Bej murdar cu pete asemănătoare petelor gri-maronii, Ming scoica nu era prea uita-te la. Cel puțin a primit un nume, ceea ce este mai mult decât se poate spune pentru majoritatea moluștelor. Estimat la 507 de ani, când oamenii de știință l-au smuls din fundul mării islandeze (și l-au ucis) în 2006, oceanul quahog a fost cel mai vechi animal cunoscut care a trăit vreodată.
În august 2016, cercetătorii au estimat că rechinul femelă de Groenlanda, lung de un metru, a trăit 392 de ani, făcându-l cel mai longeviv vertebrat. Înregistrarea duratei de viață a mamiferelor aparține unei balene bowhead, despre care se crede că a atins marea bătrânețe de 211.
Poate că din cauză că oamenii au devenit atât de dominanți în alte privințe, suntem fascinați de speciile care ne supraviețuiesc. Pentru biologi, exemplele de longevitate extremă ridică întrebări fundamentale despre motivul pentru care organismele îmbătrânesc și mor. Și având în vedere că o fac, de ce pot trăi indivizi din anumite specii sute de ani, în timp ce alții au luni, săptămâni sau chiar doar câteva zile? Unii cercetători speră că obținerea unor cunoștințe mai mari despre ceea ce determină longevitatea în regnul animal oferă șansa, nu numai de a înțelege mai bine acele specii, ci și a noastră. Alții merg mai departe, considerând că este cheia unei vieți umane mai lungi și mai sănătoase.
Descoperirea vârstei extraordinare a lui Ming în 2013 a dus la speculații imediate că secretul vieții sale îndelungate rezidă în oxigenul său foarte scăzut. consumul.
Într-adevăr, una dintre cele mai adânc înrădăcinate idei despre durata de viață a animalelor este că este strâns legată de rata metabolică – sau de viteza reacțiilor chimice care descompun alimentele în energie și produc compuși necesari celulelor . Noțiunea că animalele suferă daune cumulative și mor mai devreme când lucrează mai mult ca mașinile care funcționează la capacitate maximă datează probabil de la Revoluția Industrială.
De ce poate indivizii unor specii trăiesc sute de ani, în timp ce alții au luni, săptămâni sau chiar zile?
La începutul secolului al XX-lea, fiziologul german Max Rubner a comparat rate ale metabolismului energetic și duratei de viață la cobai, pisici, câini, vaci, cai și oameni. El a constatat că l animalele arger au avut rate metabolice mai mici pe gram de țesut și că au trăit mai mult, ceea ce l-a condus la concluzia că consumul de energie mai rapid a scurtat durata de viață. foamete, schimbare de temperatură și ereditate pe durata de viață a muștelor fructelor și a răsadurilor de pepene galben. „În general, durata vieții variază invers ca rata cheltuielilor de energie în timpul vieții”, a scris el în cartea sa din 1928 The Rate of Living.
În 1954, Denham Harman, de la Universitatea din California, Berkeley, a oferit un mecanism care să susțină ceea ce a devenit cunoscut sub numele de teoria ratei vieții. El a propus ca îmbătrânirea să fie rezultatul unei acumulări de daune cauzate celulelor de radicalii liberi. Generate în timpul metabolismului, acestea sunt molecule foarte reactive care pot deteriora mașinile celulare prin furtul de electroni.
Cu toate acestea, deși este adevărat că speciile mai mari de mamifere au rate metabolice mai mici și trăiesc mai mult, rata vieții are în mare parte a fost abandonat. În primul rând, cercetătorii au subliniat că multe păsări și lilieci trăiesc mult mai mult decât ar trebui pentru ratele lor metabolice. Marsupialele au o durată de viață mai scurtă decât mamiferele placentare, în ciuda faptului că au rate metabolice mai mici.
John Speakman de la Universitatea din Aberdeen din Marea Britanie se numără printre cei care au subliniat că, doar pentru că animalele cu rate metabolice mai mici au o durată de viață mai lungă, nu înseamnă că primul îl provoacă pe cel din urmă.
„Toate dovezile care au fost folosite pentru a susține teoria ratei vieții au un defect fundamental în el”, spune Speakman. „Adică, provine din studii care au comparat animale cu diferite dimensiuni ale corpului.”
