De color beige sucio con manchas que parecen manchas de color marrón grisáceo, la almeja Ming no era mucho para mirar. Al menos obtuvo un nombre, que es más de lo que se puede decir de la mayoría de los moluscos. Estimado en 507 años cuando los científicos lo sacaron del lecho marino islandés (y lo mataron) en 2006, el quahog oceánico fue el animal más antiguo conocido que jamás haya existido.
En agosto de 2016, los investigadores calcularon cinco El tiburón de Groenlandia hembra de un metro de largo había vivido durante 392 años, lo que lo convirtió en el vertebrado más longevo. El registro de vida útil de los mamíferos pertenece a una ballena de Groenlandia, que se cree que alcanzó la gran edad de 211.
Quizás sea porque los humanos se han vuelto tan dominantes en otros aspectos que nos fascinan las especies que nos sobreviven. Para los biólogos, los ejemplos de longevidad extrema plantean preguntas fundamentales sobre por qué los organismos envejecen y mueren. Y dado que lo hacen, ¿por qué los individuos de algunas especies pueden vivir cientos de años mientras que otros tienen meses, semanas o incluso solo días?
Los seres humanos tienen una vida relativamente larga. Algunos investigadores esperan que obtener un mayor conocimiento de lo que impulsa la longevidad en el reino animal ofrezca la oportunidad, no solo de comprender mejor esas especies, sino también la nuestra. Otros van más allá, creyendo que es la clave para vidas humanas más largas y saludables.
El descubrimiento de la extraordinaria edad de Ming en 2013 llevó a la especulación inmediata de que el secreto de su larga vida radicaba en su muy bajo nivel de oxígeno.
De hecho, una de las ideas más arraigadas sobre la vida útil de los animales es que está estrechamente relacionada con la tasa metabólica, o la velocidad de las reacciones químicas que descomponen los alimentos en energía y producen compuestos que necesitan las células. . La idea de que los animales sufren daños acumulativos y mueren antes cuando trabajan más duro como las máquinas funcionan a plena capacidad probablemente se remonta a la Revolución Industrial.
¿Por qué ¿Los individuos de algunas especies viven cientos de años mientras que otros obtienen meses, semanas o incluso solo días?
A principios del siglo XX, el fisiólogo alemán Max Rubner comparó tasas de metabolismo energético y esperanza de vida en cobayas, gatos, perros, vacas, caballos y seres humanos. Los animales mayores tenían tasas metabólicas más bajas por gramo de tejido y que vivían más tiempo, lo que lo llevó a concluir que consumir energía más rápidamente acortaba la vida.
El biólogo estadounidense Raymond Pearl desarrolló la idea luego de su investigación sobre los efectos de el hambre, el cambio de temperatura y la herencia en la vida útil de las moscas de la fruta y las plántulas de melón cantalupo. «En general, la duración de la vida varía inversamente a la tasa de gasto energético durante la vida», escribió en su libro de 1928 The Rate of Living.
En 1954, Denham Harman, de la Universidad de California, Berkeley, proporcionó un mecanismo para apoyar lo que se conoció como la teoría de la tasa de vida. Propuso que el envejecimiento sea el resultado de una acumulación de daño causado a las células por los radicales libres. Generadas durante el metabolismo, estas son moléculas altamente reactivas que pueden dañar la maquinaria celular al robar electrones.
Sin embargo, si bien es cierto que las especies más grandes de mamíferos tienen tasas metabólicas más lentas y viven más tiempo, la teoría de la tasa de vida ha en gran parte ha sido abandonado. Por un lado, los investigadores han señalado que muchas aves y murciélagos viven mucho más de lo que deberían para sus tasas metabólicas. Los marsupiales tienen una esperanza de vida más corta que los mamíferos placentarios a pesar de tener tasas metabólicas más bajas.
John Speakman de la Universidad de Aberdeen en el Reino Unido es uno de los que han destacado que, solo porque los animales con tasas metabólicas más lentas tienen una esperanza de vida más larga, sí No significa que lo primero cause lo segundo.
«Toda la evidencia que se ha utilizado para respaldar la teoría de la tasa de vida tiene un defecto fundamental», dice Speakman. «Es decir, proviene de estudios que compararon animales con diferentes tamaños corporales».
