кто доказал что клетки размножаются путем деления
Открытие клеточного деления и крушение шлейден-шванновской теории цитогенеза
Проблема клеткообразования выдвигалась в ботанике еще в самом начале XIX века.
Мы видели, что Мирбель, Шпренгель, Тревиранус интересовались этим вопросом, но их представления даже временно не удержались в науке.
Вопрос о генезисе клеток был выдвинут на первый план Шлейденом, а за ним Шванном. Проблема клеткообразования стояла в центре внимания обоих исследователей, дававших на нее согласный в общих положениях ответ. Шлейден выдвинул теорию свободного клеткообразования из бесструктурного вещества, слизи, заключенной в уже ранее существовавших клетках. Шванн воспринял эту теорию спонтанного новообразования клеток Шлейдена. Однако при своих исследованиях Шванн не мог найти убедительных картин возникновения новых клеток внутри старых во всех тканях; подобный процесс ему удалось усмотреть только в хряще и в хорде. Он, правда, не сомневается в правильности наблюдений своего друга Шлейдена и скорей склонен усомниться в своих собственных наблюдениях. Но факты заставляют Шванна признать, что, наряду с образованием новых клеток в старых, их образование происходит в особом клеткообразующем веществе, «цитобластеме». Принципиально теория цитобластемы Шванна не отличается от теории эндоцеллюлярного происхождения новых клеток Шлейдена. И Шванн и Шлейден принимают положение о спонтанном новообразовании клеток из бесструктурного вещества. Разница лишь в том, что, по Шлейдену, это вещество находится только в клетках, а по Шванну оно может находиться также и между клетками.
Фактически уже ко времени работ Шлейдена и Шванна было известно размножение клеток путем деления. Дюмортье еще в 1832 г. наблюдал деление клеток у нитчатых водорослей. В 1835 г. появилась работа Моля, где впервые дано было изображение делящихся клеток. Небольшая книжка Моля, объемом в 20 страниц, носила заглавие «О размножении клеток путем деления» и была снабжена хорошо выполненной таблицей. У водоросли Conferva glomerata Моль установил перешнуровку протоплазмы и образование перегородки между дочерними клетками. На приложенной таблице изображены различные стадии деления клеток. Но клеточного ядра Моль не заметил и ничего не знал об его участии в клеточном делении.
Работа Моля не нашла сразу отклика, и хотя Мейен позже (1838) снова отмечает, что у нитчатых водорослей легко видеть деление клеток, Шлейден даже не упоминает о работе Моля. Впрочем, сам Моль вначале не считал возможным обобщить результаты своих наблюдений и создать на их основе новую теорию клеткообразования.
Однако у ботаников теория Шлейдена о свободном новообразовании клеток не встретила большого сочувствия.
Одним из первых с возражениями Шлейдену выступил русский ботаник Николай Иванович Железнов (1816—1877). По окончании Петербургского университета он в 1840 г. защитил магистерскую диссертацию. С 1847 г. Н. И. Железнов становится профессором Московского университета по курсу сельского хозяйства, в 1853 г. он избирается адъюнктом, а с 1857 г. экстраординарным академиком Петербургской академии наук. В 1861—1869 гг. Н. И. Железнов состоял директором земледельческой и лесной академии в Москве. В магистерской диссертации, озаглавленной «О развитии цветка и яичка в растении Tradescantia virginica L.», Железнов отмечает, что, исследуя развитие волосков традесканции, он не видел возникновения одной клетки в другой способом, описанным Шлейденом, а наблюдал появление перегородок, приводящих к образованию новых клеток. Не подтвердил Железнов и обязательного, по Шлейдену, первичного образования ядрышка («центрального тела», как его называет автор). Позже эта работа была опубликована на французском языке в «Бюллетенях Московского общества натуралистов» (1848). С точки зрения общих идей, заслуживают интереса два положения, выдвинутые Н. И. Железновым. «1. Образовательные процессы одинаковы как в растительном, так и в животном царствах. 2. Ячейки (так автор называет клетки), составляющие собою массу растений, не могут назваться растительными неделимыми».
