Bege sujo com manchas parecidas com manchas marrom-acinzentadas, o molusco Ming não era muito difícil Olhe para a. Pelo menos recebeu um nome, o que é mais do que pode ser dito sobre a maioria dos moluscos. Estimado em 507 anos quando os cientistas o arrancaram do fundo do mar islandês (e o mataram) em 2006, o quahog do oceano era o animal mais antigo conhecido que já existiu.
Em agosto de 2016, os pesquisadores estimaram um cinco- tubarão-da-Groenlândia com um metro de comprimento viveu por 392 anos, tornando-o o vertebrado com vida mais longa. O registro do tempo de vida dos mamíferos pertence a uma baleia-da-índia, que se acredita ter atingido a grande velhice de 211 anos.
Talvez seja porque os humanos se tornaram tão dominantes em outros aspectos que somos fascinados por espécies que sobreviveram a nós. Para os biólogos, os exemplos de longevidade extrema levantam questões fundamentais sobre por que os organismos envelhecem e morrem. E, dado que sim, por que os indivíduos de algumas espécies podem viver centenas de anos enquanto outras podem viver meses, semanas ou mesmo apenas dias?
Os humanos têm uma vida relativamente longa. Alguns pesquisadores esperam que obter mais conhecimento sobre o que impulsiona a longevidade no reino animal oferece a chance não apenas de compreender melhor essas espécies, mas também a nossa. Outros vão além, acreditando que é a chave para vidas humanas mais longas e saudáveis.
A descoberta da idade extraordinária de Ming em 2013 levou à especulação imediata de que o segredo de sua longa vida está em seu baixo nível de oxigênio consumo.
Na verdade, uma das ideias mais arraigadas sobre a vida dos animais é que ela está intimamente ligada à taxa metabólica – ou à velocidade das reações químicas que quebram os alimentos em energia e produzem os compostos necessários às células . A noção de que os animais sofrem danos cumulativos e morrem mais cedo quando trabalham mais arduamente como máquinas operando em plena capacidade provavelmente remonta à Revolução Industrial.
Por que pode indivíduos de algumas espécies vivem centenas de anos, enquanto outras têm meses, semanas ou mesmo dias?
No início do século 20, o fisiologista alemão Max Rubner comparou taxas de metabolismo energético e expectativa de vida em cobaias, gatos, cães, vacas, cavalos e humanos. Ele descobriu que animais arger tinham taxas metabólicas mais baixas por grama de tecido e viviam mais, levando-o a concluir que o uso de energia mais rápido encurtava a vida.
O biólogo americano Raymond Pearl desenvolveu a ideia posteriormente após sua pesquisa sobre os efeitos da fome, mudança de temperatura e hereditariedade no tempo de vida de moscas-das-frutas e mudas de melão melão. “Em geral, a duração da vida varia inversamente com a taxa de gasto de energia durante a vida”, escreveu ele em seu livro de 1928, The Rate of Living.
Em 1954, Denham Harman, na Universidade da Califórnia, Berkeley, forneceu um mecanismo para apoiar o que ficou conhecido como teoria da taxa de vida. Ele propôs que o envelhecimento fosse o resultado de um acúmulo de danos causados às células pelos radicais livres. Geradas durante o metabolismo, são moléculas altamente reativas que podem danificar a maquinaria celular ao roubar elétrons.
No entanto, embora seja verdade que espécies maiores de mamíferos têm taxas metabólicas mais lentas e vivem mais, a teoria da taxa de vida tem amplamente abandonado. Por um lado, os pesquisadores apontaram que muitos pássaros e morcegos vivem muito mais tempo do que deveriam devido às suas taxas metabólicas. Marsupiais têm expectativa de vida mais curta do que os mamíferos placentários, apesar de terem taxas metabólicas mais baixas.
John Speakman, da University of Aberdeen, no Reino Unido, está entre aqueles que destacaram que, só porque animais com taxas metabólicas mais lentas têm vida mais longa, não significa que o primeiro causa o segundo.
“Todas as evidências que foram usadas para apoiar a teoria da taxa de vida têm uma falha fundamental”, diz Speakman. “Isto é, vem de estudos que compararam animais com tamanhos corporais diferentes.”