Para los mamíferos, una vez que se elimina la influencia del tamaño corporal, «s aquellos con tasas metabólicas más altas que viven más tiempo
En 2005, Speakman utilizó un ingenioso truco estadístico para eliminar la influencia de la masa corporal de la ecuación, en un estudio de datos de 239 especies de mamíferos y 164 especies de aves. Para cada animal con una tasa metabólica superior a la esperada para su tamaño corporal, examinó si tenía una esperanza de vida correspondientemente inferior a la esperada para su tamaño corporal, y viceversa. «Tanto para los mamíferos como para las aves, una vez que se eliminó la masa corporal, la relación entre la tasa metabólica y la esperanza de vida fue cero», dice Speakman.
Sin embargo, este cálculo, como el trabajo anterior que respalda la tasa de teoría viva, utilizó las tasas metabólicas en reposo de los animales, cuando no digieren los alimentos ni regulan la temperatura corporal.Los investigadores han utilizado tradicionalmente estas tasas simplemente porque hay más datos disponibles para los animales en este estado. Sin embargo, muchos animales pasan solo una minoría de su tiempo a una tasa de reposo del metabolismo, y la proporción de tiempo que las diferentes especies dedican varía ampliamente.
Para solucionar este problema, Speakman comparó el gasto energético diario y vida útil máxima de las 48 especies de mamíferos y 44 especies de aves para las que pudo encontrar datos para ambas, y luego utilizó el mismo dispositivo estadístico que utilizó en el estudio más amplio para eliminar el efecto del tamaño corporal.
«Resulta que hay una relación, pero es lo contrario de lo que predice la teoría de la tasa de vida», dice Speakman. «Para los mamíferos, una vez que elimina la influencia del tamaño corporal, son aquellos con mayor tasas metabólicas que viven más tiempo «. Los resultados para las aves no alcanzaron significación estadística.
De hecho, la idea de que cuanto más oxígeno consume un animal, mayor es la producción de radicales libres que causan daño y, por lo tanto, más rápido es el envejecimiento. anticuado. Eso es gracias a estudios más detallados de las mitocondrias, las partes de las células que generan energía.
Cuando las mitocondrias descomponen los químicos dentro de los alimentos, los protones son empujados a través de sus membranas internas, creando una diferencia en el potencial eléctrico a través de ellos. Cuando los protones se liberan a través de la membrana, esta diferencia de potencial se usa para crear trifosfato de adenosina (ATP), una molécula que almacena energía.
Originalmente se pensó que la producción de radicales libres es alta cuando la diferencia eléctrica a través de la membrana mitocondrial era alto, lo que significa que cuanto mayor es la tasa de metabolismo, mayor es la producción de moléculas altamente reactivas que causan daño celular y envejecimiento.
Los animales más pequeños tienen más depredadores y tienen que crecer más rápido, así como reproducirse antes
De hecho, este modelo no tiene en cuenta la presencia de «desacoplamiento proteínas «en la membrana interna de la mitocondria. Con funciones que incluyen la generación de calor, estas proteínas desacopladoras activan el flujo de protones a través de la membrana para reducir la diferencia de potencial a través de ella cuando es alta.
«La idea tradicional de que, a medida que aumenta su metabolismo, se fija El porcentaje del oxígeno que consumes se disparará para producir radicales libres, fundamentalmente en desacuerdo con lo que sabemos sobre la forma en que funcionan las mitocondrias «, dice Speakman. «En todo caso, esperaríamos que a medida que aumenta el metabolismo y aumenta el desacoplamiento … el daño de los radicales libres disminuirá».
Debido a que una menor producción de radicales libres se asocia con una mayor esperanza de vida, esto se denominó el «desacoplamiento de sobrevivir «hipótesis. Cuando Speakman lo probó en 2004, descubrió que los ratones en el cuartil superior para la intensidad metabólica consumían más oxígeno y vivían un 36% más que los ratones en el cuartil inferior, lo que respalda la idea del desacoplamiento para sobrevivir.
Una idea más sencilla determinante de cuánto tiempo viven las especies animales es su tamaño. En un estudio publicado en 2007, João Pedro Magalhães, de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, trazó la masa corporal frente a la vida útil máxima conocida de más de 1400 especies de mamíferos, aves, anfibios y reptiles.
A través de estos cuatro grupos, Magalhães descubrió que el 63% de la variación en la esperanza de vida se debía a la masa corporal. Solo para los mamíferos, fue del 66%. Los murciélagos son algo atípico, ya que viven mucho más tiempo de lo que deberían para su tamaño, por lo que reelaboró el cálculo sin ellos, y esta vez descubrió que la masa corporal explicaba el 76% de la variación de la vida útil de los mamíferos. La asociación para aves fue del 70% y para los reptiles fue del 59%. No hubo correlación para los anfibios.