Существенное значение в опровержении шлейденовской теории клеткообразования имели исследования Франца Унгера (Franz Unger, 1800—1870). Поступив сначала на юридический факультет, Унгер в 1820 г. переходит к изучению медицины в Вене и Праге. В 1827 г. он получает степень доктора медицины и начинает заниматься медицинской практикой. Продолжая начатые в студенческие годы ботанические исследования, Унгер получает в 1835 г. профессуру в Граце, а в 1849 г. переходит профессором физиологии растений в Вену. Наряду с анатомическими работами, Унгер приобрел известность как один из основоположников палеоботаники.
В 1841 г. Унгер публикует работу о размножении клеток в точке роста растений, где показывает, что клетки образуются не свободной кристаллизацией из «слизи», а путем деления или «почкования» ранее существующих клеток. В ряде последующих работ Унгер возвращается к проблеме клеткообразования, но даже в сороковых годах он не решается совершенно откинуть теорию Шлейдена. В своих «Основах анатомии и физиологии растений» (1844) Унгер различает первичное и вторичное клеткообразование. Под первым он подразумевает «возникновение» клеток без посредства ранее существовавших клеточных структур. Под вторым Унгер понимает «размножение» клеток. «Первичное клеткообразование очень ограничено», — заявляет Унгер Он думает, однако, что подобный способ клеткообразования все же встречается у низших растений. У высших растений клетки образуются, по Унгеру, за счет вторичного клеткообразования.
Эти работы заставили Шлейдена во 2-м издании «Основ ботаники» (1845) внести, наряду с клеткообразованием по своей теории, описание клеточного деления. Однако нужно иметь в виду, что понятие о клеточном делении в начальный период его развития сильно запутывалось нечеткостью терминологии. Основной частью клетки считалась оболочка, поэтому исследователи говорили о делении клетки лишь в тех случаях, когда видели разделение путем образования клеточной перегородки. В тех же случаях, когда оболочка клеток была неясной и делилась «голая» клетка, исследователи часто применяли термин «свободное клеткообразование», хотя, по существу, дело шло о клеточном делении.
Эта терминологическая путаница, в частности, встречается в работах выдающегося ботаника прошлого века Негели, исследования которого сыграли особенно важную роль в ниспровержении шлейденовской теории клеткообразования.
Карл Негели (Carl Wilhelm von Nageli, 1817—1891) изучал сначала медицину в Цюрихе. Пережив период увлечения натурфилософией, он переезжает в Женеву, где начинает изучать ботанику под руководством Декандоля (А. Р de Candolle, 1778—1841). После защиты диссертации по систематике растений, Негели в течение года изучает в Берлине у Гегеля философию, которая мало его удовлетворила. Позже он работает у Шлейдена в Иене, предпринимает путешествие, по возвращении из которого занимает профессуру во Фрейбурге, затем в Цюрихе, а позже в Мюнхене. Негели оставил след в разнообразных областях ботаники — от систематики до физиологии растений.
Особенное значение имеют цитологические исследования Негели о делении пыльцевых клеток и об одноклеточных водорослях, а также его работы о половом размножении у явнобрачных растений.
«Здесь, — говорит Негели, — изолируется часть содержимого…, становится шарообразным или эллипсоидальным и порождает по всей поверхности мембрану. По господствующим представлениям (имеется в виду теория Шлейдена) о свободном клеткообразовании, до сих пор принимаемым, мембрана возникает вокруг клеточного ядра. В приведенных случаях не остается никакого, сомнения, что мембрана возникает вокруг содержимого. Кроме того принимается, что сперва возникает мембрана, и лишь потом образуется содержимое. Здесь решительно принимается содержимое за первичное, а мембрана за вторичное» (1846, стр. 39—40). Это большой шаг вперед, и, если откинуть терминологическую путаницу со «свободным клеткообразованием», нельзя не видеть в этом исследовании Негели полное ниспровержение шлейденовской теории цитогенеза.
