Schmutziges Beige mit graubraunen fleckenartigen Flecken, Ming die Muschel war nicht viel zu tun ansehen. Es hat zumindest einen Namen bekommen, was mehr ist, als man für die meisten Weichtiere sagen kann. Der Ozeanquahog wurde auf 507 Jahre geschätzt, als Wissenschaftler ihn 2006 vom isländischen Meeresboden pflückten (und töteten). Er war das älteste bekannte Tier, das jemals gelebt hat.
Im August 2016 schätzten die Forscher fünf- Der meterlange weibliche Grönlandhai hatte 392 Jahre gelebt und war damit das am längsten lebende Wirbeltier. Die Lebenserwartung von Säugetieren gehört einem Grönlandwal, von dem angenommen wird, dass er das hohe Alter von 211 Jahren erreicht hat.
Vielleicht liegt es daran, dass Menschen in anderer Hinsicht so dominant geworden sind, dass wir von Arten fasziniert sind, die uns überleben. Für Biologen werfen Beispiele extremer Langlebigkeit grundlegende Fragen auf, warum Organismen altern und sterben. Und warum können Individuen einiger Arten Hunderte von Jahren leben, während andere Monate, Wochen oder sogar nur Tage bekommen?
Menschen sind relativ langlebig. Einige Forscher hoffen, dass ein besseres Wissen darüber, was die Langlebigkeit im Tierreich antreibt, die Chance bietet, nicht nur diese Arten besser zu verstehen, sondern auch unsere eigenen. Andere gehen noch weiter und glauben, dass dies der Schlüssel zu einem längeren und gesünderen menschlichen Leben ist.
Die Entdeckung von Mings außergewöhnlichem Alter im Jahr 2013 führte zu sofortigen Spekulationen, dass das Geheimnis seines langen Lebens in seinem sehr niedrigen Sauerstoffgehalt liegt Verbrauch.
In der Tat ist eine der am tiefsten verwurzelten Vorstellungen über die Lebensdauer von Tieren, dass sie eng mit der Stoffwechselrate zusammenhängt – oder der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die Lebensmittel in Energie zerlegen und Verbindungen produzieren, die von Zellen benötigt werden Die Vorstellung, dass Tiere kumulativen Schaden erleiden und früher sterben, wenn sie härter arbeiten, als wenn Maschinen mit voller Kapazität laufen, geht wahrscheinlich auf die industrielle Revolution zurück.
Warum können Individuen einiger Arten leben Hunderte von Jahren, während andere Monate, Wochen oder sogar Tage bekommen?
Im frühen 20. Jahrhundert verglich der deutsche Physiologe Max Rubner Raten des Energiestoffwechsels und der Lebensdauer bei Meerschweinchen, Katzen, Hunden, Kühen, Pferden und Menschen. Er fand heraus, dass l Arger-Tiere hatten niedrigere Stoffwechselraten pro Gramm Gewebe und lebten länger, was ihn zu dem Schluss führte, dass der Verbrauch von Energie das Leben verkürzte.
Der amerikanische Biologe Raymond Pearl entwickelte die Idee nach seinen Forschungen zu den Auswirkungen von Hunger, Temperaturänderung und Vererbung der Lebensdauer von Fruchtfliegen und Melonensämlingen. „Im Allgemeinen variiert die Lebensdauer umgekehrt wie der Energieverbrauch während des Lebens“, schrieb er 1928 in seinem Buch The Rate of Living.
1954 Denham Harman an der University of California, Berkeley, lieferte einen Mechanismus zur Unterstützung der sogenannten Lebensgeschwindigkeitstheorie. Er schlug vor, dass das Altern das Ergebnis einer Anhäufung von Schäden ist, die durch freie Radikale an den Zellen verursacht werden. Während des Stoffwechsels erzeugt, sind dies hochreaktive Moleküle, die die Zellmaschinerie durch den Diebstahl von Elektronen schädigen können.
Zwar haben größere Säugetierarten langsamere Stoffwechselraten und leben länger, die Theorie der Lebensrate jedoch weitgehend aufgegeben worden. Zum einen haben Forscher darauf hingewiesen, dass viele Vögel und Fledermäuse aufgrund ihrer Stoffwechselraten viel länger leben, als sie sollten. Beuteltiere haben trotz niedrigerer Stoffwechselraten eine kürzere Lebensdauer als Säugetiere in der Plazenta.