Pentru mamifere, odată ce ați eliminat influența dimensiunii corpului, „cei cu rate metabolice mai mari care trăiesc mai mult
În 2005, Speakman a folosit un truc statistic inteligent pentru a elimina influența masei corporale din ecuație, în un studiu de date pentru 239 de specii de mamifere și 164 de specii de păsări. Pentru fiecare animal cu o rată metabolică mai mare decât se aștepta pentru dimensiunea corpului său, el a examinat dacă avea o durată de viață corespunzătoare mai mică decât se aștepta pentru dimensiunea corpului său, și invers. „Atât pentru mamifere, cât și pentru păsări, odată ce masa corporală a fost îndepărtată, relația dintre rata metabolică și durata de viață a fost zero”, spune Speakman.
Cu toate acestea, acest calcul, ca și lucrările anterioare care susțin rata de teoria vieții, a folosit ratele metabolice de odihnă ale animalelor, atunci când acestea nu digeră alimentele și nici nu reglează temperatura corpului.Cercetătorii au folosit în mod tradițional aceste rate doar pentru că sunt disponibile mai multe date pentru animalele din această stare. Cu toate acestea, multe animale își petrec doar o minoritate din timp într-un ritm de repaus al metabolismului, iar proporția de timp pe care o petrec diferite specii la acesta variază foarte mult. durata maximă de viață pentru cele 48 de specii de mamifere și 44 de specii de păsări pentru care a putut găsi date pentru ambele și apoi a folosit același dispozitiv statistic pe care l-a folosit în studiul mai mare pentru a elimina efectul dimensiunii corpului.
„Se pare că există o relație, dar este opusul a ceea ce preziceți din teoria ratei de viață”, spune Speakman. „Pentru mamifere, odată ce ați eliminat influența dimensiunii corpului, este vorba de cei cu o creștere mai mare rate metabolice care trăiesc mai mult. ” Rezultatele pentru păsări nu au atins semnificație statistică.
De fapt, ideea că cu cât consumă mai mult oxigen un animal, cu atât este mai mare producția de radicali liberi care provoacă daune și, prin urmare, cu cât îmbătrânirea este mai rapidă, este acum învechit. Asta datorită studiilor mai detaliate ale mitocondriilor, părțile celulelor care generează energie.
Când mitocondriile descompun substanțele chimice din alimente, protonii sunt împinși pe membranele lor interioare, creând o diferență în potențialul electric. Când protonii sunt eliberați pe membrană, această diferență de potențial este utilizată pentru a crea adenozin trifosfat (ATP), o moleculă care stochează energie.
Se credea inițial că producția de radicali liberi este mare atunci când diferența electrică peste membrana mitocondriilor a fost ridicată – ceea ce înseamnă că cu cât rata metabolismului este mai mare, cu atât este mai mare producția de molecule foarte reactive care provoacă leziuni celulare și îmbătrânire.
Animalele mai mici au mai mulți prădători și trebuie să crească mai repede, precum și să se reproducă mai repede
De fapt, acest model nu ține cont de prezența „decuplării” proteine „în membrana interioară a mitocondriilor. Cu funcții care includ generarea de căldură, aceste proteine de decuplare declanșează fluxul de protoni peste membrană pentru a reduce diferența de potențial între ea atunci când este ridicată.
„Ideea tradițională că, pe măsură ce creșteți metabolismul, o procentul din oxigenul pe care îl consumați se va produce pentru a produce radicali liberi, este în contradicție cu ceea ce știm despre modul în care funcționează mitocondriile „, spune Speakman. „Dacă se întâmplă ceva, ne-am aștepta ca pe măsură ce metabolismul crește și decuplarea crește … daunele radicalilor liberi vor scădea.”
Deoarece producția mai mică de radicali liberi este asociată cu durate de viață mai lungi, aceasta a fost numită „decuplarea la supraviețui „ipoteză. Când Speakman a testat-o în 2004, a descoperit că șoarecii din quartila superioară pentru intensitatea metabolică consumau mai mult oxigen și trăiau cu 36% mai mult decât șoarecii din quartila inferioară – susținând decuplarea pentru a supraviețui.
O idee mai simplă determinant pentru cât timp trăiesc speciile de animale este mărimea lor. Într-un studiu publicat în 2007, João Pedro Magalhães de la Universitatea din Liverpool din Marea Britanie a trasat masa corporală în funcție de durata de viață maximă cunoscută a mai mult de 1.400 de specii de mamifere, păsări, amfibieni și reptile.