Таким образом, благодаря исследованиям Моля, Железнова. Унгера, а особенно Негели, шлейденовская теория клеткообразования утратила кредит в ботанике и утвердилось представление, что образование клеток растений происходит, как правило, путем клеточного деления.
В гистологии животных шванновская теория цитобластемы продержалась дольше и встретила сначала благоприятный прием. В начале пятидесятых годов теория эта излагалась во всех руководствах по анатомии. В начале пятого десятилетия прошлого века появляется капитальная сводка Генле «Общая анатомия» (1841), сочинение, сделавшее эпоху в анатомии и гистологии. Генле писал, что клетки могут размножаться тремя способами: 1) почкованием, которое наблюдается у низших растительных организмов — грибов и дрожжей; 2) эндогенным зарождением, когда клетка образуется внутри другой клетки, как описывал Шлейден, или из межклеточной цитобластемы, по Шванну; 3) делением, которое имеет место у растений, между тем как у животных, замечает Генле, нет примеров такого способа развития.
С критикой шванновского представления о свободном новообразовании клеток из цитобластемы у животных одним из первых выступил московский зоолог Николай Александрович Варнек (1821—1876). Окончив в 1844 г. Петербургский университет, Н. А. Варнек вначале преподает ботанику и зоологию в Горном институте. С 1849 г. он становится адъюнктом, а с 1852 г. профессором сравнительной анатомии в Московском университете.
И. М. Сеченов в «Автобиографических записках» приводит следующие воспоминания о Н. А. Варнеке. «Зоологию преподавал нам адъюнкт Варнек. Читал он просто и толково, останавливаясь преимущественно на общих признаках принятых в зоологии отделов и описанию одноклеточных предпосылал длинный трактат о клетках вообще. Последнее учение падало, однако, на неподготовленную почву — Москва еще не думала тогда о микроскопе; поэтому между студентами Варнек не пользовался успехом, а в насмешку они даже прозвали его клеточкой. Много позднее я узнал, — прибавляет И. М. Сеченов в примечании, — что Варнек и известный ботаник Ценковский были из числа первых русских биологов, работавших в те времена с микроскопом». (Цит. по изд. 1952, стр. 80).
Н. А. Варнеку принадлежит ряд ценных микроскопических исследований, значение которых не было понято его современниками. В 1847 г. Варнек представил в качестве магистерской диссертации работу под названием «Печень рака в анатомическом и физиологическом отношении». Описывая печеночные клетки, Варнек отмечает, что «ядро здесь вполне развито, и занимает по большей части центр молодой клеточки… Свободных ядер я не замечал в слепых концах, и поэтому не могу согласиться с мнением Шванна о способе образования клеточек» (стр. 20). В сноске автор замечает: «Если бы свободные ядра действительно здесь находились, то их можно было бы видеть в веществе, связывающем клеточки, т. е. в межклетниках; последние здесь очень велики, часто весьма разнообразной формы, но всегда наполнены веществом без ядер». Поэтому Н. А. Варнек считает неверным мнение, «будто бы в ткани клеточек отделения (т. е. в концевых отделах печени) ядро развивается самостоятельно и вне клеточки, как собрание элементарных частиц Cytoblastema. Если мы в разрушенной ткани встречаем свободные ядра, то из этого еще не следует заключать, что ядра эти произошли вне клеточек, и при том независимо от них» (стр. 23). В одном из положений диссертации Варнек пишет: «Простейшая форма животного и растительного организмов есть клеточка».