John Speakman von der Universität Aberdeen in Großbritannien gehört zu denjenigen, die dies hervorgehoben haben, nur weil Tiere mit langsameren Stoffwechselraten eine längere Lebensdauer haben Das heißt nicht, dass Ersteres Letzteres verursacht.
„Alle Beweise, die zur Unterstützung der Lebensgeschwindigkeitstheorie verwendet wurden, weisen einen grundlegenden Fehler auf“, sagt Speakman. „Das heißt, es stammt aus Studien, in denen Tiere mit unterschiedlichen Körpergrößen verglichen wurden.“
Wenn Sie bei Säugetieren den Einfluss der Körpergröße herausnehmen, ist dies der Fall „s diejenigen mit höheren Stoffwechselraten, die länger leben
Im Jahr 2005 verwendete Speakman einen cleveren statistischen Trick, um den Einfluss der Körpermasse aus der Gleichung zu entfernen eine Studie mit Daten für 239 Säugetierarten und 164 Vogelarten. Für jedes Tier mit einer über den Erwartungen liegenden Stoffwechselrate für seine Körpergröße untersuchte er, ob es für seine Körpergröße eine entsprechend niedrigere als erwartete Lebensdauer hatte. und umgekehrt: „Sowohl bei Säugetieren als auch bei Vögeln war nach Entfernung der Körpermasse die Beziehung zwischen Stoffwechselrate und Lebensdauer Null“, sagt Speakman.
Diese Berechnung unterstützt jedoch wie frühere Arbeiten die Rate von Lebenstheorie, verwendet die ruhenden Stoffwechselraten von Tieren, wenn sie weder Nahrung verdauen noch die Körpertemperatur regulieren.Forscher haben diese Raten traditionell einfach verwendet, weil mehr Daten für Tiere in diesem Zustand verfügbar sind. Viele Tiere verbringen jedoch nur eine Minderheit ihrer Zeit mit einer Ruhe-Stoffwechselrate, und der Anteil der Zeit, die verschiedene Arten damit verbringen, ist sehr unterschiedlich.
Um dieses Problem zu umgehen, verglich Speakman den täglichen Energieverbrauch und maximale Lebensdauer für die 48 Säugetierarten und 44 Vogelarten, für die er Daten für beide finden konnte, und verwendete dann dasselbe statistische Gerät, das er in der größeren Studie verwendet hatte, um den Effekt der Körpergröße zu entfernen.
„Es stellt sich heraus, dass es eine Beziehung gibt, aber es ist das Gegenteil von dem, was Sie aus der Theorie der Lebensrate vorhersagen“, sagt Speakman. „Bei Säugetieren sind es diejenigen mit einer höheren, wenn Sie den Einfluss der Körpergröße herausnehmen.“ Stoffwechselraten, die länger leben. “ Die Ergebnisse für Vögel erreichten keine statistische Signifikanz.
Tatsächlich ist die Vorstellung, dass je mehr Sauerstoff ein Tier verbraucht, desto mehr freie Radikale produziert werden, die Schäden verursachen, und daher die Alterung jetzt schneller veraltet. Dies ist auf detailliertere Untersuchungen der Mitochondrien zurückzuführen, der Teile von Zellen, die Energie erzeugen.
Wenn Mitochondrien Chemikalien in Lebensmitteln abbauen, werden Protonen über ihre inneren Membranen gedrückt, wodurch sich das elektrische Potential zwischen ihnen unterscheidet. Wenn die Protonen wieder über die Membran freigesetzt werden, wird diese Potentialdifferenz verwendet, um Adenosintriphosphat (ATP) zu erzeugen, ein Molekül, das Energie speichert.
Es wurde ursprünglich angenommen, dass die Produktion freier Radikale hoch ist, wenn die elektrische Differenz groß ist über die Mitochondrienmembran war hoch – was bedeutet, dass je höher die Stoffwechselrate ist, desto mehr hochreaktive Moleküle produziert werden, die Zellschäden und Alterung verursachen.
Kleinere Tiere haben mehr Raubtiere und müssen schneller wachsen und sich schneller vermehren.
Tatsächlich berücksichtigt dieses Modell das Vorhandensein einer „Entkopplung“ nicht Proteine „in der inneren Membran der Mitochondrien. Mit Funktionen wie der Wärmeerzeugung lösen diese Entkopplungsproteine den Protonenfluss durch die Membran aus, um die Potentialdifferenz zu verringern, wenn sie hoch ist.
