Beige sale avec des taches ressemblant à des taches gris-brun, Ming la palourde n’était pas grand-chose à faire Regarder. Il a au moins obtenu un nom, ce qui est plus que ce que l’on peut dire pour la plupart des mollusques. Estimé à 507 ans lorsque les scientifiques l’ont arraché du fond marin islandais (et l’ont tué) en 2006, le quahog océanique était le plus ancien animal connu à avoir jamais vécu.
En août 2016, les chercheurs ont estimé à cinq Le requin du Groenland femelle d’un mètre de long avait vécu pendant 392 ans, ce qui en faisait le vertébré le plus long. Le record de durée de vie des mammifères appartient à une baleine boréale, qui aurait atteint l’âge de 211 ans.
C’est peut-être parce que les humains sont devenus si dominants à d’autres égards que nous sommes fascinés par les espèces qui nous survivent. Pour les biologistes, les exemples de longévité extrême soulèvent des questions fondamentales sur les raisons pour lesquelles les organismes vieillissent et meurent. Et étant donné qu’ils le font, pourquoi les individus de certaines espèces peuvent-ils vivre des centaines d’années alors que d’autres ont des mois, des semaines ou même juste des jours?
Les humains vivent relativement longtemps. Certains chercheurs espèrent qu’acquérir une meilleure connaissance de ce qui motive la longévité dans le règne animal offre la possibilité non seulement de mieux comprendre ces espèces, mais aussi la nôtre. D’autres vont plus loin, croyant que c’est la clé d’une vie humaine plus longue et plus saine.
La découverte de l’âge extraordinaire de Ming en 2013 a conduit à la spéculation immédiate que le secret de sa longue vie résidait dans sa très faible teneur en oxygène
En effet, l’une des idées les plus profondément ancrées sur la durée de vie des animaux est qu’elle est étroitement liée au taux métabolique – ou à la vitesse des réactions chimiques qui décomposent les aliments en énergie et produisent les composés nécessaires aux cellules . L’idée que les animaux subissent des dommages cumulatifs et meurent plus tôt lorsqu’ils travaillent plus dur comme des machines fonctionnant à pleine capacité remonte probablement à la révolution industrielle.
Pourquoi le peut des individus de certaines espèces vivent des centaines d’années tandis que d’autres vivent des mois, des semaines ou même des jours seulement?
Au début du XXe siècle, le physiologiste allemand Max Rubner a comparé taux de métabolisme énergétique et durée de vie chez les cobayes, les chats, les chiens, les vaches, les chevaux et les humains. Les animaux plus grands avaient des taux métaboliques plus faibles par gramme de tissu et qu’ils vivaient plus longtemps, ce qui l’a amené à conclure que l’utilisation d’énergie plus rapide raccourcissait la vie.
Le biologiste américain Raymond Pearl a développé l’idée plus loin suite à ses recherches sur les effets de famine, changement de température et hérédité sur la durée de vie des mouches des fruits et des plantules de melon cantaloup. «En général, la durée de la vie varie inversement au taux de dépense énergétique au cours de la vie», écrivait-il dans son livre de 1928 The Rate of Living.
En 1954, Denham Harman, à l’Université de Californie, Berkeley, fourni un mécanisme pour soutenir ce qui est devenu connu comme le taux de la théorie vivante. Il a proposé que le vieillissement soit le résultat d’une accumulation de dommages causés aux cellules par les radicaux libres. Générées pendant le métabolisme, ce sont des molécules hautement réactives qui peuvent endommager la machinerie cellulaire en volant des électrons.
Cependant, s’il est vrai que les plus grandes espèces de mammifères ont des taux métaboliques plus lents et vivent plus longtemps, le taux de la théorie vivante a largement abandonné. D’une part, les chercheurs ont souligné que de nombreux oiseaux et chauves-souris vivent beaucoup plus longtemps qu’ils ne le devraient pour leur taux métabolique. Les marsupiaux ont une durée de vie plus courte que les mammifères placentaires malgré des taux métaboliques inférieurs.