Magalhães y otros que han estudiado el impacto del tamaño en cuánto tiempo viven los animales dicen que se reduce a factores evolutivos y ecológicos combinados.
«Tamaño corporal es un determinante de las oportunidades ecológicas ”, dice Magalhães. «Los animales más pequeños tienen más depredadores y tienen que crecer más rápido, así como reproducirse antes, si quieren transmitir sus genes. Los animales más grandes, como elefantes y ballenas, tienen menos probabilidades de ser devorados por depredadores y carecen de la presión evolutiva madurar y reproducirse a una edad temprana. «
Las zarigüeyas de la isla vivieron en promedio cuatro meses y medio, o el 23%, más de sus primos continentales
Si el tamaño corporal afecta la vida útil a través de la probabilidad de ser comido, se deduce que diferentes poblaciones de la misma especie podrían vivir durante períodos más largos o más cortos en diferentes entornos.
Steven Austad, un periodista convertido en domador de leones convertido en biólogo, se propuso probar esta idea en un estudio de zarigüeyas adultas a finales de la década de 1980. Cogió y colocó collares de radio en 34 en la isla de Sapelo, Georgia, EE. UU., Y en otros 37 en el continente cerca de Aitken, Carolina del Sur, EE. UU.La segunda de estas poblaciones es cazada por perros salvajes y gatos monteses (Lynx rufus), mientras que la población de la isla no. Las zarigüeyas de las islas en general están bajo menos presión de los depredadores y están genéticamente aisladas.
Austad descubrió que las zarigüeyas de las islas vivían en promedio cuatro meses y medio, o un 23%, más que sus primos continentales. También tenían camadas significativamente más pequeñas, comenzaron a reproducirse un poco más tarde y pudieron reproducirse por más tiempo. Las pruebas mostraron que el colágeno en las fibras del tendón de la cola envejecía más rápidamente en las zarigüeyas del continente.
Austad consideró los posibles impactos de la variación del clima, los patógenos y la dieta, pero concluyó que la esperanza de vida más larga de la población de la isla probablemente se redujo a variaciones genéticas resultantes de diferentes presiones de selección.
Hay otros factores que a primera vista pueden parecer tener un impacto en la vida útil de las especies, pero de hecho resultan ser solo una función del tamaño corporal y las oportunidades ecológicas . Se ha demostrado que el tamaño del cerebro, por ejemplo, se correlaciona con la esperanza de vida máxima de las especies, especialmente en primates, al igual que el tamaño del globo ocular. «Si tiene algo que cambia con el tamaño del cuerpo, parecerá que está relacionado con la esperanza de vida, simplemente porque existe una relación entre el tamaño del cuerpo y la esperanza de vida», dice Speakman.
Si bien existe una prevalencia El consenso científico sobre la importancia del tamaño corporal en la esperanza de vida a través de la probabilidad de que otros animales los maten, esto aún deja preguntas vitales sin respuesta.
«Depende del nivel en el que haga la pregunta», dice Speakman. «La explicación evolutiva tiene que ver con el riesgo de mortalidad extrínseca. La pregunta entonces es ¿cuáles son los mecanismos reales que protegen el cuerpo?»
Una mutación en un Se sabe que el gen llamado daf-2 permite que los gusanos nematodos vivan el doble, pero aún así, tengan una esperanza de vida saludable
En su búsqueda de respuestas a esta pregunta, Austad se convirtió en investigación publicada en 2010, a un grupo de animales longevos que llamó Zoológico de Methusaleh, después de que el patriarca bíblico dijo haber vivido durante 969 años. Austad argumentó que los ambientes de baja temperatura de los poseedores de récords de longevidad como Ming la almeja, Los tiburones de Groenlandia y las ballenas de Groenlandia no son una coincidencia.
«La mayoría de los animales que viven un tiempo excepcionalmente largo tienen una temperatura corporal baja o viven en un ambiente de baja temperatura», dice. Austad señala esa clave corporal procesos como la producción de especies reactivas de oxígeno, la reparación del ADN y la transcripción de genes son más lentos en el frío.
Estar espe Especialmente interesado en los procesos que podrían informar la extensión de la vida humana, Austad también prestó especial atención a las ratas topo desnudas y los pequeños murciélagos marrones, dos mamíferos que sobreviven a los humanos en relación con la masa corporal. Concluyó que la acumulación de daño en las células como resultado de la producción de radicales libres sí juega un papel en el envejecimiento, pero es relativamente menor en muchos casos y que varía en importancia entre especies.