„Die traditionelle Idee, dass, wenn Sie Ihren Stoffwechsel steigern, eine feste Der Prozentsatz des Sauerstoffs, den Sie verbrauchen, wird freigesetzt, um freie Radikale zu produzieren. Dies steht im Widerspruch zu dem, was wir über die Funktionsweise der Mitochondrien wissen „, sagt Speakman. „Wenn überhaupt, würden wir erwarten, dass mit steigendem Stoffwechsel und steigender Entkopplung die Schädigung durch freie Radikale sinkt.“
Da eine geringere Produktion freier Radikale mit einer längeren Lebensdauer verbunden ist, wurde dies als „Entkopplung an“ bezeichnet überleben „Hypothese. Als Speakman es 2004 testete, stellte er fest, dass Mäuse im oberen Quartil hinsichtlich der Stoffwechselintensität mehr Sauerstoff verbrauchten und 36% länger lebten als Mäuse im unteren Quartil – was die Entkopplung unterstützt, um die Idee zu überleben.
Eine einfachere Ausschlaggebend dafür, wie lange Tierarten leben, ist ihre Größe. In einer 2007 veröffentlichten Studie hat João Pedro Magalhães von der Universität Liverpool in Großbritannien die Körpermasse gegen die maximal bekannte Lebensdauer von mehr als 1.400 Arten von Säugetieren, Vögeln, Amphibien und Reptilien aufgetragen.
Über diese vier In Gruppen stellte Magalhães fest, dass 63% der Schwankungen der Lebensdauer auf die Körpermasse zurückzuführen waren. Nur für Säugetiere waren es 66%. Fledermäuse sind insofern ein Ausreißer, als sie aufgrund ihrer Größe viel länger leben als sie sollten. Deshalb hat er die Berechnung ohne sie überarbeitet und diesmal festgestellt, dass die Körpermasse 76% der Schwankungen der Säugetierlebensdauer erklärt. Die Assoziation für Vögel betrug 70% und für Reptilien 59%. Es gab keine Korrelation für Amphibien.
Magalhães und andere, die den Einfluss der Größe auf die Lebensdauer der Tiere untersucht haben, sagen, dass es auf kombinierte evolutionäre und ökologische Faktoren ankommt.
„Körpergröße ist eine Determinante für ökologische Möglichkeiten „, sagt Magalhães. „Kleinere Tiere haben mehr Raubtiere und müssen schneller wachsen und sich schneller vermehren, wenn sie ihre Gene weitergeben wollen. Größere Tiere wie Elefanten und Wale werden weniger wahrscheinlich von Raubtieren gefressen und haben keinen evolutionären Druck in einem frühen Alter zu reifen und sich zu vermehren. „
Die Inselopossums lebten durchschnittlich viereinhalb Monate oder 23% länger als ihre Cousins auf dem Festland
Wenn die Körpergröße die Lebensdauer über die Wahrscheinlichkeit des Verzehrs beeinflusst, können verschiedene Populationen derselben Art länger oder kürzer leben verschiedene Umgebungen.
Steven Austad, ein Journalist, der zum Löwenbändiger und Biologen wurde, machte sich daran, diese Idee Ende der 1980er Jahre in einer Studie über erwachsene weibliche Opossums zu testen. Er fing und befestigte Funkhalsbänder an 34 auf Sapelo Island, Georgia, USA, und an weiteren 37 auf dem Festland in der Nähe von Aitken, South Carolina, USA.Die zweite dieser Populationen wird von Wildhunden und Bobcats (Lynx rufus) gejagt, die Bevölkerung auf der Insel hingegen nicht. Die Inselopossums stehen im Allgemeinen weniger unter dem Druck von Raubtieren und sind genetisch isoliert.
Austad stellte fest, dass die Inseloposums durchschnittlich viereinhalb Monate oder 23% länger lebten als ihre Cousins auf dem Festland. Sie hatten auch deutlich kleinere Würfe, begannen wenig später mit der Fortpflanzung und konnten sich länger fortpflanzen. Tests zeigten, dass Kollagen in Schwanzsehnenfasern in den Opossums auf dem Festland schneller gealtert ist.