John Speakman de l’Université d’Aberdeen au Royaume-Uni fait partie de ceux qui ont souligné que, simplement parce que les animaux avec des taux métaboliques plus lents ont une durée de vie plus longue. Cela ne veut pas dire que le premier cause le second.
« Toutes les preuves qui ont été utilisées pour soutenir le taux de la théorie vivante ont un défaut fondamental », dit Speakman. « Autrement dit, cela provient d’études qui ont comparé des animaux de différentes tailles corporelles. »
Pour les mammifères, une fois que vous supprimez l’influence de la taille du corps, il « s ceux avec des taux métaboliques plus élevés qui vivent plus longtemps
En 2005, Speakman a utilisé une astuce statistique intelligente pour supprimer l’influence de la masse corporelle de l’équation, en une étude des données concernant 239 espèces de mammifères et 164 espèces d’oiseaux. Pour chaque animal dont le taux métabolique était plus élevé que prévu pour sa taille corporelle, il a examiné s’il avait une durée de vie proportionnellement plus faible que prévu pour sa taille corporelle, et vice versa. « Pour les mammifères comme pour les oiseaux, une fois la masse corporelle supprimée, la relation entre le taux métabolique et la durée de vie était nulle », explique Speakman.
Cependant, ce calcul, comme les travaux précédents soutenant le taux de théorie vivante, a utilisé les taux métaboliques au repos des animaux, lorsqu’ils ne digèrent pas les aliments ni ne régulent la température corporelle.Les chercheurs ont traditionnellement utilisé ces taux simplement parce que plus de données sont disponibles pour les animaux dans cet état. Cependant, de nombreux animaux ne passent qu’une minorité de leur temps à un taux de métabolisme au repos, et la proportion de temps que les différentes espèces y passent varie considérablement.
Pour contourner ce problème, Speakman a comparé les dépenses énergétiques quotidiennes et durée de vie maximale pour les 48 espèces de mammifères et 44 espèces d’oiseaux pour lesquelles il a pu trouver des données pour les deux, puis a utilisé le même dispositif statistique qu’il a utilisé dans l’étude plus large pour supprimer l’effet de la taille corporelle.
«Il s’avère qu’il existe une relation, mais c’est le contraire de ce que vous prédisez à partir du taux de la théorie vivante», dit Speakman. «Pour les mammifères, une fois que vous supprimez l’influence de la taille du corps, ce sont ceux qui ont le plus taux métaboliques qui vivent plus longtemps. » Les résultats pour les oiseaux n’ont pas atteint une signification statistique.
En fait, l’idée que plus un animal consomme d’oxygène, plus la production de radicaux libres qui causent des dommages est importante, et donc plus le vieillissement est rapide. dépassé. C’est grâce à des études plus détaillées des mitochondries, les parties des cellules qui génèrent de l’énergie.
Lorsque les mitochondries décomposent les produits chimiques dans les aliments, les protons sont poussés à travers leurs membranes internes, créant une différence de potentiel électrique à travers eux. Lorsque les protons sont libérés à travers la membrane, cette différence de potentiel est utilisée pour créer l’adénosine triphosphate (ATP), une molécule qui stocke l’énergie.
On pensait à l’origine que la production de radicaux libres était élevée lorsque la différence électrique à travers la membrane mitochondriale était élevée – ce qui signifie que plus le taux de métabolisme est élevé, plus la production de molécules hautement réactives qui causent des dommages cellulaires et le vieillissement est importante.
Les petits animaux ont plus de prédateurs, et doivent grandir plus vite, ainsi que se reproduire plus tôt
En fait, ce modèle ne tient pas compte de la présence de « découplage protéines « dans la membrane interne des mitochondries. Avec des fonctions comprenant la génération de chaleur, ces protéines de découplage déclenchent le flux de protons à travers la membrane pour réduire la différence de potentiel à travers celle-ci lorsqu’elle est élevée.
