Piszkos bézs, szürke-barna foltszerű foltokkal, A kagyló nem sok megnézi. Legalább kapott egy nevet, ami több, mint a legtöbb puhatestű esetében elmondható. A becslések szerint 507 éves volt, amikor a tudósok 2006-ban kiragadták (és megölték) az izlandi tengerfenékről, az óceáni quahog volt a legrégebbi ismert állat, amely valaha élt.
2016 augusztusában a kutatók öt- méter hosszú nőstény grönlandi cápa 392 évig élt, ezzel a leghosszabb életű gerinces. Az emlősök élettartama egy íjbálnához tartozik, amelyről úgy gondolják, hogy elérte a 211. nagy öregségét.
Talán azért, mert az emberek más szempontból annyira dominánssá váltak, hogy elbűvölnek minket a minket túlélő fajok. A biológusok számára a rendkívüli hosszú élettartam példái alapvető kérdéseket vetnek fel azzal kapcsolatban, hogy az élőlények miért pusztulnak el. És mivel ez megtörténik, miért élhetnek egyes fajok egyedei több száz évig, míg mások hónapokat, heteket vagy akár csak napokat is kaphatnak?
Az emberek viszonylag hosszú életűek. Egyes kutatók remélik, hogy az állatvilágban a hosszú élettartamot megalapozó tudás megszerzése lehetőséget kínál nemcsak arra, hogy jobban megértsük ezeket a fajokat, hanem a sajátjainkat is. Mások tovább mennek, hisz ez a hosszabb, egészségesebb emberi élet kulcsa.
Ming rendkívüli életkorának 2013-as felfedezése azonnali spekulációhoz vezetett, hogy hosszú életének titka nagyon alacsony oxigénben rejlik. fogyasztás.
Valójában az egyik legmélyebben beágyazódott elképzelés az állatok élettartamáról az, hogy szorosan kapcsolódik az anyagcsere sebességéhez – vagy a kémiai reakciók sebességéhez, amelyek energiára bontják az ételt és a sejtek számára szükséges vegyületeket állítanak elő. . Az a felfogás, miszerint az állatok halmozottan károsodnak és hamarabb elpusztulnak, amikor keményebben dolgoznak, mint a teljes kapacitással működő gépek, valószínűleg az ipari forradalomig nyúlik vissza.
Miért Egyes fajok egyedei több száz évig élnek, míg mások hónapokat, heteket vagy akár csak napokat kapnak?
A 20. század elején Max Rubner német fiziológus összehasonlította az energia-anyagcsere és az élettartam mértéke tengerimalacokban, macskákban, kutyákban, tehenekben, lovakban és emberekben. Az arger állatok anyagcseréje alacsonyabb volt grammonként és hosszabb ideig éltek, ami arra a következtetésre jutott, hogy az energia felhasználása gyorsabban lerövidíti az életet.
Raymond Pearl amerikai biológus tovább fejlesztette az ötletet a éhezés, hőmérséklet-változás és öröklődés a gyümölcslégyek és a sárgadinnye dinnye palánták élettartamán. “Általában az élet időtartama fordítottan változik, mint az energiafogyasztás mértéke az élet során” – írta 1928-ban írt The Living of Life című könyvében.
1954-ben Denham Harman, a kaliforniai Berkeley Egyetemen, olyan mechanizmust biztosított, amely támogatta az úgynevezett megélhetési arány elméletét. Azt javasolta, hogy az öregedés a szabad gyökök által a sejtek által okozott károsodás felhalmozódásának eredménye legyen. Az anyagcsere során keletkeznek, ezek rendkívül reaktív molekulák, amelyek károsíthatják a sejtmechanizmust az elektronok ellopásával.
Bár igaz, hogy a nagyobb emlősfajok anyagcseréje lassabb és hosszabb ideig élnek, az életelmélet aránya nagyrészt elhagyták. Egyrészt a kutatók rámutattak arra, hogy sok madár és denevér sokkal tovább él, mint kellene az anyagcseréjük miatt. Az erszényes állatok élettartama rövidebb, mint az alacsonyabb anyagcsere arány.
