Beskidt beige med gråbrune pletlignende pletter, Ming muslingen var ikke meget at se på. Det fik i det mindste et navn, hvilket er mere end man kan sige for de fleste bløddyr. Anslået til 507 år, da forskere plukkede den fra den islandske havbund (og dræbte den) i 2006, var havkvahogen det ældste kendte dyr, der nogensinde har levet.
I august 2016 anslog forskerne en fem- en meter lang kvindelig grønlandshaj havde levet i 392 år, hvilket gjorde den til den længstlevede hvirveldyr. Pattedyrets levetid rekord tilhører en buehval, menes at have nået den store alderdom 211.
Måske er det fordi mennesker er blevet så dominerende i andre henseender, at vi er fascineret af arter, der overlever os. For biologer rejser eksempler på ekstrem levetid grundlæggende spørgsmål om, hvorfor organismer eldes og dør. Og i betragtning af at de gør det, hvorfor kan individer af nogle arter leve i hundreder af år, mens andre får måneder, uger eller endda bare dage?
Mennesker har relativt lang levetid. Nogle forskere håber, at det at få større viden om, hvad der driver levetiden i dyreriget, giver chancen for ikke kun at forstå disse arter bedre, men også vores egen. Andre går videre og mener, at det er nøglen til længere og sundere menneskeliv.
Opdagelsen af Ming’s ekstraordinære alder i 2013 førte til øjeblikkelig spekulation om, at hemmeligheden bag dens lange levetid lå i dens meget lave ilt forbrug.
Faktisk er en af de dybt forankrede ideer om dyrets levetid, at den er tæt knyttet til stofskiftehastigheden – eller hastigheden af kemiske reaktioner, der nedbryder mad til energi og producerer forbindelser, der kræves af celler Forestillingen om, at dyr undergår kumulativ skade og dør hurtigere, når de arbejder hårdere som maskiner, der kører med fuld kapacitet, går sandsynligvis tilbage til den industrielle revolution.
Hvorfor kan individer af nogle arter lever i hundreder af år, mens andre får måneder, uger eller endda bare dage?
I det tidlige 20. århundrede sammenlignede den tyske fysiolog Max Rubner energimetabolisme og levetid hos marsvin, katte, hunde, køer, heste og mennesker. Han fandt, at jeg dybere dyr havde lavere stofskiftehastighed pr. gram væv, og at de levede længere, hvilket førte ham til at konkludere, at brug af energi hurtigere forkortet levetid.
Amerikansk biolog Raymond Pearl udviklede ideen yderligere efter sin forskning om virkningerne af sult, temperaturændring og arvelighed på levetiden for frugtfluer og cantaloupemelonplanter. “Generelt varierer levetiden omvendt som energiforbruget i løbet af livet,” skrev han i sin bog fra 1928 The Rate of Living.
I 1954 Denham Harman ved University of California, Berkeley, leverede en mekanisme til at understøtte det, der blev kendt som the rate of living theory. Han foreslog aldring som et resultat af en ophobning af skader forårsaget af celler af frie radikaler. Genereret under stofskiftet er disse meget reaktive molekyler, der kan beskadige cellulære maskiner ved at stjæle elektroner.
Selvom det er sandt, at større arter af pattedyr har lavere metaboliske hastigheder og lever længere, har levetiden stort set blevet forladt. For det første har forskere påpeget, at mange fugle og flagermus lever meget længere, end de skulle for deres stofskifte. Pungdyr har kortere levetid end placentapattedyr på trods af at de har lavere stofskiftehastigheder.
John Speakman fra University of Aberdeen i Storbritannien er blandt dem, der har fremhævet, at bare fordi dyr med langsommere stofskifte har længere levetid, har betyder ikke førstnævnte forårsager sidstnævnte.
“Alt bevis, der er blevet brugt til at understøtte levetiden for teori, har en grundlæggende fejl i det,” siger Speakman. “Det vil sige, det kommer fra undersøgelser, der sammenlignede dyr med forskellige kropsstørrelser.”
For pattedyr, når du først har påvirket kropsstørrelsen, “s dem med højere stofskiftehastigheder, der lever længere
I 2005 brugte Speakman et smart statistisk trick til at fjerne indflydelsen af kropsmasse fra ligningen, i en undersøgelse af data for 239 pattedyrarter og 164 fuglearter. For hvert dyr med en metabolisk hastighed, der var højere end forventet for dets kropsstørrelse, undersøgte han, om det havde en tilsvarende lavere levetid end forventet for sin kropsstørrelse, og omvendt. “For både pattedyr og fugle, når kroppens masse blev fjernet, var forholdet mellem stofskiftehastighed og levetid nul,” siger Speakman.
