Beige sporco con macchie grigio-marroni simili a macchie, Ming the clam non era molto da guarda a. Almeno ha ottenuto un nome, che è più di quanto si possa dire per la maggior parte dei molluschi. Stimato a 507 anni quando gli scienziati lo strapparono dal fondo marino islandese (e lo uccisero) nel 2006, il quahog oceanico era l’animale più antico mai vissuto.
Nell’agosto 2016, i ricercatori hanno stimato un cinque- La femmina di squalo della Groenlandia, lunga un metro, ha vissuto per 392 anni, rendendolo il vertebrato più longevo. Il record di durata della vita dei mammiferi appartiene a una balenottera comune, che si pensa abbia raggiunto la grande vecchiaia di 211.
Forse è perché gli umani sono diventati così dominanti sotto altri aspetti che siamo affascinati dalle specie che sopravvivono a noi. Per i biologi, esempi di estrema longevità sollevano domande fondamentali sul perché gli organismi invecchiano e muoiono. E dato che lo fanno, perché gli individui di alcune specie possono vivere per centinaia di anni mentre altri hanno mesi, settimane o anche solo giorni?
Gli esseri umani sono relativamente longevi. Alcuni ricercatori sperano che acquisire una maggiore conoscenza di ciò che guida la longevità nel regno animale offra la possibilità, non solo di comprendere meglio quelle specie, ma anche la nostra. Altri vanno oltre, credendo che sia la chiave per vite umane più lunghe e più sane.
La scoperta dell’età straordinaria di Ming nel 2013 ha portato a speculazioni immediate che il segreto della sua lunga vita risiedesse nel suo bassissimo ossigeno consumo.
In effetti, una delle idee più radicate sulla durata della vita degli animali è che è strettamente collegata al tasso metabolico, o alla velocità delle reazioni chimiche che scompongono il cibo in energia e producono i composti necessari alle cellule . L’idea che gli animali subiscano danni cumulativi e muoiano prima quando lavorano di più come le macchine che funzionano a piena capacità risale probabilmente alla rivoluzione industriale.
Perché può individui di alcune specie vivono per centinaia di anni mentre altri hanno mesi, settimane o anche solo giorni?
All’inizio del XX secolo, il fisiologo tedesco Max Rubner ha confrontato tassi di metabolismo energetico e durata della vita in porcellini d’India, gatti, cani, mucche, cavalli e esseri umani. Ha scoperto che l Gli animali arger avevano tassi metabolici più bassi per grammo di tessuto e che vivevano più a lungo, portandolo a concludere che consumare energia più velocemente accorciava la vita.
Il biologo americano Raymond Pearl sviluppò ulteriormente l’idea in seguito alla sua ricerca sugli effetti di fame, sbalzi di temperatura ed ereditarietà sulla durata della vita di moscerini della frutta e piantine di melone cantalupo. “In generale la durata della vita varia inversamente al tasso di dispendio energetico durante la vita”, scrisse nel suo libro del 1928 The Rate of Living.
Nel 1954 Denham Harman, presso l’Università della California, Berkeley, fornito un meccanismo per supportare quella che divenne nota come la teoria del tasso di vita. Ha proposto che l’invecchiamento sia il risultato di un accumulo di danni causati alle cellule dai radicali liberi. Generate durante il metabolismo, si tratta di molecole altamente reattive che possono danneggiare i meccanismi cellulari rubando elettroni.
Tuttavia, mentre è vero che le specie più grandi di mammiferi hanno tassi metabolici più lenti e vivono più a lungo, la teoria del tasso di vita lo ha in gran parte stato abbandonato. Per prima cosa, i ricercatori hanno sottolineato che molti uccelli e pipistrelli vivono molto più a lungo di quanto dovrebbero per i loro tassi metabolici. I marsupiali hanno una durata di vita più breve rispetto ai mammiferi placentari nonostante abbiano tassi metabolici più bassi.
John Speakman dell’Università di Aberdeen nel Regno Unito è tra coloro che hanno evidenziato che, solo perché gli animali con tassi metabolici più lenti hanno una durata di vita più lunga, lo fa non significa che la prima causi la seconda.
“Tutte le prove che sono state usate per supportare la teoria del tasso di vita hanno un difetto fondamentale”, dice Speakman. “Cioè, proviene da studi che hanno confrontato animali con diverse dimensioni corporee.”
Per i mammiferi, una volta eliminata l’influenza della taglia corporea, “sono quelli con tassi metabolici più elevati che vivono più a lungo
Nel 2005, Speakman ha utilizzato un trucco statistico intelligente per rimuovere l’influenza della massa corporea dall’equazione, in uno studio di dati per 239 specie di mammiferi e 164 specie di uccelli. Per ogni animale con un tasso metabolico superiore al previsto per le sue dimensioni corporee, ha esaminato se avesse una durata di vita corrispondentemente inferiore al previsto per le sue dimensioni corporee, e viceversa. “Sia per i mammiferi che per gli uccelli, una volta rimossa la massa corporea, la relazione tra il tasso metabolico e la durata della vita era zero”, afferma Speakman.