Постепенно выясняется, что процесс дробления яйца — это ряд повторяющихся клеточных делений. Правда, выяснение этого положения досталось нелегко. Дробление яиц у животных ряд исследователей видел еще в дошванновский период (Сваммердам, Спалланцани; на живом материале дробление описали Прево и Дюма в 1824 г.). Дробление у лягушки было переоткрыто К. М. Бэром (1834); позже картины дробления описывали Рускони (1836), Зибольд (1837). Однако морфологическое значение бластомеров оставалось неясным; например, Шванн рассматривал желточные шары в яйце как отдельные клетки. Впервые сравнил бластомеры с клетками Мартин Бэрри (1839), давший описание бластомеров у млекопитающих (кролик). К представлению о бластомерах как о клетках приближался Карл Рейхерт (Carl Bogislaus Reichert, 1811—1883), известный берлинский анатом; однако способ развития бластомеров Рейхерт понимал неверно. Он думал, что дробление представляет собою зарождение многократно вложенных друг в друга материнских клеток.
Бэйкер (J. Baker, 1953) считает, что Бергман (Karl G. L. Chr. Bergmann, 1814—1865), тогда доцент в Гёттингене, изучавший развитие лягушки и тритона (1841), первый понял природу дробления и распознал в бластомерах клетки. Эта и последующая (1842) работы Бергмана, по Бэйкеру, составляют веху в истории клеточного учения. Ратке (Heinrich Rathke, 1793—1860), профессор Дерптского, а позже Кёнигсбергского университетов, опубликовал в 1842 г. исследование о развитии моллюсков и пауков. Ратке приближается к пониманию клеточной природы бластомеров прудовика, причем в бластомерах он видел ядра с ядрышками. Теодор Бишоф (Theodor Ludwig Bischoff, 1807— 1882), в бытность свою профессором Гиссенского университета, опубликовал ряд исследований о развитии млекопитающих. Но несмотря на хорошее описание внешнего хода развития, клеточная природа бластомеров осталась для Бишоффа неясной.
Наиболее четкая формулировка процесса дробления яйца была сделана Кёлликером. В его лице мы снова встречаем одного из выдающихся учеников Иоганнеса Мюллера. Альберт Кёлликер (Rudolf Albert Kolliker, 1817—1905) начал свою деятельность в качестве прозектора у Генле, под руководством которого он работал еще в студенческие годы в Берлине, в лаборатории Мюллера. С 1844 г. Кёлликер получает профессуру по физиологии и сравнительной анатомии в Цюрихе, в 1847 г. он переходит на ту же кафедру в Вюрцбурге, а с 1849 г. занимает в Вюрцбургском университете кафедру анатомии, руководство которой он сохранил до 1902 г.
Кёлликера справедливо считают одним из основоположников современной гистологии. Его многочисленные работы касаются самых разнообразных вопросов гистологии, эмбриологии и зоологии, затрагивая почти все ткани животного организма. Написанное Кёлликером капитальное руководство по гистологии (первое издание вышло в 1852 г.) в течение второй половины прошлого столетия являлось основным гистологическим справочником (оно выдержало 6 изданий и было переведено на ряд языков, в том числе 4-е изд. — на русский).
Еще в бытность свою прозектором Кёлликер напечатал работу о развитии головоногих моллюсков (1844). Здесь молодой ученый решительно ставит вопрос о необходимости распространения клеточного учения Шванна на ранние стадии эмбрионального развития. В предисловии к этой работе Кёлликер пишет, что его исследования будут иметь существенный результат для учения о клетке, так как ему удалось показать, что «шары дробления (бластомеры) составляют в совокупности тело эмбриона и в дальнейшем путем бесчисленных делений дают вторичные клетки», т. е. клетки различных тканей зародыша. «Созревший эмбрион построен из вторичных клеток, возникающих из шаров дробления, в качестве непосредственных и единственных их потомков», — так формулирует Кёлликер вывод, к которому он пришел на основании своих эмбриологических исследований. В заключительной части работы Кёлликер специально останавливается на значении для клеточного учения данных об эмбриональном развитии.