John Speakman, az Egyesült Királyság Aberdeen Egyetemének egyike azok közül, akik kiemelték, hogy csak azért, mert a lassabb anyagcserével rendelkező állatok élettartama hosszabb, nem azt jelenti, hogy az előbbi okozza az utóbbit.
“Minden bizonyíték, amelyet az élettartam elméletének alátámasztására használtak, alapvető hibát tartalmaz” – mondja Speakman. “Vagyis olyan tanulmányokból származik, amelyek különböző testméretű állatokat hasonlítottak össze.”
Az emlősök esetében, ha egyszer kivesszük a testméret hatását, akkor “Azok, akiknek magasabb az anyagcseréje és hosszabb ideig élnek
2005-ben Speakman okos statisztikai trükköt használt arra, hogy eltávolítsa a testtömeg hatását az egyenletből, 239 emlősfaj és 164 madárfaj adatainak vizsgálata. Minden olyan állat esetében, amelynek testmérete a vártnál nagyobb anyagcserével rendelkezik, megvizsgálta, hogy a testnagysága a vártnál alacsonyabb élettartammal rendelkezik-e, és fordítva. “Mind az emlősök, mind a madarak esetében a testtömeg eltávolítása után az anyagcsere és az élettartam közötti kapcsolat nulla volt” – mondja Speakman.
Ez a számítás azonban, csakúgy, mint a korábbi munka, amely a az élő elmélet az állatok nyugalmi anyagcseréjét használja, amikor azok nem emésztik az ételt, és nem szabályozzák a testhőmérsékletet.A kutatók hagyományosan azért használták ezeket az arányokat, mert több adat áll rendelkezésre az ilyen állapotú állatokról. Számos állat azonban idejének csak kisebb részét tölti az anyagcsere nyugalmi sebességével, és a különböző fajok által ezzel töltött idő aránya nagymértékben változik.
A probléma kiküszöbölése érdekében Speakman összehasonlította a napi energiafelhasználást és maximális élettartama a 48 emlősfajnak és 44 madárfajnak, amelyekre mindkettőre vonatkozóan adatokat talált, majd ugyanazt a statisztikai eszközt használta, amelyet a nagyobb vizsgálatban használt a testméret hatásának megszüntetésére.
“Kiderült, hogy van kapcsolat, de ellentétes azzal, amit az életelmélet arányából jósol” – mondja Speakman. “Az emlősök esetében, ha egyszer kivesszük a testméret hatását, akkor azok, akiknél magasabb anyagcsere-arányok, amelyek tovább élnek. ” A madarakra vonatkozó eredmények nem értek el statisztikai szignifikanciát.
Valójában az a gondolat, hogy minél több oxigént fogyaszt egy állat, annál nagyobb a szabad gyökök termelődése, amelyek kárt okoznak, és ezért minél gyorsabban öregednek. elavult. Ennek köszönhető a mitokondrium részletesebb tanulmányainak, a sejtek energiát generáló részeinek.
Amikor a mitokondrium lebontja az élelmiszerben lévő vegyi anyagokat, a protonok átnyomódnak a belső membránjukon, ami különbséget okoz az elektromos potenciálban. Amikor a protonok visszahúzódnak a membránon, ezt a potenciális különbséget felhasználják az adenozin-trifoszfát (ATP) létrehozására, amely egy energiatároló molekula.
Eredetileg azt gondolták, hogy a szabad gyökök termelése magas, amikor az elektromos különbség a mitokondrium membránon magas volt – ami azt jelenti, hogy minél nagyobb az anyagcsere sebessége, annál nagyobb a rendkívül reaktív molekulák termelődése, amelyek sejtkárosodást és öregedést okoznak.
A kisebb állatok több ragadozóval rendelkeznek, és gyorsabban kell növekedniük, valamint hamarabb szaporodniuk kell
Valójában ez a modell nem veszi figyelembe a “szétkapcsolás” jelenlétét fehérjék “a mitokondrium belső membránjában. A hőtermelést is magában foglaló funkciók révén ezek a szétkapcsolódó fehérjék kiváltják a protonok áramlását a membránon, hogy csökkentse a benne lévő potenciális különbséget, ha az magas.