Tuttavia questo calcolo, come il lavoro precedente a sostegno del tasso di teoria vivente, utilizzava i tassi metabolici a riposo degli animali, quando non digeriscono il cibo né regolano la temperatura corporea.I ricercatori hanno tradizionalmente utilizzato questi tassi semplicemente perché sono disponibili più dati per gli animali in questo stato. Tuttavia, molti animali trascorrono solo una minoranza del loro tempo con un metabolismo a riposo e la proporzione di tempo che le diverse specie trascorrono in esso varia notevolmente.
Per aggirare questo problema, Speakman ha confrontato il dispendio energetico giornaliero e durata massima della vita per le 48 specie di mammiferi e le 44 specie di uccelli per le quali ha potuto trovare dati per entrambi, quindi ha utilizzato lo stesso dispositivo statistico utilizzato nello studio più ampio per rimuovere l’effetto della dimensione corporea.
“Si scopre che esiste una relazione, ma” è l’opposto di ciò che si prevede dalla teoria del tasso di vita “, dice Speakman.” Per i mammiferi, una volta eliminata l’influenza delle dimensioni corporee, sono quelli con una maggiore tassi metabolici che vivono più a lungo “. I risultati per gli uccelli non hanno raggiunto una significatività statistica.
In effetti, l’idea che più ossigeno consuma un animale, maggiore è la produzione di radicali liberi che causano danni, e quindi più rapido l’invecchiamento, è ora obsoleto. Questo grazie a studi più dettagliati sui mitocondri, le parti delle cellule che generano energia.
Quando i mitocondri scompongono le sostanze chimiche nel cibo, i protoni vengono spinti attraverso le loro membrane interne, creando una differenza di potenziale elettrico attraverso di loro. Quando i protoni vengono rilasciati attraverso la membrana, questa differenza potenziale viene utilizzata per creare adenosina trifosfato (ATP), una molecola che immagazzina energia.
Inizialmente si pensava che la produzione di radicali liberi fosse elevata quando la differenza elettrica attraverso la membrana dei mitocondri era alta, il che significa che maggiore è il tasso di metabolismo, maggiore è la produzione di molecole altamente reattive che causano danni cellulari e invecchiamento.
Gli animali più piccoli hanno più predatori e devono crescere più velocemente, oltre a riprodursi prima
In effetti questo modello non tiene conto della presenza del “disaccoppiamento proteine “nella membrana interna dei mitocondri. Con funzioni che includono la generazione di calore, queste proteine disaccoppianti attivano il flusso di protoni attraverso la membrana per ridurre la potenziale differenza attraverso di essa quando è alta.
“L’idea tradizionale che, all’aumentare del metabolismo, un La percentuale di ossigeno che stai consumando andrà a produrre radicali liberi, è fondamentalmente in contrasto con ciò che sappiamo sul modo in cui funzionano i mitocondri “, afferma Speakman. “Semmai, ci aspetteremmo che quando il metabolismo aumenta e il disaccoppiamento aumenta … i danni dei radicali liberi diminuiscono.”
Poiché una minore produzione di radicali liberi è associata a una durata di vita più lunga, questo è stato chiamato “disaccoppiamento a sopravvivere “ipotesi. Quando Speakman lo testò nel 2004, scoprì che i topi nel quartile superiore per intensità metabolica consumavano più ossigeno e vivevano il 36% più a lungo dei topi nel quartile inferiore, supportando l’idea del disaccoppiamento per sopravvivere.
Un’idea più semplice determinante della durata della vita delle specie animali sono le loro dimensioni. In uno studio pubblicato nel 2007, João Pedro Magalhães dell’Università di Liverpool nel Regno Unito, ha tracciato la massa corporea rispetto alla durata massima conosciuta di oltre 1.400 specie di mammiferi, uccelli, anfibi e rettili.
Attraverso questi quattro gruppi, Magalhães ha scoperto che il 63% della variazione della durata della vita dipendeva dalla massa corporea. Solo per i mammiferi, era del 66%. I pipistrelli sono qualcosa di anomalo in quanto vivono molto più a lungo di quanto dovrebbero per le loro dimensioni, quindi ha rielaborato il calcolo senza di loro, e questa volta ha scoperto che la massa corporea spiegava il 76% della variazione della durata della vita dei mammiferi. L’associazione per gli uccelli era del 70% e per i rettili era del 59%. Non c’era alcuna correlazione per gli anfibi.
Magalhães e altri che hanno studiato l’impatto delle dimensioni sulla durata di vita degli animali dicono che si tratta di fattori evolutivi ed ecologici combinati.