Denne beregning, ligesom tidligere arbejde, der understøtter hastigheden af levende teori, brugte de hvilende stofskiftehastigheder hos dyr, når de hverken fordøjer mad eller regulerer kropstemperatur.Forskere har traditionelt brugt disse priser simpelthen fordi flere data er tilgængelige for dyr i denne tilstand. Imidlertid bruger mange dyr kun et mindretal af deres tid med en hvilende metabolisme, og andelen af tid, som forskellige arter bruger på det, varierer meget.
For at omgå dette problem sammenlignede Speakman daglige energiforbrug og maksimal levetid for de 48 pattedyrarter og 44 fuglearter, som han kunne finde data for begge, og brugte derefter den samme statistiske enhed, som han brugte i den større undersøgelse for at fjerne effekten af kropsstørrelse.
”Det viser sig, at der er et forhold, men det er det modsatte af, hvad du forudsiger ud fra levetidsteorien,” siger Speakman. „For pattedyr, når du først har påvirket kropsstørrelsen, er det dem med højere stofskiftehastigheder, der lever længere. ” Resultaterne for fugle nåede ikke statistisk signifikans.
Faktisk er ideen om, at jo mere ilt et dyr bruger, jo større er produktionen af frie radikaler, der forårsager skade, og jo hurtigere ældningen nu forældet. Det er takket være mere detaljerede undersøgelser af mitokondrier, de dele af celler, der genererer energi.
Når mitokondrier nedbryder kemikalier i mad, skubbes protoner over deres indre membraner, hvilket skaber en forskel i elektrisk potentiale over dem. Når protonerne frigives tilbage over membranen, bruges denne potentielle forskel til at skabe adenosintrifosfat (ATP), et molekyle, der lagrer energi.
Det blev oprindeligt antaget, at produktionen af frie radikaler er høj, når den elektriske forskel på tværs af mitokondriemembranen var høj – hvilket betyder, at jo højere stofskiftehastighed, jo større er produktionen af stærkt reaktive molekyler, der forårsager cellulær skade og ældning.
Mindre dyr har flere rovdyr og skal vokse hurtigere samt reproducere hurtigere
Faktisk tager denne model ikke hensyn til tilstedeværelsen af “frakobling proteiner “i mitokondriens indre membran. Med funktioner inklusive varmegenerering udløser disse afkoblingsproteiner strømmen af protoner gennem membranen for at reducere den potentielle forskel på tværs af den, når den er høj.
“Den traditionelle idé, at når du øger dit stofskifte, procentdelen af det ilt, du spiser, går ud for at producere frie radikaler, er fundamentalt i strid med det, vi ved om den måde, mitokondrier fungerer på, ”siger Speakman. “Hvis noget, ville vi forvente, at når stofskiftet stiger og frakobling stiger … skaderne på frie radikaler ville gå ned.”
Fordi lavere frie radikaler er forbundet med længere levetid, blev dette kaldt “frakobling til overleve “hypotese. Da Speakman testede det i 2004, fandt han ud af, at mus i den øvre kvartil med hensyn til metabolisk intensitet forbrugte mere ilt og levede 36% længere end mus i det nedre kvartil – hvilket understøtter afkoblingen for at overleve ideen.
En mere ligetil afgørende for, hvor længe dyrearter lever, er deres størrelse. I en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2007, planlagde João Pedro Magalhães fra University of Liverpool i Storbritannien en kropsmasse mod den maksimale kendte levetid på mere end 1.400 arter af pattedyr, fugle, padder og krybdyr.
På tværs af disse fire grupper, fandt Magalhães, at 63% af variationen i levetid var nede på kropsmasse. Kun for pattedyr var det 66%. Flagermus er noget af en outlier, fordi de lever meget længere end de burde for deres størrelse, så han genoparbejdede beregningen uden dem, og denne gang fandt han, at kropsmasse forklarede 76% af pattedyrets levetidsvariation. Foreningen for fugle var 70% og for krybdyr var den 59%. Der var ingen sammenhæng for padder.
Magalhães og andre, der har undersøgt størrelsens indflydelse på, hvor længe dyr lever, siger, at det kommer til kombinerede evolutionære og økologiske faktorer.