« L’idée traditionnelle selon laquelle, lorsque vous augmentez votre métabolisme, un le pourcentage d’oxygène que vous consommez va produire des radicaux libres, est fondamentalement en contradiction avec ce que nous savons sur le fonctionnement des mitochondries », déclare Speakman. «Si quoi que ce soit, nous nous attendrions à ce qu’à mesure que le métabolisme augmente et que le découplage augmente… les dommages causés par les radicaux libres diminuent.»
Parce qu’une production plus faible de radicaux libres est associée à une durée de vie plus longue, cela a été appelé le « survivre « hypothèse. Lorsque Speakman l’a testé en 2004, il a découvert que les souris du quartile supérieur pour l’intensité métabolique consommaient plus d’oxygène et vivaient 36% plus longtemps que les souris du quartile inférieur – soutenant ainsi l’idée de découplage pour survivre.
Un plus simple déterminant de la durée de vie des espèces animales est leur taille. Dans une étude publiée en 2007, João Pedro Magalhães de l’Université de Liverpool au Royaume-Uni, a tracé la masse corporelle par rapport à la durée de vie maximale connue de plus de 1400 espèces de mammifères, d’oiseaux, d’amphibiens et de reptiles.
À travers ces quatre groupes, Magalhães a constaté que 63% de la variation de la durée de vie était due à la masse corporelle. Pour les mammifères seulement, il était de 66%. Les chauves-souris sont quelque peu aberrantes en ce sens qu’elles vivent beaucoup plus longtemps qu’elles ne le devraient pour leur taille, il a donc retravaillé le calcul sans elles, et cette fois, il a trouvé que la masse corporelle expliquait 76% de la variation de la durée de vie des mammifères. L’association pour les oiseaux était de 70% et pour les reptiles de 59%. Il n’y avait pas de corrélation pour les amphibiens.
Magalhães et d’autres qui ont étudié l’impact de la taille sur la durée de vie des animaux disent que cela se résume à des facteurs évolutifs et écologiques combinés.
« Taille corporelle est un déterminant des opportunités écologiques », déclare Magalhães. « Les petits animaux ont plus de prédateurs et doivent grandir plus vite, ainsi que se reproduire plus tôt, s’ils veulent transmettre leurs gènes. Les animaux plus grands, comme les éléphants et les baleines, sont moins susceptibles d’être mangés par les prédateurs et n’ont pas la pression évolutive. à mûrir et à se reproduire à un âge précoce. «
Les opossums insulaires vivaient en moyenne quatre mois et demi, soit 23%, plus longtemps que leurs cousins continentaux
Si la taille corporelle affecte la durée de vie via la probabilité d’être mangée, il s’ensuit que différentes populations de la même espèce pourraient vivre plus ou moins longtemps en des environnements différents.
Steven Austad, journaliste devenu dompteur de lions devenu biologiste, a entrepris de tester cette idée dans une étude sur les opossums femelles adultes à la fin des années 1980. Il a attrapé et attaché des colliers radio à 34 sur l’île Sapelo, en Géorgie, aux États-Unis, et à 37 autres sur le continent près d’Aitken, en Caroline du Sud, aux États-Unis.La deuxième de ces populations est chassée par les chiens sauvages et les lynx roux (Lynx rufus), alors que la population de l’île ne l’est pas. Les opossums insulaires sont généralement moins soumis à la pression des prédateurs et sont génétiquement isolés.
Austad a découvert que les opossums insulaires vivaient en moyenne quatre mois et demi, soit 23%, plus longtemps que leurs cousins continentaux. Ils avaient également des portées beaucoup plus petites, ont commencé à se reproduire un peu plus tard et ont pu se reproduire plus longtemps. Des tests ont montré que le collagène dans les fibres du tendon de la queue vieillissait plus rapidement dans les opossums du continent.