“Dimensioni del corpo è un fattore determinante delle opportunità ecologiche “, afferma Magalhães. “Gli animali più piccoli hanno più predatori e devono crescere più velocemente, oltre a riprodursi prima, se vogliono trasmettere i loro geni. Gli animali più grandi, come gli elefanti e le balene, hanno meno probabilità di essere mangiati dai predatori e non hanno la pressione evolutiva maturare e riprodursi in tenera età. “
Gli opossum dell’isola vivevano in media quattro mesi e mezzo, ovvero il 23%, più a lungo di i loro cugini della terraferma
Se le dimensioni del corpo influiscono sulla durata della vita a causa della probabilità di essere mangiati, ne consegue che popolazioni diverse della stessa specie potrebbero vivere per periodi più o meno ambienti diversi.
Steven Austad, un giornalista diventato domatore di leoni diventato biologo, si è proposto di testare questa idea in uno studio sulle femmine adulte di opossum alla fine degli anni ’80. Ha catturato e attaccato collari radio a 34 sull’Isola di Sapelo, Georgia, Stati Uniti, e ad altri 37 sulla terraferma vicino ad Aitken, nella Carolina del Sud, negli Stati Uniti.La seconda di queste popolazioni è cacciata da cani selvatici e linci rosse (Lynx rufus), mentre la popolazione dell’isola non lo è. Gli opossum dell’isola sono generalmente meno sotto pressione dai predatori e sono geneticamente isolati.
Austad ha scoperto che gli opossum dell’isola vivevano in media quattro mesi e mezzo, o il 23%, più a lungo dei loro cugini della terraferma. Avevano anche cucciolate significativamente più piccole, hanno iniziato a riprodursi un po ‘più tardi e sono state in grado di riprodursi più a lungo. I test hanno dimostrato che il collagene nelle fibre del tendine della coda invecchiava più rapidamente negli opossum della terraferma.
Austad ha considerato i possibili impatti della variazione del clima, degli agenti patogeni e della dieta, ma ha concluso che la durata della vita più lunga della popolazione dell’isola era molto probabilmente ridotta alle variazioni genetiche derivanti da differenti pressioni di selezione.
Ci sono altri fattori che a prima vista potrebbero sembrare avere un impatto sulla durata della vita delle specie, ma in realtà si rivelano essere solo una funzione delle dimensioni corporee e delle opportunità ecologiche . La dimensione del cervello, ad esempio, ha dimostrato di essere correlata alla durata massima della vita delle specie, specialmente nei primati, così come la dimensione del bulbo oculare. “Se hai qualcosa che cambia con le dimensioni del corpo, sembrerà come se fosse correlato alla durata della vita, semplicemente perché esiste una relazione tra le dimensioni del corpo e la durata della vita”, afferma Speakman.
Anche se prevale consenso scientifico sull’importanza delle dimensioni del corpo sulla durata della vita attraverso la probabilità di essere uccisi da altri animali, questo lascia ancora domande vitali senza risposta.
“Dipende dal livello a cui si pone la domanda”, dice Speakman. “La spiegazione evolutiva ha a che fare con il rischio di mortalità estrinseca. La domanda quindi è: quali sono i meccanismi effettivi che proteggono il corpo?”
Una mutazione in a gene chiamato daf-2 è noto per consentire ai vermi nematodi di vivere una vita doppia ma ancora sana
Nella sua ricerca di risposte a questa domanda, Austad si è rivolto ricerca pubblicata nel 2010, a un gruppo di animali longevi ha chiamato lo zoo di Methusaleh, dopo che il patriarca biblico ha detto di aver vissuto per 969 anni. Austad ha sostenuto che gli ambienti a bassa temperatura dei detentori di record di longevità come Ming the clam, Gli squali della Groenlandia e le balene della Groenlandia non sono una coincidenza.
“La maggior parte degli animali che vivono un periodo eccezionalmente lungo ha una temperatura corporea bassa, o vive in un ambiente a bassa temperatura”, dice. Austad sottolinea che la chiave corporea processi come la produzione di specie reattive dell’ossigeno, la riparazione del DNA e la trascrizione genica sono più lenti al freddo.
Essendo espe Specialmente interessato ai processi che potrebbero influenzare l’estensione della durata della vita umana, Austad ha anche prestato particolare attenzione ai topi talpa nudi e ai piccoli pipistrelli marroni, due mammiferi che sopravvivono agli esseri umani rispetto alla massa corporea. Ha concluso che l’accumulo di danni alle cellule come risultato della produzione di radicali liberi gioca un ruolo nell’invecchiamento, ma in molti casi è relativamente minore e di importanza variabile tra le specie.