“Kropsstørrelse er en bestemmende faktor for økologiske muligheder, ”siger Magalhães. “Mindre dyr har flere rovdyr og skal vokse hurtigere såvel som reproducere hurtigere, hvis de vil videreføre deres gener. Større dyr, som elefanter og hvaler, er mindre tilbøjelige til at blive spist af rovdyr og mangler evolutionært pres at modnes og reproducere i en tidlig alder. “
Ø-opossums levede i gennemsnit fire og en halv måned eller 23% længere end deres fætre på fastlandet
Hvis kropsstørrelse påvirker levetiden via sandsynligheden for at blive spist, følger det, at forskellige populationer af den samme art kan leve i længere eller kortere perioder i forskellige miljøer.
Steven Austad, journalist, der blev løve-tamer-vendte-biolog, satte sig for at teste denne idé i en undersøgelse af voksne kvindelige opossum i slutningen af 1980’erne. Han fangede og vedhæftede radiohalsbånd til 34 på Sapelo Island, Georgia, USA og til en anden 37 på fastlandet nær Aitken, South Carolina, USA.Den anden af disse populationer jages af vilde hunde og bobcats (Lynx rufus), mens befolkningen på øen ikke er det. Ø-opossums er generelt under mindre pres fra rovdyr og er genetisk isolerede.
Austad fandt, at ø-opossums levede i gennemsnit fire og en halv måned eller 23% længere end deres fætre på fastlandet. De havde også betydeligt mindre kuld, begyndte at reproducere lidt senere og var i stand til at reproducere længere. Test viste, at kollagen i halen senefibre ældes hurtigere i opossumerne på fastlandet.
Austad overvejede de mulige virkninger af variation i klima, patogener og diæt, men konkluderede, at den længere levetid for øpopulationen sandsynligvis var nede til genetiske variationer som følge af forskellige selektionstryk.
Der er andre faktorer, som ved første øjekast kan synes at have indflydelse på artslevetid, men faktisk viser sig at være en funktion af kropsstørrelse og økologiske muligheder . Hjernestørrelse har for eksempel vist sig at korrelere med maksimal artslevetid, især hos primater, ligesom øjeæblestørrelse. “Hvis du har noget, der ændrer sig med kropsstørrelse, vil det se ud som om det er relateret til levetid, simpelthen fordi der er et forhold mellem kropsstørrelse og levetid,” siger Speakman.
Mens der er en fremherskende videnskabelig konsensus omkring vigtigheden af kropsstørrelse på levetider via sandsynligheden for at blive dræbt af andre dyr, dette efterlader stadig vigtige spørgsmål ubesvarede.
“Det afhænger af det niveau, hvor du stiller spørgsmålet,” siger Speakman. “Den evolutionære forklaring har at gøre med ekstern dødelighed. Spørgsmålet er så, hvad er de egentlige mekanismer, der beskytter kroppen?”
En mutation i en genet kaldet daf-2 er kendt for at give nematodeorme mulighed for at fordoble, men stadigvæk sunde levetider
I sin jagt på svar på dette spørgsmål vendte Austad sig om forskning, der blev offentliggjort i 2010, til en gruppe af langlivede dyr, han kaldte Methusalehs zoologiske have, efter at den bibelske patriark sagde at have levet i 969 år. Austad hævdede, at lavtemperaturmiljøerne for holdbarhedsrekordholdere som Ming clam, Grønlandske hajer og buehvaler er ikke tilfældige.
“De fleste dyr, der lever usædvanligt lang tid, har en lav kropstemperatur eller lever i et miljø med lave temperaturer,” siger han. Austad påpeger den vigtige kropslige processer som produktion af reaktive iltarter, DNA-reparation og gentranskription er langsommere i kulden.
At være særlig Austad var især interesseret i processer, der kunne informere menneskelig levetid, og lægger særlig vægt på nøgne muldvarprotter og små brune flagermus, to pattedyr, der overlever mennesker i forhold til kropsmasse. Han konkluderede, at ophobning af skader på celler som et resultat af produktionen af frie radikaler spiller en rolle i aldring, men en, der i mange tilfælde er relativt lille, og som varierer i betydning mellem arter.
