К тому времени, когда животные достигают среднего возраста, их повседневные привычки могут дать подсказки о том, как долго они, вероятно, проживут.
К такому выводу пришли исследователи в ходе нового исследования, поддержанного Инициативой Найта по изучению устойчивости мозга в Институте нейронаук Ву Цая при Стэнфордском университете. Ученые непрерывно наблюдали за десятками недолговечных рыб на протяжении всей их жизни, чтобы лучше понять, как поведение связано со старением.
Несмотря на схожую генетику и одинаковые контролируемые условия содержания, рыбы старели совершенно по-разному. К началу взрослой жизни эти различия уже были заметны в том, как они плавали и отдыхали. Эти закономерности были достаточно выраженными, чтобы предсказать, будет ли продолжительность жизни рыбы в конечном итоге короче или дольше.
Хотя исследование было сосредоточено на рыбах, его результаты позволяют предположить, что отслеживание таких незначительных повседневных поведенческих реакций, как движение и сон, которые в настоящее время обычно регистрируются носимыми устройствами, может дать представление о том, как происходит старение у человека.
Исследование, опубликованное в журнале Science 12 марта 2026 года, было проведено под руководством постдокторантов-нейроиспытателей Ву Цай, Клэр Бедбрук и Рави Ната. Оно стало результатом сотрудничества, поддержанного инициативой Найта, между лабораториями генетика Анны Брюне и биоинженера Карла Дейссерота из Стэнфорда, которые являются ведущими авторами исследования.
Отслеживание старения в режиме реального времени
В большинстве исследований старения сравнивают молодых и старых животных. Хотя такой подход полезен, он может не учитывать, как происходит старение у отдельных особей с течением времени и как развиваются различия между ними.
Бедбрук и Нат хотели непрерывно отслеживать процесс старения на протяжении всей жизни. Даже животные, выращенные в практически одинаковых условиях, могут стареть по-разному и жить совершенно разное время. Целью команды было определить, может ли естественное поведение выявить, когда начинаются эти различия.
Для этого они использовали африканскую бирюзовую киллифиш, вид, продолжительность жизни которого составляет всего от четырех до восьми месяцев. Несмотря на короткую продолжительность жизни, она обладает важными биологическими особенностями, сходными с человеческими, включая сложный мозг, что делает ее ценной моделью для исследований старения.
Лаборатория Брюне сыграла ведущую роль в утверждении киллифиша в качестве модельного организма. Это исследование стало первым, в котором проводилось непрерывное наблюдение за отдельными позвоночными животными днем и ночью на протяжении всей их взрослой жизни.
Исследователи разработали автоматизированную систему, в которой каждая рыба жила в собственном аквариуме под постоянным видеонаблюдением. Подобно реальной версии «Шоу Трумана», установка записывала каждый момент жизни каждого животного. В общей сложности команда наблюдала за 81 рыбой и собрала миллиарды видеокадров.
На основе этого огромного массива данных они проанализировали позу, скорость, состояние покоя и движение. Они выявили 100 различных «поведенческих слогов» — коротких, повторяющихся действий, которые составляют основные элементы движения и отдыха рыбы.
«Поведение — это удивительно целостный показатель, отражающий все процессы, происходящие в мозге и теле», — говорит Брюне, профессор генетики имени Мишель и Тимоти Баракетт в Стэнфордской медицинской школе. «Молекулярные маркеры необходимы, но они отражают лишь отдельные аспекты биологии. В случае с поведением вы видите весь организм целиком, непрерывно и неинвазивно».
На основе этих подробных данных исследователи начали задавать новые вопросы: Когда у людей начинают проявляться различия в процессе старения? Какие ранние признаки определяют эти различия? И может ли одно лишь поведение предсказать продолжительность жизни?
Ранние поведенческие признаки долголетия
Одним из самых поразительных открытий стало то, как начинают расходиться пути раннего старения. Наблюдая за каждой рыбой на протяжении всей её жизни, команда сгруппировала их по продолжительности жизни, а затем проанализировала, когда впервые появились поведенческие различия. Они обнаружили, что к началу среднего возраста (от 70 до 100 дней) рыбы, которые впоследствии проживут дольше или меньше, уже ведут себя по-разному.
Режим сна оказался ключевым фактором. Рыбы, у которых в итоге сократилась продолжительность жизни, как правило, спали не только ночью, но и все чаще днем. Напротив, рыбы, которые жили дольше, в основном спали ночью.
Уровень активности также играл роль. Рыбы с большей продолжительностью жизни плавали более энергично и развивали более высокие скорости при перемещении по аквариуму. Они также были более активны в дневное время. Этот тип спонтанного движения связывают с долголетием и у других видов.
Важно отметить, что эти поведенческие различия носили не только описательный, но и прогностический характер. Используя модели машинного обучения, исследователи показали, что данных о поведении рыб среднего возраста, собранных всего за несколько дней, достаточно для оценки продолжительности жизни. «Поведенческие изменения, происходящие довольно рано в жизни, позволяют нам судить о будущем здоровье и будущей продолжительности жизни», — сказал Бедбрук.
Старение происходит в несколько этапов.
Исследование также показало, что старение не происходит медленно и равномерно. Вместо этого большинство рыб пережили от двух до шести быстрых изменений в поведении, каждое из которых длилось всего несколько дней. За этими переходами следовали более длительные периоды стабильности, продолжавшиеся недели. Рыбы, как правило, проходили эти стадии последовательно, а не переключались между ними.