Austad a examiné les effets possibles de la variation du climat, des agents pathogènes et du régime alimentaire, mais a conclu que la durée de vie plus longue de la population de l’île était probablement en baisse aux variations génétiques résultant de pressions de sélection différentes.
Il existe d’autres facteurs qui, à première vue, peuvent sembler avoir un impact sur la durée de vie des espèces, mais qui en fait se révèlent être simplement fonction de la taille corporelle et des opportunités écologiques . Il a été démontré que la taille du cerveau, par exemple, était en corrélation avec la durée de vie maximale des espèces, en particulier chez les primates, tout comme la taille du globe oculaire. « Si vous avez quelque chose qui change avec la taille du corps, il semblera que cela soit lié à la durée de vie, simplement parce qu’il existe une relation entre la taille du corps et la durée de vie », déclare Speakman.
consensus scientifique autour de l’importance de la taille du corps sur la durée de vie via la probabilité d’être tué par d’autres animaux, cela laisse toujours des questions vitales sans réponse.
« Cela dépend du niveau auquel vous posez la question », dit Speakman. « L’explication évolutive est liée au risque de mortalité extrinsèque. La question est alors de savoir quels sont les mécanismes réels qui protègent le corps? »
Une mutation dans un le gène appelé daf-2 est connu pour permettre aux vers nématodes de vivre une durée de vie doublée mais toujours en bonne santé
Dans sa recherche de réponses à cette question, Austad a répondu, en recherche publiée en 2010 sur un groupe d’animaux à longue durée de vie qu’il a appelé le zoo de Methusaleh, du nom du patriarche biblique qui aurait vécu pendant 969 ans. Austad a fait valoir que les environnements à basse température des détenteurs de records de longévité tels que Ming la palourde, Les requins du Groenland et les baleines boréales ne sont pas une coïncidence.
« La plupart des animaux qui vivent exceptionnellement longtemps ont une température corporelle basse ou vivent dans un environnement à basse température », dit-il. Austad souligne cette clé corporelle les processus tels que la production d’espèces réactives de l’oxygène, la réparation de l’ADN et la transcription génique sont plus lents dans le froid.
Être espé Cially intéressé par les processus qui pourraient informer la prolongation de la durée de vie humaine, Austad a également accordé une attention particulière aux rats-taupes nus et aux petites chauves-souris brunes, deux mammifères qui survivent aux humains par rapport à leur masse corporelle. Il a conclu que l’accumulation de dommages aux cellules en raison de la production de radicaux libres joue un rôle dans le vieillissement, mais qui est relativement mineur dans de nombreux cas, et qui varie en importance entre les espèces.
Le développement de technologies de séquençage d’ADN rapides et bon marché ces dernières années a offert aux scientifiques des indices importants sur le rôle des gènes dans la régulation de la longévité chez une variété d’espèces. Par exemple, une mutation dans un gène appelé daf-2 est connue pour permettre aux vers nématodes de vivre deux fois plus longtemps mais encore en bonne santé. Les souris naines avec des versions mutées de gènes qui nuisent à la production d’hormone de croissance, l’hormone prolactine et l’hormone thyréostimulante, vivent environ 40% plus longtemps que les animaux témoins.
Dans une étude publiée en 2013, Magalhães et son collègue Yang Li a comparé les génomes de paires de mammifères similaires avec à la fois des durées de vie maximales significativement différentes et des durées de vie similaires. Ils ont découvert que les gènes impliqués dans la réponse aux dommages à l’ADN et au recyclage des protéines par les cellules avaient évolué plus rapidement chez les espèces à plus longue durée de vie.
Ce qui explique ce phénomène de façon surprenante faibles taux de cancers chez les grands animaux à longue durée de vie comme les éléphants et les baleines?