Austad berücksichtigte die möglichen Auswirkungen von Variationen von Klima, Krankheitserregern und Ernährung, kam jedoch zu dem Schluss, dass die längere Lebensdauer der Inselbevölkerung höchstwahrscheinlich geringer war zu genetischen Variationen, die sich aus unterschiedlichen Selektionsdrücken ergeben.
Es gibt andere Faktoren, die auf den ersten Blick einen Einfluss auf die Lebensdauer der Arten zu haben scheinen, sich jedoch tatsächlich nur als Funktion der Körpergröße und der ökologischen Möglichkeiten herausstellen . Beispielsweise wurde gezeigt, dass die Gehirngröße mit der maximalen Artenlebensdauer, insbesondere bei Primaten, korreliert, ebenso wie die Augapfelgröße. „Wenn Sie etwas haben, das sich mit der Körpergröße ändert, sieht es so aus, als ob es mit der Lebensdauer zusammenhängt, einfach weil es einen Zusammenhang zwischen Körpergröße und Lebensdauer gibt“, sagt Speakman.
Während es eine vorherrschende gibt Der wissenschaftliche Konsens über die Bedeutung der Körpergröße für die Lebensspanne über die Wahrscheinlichkeit, von anderen Tieren getötet zu werden, lässt wichtige Fragen offen.
„Dies hängt von der Ebene ab, auf der Sie die Frage stellen“, sagt Speakman. „Die evolutionäre Erklärung hat mit dem extrinsischen Mortalitätsrisiko zu tun. Die Frage ist dann, welche Mechanismen den Körper tatsächlich schützen.“
Eine Mutation in a Es ist bekannt, dass das Gen namens daf-2 es Nematodenwürmern ermöglicht, eine doppelte und dennoch gesunde Lebensdauer zu erreichen.
Auf seiner Suche nach Antworten auf diese Frage wandte sich Austad an 2010 veröffentlichte Forschung an eine Gruppe langlebiger Tiere, die er Methusalehs Zoo nannte, nachdem der biblische Patriarch 969 Jahre gelebt haben soll. Austad argumentierte, dass die Niedertemperaturumgebungen von Langlebigkeitsrekordhaltern wie Ming the clam, Grönlandhaie und Grönlandwale sind kein Zufall.
„Die meisten Tiere, die außergewöhnlich lange leben, haben eine niedrige Körpertemperatur oder leben in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen“, sagt er. Austad weist auf diesen Schlüssel körperlich hin Prozesse wie die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, die DNA-Reparatur und die Gentranskription sind in der Kälte langsamer.
Austad war besonders an Prozessen interessiert, die die Verlängerung der menschlichen Lebensspanne beeinflussen könnten, und widmete sich auch nackten Maulwurfsratten und kleinen braunen Fledermäusen, zwei Säugetieren, die den Menschen im Verhältnis zur Körpermasse überleben. Er kam zu dem Schluss, dass die Anhäufung von Schäden an Zellen infolge der Produktion freier Radikale eine Rolle beim Altern spielt, die jedoch in vielen Fällen relativ gering ist und deren Bedeutung zwischen den Arten variiert.
Die Entwicklung schneller, billiger DNA-Sequenzierungstechnologien in den letzten Jahren hat Wissenschaftlern wichtige Hinweise auf die Rolle von Genen bei der Regulierung der Langlebigkeit bei einer Vielzahl von Arten gegeben. Beispielsweise ist bekannt, dass eine Mutation in einem Gen namens daf-2 es Nematodenwürmern ermöglicht, eine doppelte und dennoch gesunde Lebensdauer zu erreichen. Zwergmäuse mit mutierten Versionen von Genen, die die Produktion von Wachstumshormon, dem Hormon Prolaktin und dem Schilddrüsen-stimulierenden Hormon untergraben, leben etwa 40% länger als Kontrolltiere.
In einer 2013 veröffentlichten Studie haben Magalhães und sein Kollege Yang Li verglich die Genome von Paaren ähnlicher Säugetiere mit signifikant unterschiedlichen maximalen Lebensdauern und ähnlichen Lebensdauern. Sie fanden heraus, dass sich Gene, die an der Reaktion auf DNA-Schäden und dem Recycling von Proteinen durch Zellen beteiligt sind, bei länger lebenden Arten schneller entwickelt haben.
Was erklärt das überraschend niedrige Krebsraten bei großen, langlebigen Tieren wie Elefanten und Walen?