“Az a hagyományos elképzelés, miszerint az anyagcsere fokozásával fix Az elfogyasztott oxigén százaléka a szabad gyökök előállításához fog menni, alapvetően ellentmond annak, amit a mitokondrium működéséről tudunk “- mondja Speakman. “Ha valami, azt várhatnánk, hogy az anyagcsere és a szétválasztás növekedésével … a szabad gyökök károsodása csökkenne.”
Mivel az alacsonyabb szabadgyökök termelése hosszabb élettartammal jár, ezt nevezték “leválasztásnak a túlélni “hipotézis. Amikor Speakman 2004-ben tesztelte, megállapította, hogy az anyagcsere intenzitása miatt a felső kvartilis egerek több oxigént fogyasztanak, és 36% -kal tovább élnek, mint az alsó kvartilis egerei – támogatva a szétkapcsolást az ötlet túlélése érdekében.
Egyszerűbb az állatfajok élettartamának meghatározója a méretük. Egy 2007-ben megjelent tanulmányban João Pedro Magalhães, az angliai Liverpooli Egyetem testtömegét ábrázolta, több mint 1400 emlős-, madár-, kétéltű- és hüllőfaj maximális ismert élettartamával.
Ezen a négyen át csoportokban Magalhães megállapította, hogy az élettartam változásának 63% -a a testtömegig terjedt. Csak az emlősök esetében ez 66% volt. A denevérek abból a szempontból kiemelkedő jelentőségűek, hogy sokkal hosszabb ideig élnek, mint amennyi a méretükhöz kellene, ezért nélküle dolgozott újra a számításon, és ezúttal azt találta, hogy a testtömeg megmagyarázza az emlősök élettartamának 76% -át. A madarak asszociációja 70%, a hüllők esetében 59%. A kétéltűek esetében nem volt összefüggés.
Magalhães és mások, akik tanulmányozták a méret hatását az állatok élettartamára, azt mondják, hogy ez kombinált evolúciós és ökológiai tényezőkre vezethető vissza.
“Testméret az ökológiai lehetőségek meghatározója “- mondja Magalhães. “A kisebb állatoknak több ragadozója van, és gyorsabban kell növekedniük, valamint hamarabb szaporodniuk kell, ha tovább akarják adni génjeiket. A nagyobb állatokat, mint az elefántokat és a bálnákat, ritkábban eszik meg a ragadozók, és hiányzik az evolúciós nyomás hogy korán érjen és szaporodjon. “
A sziget oposszumjai átlagosan négy és fél hónapot, vagyis 23% -ot éltek tovább, mint szárazföldi unokatestvéreik
Ha a testméret az elfogyasztás valószínűségén keresztül befolyásolja az élettartamot, ebből az következik, hogy ugyanazon faj különböző populációi hosszabb-rövidebb ideig élhetnek Különböző környezetek.
Steven Austad, az oroszlán-szelídítő-biológusból lett újságíró az 1980-as évek végén felnőtt női oposszumok tanulmányában kezdte tesztelni ezt az elképzelést. Rádiógallérokat fogott és csatolt 34-hez a grúziai Sapelo-szigeten, az USA-ban, és további 37-höz a szárazföldön, az amerikai dél-karolinai Aitken közelében.E populációk közül a másodikra vad kutyák és rovarok vadásznak (Lynx rufus), míg a szigeten a populáció nem. A szigeti oposszumokat általában kevésbé ragadozzák a ragadozók, és genetikailag elszigeteltek.
Austad megállapította, hogy a sziget oposszumai átlagosan négy és fél hónapot, vagyis 23% -ot éltek tovább, mint szárazföldi unokatestvéreik. Jelentõsen kisebb almaik is voltak, valamivel késõbb kezdtek szaporodni, és hosszabb ideig képesek voltak szaporodni. A vizsgálatok kimutatták, hogy a farok-ín rostjaiban lévő kollagén gyorsabban öregedett a szárazföldi oposszumokban. az eltérő szelekciós nyomásból eredő genetikai variációkra.
