Špinavá béžová se šedohnědými skvrnami, Ming škeble nebyl moc podívat se na. Přinejmenším získalo jméno, což je u většiny měkkýšů více, než lze říci. Odhaduje se na 507 let, když jej vědci v roce 2006 vytrhli z islandského mořského dna (a zabili), a proto byl oceánský quahog nejstarším známým zvířetem, jaké kdy žilo.
V srpnu 2016 odhadli vědci pět metr dlouhý ženský grónský žralok žil 392 let, což z něj dělá nejdelšího obratlovce. Záznam o délce života savců patří velrybě grónské, o které se předpokládá, že dosáhla vysokého stáří 211.
Možná proto, že se lidé stali v jiných ohledech tak dominantní, že nás fascinují druhy, které nás přežijí. Pro biology představují příklady extrémní dlouhověkosti zásadní otázky, proč organismy stárnou a umírají. A vzhledem k tomu, že ano, proč mohou jednotlivci některých druhů žít stovky let, zatímco jiní dostanou měsíce, týdny nebo dokonce jen dny?
Lidé žijí relativně dlouho. Někteří vědci doufají, že získání větších znalostí o tom, co v živočišné říši vede k dlouhověkosti, nabízí šanci nejen lépe porozumět těmto druhům, ale také našemu vlastnímu. Jiní jdou dále a věří, že je to klíč k delšímu a zdravějšímu lidskému životu.
Objev Mingova mimořádného věku v roce 2013 vedl k okamžitým spekulacím, že tajemství jeho dlouhého života spočívá v jeho velmi nízkém obsahu kyslíku spotřeba.
Jedním z nejvíce zakořeněných nápadů o délce života zvířat je, že úzce souvisí s rychlostí metabolismu – nebo rychlostí chemických reakcí, které rozkládají potravu na energii a produkují sloučeniny potřebné pro buňky . Představa, že zvířata podléhají kumulativnímu poškození a umírají dříve, když pracují tvrději, jako by stroje fungovaly na plný výkon, pravděpodobně pochází z průmyslové revoluce.
Proč může jedinci některých druhů se dožívají stovek let, zatímco jiní dostávají měsíce, týdny nebo dokonce jen dny?
Na počátku 20. století německý fyziolog Max Rubner porovnával rychlosti metabolismu a délky života u morčat, koček, psů, krav, koní a lidí. Zjistil, že zvířata arger měla nižší metabolické rychlosti na gram tkáně a že žila déle, což ho vedlo k závěru, že rychlejší využití energie zkrátilo život.
Americký biolog Raymond Pearl vyvinul myšlenku dále po svém výzkumu účinků hladovění, změny teploty a dědičnost na délkách života ovocných mušek a sazenic melounu melounu. „Obecně se délka života nepřímo mění podle rychlosti energetického výdeje během života,“ napsal ve své knize The Rate of Living z roku 1928.
V roce 1954 Denham Harman z University of California, Berkeley, poskytl mechanismus na podporu toho, co se stalo známým jako teorie rychlosti života. Navrhl, aby stárnutí bylo výsledkem akumulace poškození způsobeného buňkami volnými radikály. Vznikají během metabolismu a jedná se o vysoce reaktivní molekuly, které mohou poškodit buněčné aparáty krádežemi elektronů.
I když je pravda, že větší druhy savců mají nižší rychlost metabolismu a žijí déle, rychlost živé teorie má byl z velké části opuštěn. Za prvé vědci poukázali na to, že mnoho ptáků a netopýrů žije pro své metabolické rychlosti mnohem déle, než by měli. Vačnatci mají kratší délku života než placentární savci, přestože mají nižší rychlost metabolismu.
John Speakman z University of Aberdeen ve Velké Británii je jedním z těch, kteří zdůraznili, že právě proto, že zvířata s nižší rychlostí metabolismu mají delší délku života, neznamená to první způsobuje druhé.
„Všechny důkazy, které byly použity k podpoře teorie rychlosti života, mají v sobě zásadní chybu,“ říká Speakman. „To znamená, že vychází ze studií, které srovnávaly zvířata s různými velikostmi těla.“
U savců, jakmile odstraníte vliv velikosti těla, ti s vyššími rychlostmi metabolismu, kteří žijí déle
V roce 2005 použil Speakman chytrý statistický trik k odstranění vlivu tělesné hmotnosti z rovnice, v studie údajů pro 239 druhů savců a 164 druhů ptáků. U každého zvířete s vyšší než očekávanou rychlostí metabolismu pro svou velikost těla zkoumal, zda má odpovídající délku života pro svou velikost těla podle očekávání, a naopak. „U savců i ptáků, jakmile byla odstraněna tělesná hmotnost, byl vztah mezi rychlostí metabolismu a délkou života nulový,“ říká Speakman.