Работа Кёлликера дает обоснование новым представлениям о развитии клеток в процессе эмбриогенеза. Из его исследований вытекает, что в эмбриональном развитии клетки образуются не из цитобластемы, а из ранее имевшихся «леток. Тем не менее само понятие о клетке в этой ранней работе Кёлликера еще достаточно примитивно и своеобразно. Он различает: 1) первичные «летки (под ними автор подразумевает ядра зародышевых клеток на самых ранних стадиях развития); 2) ядра первичных клеток (это не что иное, как ядрышки); 3) оболочечные шары (Umhtillungskugeln) (бластомеры) и, наконец, 4) вторичные клетки (тканевые клеточные элементы). Мы упоминаем об этом, чтобы показать, что в начале 40-х годов еще сохраняются представления о «первичных» и «вторичных» клетках, о которых говорил Шванн.
Клеточный характер бластомеров и их образование путем деления показаны и в работе Н. А. Варнека, посвященной развитию брюхоногих моллюсков (1850), где впервые изображены процесс созревания, оплодотворения и первые стадии дробления, хотя в поразительных по точности наблюдениях самим автором не все оценено правильно.
Таким образом, к середине прошлого столетия было установлено, что на ранних стадиях эмбрионального развития процесс клеткообразования идет не за счет новообразования клеток из цитобластемы, а за счет деления первичной клетки — яйца.
Несколько позже было показано деление и у тканевых клеток животных организмов. Шванн, по-видимому, знал о клеточном делении, но находясь под гипнозом шлейденовской теории цитогенеза, не придал этому явлению какого-либо значения. Открытие клеточного деления в клетках тканей животных было сделано также одним из многочисленных учеников Иоганнеса Мюллера — Ремаком.
Ремак (Robert Remak, 1815—1865), работая у Мюллера, получил у него звание доцента, а позже профессора, но не мог добиться штатного места и принужден был заниматься врачебной практикой. Ремак получил известность не только как эмбриолог и цитолог, он был одним из выдающихся исследователей в области неврологии. Открытые им безмякотные волокна симпатической нервной системы и теперь называются его именем).
Первые наблюдения Ремака, посвященные проблеме размножения клеток, были сделаны в 1841 г. Изучая кровяные клетки у зародышей, Ремак констатировал процесс клеточного деления кровяных элементов. Позже, в 1851 г., ему удалось проследить весь цикл эмбрионального развития и показать, что деление клеток есть единственный способ возникновения новых клеток в животном организме. Статья Ремака с сообщением об этих исследованиях появилась в Мюллеровском архиве за 1852 г.
Эта небольшая статья, размером всего в 10 страниц, отмечает важный этап в развитии клеточного учения и отличается очень четкой постановкой проблемы. Отмечая, что ботаники Моль, Негели, Унгер и др. констатировали образование клеток путем деления, Ремак цитирует Шванна, установившего, в отличие от Шлейдена, экстрацеллюлярное новообразование клеток. Если бы это было так, замечает Ремак, то это скорее говорило бы не «о соответствии» животных клеток с растительными, а об их различии. «Мне самому, — пишет дальше Ремак, — экстрацеллюлярное возникновение клеток со времени установления клеточной теории казалось в такой же степени невероятным, как и самопроизвольное зарождение организмов» (стр. 49). Указывая далее, что ряд исследователей уже показал наличие клеточного деления на ранних стадиях развития, Ремак излагает результаты собственных исследований. Наблюдая развитие организма с самых первых шагов, Ремак видел, что новые клетки образуются неизменно путем деления, так же, как это установлено ботаниками для тканей растений. Заканчивая свою работу, Ремак указывает: «Эти результаты имеют столь же близкое отношение к патологии, как и к физиологии» (стр. 57). Мы остановились подробнее на этой работе Ремака, так как подчас о ней незаслуженно забывают и заслугу установления принципа новообразования животных клеток путем деления приписывают Вирхову.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Теория предельного деления клеток
Клетки: особенности строения и деления
Клеточная теория является одной из основополагающих в современной биологии. Ее разработка стала неопровержимым доказательством единства всего живого на Земле.
Согласно клеточной теории, клетка это — структурно-функциональная элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов. Вне клетки нет жизни.
Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на две большие группы на основании структуры их строения.
Прокариоты (доядерные) — более простые по строению, которые возникли на ранних стадиях процесса эволюции.