Para mamíferos, uma vez que você tira a influência do tamanho do corpo, “s aqueles com taxas metabólicas mais altas que vivem mais
Em 2005, Speakman usou um truque estatístico inteligente para remover a influência da massa corporal da equação, em um estudo de dados para 239 espécies de mamíferos e 164 espécies de pássaros. Para cada animal com uma taxa metabólica maior do que o esperado para seu tamanho corporal, ele examinou se tinha uma vida útil correspondentemente menor do que o esperado para seu tamanho corporal, e vice-versa. “Para mamíferos e pássaros, uma vez que a massa corporal foi removida, a relação entre a taxa metabólica e a expectativa de vida era zero”, diz Speakman.
No entanto, este cálculo, como o trabalho anterior que apóia a taxa de a teoria viva, usa as taxas metabólicas de repouso dos animais, quando eles não estão digerindo os alimentos nem regulando a temperatura corporal.Os pesquisadores tradicionalmente usam essas taxas simplesmente porque há mais dados disponíveis para animais neste estado. No entanto, muitos animais passam apenas uma minoria de seu tempo em uma taxa de metabolismo de repouso, e a proporção de tempo que as diferentes espécies gastam varia amplamente.
Para contornar este problema, Speakman comparou o gasto diário de energia e tempo de vida máximo para as 48 espécies de mamíferos e 44 espécies de pássaros para as quais ele pôde encontrar dados para ambos e, em seguida, usou o mesmo dispositivo estatístico que usou no estudo maior para remover o efeito do tamanho do corpo.
“Acontece que existe uma relação, mas é o oposto do que você prevê a partir da teoria da taxa de vida”, diz Speakman. “Para os mamíferos, uma vez que você remove a influência do tamanho do corpo, são aqueles com maior taxas metabólicas que vivem mais. ” Os resultados para as aves não alcançaram significância estatística.
Na verdade, a ideia de que quanto mais oxigênio um animal consome, maior a produção de radicais livres que causam danos e, portanto, mais rápido o envelhecimento é agora desatualizado. Isso se deve a estudos mais detalhados das mitocôndrias, as partes das células que geram energia.
Quando as mitocôndrias decompõem os produtos químicos dos alimentos, os prótons são empurrados através de suas membranas internas, criando uma diferença no potencial elétrico entre elas. Quando os prótons são liberados de volta através da membrana, essa diferença de potencial é usada para criar trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula que armazena energia.
Pensou-se originalmente que a produção de radicais livres é alta quando a diferença elétrica através da membrana mitocondrial era alta – o que significa que quanto maior a taxa de metabolismo, maior a produção de moléculas altamente reativas que causam danos celulares e envelhecimento.
Animais menores têm mais predadores e precisam crescer mais rápido, bem como se reproduzir mais cedo
Na verdade, este modelo não leva em consideração a presença de “desacoplamento proteínas “na membrana interna da mitocôndria. Com funções que incluem geração de calor, essas proteínas desacopladoras acionam o fluxo de prótons através da membrana para reduzir a diferença de potencial quando ela está alta.
“A ideia tradicional de que, conforme você aumenta seu metabolismo, uma porcentagem do oxigênio que você está consumindo irá para a produção de radicais livres, está fundamentalmente em desacordo com o que sabemos sobre a forma como as mitocôndrias funcionam “, diz Speakman. “No mínimo, esperaríamos que, à medida que o metabolismo aumentasse e o desacoplamento aumentasse … os danos dos radicais livres diminuíssem.”
Como a menor produção de radicais livres está associada a uma expectativa de vida mais longa, isso foi chamado de “desacoplamento para sobreviver “hipótese. Quando Speakman o testou em 2004, ele descobriu que os ratos no quartil superior para intensidade metabólica consumiam mais oxigênio e viveram 36% mais do que os ratos no quartil inferior – apoiando a ideia de desacoplamento para sobreviver.
Uma ideia mais direta determinante de quanto tempo as espécies animais vivem são seus tamanhos. Em um estudo publicado em 2007, João Pedro Magalhães, da University of Liverpool, no Reino Unido, plotou a massa corporal em relação ao tempo de vida máximo conhecido de mais de 1.400 espécies de mamíferos, pássaros, anfíbios e répteis.
Entre esses quatro grupos, Magalhães descobriu que 63% da variação na expectativa de vida se devia à massa corporal. Apenas para mamíferos, foi de 66%. Os morcegos são uma espécie de outlier no sentido de que vivem muito mais tempo do que deveriam para seu tamanho, então ele refez o cálculo sem eles, e desta vez ele descobriu que a massa corporal explicava 76% da variação da expectativa de vida dos mamíferos. A associação para aves foi de 70% e para répteis foi de 59%. Não houve correlação para anfíbios.