Tento výpočet, stejně jako předchozí práce podporující rychlost živá teorie, použila klidové metabolické rychlosti zvířat, když ani netráví jídlo, ani neregulují tělesnou teplotu.Vědci tyto sazby tradičně používají jednoduše proto, že pro zvířata v tomto stavu je k dispozici více údajů. Mnoho zvířat však tráví jen malou část svého času klidovou rychlostí metabolismu a podíl času, který na něm stráví různé druhy, se značně liší.
Abychom tento problém vyřešili, Speakman porovnal denní výdej energie a maximální délka života pro 48 druhů savců a 44 druhů ptáků, pro které mohl najít údaje pro oba, a poté použil stejné statistické zařízení, které použil ve větší studii k odstranění vlivu velikosti těla.
„Ukázalo se, že existuje vztah, ale je to opak toho, co předpovídáte na základě teorie živého života,“ říká Speakman. „U savců, jakmile odstraníte vliv velikosti těla, budou to lidé s vyšší metabolické rychlosti, které žijí déle. “ Výsledky pro ptáky nedosáhly statistické významnosti.
Ve skutečnosti je nyní myšlenka, že čím více kyslíku zvíře spotřebuje, tím větší je produkce volných radikálů, které způsobují poškození, a tudíž rychlejší stárnutí. zastaralý. Je to díky podrobnějším studiím mitochondrií, částí buněk, které generují energii.
Když mitochondrie rozkládají chemické látky v potravinách, protony jsou tlačeny přes jejich vnitřní membrány a vytváří v nich rozdíl v elektrickém potenciálu. Když se protony uvolní zpět přes membránu, tento potenciální rozdíl se použije k vytvoření adenosintrifosfátu (ATP), molekuly, která ukládá energii.
Původně se předpokládalo, že produkce volných radikálů je vysoká, když je elektrický rozdíl přes mitochondriální membránu byla vysoká – což znamená, že čím vyšší je rychlost metabolismu, tím vyšší je produkce vysoce reaktivních molekul, které způsobují poškození a stárnutí buněk.
Menší zvířata mají více predátorů a musí růst rychleji a také se musí množit dříve.
Tento model ve skutečnosti nezohledňuje přítomnost „odpojení“ proteiny “ve vnitřní membráně mitochondrií. Díky funkcím, které zahrnují generování tepla, tyto odpojující se proteiny spouštějí tok protonů přes membránu, aby se snížil potenciální rozdíl v ní, když je vysoká.
„Tradiční myšlenka, že při zvyšování metabolismu je fixní procento kyslíku, které konzumujete, odejde k produkci volných radikálů, je v zásadě v rozporu s tím, co víme o způsobu, jakým fungují mitochondrie, “říká Speakman. „Pokud vůbec, očekávali bychom, že s růstem metabolismu a odpojením narůstá… poškození volnými radikály by se snížilo.“
Protože nižší produkce volných radikálů je spojena s delší dobou životnosti, říkalo se tomu „odpojení k hypotéza přežít. Když to Speakman testoval v roce 2004, zjistil, že myši v horním kvartilu pro metabolickou intenzitu spotřebovaly více kyslíku a žily o 36% déle než myši ve spodním kvartilu – což podporuje myšlenku odpojení, aby přežil.
Jednodušší rozhodující pro délku života živočišných druhů je jejich velikost. Ve studii publikované v roce 2007 vykreslil João Pedro Magalhães z University of Liverpool ve Velké Británii tělesnou hmotnost proti maximální známé délce života více než 1400 druhů savců, ptáků, obojživelníků a plazů.
Napříč těmito čtyřmi skupiny, Magalhães zjistil, že 63% variací v délce života bylo až do tělesné hmotnosti. Pouze u savců to bylo 66%. Netopýři jsou něco jako odlehlé v tom, že žijí mnohem déle, než by měli pro svou velikost, takže přepracoval výpočet bez nich a tentokrát zjistil, že tělesná hmotnost vysvětluje 76% variací délky života savců. Sdružení pro ptáky bylo 70% a pro plazy to bylo 59%. U obojživelníků neexistovala žádná korelace.
Magalhães a další, kteří studovali vliv velikosti na délku života zvířat, tvrdí, že jde o kombinované evoluční a ekologické faktory.