Vannak más tényezők, amelyek első pillantásra úgy tűnhetnek, hogy hatással vannak a fajok élettartamára, de valójában csak a testméret és az ökológiai lehetőségek függvénye . Például az agyméret korrelál a fajok maximális élettartamával, különösen a főemlősöknél, csakúgy, mint a szemgolyó méreténél. “Ha bármi van, ami változik a testmérettel, akkor úgy tűnik, mintha az élettartammal lenne összefüggésben, egyszerűen azért, mert összefüggés van a testméret és az élettartam között” – mondja Speakman.
Bár uralkodóak tudományos konszenzus a testméret fontosságáról az élettartamokon keresztül más állatok megölésének valószínűsége miatt, ez továbbra is megválaszolatlanul hagyja a létfontosságú kérdéseket.
“Ez attól függ, hogy milyen szinten teszed fel a kérdést” – mondja Speakman. “Az evolúciós magyarázat az extrinsic mortalitás kockázatához kapcsolódik. Akkor kérdés, hogy melyek azok a tényleges mechanizmusok, amelyek megvédik a testet?”
Egy mutáció egy a daf-2 nevű génről ismert, hogy a fonálférgek megduplázott, mégis egészséges életet élhetnek
A kérdésre adott válaszok után kutatva Austad megfordult 2010-ben publikált kutatás egy hosszú életű állatcsoportnak, amelyet Methusaleh állatkertjének nevezett, miután a bibliai pátriárka 969 évig élt. Austad azzal érvelt, hogy a hosszú élettartamú rekordok tulajdonosainak alacsony hőmérsékletű környezete, például Ming a kagyló, A grönlandi cápák és az íjbálnák nem véletlenek.
“A kivételesen sokáig élő állatok testtömege alacsony, vagy alacsony hőmérsékletű környezetben él” – mondja. Austad rámutat, hogy a legfontosabb testi az olyan reakciók, mint a reaktív oxigénfajok termelése, a DNS-helyreállítás és a génátírás a hidegen lassabban zajlanak. Különösen az emberi élettartamot meghosszabbító folyamatok iránt érdeklődő Austad különös figyelmet fordított a meztelen vakond patkányokra és a kis barna denevérekre, két emlősre, amelyek a testtömeghez képest túlélik az embereket. Arra a következtetésre jutott, hogy a sejtek károsodásának a szabad gyökök képződéséből eredő felhalmozódása szerepet játszik az öregedésben, de sok esetben viszonylag kicsi, és fajonként eltérő a jelentősége.
A gyors, olcsó DNS-szekvenálási technológiák fejlesztése az elmúlt években fontos tudnivalókat kínált a tudósok számára arról, hogy a gének milyen szerepet játszanak a különféle fajok hosszú élettartamának szabályozásában. Például egy daf-2 nevű gén mutációja ismert, amely lehetővé teszi a fonálférgek megduplázott, de mégis egészséges élettartamát. A növekedési hormon, a prolaktin hormon és a pajzsmirigy-stimuláló hormon termelését aláásó gének mutált változatával rendelkező törpeegerek körülbelül 40% -kal tovább élnek, mint a kontroll állatok.
Egy 2013-ban publikált tanulmányban Magalhães és Yang kolléga Li összehasonlította a hasonló emlősök párjának genomját, szignifikánsan eltérő maximális élettartammal és hasonló élettartammal. Megállapították, hogy a DNS-károsodásra adott válaszban és a fehérjék sejtek általi újrafeldolgozásában szerepet játszó gének gyorsabban fejlődtek a hosszabb életű fajokban.
Mi magyarázza meglepően alacsony daganatos megbetegedések olyan nagy, hosszú életű állatokban, mint az elefántok és a bálnák?