Magalhães e outros que estudaram o impacto do tamanho sobre a duração da vida dos animais dizem que se resume a fatores evolutivos e ecológicos combinados.
“Tamanho do corpo é um determinante das oportunidades ecológicas ”, diz Magalhães. “Animais menores têm mais predadores e precisam crescer mais rápido, bem como se reproduzir mais cedo, se quiserem passar seus genes. Animais maiores, como elefantes e baleias, são menos propensos a serem comidos por predadores e não têm a pressão evolutiva para amadurecer e reproduzir em uma idade precoce. “
Os gambás da ilha viveram em média quatro meses e meio, ou 23%, mais do que seus primos do continente
Se o tamanho do corpo afeta a expectativa de vida por meio da probabilidade de serem comidos, segue-se que diferentes populações da mesma espécie podem viver por períodos mais longos ou mais curtos em ambientes diferentes.
Steven Austad, um jornalista que virou domador de leões que virou biólogo, começou a testar essa ideia em um estudo com gambás fêmeas adultas no final dos anos 1980. Ele pegou e prendeu colares de rádio em 34 na Ilha Sapelo, Geórgia, EUA, e em outros 37 no continente perto de Aitken, Carolina do Sul, EUA.A segunda dessas populações é caçada por cães selvagens e linces (Lynx rufus), enquanto a população da ilha não. Os gambás da ilha sofrem menos pressão de predadores em geral e são geneticamente isolados.
Austad descobriu que os gambás da ilha viveram em média quatro meses e meio, ou 23%, mais que seus primos do continente. Eles também tinham ninhadas significativamente menores, começaram a se reproduzir um pouco mais tarde e foram capazes de se reproduzir por mais tempo. Os testes mostraram que o colágeno nas fibras do tendão da cauda envelhece mais rapidamente nos gambás do continente.
Austad considerou os possíveis impactos da variação do clima, dos patógenos e da dieta, mas concluiu que o maior tempo de vida da população da ilha provavelmente diminuiu às variações genéticas resultantes de diferentes pressões de seleção.
Existem outros fatores que à primeira vista podem parecer ter um impacto na longevidade da espécie, mas na verdade acabam sendo apenas uma função do tamanho do corpo e das oportunidades ecológicas . O tamanho do cérebro, por exemplo, mostrou se correlacionar com a expectativa de vida máxima das espécies, especialmente em primatas, assim como o tamanho do globo ocular. “Se você tem algo que muda com o tamanho do corpo, vai parecer que está relacionado à expectativa de vida, simplesmente porque há uma relação entre o tamanho do corpo e a expectativa de vida”, diz Speakman.
Embora haja uma prevalência consenso científico sobre a importância do tamanho do corpo na expectativa de vida por meio da probabilidade de ser morto por outros animais, isso ainda deixa questões vitais sem resposta.
“Depende do nível em que você faz a pergunta”, diz Speakman. “A explicação evolutiva tem a ver com o risco de mortalidade extrínseca. A questão então é quais são os mecanismos reais que protegem o corpo?”
Uma mutação em um gene chamado daf-2 é conhecido por permitir que vermes nematóides tenham uma expectativa de vida duplicada, mas ainda saudável
Em sua busca por respostas para esta pergunta, Austad voltou, em pesquisa publicada em 2010, para um grupo de animais longevos que ele chamou de Zoológico de Methusaleh, depois que o patriarca bíblico disse ter vivido por 969 anos. Austad argumentou que os ambientes de baixa temperatura de detentores de recordes de longevidade, como Ming, o molusco, Os tubarões da Groenlândia e as baleias da Groenlândia não são coincidência.
“A maioria dos animais que vivem por um período excepcionalmente longo tem uma temperatura corporal baixa ou vive em um ambiente de baixa temperatura”, diz ele. Austad destaca que fisicamente importante processos como produção de espécies reativas de oxigênio, reparo de DNA e transcrição de genes são mais lentos no frio.
Sendo especialmente Especialmente interessado em processos que poderiam informar a extensão da vida humana, Austad também deu atenção especial aos ratos-toupeira nus e pequenos morcegos marrons, dois mamíferos que sobrevivem aos humanos em relação à massa corporal. Ele concluiu que o acúmulo de danos às células como resultado da produção de radicais livres desempenha um papel no envelhecimento, mas que é relativamente menor em muitos casos e que varia em importância entre as espécies.