El desarrollo de tecnologías de secuenciación de ADN rápidas y baratas en los últimos años ha ofrecido a los científicos pistas importantes sobre el papel de los genes en la regulación de la longevidad en una variedad de especies. Por ejemplo, se sabe que una mutación en un gen llamado daf-2 permite que los gusanos nematodos vivan el doble pero aún así tengan una vida útil saludable. Los ratones enanos con versiones mutadas de genes que socavan la producción de la hormona del crecimiento, la hormona prolactina y la hormona estimulante de la tiroides, viven aproximadamente un 40% más que los animales de control.
En un estudio publicado en 2013, Magalhães y su colega Yang Li comparó los genomas de pares de mamíferos similares con períodos de vida máximos significativamente diferentes y períodos de vida similares. Descubrieron que los genes implicados en la respuesta al daño del ADN y el reciclaje de proteínas por parte de las células habían evolucionado más rápidamente en especies de vida más larga.
¿Qué explica sorprendentemente bajas tasas de cáncer en animales grandes y longevos como elefantes y ballenas?
En 2015, pasó a liderar un grupo que secuenció el genoma de la ballena de Groenlandia, revelando mutaciones específicas de especies en genes relacionados con la respuesta al daño del ADN. , la regulación de los ciclos celulares y el control del cáncer.
«No sabemos con certeza si estas son las proteínas involucradas en las diferencias de especies en el envejecimiento, pero estos estudios ofrecen pistas que podemos seguir adelante y prueba más «, dice Magalhães. Actualmente está involucrado en una colaboración internacional que está secuenciando el mono capuchino, que puede vivir más allá de los 50 años, a pesar de su tamaño relativamente pequeño.
Magalhães y otros recolectan este creciente La base de datos de los determinantes genéticos de la longevidad está observando un patrón en las capacidades mejoradas de reparación del ADN de los animales longevos.Por ejemplo, la secuenciación ha resuelto un misterio biológico que ha desconcertado a los científicos desde la década de 1970; ¿Qué explica las tasas sorprendentemente bajas de cáncer en animales grandes y longevos como elefantes y ballenas?
En 2015, un equipo dirigido por Joshua Schiffman, de la Universidad de Utah, calculó que menos del 5% de los elefantes en cautiverio mueren de cáncer, en comparación con una tasa de mortalidad por cáncer del 11-25% en humanos. Cuando analizaron los datos de los estudios de secuenciación, encontraron que el elefante africano tiene 40 copias del gen que codifica p53, una proteína que desempeña un papel clave contra el cáncer, ya sea evitando que las células con ADN dañado se dividan hasta que se hayan realizado las reparaciones. o provocar que se suiciden. Los elefantes asiáticos tienen de 30 a 40 ejemplares. Tanto los humanos como la roca hyrax, el «pariente vivo más cercano de los elefantes, tienen solo dos copias del gen.
Otras pruebas mostraron que los elefantes no eran mejores para reparar el ADN roto. Schiffman concluyó que sus defensas mejoradas contra el cáncer se deben a ser mejores para matar células con el potencial de volverse cancerosas, antes de que puedan formar tumores.
Ser longevos es parte de lo que nos hace humanos, pero no entendemos por qué tenemos esa capacidad
«Mi hipótesis es que» no es la capacidad de reparación del ADN per se lo que es diferente, sino » Es la forma en que las células responden al daño del ADN «, dice Magalhães. «La misma cantidad de daño en el ADN matará una célula de elefante o detendrá su proliferación, pero no necesariamente una célula de ratón».
«No tendría mucho sentido evolutivo que los animales de vida corta desperdicien energía valiosa defendiéndose de enfermedades que tardan muchos años en desarrollarse ”, dice Austad. «Sería como poner una esfera de mil dólares en un reloj barato».
Los científicos que utilizan la biología comparativa para comprender el envejecimiento ahora tienen acceso a los genomas de docenas de mamíferos. A medida que aumente a cientos, podrán identificar mejor las pistas genéticas que impulsan la longevidad.
«Ser longevos es parte de lo que nos hace humanos, pero no entendemos por qué tenemos esa capacidad «, dice Magalhães.» La secuenciación de más especies nos ayudará a averiguarlo y a responder a muchas otras preguntas fascinantes «.
Magalhães también cree que una mejor comprensión de cómo las especies longevas pueden defenderse de las enfermedades ayudar a los humanos a extender aún más nuestra ya generosa esperanza de vida. «¿Podemos aprender lecciones de personas como la rata topo desnuda y la ballena de Groenlandia para ayudarnos a resistir el cáncer, por ejemplo?», dice. «Creo que podemos. Pero todavía hay mucho trabajo por hacer «.