2015-ben egy csoportot vezetett, amely az íj bálna genomját szekvenálta, és felfedte a DNS-károsodáshoz kapcsolódó gének fajspecifikus mutációit , a sejtciklusok szabályozása és a rák elleni védekezés.
“Nem tudjuk pontosan, hogy ezek a fehérjék részt vesznek-e az öregedés faji különbségében, de ezek a tanulmányok nyomokat kínálnak, amelyeket továbbvihetünk és tesztelje tovább “- mondja Magalhães. Jelenleg egy olyan nemzetközi együttműködésben vesz részt, amely szekvenálja a kapucinus majmot, amely viszonylag kis mérete ellenére 50 éves kor felett is élhet.
Magalhães és mások összegyűjtik ezt a növekvő A hosszú élettartam genetikai meghatározóinak adatbázisa mintázatot mutat a hosszú életű állatok fokozott DNS-javítási képességeiben.Például a szekvenálás megoldott egy biológiai rejtélyt, amely a hetvenes évek óta zavarba ejtette a tudósokat; mi magyarázza a nagy, hosszú életű állatok, például az elefántok és a bálnák meglepően alacsony daganatos megbetegedéseit?
2015-ben Joshua Schiffman, az utahi egyetem vezetésével egy csapat kiszámította, hogy a a fogságban tartott elefántok rákos megbetegedésekben halnak meg, míg az embereknél a rákos halálozási arány 11-25%. Amikor szekvenálási vizsgálatok adatait nézték meg, azt találták, hogy az afrikai elefántnak 40 példánya van a génből, amely a p53-at kódolja – egy olyan fehérjét, amely kulcsfontosságú rákellenes szerepet játszik, megakadályozva a sérült DNS-sel rendelkező sejtek szétválását, amíg a javításokat meg nem hajtják, vagy öngyilkosságra készteti őket. Az ázsiai elefántok 30-40 példányban vannak. Mind az emberek, mind a szikla hyrax, az elefántok “legközelebbi élő rokona, csak két példányban vannak a génből.
További vizsgálatok azt mutatták, hogy az elefántok nem tudják jobban megjavítani a törött DNS-t. Schiffman arra a következtetésre jutott, hogy fokozott védekezésük a rák ellen jobban képes elpusztítani a sejteket, amelyek rákossá válhatnak, mielőtt daganatok alakulhatnak ki.
A hosszú életűek része annak, ami emberré tesz minket, mégis nem értjük, miért van ez a kapacitás
“Az a hipotézisem, hogy” önmagában nem más a DNS-helyreállító képesség, hanem inkább ez ” s ahogy a sejtek reagálnak a DNS károsodására “- mondja Magalhães. “Ugyanez a mennyiségű DNS-károsodás elpusztítja az elefántsejtet, vagy megakadályozza annak szaporodását, de nem feltétlenül egérsejt.”
“Nem lenne evolúciós értelme, ha a rövid életű állatok értékes energiát pazarolnának. megvédik magukat olyan betegségektől, amelyek kialakulása sok évig tart “- mondja Austad. “Olyan lenne, mintha 1000 dolláros arcot tenne egy olcsó órára.”
Az összehasonlító biológiát használó tudósok az öregedés megértése érdekében ma már több tucat emlős genomjához férnek hozzá. Ahogy ez százra nő, jobban képesek lesznek azonosítani a hosszú élettartam mozgatórugóinak genetikai nyomát.
“A hosszú életűség része annak, ami emberré tesz minket, de nem értjük, miért van ezt a kapacitást “- mondja Magalhães.” Több faj szekvenálása segít nekünk megismerni és megválaszolni sok más érdekes kérdést. “
Magalhães is úgy véli, hogy jobban meg kell érteni, hogy a hosszú életű fajok miként védhetik meg a betegségeket. segítsen az embereknek tovább meghosszabbítani amúgy is nagylelkű élettartamunkat. “Tanulhatunk-e tanulságokat például a meztelen vakond patkánytól és az íjbálnától, hogy segítsenek nekünk ellenállni a ráknak?” – mondja. “Azt hiszem, megtehetjük. De még mindig sok a munka.