Udviklingen af hurtige, billige DNA-sekventeringsteknologier i de senere år har givet forskere vigtige spor om genernes rolle i regulering af levetid i en række arter. For eksempel er en mutation i et gen kaldet daf-2 kendt for at lade nematodeorme leve fordoblet, men stadigvæk sunde levetider. Dværgmus med muterede versioner af gener, der undergraver produktionen af væksthormon, hormonet prolactin og skjoldbruskkirtelstimulerende hormon, lever cirka 40% længere end kontroldyr.
I en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2013, Magalhães og kollega Yang Li sammenlignede genomerne af par af lignende pattedyr med både signifikant forskellige maksimale levetider og lignende levetider. De fandt ud af, at gener involveret som reaktion på DNA-beskadigelse og genanvendelse af proteiner fra celler havde udviklet sig hurtigere i længerelevende arter.
Hvad forklarer overraskende lave kræftfrekvenser hos store, langlivede dyr som elefanter og hvaler?
I 2015 fortsatte han med at lede en gruppe, der sekventerede bughvalens genom og afslørede artsspecifikke mutationer i gener knyttet til DNA-skadesrespons , regulering af cellecyklusser og kontrol med kræft.
“Vi ved ikke med det faktum, at det er proteinerne, der er involveret i artsforskelle i aldring, men disse undersøgelser tilbyder spor, vi kan tage videre og test videre, “siger Magalhães. Han er i øjeblikket involveret i et internationalt samarbejde, der sekventerer capuchinaber, der kan leve over 50 år på trods af dens relativt lille størrelse.
Magalhães og andre, der samler denne voksende database over de genetiske determinanter for lang levetid ser et mønster i de forbedrede DNA-reparationsegenskaber hos langlivede dyr.For eksempel har sekventering løst et biologisk mysterium, der har forundret forskere siden 1970’erne; hvad forklarer de overraskende lave kræftfrekvenser hos store, langlivede dyr som elefanter og hvaler?
I 2015 beregnede et hold ledet af Joshua Schiffman fra University of Utah, at færre end 5% af fangne elefanter dør af kræft sammenlignet med en kræftdødelighed på 11-25% hos mennesker. Da de kiggede på data fra sekventeringsundersøgelser, fandt de, at den afrikanske elefant har 40 kopier af genet, der koder for p53 – et protein, der spiller en vigtig rolle mod cancer, ved enten at forhindre celler med beskadiget DNA i at dele sig, indtil reparationer er udført eller udløse dem til at begå selvmord. Asiatiske elefanter har 30 til 40 eksemplarer. Både mennesker og rock hyrax, elefanter “nærmeste levende slægtning, har kun to kopier af genet.
Yderligere tests viste, at elefanter ikke var bedre til at fikse brudt DNA. Schiffman konkluderede, at deres forbedrede forsvar mod kræft er nede på være bedre til at dræbe celler med potentialet til at blive kræft, før de kan danne tumorer.
At være langvarig er en del af det, der gør os mennesker, alligevel vi forstår ikke, hvorfor vi har den kapacitet
“Min hypotese er, at det ikke er DNA-reparationskapacitet i sig selv, der er anderledes, snarere det” s hvordan celler reagerer på DNA-beskadigelse, ”siger Magalhães. “Den samme mængde DNA-beskadigelse vil dræbe en elefantcelle eller stoppe den med at sprede sig, men ikke nødvendigvis en musecelle.”
“Det ville have ringe evolutionær mening for kortlivede dyr at spilde værdifuld energi at forsvare sig mod sygdomme, der tager mange år at udvikle sig, ”siger Austad. “Det ville være som at lægge et $ 1.000 ansigt på et billigt ur.”
Forskere, der bruger komparativ biologi til at forstå aldring, har nu adgang til genomerne i snesevis af pattedyr. Da dette stiger til hundreder, vil de være bedre i stand til at identificere genetiske spor til drivkræfterne for lang levetid.
“At være langvarig er en del af det, der gør os mennesker, men alligevel forstår vi ikke, hvorfor vi har denne kapacitet, “siger Magalhães.” Sekventering af flere arter hjælper os med at finde ud af og besvare mange andre fascinerende spørgsmål. “
Magalhães mener også, at en bedre forståelse af, hvordan langlivede arter afværger sygdom kan hjælpe mennesker yderligere med at udvide vores allerede generøse levetid. “Kan vi lære af den nøgne muldvarp og buehval for at hjælpe os med at modstå kræft?” siger han. “Jeg tror, vi kan. Men der er stadig meget arbejde at gøre.