2015 leitete er eine Gruppe, die das Genom des Grönlandwals sequenzierte und speziesspezifische Mutationen in Genen enthüllte, die mit der Reaktion auf DNA-Schäden zusammenhängen , die Regulation von Zellzyklen und die Kontrolle von Krebs.
„Wir wissen nicht, dass dies die Proteine sind, die an Speziesunterschieden beim Altern beteiligt sind, aber diese Studien bieten Hinweise, die wir vorantreiben können und weiter testen „, sagt Magalhães. Derzeit ist er an einer internationalen Zusammenarbeit beteiligt, bei der der Kapuzineraffe sequenziert wird, der trotz seiner relativ geringen Größe über 50 Jahre alt werden kann.
Magalhães und andere sammeln dieses Wachstum Die Datenbank der genetischen Determinanten der Langlebigkeit zeigt ein Muster in den verbesserten DNA-Reparaturfähigkeiten langlebiger Tiere.Zum Beispiel hat die Sequenzierung ein biologisches Rätsel gelöst, das Wissenschaftler seit den 1970er Jahren verwirrt hat. Was erklärt die überraschend niedrige Krebsrate bei großen, langlebigen Tieren wie Elefanten und Walen?
2015 berechnete ein Team unter der Leitung von Joshua Schiffman von der University of Utah, dass weniger als 5% der Krebserkrankungen auftreten In Gefangenschaft lebende Elefanten sterben an Krebs, verglichen mit einer Krebssterblichkeitsrate von 11-25% beim Menschen. Als sie Daten aus Sequenzierungsstudien betrachteten, stellten sie fest, dass der afrikanische Elefant 40 Kopien des Gens besitzt, das für p53 kodiert – ein Protein, das eine wichtige Rolle bei der Krebsbekämpfung spielt, indem es entweder verhindert, dass sich Zellen mit beschädigter DNA teilen, bis Reparaturen durchgeführt wurden. oder sie zum Selbstmord auslösen. Asiatische Elefanten haben 30 bis 40 Exemplare. Sowohl der Mensch als auch der Felsenhyrax, der „engste lebende Verwandte der Elefanten“, haben nur zwei Kopien des Gens.
Weitere Tests zeigten, dass Elefanten gebrochene DNA nicht besser reparieren konnten. Schiffman kam zu dem Schluss, dass ihre verstärkte Abwehr gegen Krebs darauf zurückzuführen ist Zellen besser abtöten zu können, bevor sie Tumore bilden können.
Langlebig zu sein ist ein Teil dessen, was uns noch menschlich macht Wir verstehen nicht, warum wir diese Kapazität haben.
„Meine Hypothese ist, dass nicht die DNA-Reparaturkapazität an sich anders ist, sondern sie.“ So reagieren Zellen auf DNA-Schäden „, sagt Magalhães. „Die gleiche Menge an DNA-Schaden wird eine Elefantenzelle töten oder deren Proliferation stoppen, aber nicht unbedingt eine Mauszelle.“
„Es wäre für kurzlebige Tiere evolutionär wenig sinnvoll, wertvolle Energie zu verschwenden sich gegen Krankheiten zu verteidigen, deren Entwicklung viele Jahre dauert „, sagt Austad. „Es wäre, als würde man eine billige Uhr mit einem Gesicht von 1.000 US-Dollar versehen.“
Wissenschaftler, die vergleichende Biologie verwenden, um das Altern zu verstehen, haben jetzt Zugang zu den Genomen von Dutzenden von Säugetieren. Wenn dies auf Hunderte ansteigt, können sie genetische Hinweise auf die Treiber der Langlebigkeit besser identifizieren.
„Langlebig zu sein ist Teil dessen, was uns menschlich macht, aber wir verstehen nicht, warum wir es haben.“ diese Fähigkeit „, sagt Magalhães.“ Die Sequenzierung weiterer Arten wird uns helfen, dies herauszufinden und viele andere faszinierende Fragen zu beantworten. „
Magalhães glaubt auch, dass ein besseres Verständnis dafür, wie langlebige Arten Krankheiten abwehren können Helfen Sie den Menschen, unsere ohnehin schon großzügige Lebensdauer weiter zu verlängern. „Können wir Lehren aus Leuten wie der nackten Maulwurfsratte und dem Grönlandwal ziehen, um beispielsweise Krebs zu widerstehen?“, sagt er. „Ich denke, wir können. Aber es gibt noch viel zu tun.