În aceste patru grupuri, Magalhães a constatat că 63% din variația duratei de viață a fost redusă la masa corporală. Doar pentru mamifere, a fost de 66%. Liliecii sunt ceva mai extraordinar prin faptul că trăiesc mult mai mult decât ar trebui pentru dimensiunea lor, așa că a relucrat calculul fără ei și de data aceasta a descoperit că masa corporală explica 76% din variația duratei de viață a mamiferelor. Asociația pentru păsări a fost de 70%, iar pentru reptile a fost de 59%. Nu a existat nicio corelație pentru amfibieni.
Magalhães și alții care au studiat impactul mărimii asupra duratei de viață a animalelor spun că se reduce la factori evolutivi și ecologici combinați.
„Dimensiunea corpului este un factor determinant al oportunităților ecologice „, spune Magalhães. „Animalele mai mici au mai mulți prădători și trebuie să crească mai repede, precum și să se reproducă mai repede, dacă doresc să-și transmită genele. Animalele mai mari, cum ar fi elefanții și balenele, sunt mai puțin susceptibile de a fi mâncate de prădători și nu au presiunea evolutivă. să se maturizeze și să se reproducă la o vârstă fragedă. „
Opossumurile insulei au trăit în medie patru luni și jumătate, sau 23%, mai mult de verii lor continentali
Dacă dimensiunea corpului afectează durata de viață prin probabilitatea de a fi consumat, rezultă că diferite populații din aceeași specie ar putea trăi perioade mai lungi sau mai scurte în medii diferite.
Steven Austad, un jurnalist transformat-îmblânzitor de leu-transformat în biolog, și-a propus să testeze această idee într-un studiu al femeilor adulte de la sfârșitul anilor 1980. El a prins și a atașat gulerele radio la 34 de pe Insula Sapelo, Georgia, SUA și la alte 37 de pe continent, lângă Aitken, Carolina de Sud, SUA.A doua dintre aceste populații este vânată de câini sălbatici și bobcats (Lynx rufus), în timp ce populația de pe insulă nu este. Opossumurile insulare sunt sub o presiune mai mică din partea prădătorilor în general și sunt izolate genetic.
Austad a descoperit că opossumurile insulei trăiau în medie cu patru luni și jumătate, sau 23%, mai mult decât verii lor din continent. De asemenea, aveau așternuturi semnificativ mai mici, au început să se reproducă puțin mai târziu și au putut să se reproducă mai mult timp. Testele au arătat că colagenul din fibrele tendinoase ale cozii îmbătrânește mai repede în fosele continentale.
Austad a luat în considerare posibilele efecte ale variației climatului, a agenților patogeni și a dietei, dar a concluzionat că durata de viață mai lungă a populației insulare a scăzut cel mai probabil la variații genetice rezultate din presiuni de selecție diferite.
Există alți factori care la prima vedere ar putea avea un impact asupra duratei de viață a speciilor, dar, de fapt, se dovedesc a fi doar o funcție a dimensiunii corpului și a oportunităților ecologice. . De exemplu, s-a demonstrat că dimensiunea creierului se corelează cu durata maximă de viață a speciilor, în special la primate, la fel ca și dimensiunea globului ocular. „Dacă aveți ceva care se schimbă odată cu dimensiunea corpului, va arăta ca și cum ar fi legat de durata de viață, pur și simplu pentru că există o relație între dimensiunea corpului și durata de viață”, spune Speakman.
În timp ce există o prevalență consensul științific cu privire la importanța dimensiunii corpului asupra duratei vieții prin probabilitatea de a fi ucis de alte animale, acest lucru lasă încă întrebări vitale fără răspuns.
„Depinde de nivelul la care puneți întrebarea”, spune Speakman. „Explicația evolutivă are legătură cu riscul de mortalitate extrinsecă. Întrebarea care este atunci care sunt mecanismele reale care protejează corpul?”
O mutație într-o gena numită daf-2 este cunoscută pentru a permite viermilor nematode să ducă o viață dublată, dar încă sănătoasă
În căutarea răspunsurilor la această întrebare, Austad a transformat, în o cercetare publicată în 2010 către un grup de animale de lungă durată pe care a numit-o Grădina Zoologică a lui Methusaleh, după ce patriarhul biblic a spus că a trăit timp de 969 de ani. Austad a susținut că mediile cu temperatură scăzută ale deținătorilor de recorduri de longevitate, cum ar fi Ming scoica, Rechinii din Groenlanda și balenele bowhead nu sunt o coincidență.
