Skitten beige med gråbrune flekklignende flekker, Ming muslingen var ikke mye å se på. Det fikk i det minste et navn, som er mer enn det som kan sies for de fleste bløtdyr. Anslått 507 år da forskere plukket den fra den islandske havbunnen (og drepte den) i 2006, var havkvahogen det eldste kjente dyret som noen gang har levd.
I august 2016 anslår forskerne en fem- en meter lang kvinnelig grønlandshai hadde levd i 392 år, noe som gjorde den til den lengstlevende virveldyr. Levetidsrekorden for pattedyr tilhører en buehval, antatt å ha nådd den eldre alder 211.
Kanskje det er fordi mennesker har blitt så dominerende på andre måter at vi er fascinert av arter som overlever oss. For biologer reiser eksempler på ekstrem lang levetid grunnleggende spørsmål om hvorfor organismer eldes og dør. Og gitt at de gjør det, hvorfor kan enkeltpersoner av noen arter leve i hundrevis av år mens andre får måneder, uker eller til og med bare dager?
Mennesker er relativt langlivede. Noen forskere håper at det å få større kunnskap om hva som driver lang levetid i dyreriket, gir sjansen, ikke bare å forstå disse artene bedre, men også vår egen. Andre går lenger og tror det er nøkkelen til lengre og sunnere menneskeliv.
Oppdagelsen av Ming sin ekstraordinære alder i 2013 førte til umiddelbar spekulasjon om at hemmeligheten til dens lange liv lå i dens svært lave oksygen. forbruk.
En av de dypeste forankrede ideene om dyrets levetid er faktisk at den er nært knyttet til metabolsk hastighet – eller hastigheten på kjemiske reaksjoner som bryter maten ned i energi og produserer forbindelser som celler trenger Forestillingen om at dyr gjennomgår kumulativ skade og dør raskere når de jobber hardere som maskiner som kjøres med full kapasitet, går sannsynligvis tilbake til den industrielle revolusjonen.
Hvorfor kan individer av noen arter lever i hundrevis av år, mens andre får måneder, uker eller til og med bare dager?
Tidlig på 1900-tallet sammenlignet den tyske fysiologen Max Rubner hastigheter på energiomsetning og levetid hos marsvin, katter, hunder, kyr, hester og mennesker. Han fant at jeg dyrere dyr hadde lavere metabolske hastigheter per gram vev og at de levde lenger, noe som førte ham til å konkludere med at bruk av energi raskere forkortet levetid.
Amerikansk biolog Raymond Pearl utviklet ideen videre etter sin forskning om effekten av sult, temperaturendring og arv på levetiden til fruktfluer og melonplanter fra cantaloupe. «Generelt varierer levetiden omvendt som hastigheten på energiforbruket i løpet av livet,» skrev han i sin bok fra 1928 The Rate of Living.
I 1954 Denham Harman, ved University of California, Berkeley, ga en mekanisme for å støtte det som ble kjent som the rate of living theory. Han foreslo aldring som et resultat av en akkumulering av skade forårsaket av celler av frie radikaler. Generert under metabolisme, er dette svært reaktive molekyler som kan skade mobilmaskiner ved å stjele elektroner.
Imidlertid, selv om det er sant at større arter av pattedyr har lavere metabolske hastigheter og lever lenger, har levetiden imidlertid stort sett blitt forlatt. For det første har forskere påpekt at mange fugler og flaggermus lever mye lenger enn de burde for metabolske hastigheter. Pungdyr har kortere levetid enn placentapattedyr til tross for at de har lavere metabolske hastigheter.
John Speakman fra University of Aberdeen i Storbritannia er blant dem som har fremhevet at, bare fordi dyr med lavere metabolske hastigheter har lengre levetid, gjør betyr ikke førstnevnte forårsaker sistnevnte.
«Alt beviset som har blitt brukt til å støtte levetiden for teorien har en grunnleggende feil i det,» sier Speakman. «Det vil si at det kommer fra studier som sammenlignet dyr med forskjellige kroppsstørrelser.»