„Velikost těla je determinant ekologických příležitostí, “říká Magalhães. „Menší zvířata mají více predátorů a musí růst rychleji a také se dříve množit, pokud chtějí předat své geny. U větších zvířat, jako jsou sloni a velryby, je menší pravděpodobnost, že budou dravci zkonzumováni, a postrádá evoluční tlak dospět a rozmnožovat se v raném věku. „
Vačice ostrovů žila v průměru čtyři a půl měsíce, tj. o 23% déle než jejich pevninští bratranci
Pokud velikost těla ovlivňuje délku života pravděpodobností, že budou snědeny, znamená to, že různé populace stejného druhu by mohly žít déle nebo kratší dobu různá prostředí.
Steven Austad, novinář, který se stal biologem-krotitelem, který se stal biologem, se rozhodl tuto myšlenku otestovat ve studii dospělých vačic žen koncem 80. let. Chytil a připevnil rádiové obojky k 34 na ostrově Sapelo v Georgii v USA a k dalším 37 na pevnině poblíž Aitkenu v Jižní Karolíně v USA.Druhá z těchto populací je lovena divokými psy a bobcaty (Lynx rufus), zatímco populace na ostrově není. Vačice na ostrově jsou obecně pod menším tlakem predátorů a jsou geneticky izolována.
Austad zjistil, že vačice na ostrově žila v průměru o čtyři a půl měsíce, tj. O 23% déle než jejich bratranci na pevnině. Měli také podstatně menší vrhy, začali se rozmnožovat o něco později a dokázali se rozmnožovat déle. Testy ukázaly, že kolagen ve vláknech ocasních šlach rychleji stárl v pevninských vačicích.
Austad zvažoval možné dopady variací podnebí, patogenů a stravy, ale dospěl k závěru, že delší životnost populace ostrova byla pravděpodobně nižší genetickým variacím vyplývajícím z různých selekčních tlaků.
Existují další faktory, které by se na první pohled mohly zdát, že mají vliv na délku života druhů, ale ve skutečnosti se ukázaly být pouze funkcí velikosti těla a ekologických příležitostí . Ukázalo se například, že velikost mozku koreluje s maximální délkou života druhů, zejména u primátů, stejně jako velikost oční bulvy. „Pokud máte něco, co se mění s velikostí těla, bude to vypadat, jako by to souviselo s délkou života, jednoduše proto, že existuje vztah mezi velikostí těla a délkou života,“ říká Speakman.
I když převažuje vědecký konsenzus ohledně důležitosti velikosti těla na délce života prostřednictvím pravděpodobnosti usmrcení jinými zvířaty, to stále ponechává zásadní otázky nezodpovězené.
„Záleží na úrovni, na kterou se ptáte,“ říká Speakman. „Evoluční vysvětlení souvisí s rizikem vnější úmrtnosti. Otázkou tedy je, jaké jsou skutečné mechanismy, které chrání tělo?“
Mutace v Je známo, že gen zvaný daf-2 umožňuje nematodovým červům žít zdvojnásobeně, ale stále zdravě po celý život.
Ve svém hledání odpovědí na tuto otázku se Austad obrátil v výzkum publikovaný v roce 2010, skupině dlouhodobě žijících zvířat, které nazval Zoo Methusaleh, poté, co biblický patriarcha řekl, že žili 969 let. Austad tvrdil, že nízkoteplotní prostředí držitelů rekordů v dlouhověkosti, jako je Ming the clam, Grónští žraloci a velryby grónské nejsou náhoda.
„Většina zvířat, která žijí výjimečně dlouho, mají nízkou tělesnou teplotu nebo žijí v prostředí s nízkou teplotou,“ říká. Austad zdůrazňuje, že klíčové tělesné procesy, jako je produkce reaktivních forem kyslíku, oprava DNA a transkripce genů, jsou v chladu pomalejší.
Být espe Austad, který se původně zajímal o procesy, které by mohly informovat o prodloužení lidské životnosti, věnoval zvláštní pozornost krysám nahých krtek a malým hnědým netopýrům, dvěma savcům, kteří přežili člověka v poměru k tělesné hmotnosti. Došel k závěru, že akumulace poškození buněk v důsledku produkce volných radikálů hraje ve stárnutí roli, ale v mnoha případech je relativně malá a u jednotlivých druhů má různou důležitost.