Эукариоты (ядерные) — более сложные, которые возникли и развивались на более поздних стадиях процесса эволюции.
Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими. По последним данным ученых в теле обычного человека насчитывается в среднем 37,2 триллиона клеток.
Справочно: группа ученых из Италии, Греции и Испании поставила себе задачу определить реальное количество клеток в человеческом организме. Они изучили все ранние научные труды в этой области за последние сто лет.
В результате обнаружили большой разброс в оценках данного показателя, который вирировался от 5 миллиардов до 200 триллионов клеток.
Поэтому авторам пришлось проделать скрупулезную работу, сделав отдельный подсчет клеток для каждого органа человеческого тела и для разных типов клеток организма.
Были посчитаны число и плотность клеток в сердце, легких, мозге, центральной нервной системе, кишечнике, желчном пузыре, костях, соединительных тканях, крови и многих других частях человеческого организма.
Просуммировав полученные результаты, ученые пришли к выводу, что в организме человека в среднем насчитывается 37.2 триллионов клеток.
В организме человека присутствует примерно 300 типов клеток, которые подразделяются на две большие группы:
• клетки, которые могут делиться и размножаться, то есть, они митотически компетентны;
• клетки, которые не делятся, их называют постмитотические. Это достигшие крайней стадии дифференцировки нейроны, кардиомиоциты, зернистые лейкоциты и другие.
Несмотря на многообразие форм, организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.
Большинство клеток человеческого организма постоянно делятся, на смену старым приходят новые. Благодаря этому процессу в течение жизни организм имеет возможность обновляться и восстанавливаться.
По подсчетам ученых, клетки человека за 70 лет жизни суммарно претерпевают порядка 1014 клеточных делений.*
Таким образом, каждая мышца, каждый орган, каждая функциональная система, человека в течение жизни несколько раз «молодеет», как бы рождаясь заново.
Наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток человека, один из фундаментальных процессов онтогенеза это митоз – непрямое деление клетки.
Процесс размножения клеток называют пролиферацией. Размножение регулируется как самой клеткой (аутокринными ростовыми факторами), так и ее микроокружением (паракринными сигналами).
Активация пролиферации происходит через клеточную мембрану, в которой присутствуют рецепторы, воспринимающие митогенные сигналы. Это в основном ростовые факторы и межклеточные контактные сигналы.
Ростовые факторы обычно имеют белковую, пептидную природу (определенную последовательность соединения аминокислот). В настоящее время ученым известно около 100 таких факторов, в том числе:
• фактор роста тромбоцитов, который участвует в тромбообразовании и заживлении ран;
• эпителиальный фактор роста;
• фактор некроза опухолей;
• колониестимулирующие факторы;
• различные цитокины — интерлейкины и т.д.
Время существования клетки от деления до деления называется клеточным циклом.
После активации пролиферации клетка выходит из фазы покоя G0 и начинается клеточный цикл. Клеточный цикл может активироваться или инактивироваться.
В процессе активации могут участвовать киназы – ферменты катализаторы переноса фосфатной группы от молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), обеспечивая включение клюкозы и гликогена в процесс гликолиза в живых клетках.
Инактивированиия регулируется за счет различных ингибиторов – веществ подавляющих или задерживающих течение физиологических и физико-химических, ферментативных процессов.
Молекулярные механизмы, приводящие к необратимой остановке клеточного цикла, контролируются генами-супрессорами.
Цель такой сложной организации процесса регуляции — обеспечить синтез ДНК с минимально возможным числом ошибок, чтобы и дочерние клетки имели абсолютно идентичный наследственный материал.
Проверка правильности копирования ДНК осуществляется в четырех «контрольных точках» клеточного цикла. Если обнаруживаются ошибки, то клеточный цикл останавливается, и включается репарация ДНК.
Если нарушения структуры ДНК удается исправить — клеточный цикл продолжается. Если нет — клетка может «покончить с собой» путем апоптоза, чтобы избежать вероятности превращения в раковую.