For pattedyr, når du først tar ut påvirkningen fra kroppsstørrelsen, «s de med høyere metabolske hastigheter som lever lenger
I 2005 brukte Speakman et smart statistisk triks for å fjerne innflytelsen fra kroppsmasse fra ligningen, i en undersøkelse av data for 239 pattedyrarter og 164 fuglearter. For hvert dyr med en høyere metabolisk hastighet enn forventet for kroppsstørrelsen, undersøkte han om det hadde en tilsvarende lavere levetid enn forventet for kroppsstørrelsen, og omvendt. «For både pattedyr og fugler, når kroppsmassen ble fjernet, var forholdet mellom metabolsk hastighet og levetid null,» sier Speakman.
Imidlertid, denne beregningen, som tidligere arbeid som støtter hastigheten på levende teori, brukte hvilestoffskiftet til dyr, når de verken fordøyer mat eller regulerer kroppstemperaturen.Forskere har tradisjonelt brukt disse hastighetene ganske enkelt fordi mer data er tilgjengelig for dyr i denne tilstanden. Imidlertid bruker mange dyr bare et mindretall av tiden sin i en hvilende hastighet på stoffskiftet, og andelen tid som forskjellige arter bruker på det, varierer mye.
For å omgå dette problemet sammenlignet Speakman daglige energiforbruk og maksimal levetid for de 48 pattedyrartene og 44 fuglearter som han kunne finne data for begge, og brukte deretter den samme statistiske innretningen som han brukte i den større studien for å fjerne effekten av kroppsstørrelse.
«Det viser seg at det er et forhold, men det er det motsatte av det du spår fra levetiden,» sier Speakman. «For pattedyr, når du først tar ut påvirkning fra kroppsstørrelse, er det de med høyere metabolske hastigheter som lever lenger. » Resultatene for fugler nådde ikke statistisk signifikans.
Faktisk er ideen om at jo mer oksygen et dyr bruker, desto større er produksjonen av frie radikaler som forårsaker skade, og derfor raskere aldring, nå utdatert. Det er takket være mer detaljerte studier av mitokondrier, delene av celler som genererer energi.
Når mitokondrier bryter ned kjemikalier i maten, skyves protoner over deres indre membraner, noe som skaper en forskjell i elektrisk potensial over dem. Når protonene slippes tilbake over membranen, brukes denne potensielle forskjellen til å skape adenosintrifosfat (ATP), et molekyl som lagrer energi.
Det ble opprinnelig antatt at produksjonen av frie radikaler er høy når den elektriske forskjellen over mitokondriamembranen var høy – noe som betyr at jo høyere metabolismehastighet, jo større er produksjonen av svært reaktive molekyler som forårsaker celleskader og aldring.
Mindre dyr har flere rovdyr, og må vokse raskere, samt reprodusere raskere
Denne modellen klarer faktisk ikke å ta hensyn til tilstedeværelsen av «frakobling proteiner «i mitokondriens indre membran. Med funksjoner inkludert varmegenerering, utløser disse frakoblingsproteinene strømmen av protoner over membranen for å redusere potensialforskjellen over den når den er høy.
«Den tradisjonelle ideen om at når du øker stoffskiftet, prosent av oksygenet du spiser vil produsere frie radikaler, er fundamentalt i strid med det vi vet om hvordan mitokondrier fungerer, «sier Speakman. «Hvis noe, ville vi forvente at ettersom metabolismen øker og frakobling øker … skade på frie radikaler vil gå ned.»
Fordi produksjonen i lavere frie radikaler er forbundet med lengre levetid, ble dette kalt «frakobling til overleve «hypotese. Da Speakman testet det i 2004, fant han at mus i den øvre kvartilen for metabolsk intensitet konsumerte mer oksygen og levde 36% lenger enn mus i den nedre kvartilen – noe som støtter avkoblingen for å overleve ideen.
En mer rettferdig avgjørende for hvor lenge dyrearter lever er deres størrelse. I en studie publisert i 2007, planla João Pedro Magalhães fra University of Liverpool i Storbritannia kroppsmasse mot maksimal kjent levetid på mer enn 1400 arter av pattedyr, fugler, amfibier og reptiler.
På tvers av disse fire grupper, fant Magalhães at 63% av variasjonen i levetid var nede på kroppsmasse. Bare for pattedyr var det 66%. Flaggermus er noe av en outlier ved at de lever mye lenger enn de burde for sin størrelse, så han bearbeidet beregningen uten dem, og denne gangen fant han at kroppsmasse forklarte 76% av levetidsvariasjonen hos pattedyr. Foreningen for fugler var 70% og for reptiler var den 59%. Det var ingen sammenheng for amfibier.