«Мы ожидали, что старение будет медленным, постепенным процессом, — сказал Бедбрук. — Вместо этого животные остаются стабильными в течение длительных периодов, а затем очень быстро переходят в новую стадию. Наблюдение за появлением такой поэтапной структуры на основе одного лишь непрерывного поведения стало одним из самых захватывающих открытий».
Эта ступенчатая закономерность согласуется с результатами исследований на людях, которые показывают, что молекулярные изменения при старении происходят волнообразно, особенно в среднем и пожилом возрасте. Результаты, полученные на рыбах-киллифишах, дают поведенческую перспективу на это явление.
Исследователи предполагают, что старение может включать длительные периоды относительной стабильности, прерываемые краткими, быстрыми изменениями. Они сравнивают это с башней из блоков «Дженга», где можно убрать множество блоков, не испытывая особого эффекта, пока одно критическое изменение не вызовет внезапный сдвиг.
Чтобы изучить биологические механизмы, лежащие в основе этих закономерностей, команда исследовала активность генов в восьми органах на стадии, когда поведение могло с высокой степенью достоверности предсказывать продолжительность жизни. Вместо того чтобы фокусироваться на отдельных генах, они изучали скоординированные изменения в группах генов, участвующих в общих процессах.
Наиболее заметные различия наблюдались в печени. Гены, связанные с производством белка и поддержанием жизнедеятельности клеток, были более активны у рыб с более короткой продолжительностью жизни. Это говорит о том, что по мере старения наряду с поведенческими различиями происходят внутренние биологические изменения.
Поведение позволяет заглянуть в процесс старения.
«Оказывается, поведение — невероятно чувствительный индикатор старения, — сказал Нат. — Можно посмотреть на двух животных одного и того же хронологического возраста и по одному только их поведению увидеть, что они стареют совершенно по-разному».
Эта чувствительность проявляется во многих аспектах повседневной жизни, особенно во сне. У людей качество сна и циклы сна и бодрствования часто ухудшаются с возрастом, и эти изменения связаны с когнитивными нарушениями и нейродегенеративными заболеваниями. Нат планирует исследовать, может ли улучшение сна способствовать более здоровому старению и могут ли ранние вмешательства изменить траектории старения.
Исследователи также планируют изучить, можно ли изменить процессы старения с помощью целенаправленных стратегий, включая изменения в рационе питания и генетические вмешательства, которые могут повлиять на темпы старения.
Для Бедбрук полученные результаты поднимают более широкие вопросы о том, что движет переходами между стадиями старения и можно ли отсрочить или обратить вспять эти изменения. Она также заинтересована в переходе к более естественной среде обитания, где животные могут взаимодействовать социально и испытывать более реалистичные условия.
«Теперь у нас есть инструменты для непрерывного отслеживания процесса старения у позвоночных, — сказала она. — С появлением носимых устройств и долгосрочного отслеживания состояния человека мне интересно посмотреть, подтвердятся ли те же принципы — ранние прогнозы, поэтапное старение, расходящиеся траектории — у людей».
Еще одна ключевая область исследований связана с мозгом. Лаборатория Дейссерота разрабатывает инструменты для непрерывного мониторинга нейронной активности в течение длительных периодов времени, что может показать, как изменения в мозге согласуются со старением в остальном организме или потенциально влияют на его темпы.
Бедбрук и Нат продолжат эту работу, создав в июле этого года собственные лаборатории в Принстонском университете, опираясь на инструменты и знания, разработанные в Стэнфорде.
В конечном итоге, это исследование направлено на объяснение того, почему процессы старения так сильно различаются, и на выявление новых способов поддержания более здоровой и долгой жизни.
Сведения о публикации Исследовательская группа
Авторами исследования были Клэр Бедбрук из Департамента биоинженерии Стэнфордской медицинской школы и Стэнфордского инженерного факультета; Рави Нат из Департамента генетики Стэнфордской медицинской школы; Либби Чжан из Департамента электротехники Стэнфордского инженерного факультета; Скотт Линдерман из Департамента статистики Стэнфордского гуманитарного и естественнонаучного факультета, Инициативы Найта по устойчивости мозга и Института нейронаук Ву Цая; Энн Брюне из Департамента генетики Стэнфордской медицинской школы, Института нейронаук Ву Цая, Инициативы Найта по устойчивости мозга и Центра Гленна по биологии старения; и Карл Дейссерот, профессор им. Д.Х. Чена, из Департаментов биоинженерии Стэнфордской медицинской школы и Стэнфордского инженерного факультета, а также психиатрии и поведенческих наук Стэнфордской медицинской школы, Инициативы Найта по устойчивости мозга и Института медицинских исследований Говарда Хьюза при Стэнфордском университете.
Поддержка исследований
Исследование было профинансировано Национальными институтами здравоохранения (R01AG063418 и K99AG07687901), премией Knight Initiative for Brain Resilience Catalyst Award и премией Brain Resilience Scholar Award, фондом Keck Foundation, фондом ARIA Foundation, фондом Glenn Foundation for Medical Research, фондом Simons Foundation, биоцентром Chan Zuckerberg Biohub — Сан-Франциско, премией NOMIS Distinguished Scientist and Scholar Award, фондом Helen Hay Whitney Foundation, междисциплинарной премией Wu Tsai Neurosciences Institute Interdisciplinary Scholar Award и Центром когнитивного здоровья в процессе старения Iqbal Farrukh & Asad Jamal Center for Cognitive Health in Aging.
Конфликт интересов
Карл Диссэрот является соучредителем и членом научного консультативного совета компаний Stellaromics и Maplight Therapeutics, а также консультирует RedTree и Modulight.bio. Анн Брюне является членом научного консультативного совета компании Calico. Все остальные авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.
Источник: www.sciencedaily.com