Lo sviluppo di tecnologie di sequenziamento del DNA rapide ed economiche negli ultimi anni ha offerto agli scienziati importanti indizi sul ruolo dei geni nella regolazione della longevità in una varietà di specie. Ad esempio, una mutazione in un gene chiamato daf-2 è nota per consentire ai vermi nematodi di vivere una vita doppia ma ancora sana. I topi nani con versioni mutate di geni che minano la produzione dell’ormone della crescita, l’ormone prolattina e l’ormone stimolante la tiroide, vivono circa il 40% più a lungo degli animali di controllo.
In uno studio pubblicato nel 2013, Magalhães e il collega Yang Li ha confrontato i genomi di coppie di mammiferi simili con una durata massima della vita significativamente diversa e una durata della vita simile. Hanno scoperto che i geni coinvolti nella risposta al danno al DNA e al riciclaggio delle proteine da parte delle cellule si erano evoluti più rapidamente nelle specie a vita più lunga.
Cosa spiega sorprendentemente il bassi tassi di cancro in animali grandi e longevi come elefanti e balene?
Nel 2015 ha guidato un gruppo che ha sequenziato il genoma della balena, rivelando mutazioni specie-specifiche nei geni legati alla risposta al danno del DNA , la regolazione dei cicli cellulari e il controllo del cancro.
“Non sappiamo per certo che queste siano le proteine coinvolte nelle differenze di specie nell’invecchiamento, ma questi studi offrono indizi che possiamo portare avanti e testare ulteriormente “, dice Magalhães. Attualmente è coinvolto in una collaborazione internazionale che sta sequenziando la scimmia cappuccino, che può vivere oltre i 50 anni, nonostante le sue dimensioni relativamente piccole.
Magalhães e altri stanno raccogliendo questa crescita database dei determinanti genetici della longevità stanno vedendo un modello nelle capacità avanzate di riparazione del DNA degli animali longevi.Ad esempio, il sequenziamento ha risolto un mistero biologico che ha lasciato perplessi gli scienziati sin dagli anni ’70; cosa spiega i tassi sorprendentemente bassi di cancro in animali di grandi dimensioni e longevi come elefanti e balene?
Nel 2015, un team guidato da Joshua Schiffman, dell’Università dello Utah, ha calcolato che meno del 5% dei gli elefanti in cattività muoiono di cancro, rispetto a un tasso di mortalità per cancro dell’11-25% negli esseri umani. Quando hanno esaminato i dati degli studi di sequenziamento, hanno scoperto che l’elefante africano ha 40 copie del gene che codifica per p53, una proteina che svolge un ruolo anti-cancro chiave, impedendo alle cellule con DNA danneggiato di dividersi fino a quando non sono state eseguite le riparazioni, o inducendoli a suicidarsi. Gli elefanti asiatici hanno da 30 a 40 copie. Sia gli umani che l’irace delle rocce, il parente vivente più prossimo degli elefanti, hanno solo due copie del gene.
Ulteriori test hanno mostrato che gli elefanti non erano più bravi a riparare il DNA rotto. Schiffman ha concluso che le loro difese potenziate contro il cancro sono dovute a essere più bravi nell’uccidere le cellule potenzialmente cancerogene prima che possano formare tumori.
Essere longevi fa parte di ciò che ci rende umani, eppure non capiamo perché abbiamo quella capacità
“La mia ipotesi è che” non è la capacità di riparazione del DNA di per sé che è diversa, piuttosto essa ” È il modo in cui le cellule rispondono ai danni al DNA “, afferma Magalhães. “La stessa quantità di danno al DNA ucciderà una cellula di elefante o ne impedirà la proliferazione, ma non necessariamente una cellula di topo.”
“Non avrebbe senso evolutivo per gli animali di breve durata sprecare energia preziosa difendersi da malattie che richiedono molti anni per svilupparsi “, afferma Austad. “Sarebbe come mettere un quadrante da $ 1.000 su un orologio economico”.
Gli scienziati che utilizzano la biologia comparativa per capire l’invecchiamento ora hanno accesso ai genomi di dozzine di mammiferi. Man mano che il numero aumenta a centinaia, saranno in grado di identificare meglio gli indizi genetici che determinano i fattori che determinano la longevità.
“Essere longevi fa parte di ciò che ci rende umani, ma non capiamo perché abbiamo questa capacità “, dice Magalhães.” Il sequenziamento di più specie ci aiuterà a scoprirlo e a rispondere a molte altre domande affascinanti. “
Magalhães crede anche che una migliore comprensione di come le specie longeve possano respingere aiutare gli esseri umani a prolungare ulteriormente la nostra già generosa durata della vita. “Possiamo imparare lezioni da persone come la talpa nuda e la balena arcuata per aiutarci a resistere al cancro, per esempio?”, dice. “Penso che possiamo. Ma c’è ancora molto lavoro da fare.