Magalhães og andre som har studert størrelsenes innvirkning på hvor lenge dyr lever, sier at det kommer til å kombinere evolusjonære og økologiske faktorer.
«Kroppsstørrelse er en determinant for økologiske muligheter, sier Magalhães. «Mindre dyr har flere rovdyr, og må vokse raskere, så vel som reprodusere raskere, hvis de vil videreføre genene sine. Større dyr, som elefanter og hvaler, blir mindre sannsynlig spist av rovdyr, og mangler evolusjonstrykk. å modnes og reprodusere i tidlig alder. «
Øya-oppossums levde i gjennomsnitt fire og en halv måned, eller 23%, lenger enn deres fettere på fastlandet
Hvis kroppsstørrelse påvirker levetiden via sannsynligheten for å bli spist, følger det at forskjellige populasjoner av samme art kan leve i lengre eller kortere perioder i forskjellige miljøer.
Steven Austad, en journalist som ble løve-tamer-slått-biolog, satte seg for å teste denne ideen i en studie av voksne kvinnelige opossum på slutten av 1980-tallet. Han fanget og festet radiohalsbånd til 34 på Sapelo Island, Georgia, USA, og til ytterligere 37 på fastlandet nær Aitken, South Carolina, USA.Den andre av disse populasjonene blir jaktet av ville hunder og bobkatter (Lynx rufus), mens befolkningen på øya ikke er det. Opossums på øya er generelt under mindre press fra rovdyr og er genetisk isolert.
Austad fant at opossums bodde i gjennomsnitt fire og en halv måned, eller 23%, lenger enn deres fettere på fastlandet. De hadde også betydelig mindre kull, begynte å reprodusere litt senere og klarte å reprodusere lenger. Tester viste at kollagen i senefibrene eldes raskere i opossumene på fastlandet.
Austad vurderte mulige effekter av variasjon av klima, patogener og diett, men konkluderte med at den lengre levetiden for øypopulasjonen var mest sannsynlig nede til genetiske variasjoner som skyldes ulike utvalgstrykk.
Det er andre faktorer som ved første øyekast kan synes å ha innvirkning på artslevetid, men faktisk viser seg å være bare en funksjon av kroppsstørrelse og økologiske muligheter . Hjernestørrelse har for eksempel vist seg å korrelere med maksimal artslevetid, spesielt hos primater, i likhet med øyeeples størrelse. «Hvis du har noe som endrer seg med kroppsstørrelse, vil det se ut som om det er relatert til levetid, rett og slett fordi det er et forhold mellom kroppsstørrelse og levetid,» sier Speakman.
Mens det er en rådende vitenskapelig enighet om viktigheten av kroppsstørrelse på levetider via sannsynligheten for å bli drept av andre dyr, dette etterlater fortsatt viktige spørsmål ubesvarte.
«Det avhenger av nivået du stiller spørsmålet på,» sier Speakman. «Den evolusjonære forklaringen har å gjøre med ekstrinsisk dødelighetsrisiko. Spørsmålet er da hva som er de faktiske mekanismene som beskytter kroppen?»
En mutasjon i en genet kalt daf-2 er kjent for å tillate nematodeormer å doble, men fortsatt sunne levetider
I jakten på svar på dette spørsmålet vendte Austad seg inn forskning publisert i 2010, til en gruppe langlivede dyr han kalte Methusalehs zoologiske hage, etter at den bibelske patriarken sa å ha levd i 969 år. Austad argumenterte for at lavtemperaturmiljøene til holdere med lang levetid som Ming clam, Grønlandshaier og buehvaler er ikke tilfeldig.
«De fleste dyr som lever eksepsjonelt lang tid har lav kroppstemperatur, eller lever i et miljø med lav temperatur,» sier han. Austad påpeker at viktige kroppslige temperaturer. prosesser som produksjon av reaktive oksygenarter, DNA-reparasjon og transkripsjon av genet er tregere i kulden.
Å være spesielt Austad var spesielt interessert i prosesser som kunne informere om menneskets levetid, og la ekstra oppmerksomhet på nakne føflekkrotter og små brune flaggermus, to pattedyr som overlever mennesker i forhold til kroppsmasse. Han konkluderte med at akkumulering av skade på celler som et resultat av produksjonen av frie radikaler spiller en rolle i aldring, men en som er relativt liten i mange tilfeller, og som varierer i betydning mellom arter.