O desenvolvimento de tecnologias de sequenciamento de DNA rápidas e baratas nos últimos anos ofereceu aos cientistas pistas importantes sobre o papel dos genes na regulação da longevidade em uma variedade de espécies. Por exemplo, uma mutação em um gene chamado daf-2 é conhecido por permitir que vermes nematódeos tenham uma expectativa de vida dobrada, mas ainda saudável. Camundongos anões com versões mutadas de genes que prejudicam a produção do hormônio do crescimento, o hormônio prolactina e o hormônio estimulador da tireoide, vivem cerca de 40% mais do que os animais de controle.
Em um estudo publicado em 2013, Magalhães e seu colega Yang Li comparou os genomas de pares de mamíferos semelhantes com tempos de vida máximos significativamente diferentes e tempos de vida semelhantes. Eles descobriram que os genes envolvidos na resposta a danos no DNA e na reciclagem de proteínas pelas células evoluíram mais rapidamente em espécies de vida mais longa.
O que explica o surpreendente baixas taxas de câncer em animais grandes e de vida longa, como elefantes e baleias?
Em 2015, ele liderou um grupo que sequenciou o genoma da baleia-roxa, revelando mutações específicas da espécie em genes ligados à resposta a danos no DNA , a regulação dos ciclos celulares e o controle do câncer.
“Não sabemos com certeza se essas são as proteínas envolvidas nas diferenças das espécies no envelhecimento, mas esses estudos oferecem pistas que podemos levar adiante e teste mais “, diz Magalhães. Atualmente ele está envolvido em uma colaboração internacional que está sequenciando o macaco-prego, que pode viver além dos 50 anos, apesar de seu tamanho relativamente pequeno.
Magalhães e outros que estão coletando essa cultura O banco de dados dos determinantes genéticos da longevidade está observando um padrão nas capacidades aprimoradas de reparo do DNA de animais de vida longa.Por exemplo, o sequenciamento resolveu um mistério biológico que intrigava os cientistas desde os anos 1970; o que explica as taxas surpreendentemente baixas de câncer em animais grandes e longevos como elefantes e baleias?
Em 2015, uma equipe liderada por Joshua Schiffman, da Universidade de Utah, calculou que menos de 5% dos elefantes em cativeiro morrem de câncer, em comparação com uma taxa de mortalidade por câncer de 11-25% em humanos. Quando eles analisaram os dados de estudos de sequenciamento, eles descobriram que o elefante africano tem 40 cópias do gene que codifica p53 – uma proteína que desempenha um papel anticancerígeno chave, impedindo as células com DNA danificado de se dividirem até que os reparos sejam realizados. ou levando-os a cometer suicídio. Os elefantes asiáticos têm de 30 a 40 cópias. Tanto os humanos quanto o hyrax, os elefantes “parentes vivos mais próximos, têm apenas duas cópias do gene.
Testes adicionais mostraram que os elefantes não eram melhores para consertar DNA quebrado. Schiffman concluiu que suas defesas aprimoradas contra o câncer diminuíram para ser melhor em matar células com potencial de se tornarem cancerosas, antes que elas formem tumores.
Ter uma vida longa é parte do que nos torna humanos, ainda não entendemos por que temos essa capacidade
“Minha hipótese é que” não é a capacidade de reparo do DNA em si que é diferente, mas sim ” É a forma como as células respondem a danos no DNA ”, diz Magalhães. “A mesma quantidade de dano ao DNA vai matar uma célula de elefante ou impedi-la de proliferar, mas não necessariamente uma célula de camundongo.”
“Não faria muito sentido evolucionário para animais de vida curta desperdiçar energia valiosa defendendo-se de doenças que demoram muitos anos para se desenvolver ”, diz Austad. “Seria como colocar uma cara de $ 1.000 em um relógio barato.”
Cientistas que usam biologia comparada para entender o envelhecimento agora têm acesso aos genomas de dezenas de mamíferos. À medida que esse número aumenta para centenas, eles serão mais capazes de identificar pistas genéticas para os impulsionadores da longevidade.
“Ter vida longa é parte do que nos torna humanos, mas não entendemos por que temos essa capacidade “, diz Magalhães.” Sequenciar mais espécies nos ajudará a descobrir e a responder a muitas outras questões fascinantes. “
Magalhães também acredita que uma melhor compreensão de como espécies de vida longa evitam doenças pode ajudar os humanos a estender ainda mais nossa já generosa expectativa de vida. “Podemos aprender lições com pessoas como o rato-toupeira pelado e a baleia-da-índia para nos ajudar a resistir ao câncer, por exemplo?”, diz ele. “Acho que podemos. Mas ainda há muito trabalho a fazer. “