от которого общество избавляется только в результате эпидемий и войн.
Если бы только Мальтус мог знать, насколько был не прав! Оказывается, население планеты растет еще быстрее! В 1960 году в журнале Science была опубликована статья физика из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне Хайнца фон Ферстера и его коллег Патрисии Мора и Лоуренса Амиота[12], где на основе исторических демографических данных с самого начала нашей эры было выведено эмпирическое уравнение роста численности населения Земли, прозванное уравнением Судного дня:
Особенностью уравнения Судного дня является предсказываемая им сингулярность, то есть наступление момента времени, когда значение растущей величины устремится в бесконечность. Этот день приходится на пятницу, 13 ноября 2026 года. «Сингулярное» поведение наблюдается во многих демографических и экономических моделях, а ожидание сингулярности послужило основой целого ряда как восторженно-оптимистических, так и апокалиптических предсказаний.
Если исходить из этого уравнения, то рост народонаселения подчиняется гиперболическому закону. Гиперболический рост быстрее экспоненциального – каждое следующее удвоение численности жителей Земли занимает вдвое меньше времени.
Что же лежит в основе и каковы пределы гиперболического роста? Ответ на этот вопрос и попытался найти Сергей Капица. Суть его концепции заключается в следующем: овладев сначала разговорным, а потом и письменным языком, человек получил способность работы в составе огромных групп людей; одновременно возникли навыки накопления и передачи негенетической информации.
В то время как гены и навыки непосредственно можно передать лишь небольшому числу потомков или соплеменников, обмен информацией практически неограничен и пропорционален количеству возможных взаимодействий-контактов между людьми, то есть квадрату размера популяции. Это математическая основа гиперболического роста, при котором популяция начинает расти тем быстрее, чем больше людей живет одновременно.
По оценкам Сергея Капицы[13], новый режим роста возник примерно 1,4 млн лет назад. Эту точку в истории нашей планеты можно считать точкой бифуркации, или «взрывом интеллекта», то есть естественной границей палеонтологии и археологии. Ископаемых данных мало, но несколько условно этот момент во времени можно отождествить с появлением Homo erectus (человека прямоходящего). Точность этого отождествления спорна, да и не важна: современные археологические находки и генетические исследования заставляют думать, что на планете сосуществовали, воевали и поедали друг друга сразу несколько видов разумных обезьян. Гораздо важнее то, что с тех пор население растет, следуя универсальным законам, уже около 1,5 млн лет, на которые пришлись похолодания и потепления.
Человеческая цивилизация растет и не испытывает ни ресурсных, ни климатических ограничений. В математической экологии известно, что размер популяции меньше у животных бо́льшей массы. Численность людей и сопутствующих людям животных, таких как мыши и коровы, на планете превышает математически прогнозируемую на четыре порядка. Согласно оценкам ученых из Вейцмановского института (Израиль), опубликованным в журнале Nature в 2020 году[14], общий вес антропогенной массы (то есть совокупности всех материалов, производимых человеком, – от мусора до машин и зданий) буквально в последние годы впервые превысил биомассу на планете (более 1,1 тератонны). Это значит, что теперь не человек приспосабливается к природным условиям, а сама природа должна изменяться, подстраиваясь под траекторию развития человеческой расы.
Знаменитый физик Нильс Бор как-то заметил, что сделать точный прогноз очень трудно, особенно если это касается будущего. В 2021 году (время написания книги) уже понятно, что связанный с перенаселением апокалипсис в 2026 году не состоится. О чем же на самом деле говорит нам уравнение Судного дня?
Капица предположил, что ограничение роста все же происходит, но вовсе не в результате войн или эпидемий, как предполагал 200 лет назад Мальтус. Так как гиперболический рост связан с накоплением и передачей знаний от человека к человеку, возможности роста фактически становятся ограничены только физическими возможностями человека. Теория предсказывает, что рост должен замедлиться незадолго до приближения сингулярности, как только все быстрее сокращающееся характерное время, связанное с удвоением знания, начнет приближаться к времени, необходимому для смены поколения людей – носителей этого знания.