Utviklingen av raske, billige DNA-sekvenseringsteknologier de siste årene har gitt forskere viktige ledetråder om genenes rolle i å regulere levetiden i en rekke arter. For eksempel er en mutasjon i et gen kalt daf-2 kjent for å tillate nematodeormene å doble, men fortsatt sunne levetider. Dvergmus med muterte versjoner av gener som undergraver produksjonen av veksthormon, hormonet prolaktin og skjoldbruskstimulerende hormon, lever omtrent 40% lenger enn kontrolldyr.
I en studie publisert i 2013, Magalhães og kollega Yang Li sammenlignet genomene til par av lignende pattedyr med både signifikant forskjellige maksimale levetider og lignende levetider. De fant at gener involvert i respons på DNA-skade og resirkulering av proteiner av celler hadde utviklet seg raskere i arter med lengre levetid.
Hva forklarer overraskende lave kreftfrekvenser hos store, langlivede dyr som elefanter og hvaler?
I 2015 fortsatte han med å lede en gruppe som sekvenserte genomet til buehvalen, og avslørte artsspesifikke mutasjoner i gener knyttet til DNA-skadesrespons , regulering av cellesykluser og kontroll av kreft.
«Vi vet ikke for et faktum at dette er proteinene som er involvert i artsforskjeller i aldring, men disse studiene gir ledetråder vi kan ta videre og test videre, «sier Magalhães. Han er for tiden involvert i et internasjonalt samarbeid som sekvenserer capuchinapen, som kan leve over 50 år, til tross for den relativt lille størrelsen.
Magalhães og andre som samler dette voksende databasen over de genetiske determinantene for lang levetid ser et mønster i de forbedrede DNA-reparasjonsegenskapene til langlivede dyr.For eksempel har sekvensering løst et biologisk mysterium som har forvirret forskere siden 1970-tallet; hva forklarer den overraskende lave kreftfrekvensen hos store, langlivede dyr som elefanter og hvaler?
I 2015 beregnet et team ledet av Joshua Schiffman, ved University of Utah, at færre enn 5% av fangne elefanter dør av kreft, sammenlignet med kreftdødeligheten på 11-25% hos mennesker. Da de så på data fra sekvenseringsstudier, fant de at den afrikanske elefanten har 40 kopier av genet som koder for p53 – et protein som spiller en nøkkelrolle mot kreft, ved å forhindre at celler med skadet DNA deler seg til reparasjoner er utført, eller utløse dem til å begå selvmord. Asiatiske elefanter har 30 til 40 eksemplarer. Både mennesker og rock hyrax, elefanter «nærmeste levende slektning, har bare to kopier av genet.
Ytterligere tester viste at elefanter ikke var bedre til å fikse ødelagt DNA. Schiffman konkluderte med at deres forbedrede forsvar mot kreft er nede på å være flinkere til å drepe celler med potensial til å bli kreft, før de kan danne svulster.
Å være langvarig er en del av det som gjør oss mennesker, men vi forstår ikke hvorfor vi har den kapasiteten
«Min hypotese er at det ikke er DNA-reparasjonskapasitet i seg selv som er annerledes, snarere det» s måten celler reagerer på DNA-skade, sier Magalhães. «Den samme mengden DNA-skade vil drepe en elefantcelle eller hindre den i å spre seg, men ikke nødvendigvis en musecelle.»
«Det ville være lite evolusjonært fornuftig for kortlivede dyr å kaste bort verdifull energi. å forsvare seg mot sykdommer som det tar mange år å utvikle seg, sier Austad. «Det ville være som å sette et $ 1000 ansikt på en billig klokke.»
Forskere som bruker komparativ biologi for å forstå aldring, har nå tilgang til genomene til dusinvis av pattedyr. Når dette øker til hundrevis, vil de bedre kunne identifisere genetiske ledetråder til driverne for lang levetid.
«Å være langvarig er en del av det som gjør oss menneskelige, men vi forstår ikke hvorfor vi har den kapasiteten, «sier Magalhães.» Å rekke flere arter vil hjelpe oss å finne ut av det, og å svare på mange andre fascinerende spørsmål. » hjelpe mennesker med å forlenge våre allerede generøse levetider videre. «Kan vi lære av den nakne føflekkrotten og buehvalen for å hjelpe oss å motstå kreft, for eksempel?» sier han. «Jeg tror vi kan. Men det er fortsatt mye arbeid å gjøre.