En 2015, il a dirigé un groupe qui a séquencé le génome de la baleine boréale, révélant des mutations spécifiques à l’espèce dans les gènes liées à la réponse aux dommages à l’ADN , la régulation des cycles cellulaires et le contrôle du cancer.
«Nous ne savons pas avec certitude que ce sont les protéines impliquées dans les différences entre les espèces dans le vieillissement, mais ces études offrent des indices que nous pouvons faire avancer et testez plus loin « , dit Magalhães. Il est actuellement impliqué dans une collaboration internationale qui séquençait le singe capucin, qui peut vivre au-delà de 50 ans, malgré sa taille relativement petite.
Magalhães et d’autres rassemblent cette culture base de données des déterminants génétiques de la longévité observent une tendance dans les capacités améliorées de réparation de l’ADN des animaux à longue durée de vie.Par exemple, le séquençage a résolu un mystère biologique qui intrigue les scientifiques depuis les années 1970; Qu’est-ce qui explique les taux étonnamment bas de cancers chez les grands animaux à longue durée de vie comme les éléphants et les baleines?
En 2015, une équipe dirigée par Joshua Schiffman, de l’Université de l’Utah, a calculé que moins de 5% des les éléphants en captivité meurent de cancers, contre un taux de mortalité par cancer de 11 à 25% chez l’homme. Lorsqu’ils ont examiné les données des études de séquençage, ils ont découvert que l’éléphant d’Afrique avait 40 copies du gène qui code pour la p53 – une protéine qui joue un rôle anticancéreux clé, soit en empêchant les cellules dont l’ADN est endommagé de se diviser jusqu’à ce que les réparations aient été effectuées, ou les incitant à se suicider. Les éléphants d’Asie en ont 30 à 40 exemplaires. Les humains et le hyrax des rochers, le parent vivant le plus proche des éléphants, n’ont que deux copies du gène.
D’autres tests ont montré que les éléphants n’étaient pas meilleurs pour réparer l’ADN cassé. Schiffman a conclu que leurs défenses améliorées contre le cancer sont réduites à être meilleur pour tuer les cellules susceptibles de devenir cancéreuses, avant qu’elles ne puissent former des tumeurs.
La longévité fait partie de ce qui fait de nous des humains, mais nous ne comprenons pas pourquoi nous avons cette capacité
« Mon hypothèse est que » ce n’est pas la capacité de réparation de l’ADN en soi qui est différente, plutôt elle » s la façon dont les cellules réagissent aux dommages à l’ADN », explique Magalhães. « La même quantité de dommages à l’ADN va tuer une cellule d’éléphant ou l’empêcher de proliférer, mais pas nécessairement une cellule de souris. »
« Cela n’aurait pas de sens évolutif pour des animaux de courte durée de gaspiller une énergie précieuse se défendre contre des maladies qui mettent de nombreuses années à se développer », déclare Austad. «Ce serait comme mettre un visage de 1 000 $ sur une montre bon marché.»
Les scientifiques utilisant la biologie comparative pour comprendre le vieillissement ont désormais accès aux génomes de dizaines de mammifères. Au fur et à mesure que ce nombre atteindra des centaines, ils seront mieux en mesure d’identifier les indices génétiques des facteurs de longévité.
« La longévité fait partie de ce qui fait de nous des humains, mais nous ne comprenons pas pourquoi nous avons cette capacité « , déclare Magalhães. » Le séquençage de plus d’espèces nous aidera à le découvrir et à répondre à de nombreuses autres questions fascinantes. «
Magalhães pense également qu’une meilleure compréhension de la façon dont les espèces à long terme repoussent les maladies peut aider les humains à prolonger encore notre espérance de vie déjà généreuse. « Pouvons-nous tirer des leçons du rat-taupe nu et de la baleine boréale pour nous aider à résister au cancer, par exemple? », dit-il. « Je pense que nous pouvons. Mais il « reste encore beaucoup de travail à faire ».