Супрессию клеточного цикла в фазе G1 осуществляет белок p53, действующий через ингибитор циклин-зависимой киназы р21.
Следует отметить, что в последние годы, пожалуй, ни один другой белок не изучался так интенсивно, как р53. За четверть века с момента открытия ему было посвящено более 40 тысяч научных работ, и их число неуклонно продолжает расти.
Очевидно, белок р53 не только получает сигналы о превышении некоторых пороговых величин в каждом из клеточных процессов, но и обеспечивает адекватные этим величинам ответы, обеспечивающие координированную коррекцию этих процессов, дальнейшее поведение и судьбу клеток.
Роль р53 в организме можно сравнить с ролью дирижера в оркестре – его функции осуществлять контроль за выполнением выработанных эволюцией программ, схем поведения клеток в разнообразных условиях.
Основная его биологическая роль заключается в обеспечении стабильности генома и генетической однородности клеток в целостном организме.
Контролирующая функция р53 заключается в предотвращении отклонений и связанных с ними патологий,
Транскрипционный фактор р53 активируется при повреждениях ДНК, и в этом случае его функция заключается в удалении из реплицирующихся клеток тех, которые являются потенциально онкогенными.
Не случайно ген р53 часто метафорически называют как «стражом генома», «ангелом-хранителем», «геном совести клетки».; Эти эпитеты наглядно отражают роль белка в предотвращении многих болезней.
Биологические пределы способности клетки к делению,
порог Хейфлика
Одна из современных гипотез старения организма носит название «клеточной смерти» или теории предельного деления клеток.
Эта теория, также как и свободно-радикальная теория рассматривает процесс старения на клеточном уровне.
Еще в 1957 г. знаменитый американский физик Лео Силард (1898-1964), изучавший влияние на клетки радиации, приводящей к прогерии — ускоренному старению, предположил, что в старости организм может быть еще вполне здоров, только количество клеток в каждой мышце, в каждом органе становится все меньше.
Развивая эту гипотезу, американский профессор анатомии медицинской школы Калифорнийского университета Леонард Хейфлик (20 мая 1928 г.) выдвинул гипотезу о том, что процесс старения связан с биологическим пределом способности клетки к делению.
В 1961 г., проводя серию экспериментов, ученый обнаружил определенные закономерности в процессах деления клеток.
Он предположил, что легочная ткань, по-видимому, отмирает после того, как ее клетки поделились определенное количество раз. Затем он экспериментально установил, что соматические (телесные) клетки могут делиться только ограниченное число раз.
Вероятно, в клетках существует своеобразный молекулярный счетчик. Он фиксирует, сколько делений уже сделано, и не дает клетке делиться сверх определенного генетически заданного предела.
Позднее, в 1969–1977 гг., проводя исследования человеческого эмбриона в Институте Уистара в Филадельфии, Хейфлик установил, что основная клеточная форма соединительной ткани организма, так называемые фибробласты клеток кожи делятся примерно 50 раз плюс-минус 10 раз, после чего процесс деления останавливается.
При этом у новорожденных клетки могут делиться 80–90 раз, а у стариков (70 лет и старше) только 20–30 раз.
Кроме того, в культуре ткани, т.е. вне организма, клетки человека могут делиться также не больше 50 раз, после чего погибают.
Усложнив эксперимент, ученый взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз.
Оттаяв, эти клетки продолжили делиться, пока не достигли предела в 50 делений, а затем все же погибли.
Особо следует подчеркнуть, что когда клетки приближались к своему пределу деления, они начинали напоминать старую ткань с возрастными пигментами, которые обнаруживаются в постаревших клетках сердца и головного мозга.
Гибель клеток или ослабление функции в тех клетках, которые не подвержены делению, по окончании развития приводит к ослаблению организма.
В результате постепенно тело утрачивает способность к обновлению, а весь организм теряет возможность к восстановлению, что приводит к старению органов и систем.
Выявленные американским профессором закономерности предельного деления клеток в научной среде получили название «порог Хейфлика».