Vývoj rychlých a levných technologií sekvenování DNA v posledních letech nabídl vědcům důležité informace o rolích genů při regulaci dlouhověkosti u různých druhů. Například je známo, že mutace v genu zvaném daf-2 umožňuje červům hlístic žít zdvojnásobený, ale stále zdravý život. Trpasličí myši s mutovanými verzemi genů, které podkopávají produkci růstového hormonu, hormonu prolaktinu a hormonu stimulujícího štítnou žlázu, žijí asi o 40% déle než kontrolní zvířata.
Ve studii publikované v roce 2013 Magalhães a kolega Yang Li porovnal genomy párů podobných savců s oběma výrazně odlišnými maximálními délkami života a podobnými délkami života. Zjistili, že geny zapojené do reakce na poškození DNA a recyklaci proteinů buňkami se u druhů s delšími životy vyvíjely rychleji.
Co vysvětluje překvapivě nízká míra rakoviny u velkých zvířat s dlouhou životností, jako jsou sloni a velryby?
V roce 2015 pokračoval ve vedení skupiny, která sekvenovala genom velryby bowhead a odhalila druhově specifické mutace v genech spojených s odpovědí na poškození DNA , regulace buněčných cyklů a kontrola rakoviny.
„Nevíme ve skutečnosti, že se jedná o proteiny podílející se na druzích rozdílů ve stárnutí, ale tyto studie nabízejí vodítka, která můžeme využít a dále testujte, „říká Magalhães. V současné době je zapojen do mezinárodní spolupráce, která sleduje sekvenci kapucínské opice, která může žít i přes 50 let, a to i přes její relativně malou velikost.
Magalhães a další shromažďující toto pěstování databáze genetických determinantů dlouhověkosti vidí vzor ve vylepšených schopnostech DNA opravovat zvířata s dlouhým životem.Například sekvenování vyřešilo biologickou záhadu, která zmátla vědce od 70. let; co vysvětluje překvapivě nízkou míru rakoviny u velkých zvířat s dlouhou životností, jako jsou sloni a velryby?
V roce 2015 vypočítal tým vedený Joshuou Schiffmanem z University of Utah, že méně než 5% zajatí sloni umírají na rakovinu, ve srovnání s mírou úmrtnosti na rakovinu u lidí 11-25%. Když se podívali na údaje ze sekvenčních studií, zjistili, že africký slon má 40 kopií genu, který kóduje p53 – protein, který hraje klíčovou protirakovinovou roli, buď tak, že brání dělení buněk s poškozenou DNA, dokud nebudou provedeny opravy, nebo je přimět k sebevraždě. Asijští sloni mají 30 až 40 kopií. Lidé i skalní hyrax, nejbližší žijící příbuzní slonů, mají jen dvě kopie genu.
Další testy ukázaly, že sloni nebyli o nic lepší při opravě rozbité DNA. Schiffman dospěl k závěru, že jejich zvýšená obranyschopnost proti rakovině je nízká být lepší v zabíjení buněk s potenciálem stát se rakovinovými, než mohou vytvářet nádory.
Být dlouhověký je součástí toho, co z nás dělá člověka, přesto nechápeme, proč máme tuto kapacitu
„Moje hypotéza je, že to není opravná kapacita DNA sama o sobě, která je jiná, spíše ona“ to je způsob, jakým buňky reagují na poškození DNA, “říká Magalhães. „Stejné množství poškození DNA zabije sloní buňku nebo zastaví její množení, ale nemusí to být nutně myší buňka.“
„Krátkodobým zvířatům by nedávalo malý evoluční smysl plýtvat cennou energií bránit se proti chorobám, jejichž vývoj se vyvíjí mnoho let, “říká Austad. „Bylo by to jako dát tvář 1 000 dolarů na levné hodinky.“
Vědci využívající srovnávací biologii k pochopení stárnutí mají nyní přístup k genomům desítek savců. Když se to zvýší na stovky, budou lépe schopni identifikovat genetické stopy pro řidiče dlouhověkosti.
„Být dlouhověký je součástí toho, co z nás dělá člověka, přesto nechápeme, proč máme tuto kapacitu, „říká Magalhães.“ Sekvenování více druhů nám pomůže zjistit to a odpovědět na mnoho dalších fascinujících otázek. „
Magalhães také věří, že lepší pochopení toho, jak dlouho žijící druhy odrazí nemoc, může pomozte lidem dále prodlužovat naše již velkorysé délky života. “Můžeme se poučit například od nahých krtků a velryby bowhead, abychom nám pomohli odolat rakovině, například?“ říká. „Myslím, že můžeme. Je ale ještě spousta práce. “