„Majoritatea animalelor care trăiesc o perioadă excepțională de lungă durată au o temperatură corporală scăzută sau trăiesc într-un mediu cu temperatură scăzută”, spune el. Austad subliniază că procese precum producția de specii reactive de oxigen, repararea ADN-ului și transcrierea genelor sunt mai lente la rece.
interesat în mod special de procesele care ar putea informa extinderea duratei de viață a omului, Austad a acordat, de asemenea, o atenție deosebită șobolanilor alunecați goi și liliecilor maronii, două mamifere care supraviețuiesc oamenilor în raport cu masa corporală. El a concluzionat că acumularea de daune asupra celulelor ca urmare a producției de radicali liberi joacă un rol în îmbătrânire, dar unul care este relativ minor în multe cazuri și care variază ca importanță între specii.
Dezvoltarea unor tehnologii rapide, ieftine de secvențiere a ADN în ultimii ani a oferit oamenilor de știință indicii importante despre rolul genelor în reglarea longevității într-o varietate de specii. De exemplu, o mutație într-o genă numită daf-2 este cunoscută pentru a permite viermilor nematode să ducă o viață dublată, dar încă sănătoasă. Șoarecii pitici cu versiuni mutante ale genelor care subminează producția de hormon de creștere, hormonul prolactină și hormonul stimulator al tiroidei, trăiesc cu aproximativ 40% mai mult decât animalele de control.
Într-un studiu publicat în 2013, Magalhães și colega Yang Li a comparat genomul perechilor de mamifere similare atât cu durate de viață maxime semnificativ diferite, cât și cu durate de viață similare. Au descoperit că genele implicate ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și la reciclarea proteinelor de către celule au evoluat mai rapid la speciile cu viață mai lungă.
Ce explică surprinzător rate scăzute de cancer la animalele mari, de lungă durată, cum ar fi elefanții și balenele?
În 2015, el a continuat să conducă un grup care a secvențiat genomul balenei de cap, revelând mutații specifice speciilor în genele legate de răspunsul la deteriorarea ADN-ului , reglarea ciclurilor celulare și controlul cancerului.
„Nu știm cu adevărat că acestea sunt proteinele implicate în diferențele dintre specii în timpul îmbătrânirii, dar aceste studii oferă indicii pe care le putem avansa și testați mai departe „, spune Magalhães. În prezent, el este implicat într-o colaborare internațională care secvențează maimuța capucină, care poate trăi după vârsta de 50 de ani, în ciuda dimensiunilor sale relativ mici.
Magalhães și alții adună această creștere baza de date a factorilor determinanți genetici ai longevității vede un model în capacitățile îmbunătățite de reparare a ADN-ului animalelor cu viață lungă.De exemplu, secvențierea a rezolvat un mister biologic care i-a nedumerit pe oamenii de știință încă din anii 1970; ce explică ratele surprinzător de scăzute de cancer la animalele mari, de lungă durată, cum ar fi elefanții și balenele?
În 2015, o echipă condusă de Joshua Schiffman, de la Universitatea din Utah, a calculat că mai puțin de 5% din elefanții captivi mor din cauza cancerului, comparativ cu o rată a mortalității prin cancer de 11-25% la om. Când au analizat datele din studii de secvențiere, au descoperit că elefantul african are 40 de copii ale genei care codifică p53 – o proteină care joacă un rol cheie anti-cancer, fie prin împiedicarea divizării celulelor cu ADN deteriorat până la efectuarea reparațiilor, sau declanșându-i să se sinucidă. Elefanții asiatici au între 30 și 40 de exemplare. Atât oamenii, cât și rock hyrax, cea mai apropiată rudă vie a elefanților, au doar două copii ale genei.
Alte teste au arătat că elefanții nu au reușit să remedieze ADN-ul spart. Schiffman a concluzionat că apărarea lor sporită împotriva cancerului este a fi mai bun la uciderea celulelor cu potențialul de a deveni canceroase, înainte ca acestea să poată forma tumori.
A fi de lungă durată face parte din ceea ce ne face oameni, totuși nu înțelegem de ce avem această capacitate
„Ipoteza mea este că” capacitatea de reparare a ADN-ului în sine nu este diferită, mai degrabă ea ” este modul în care celulele răspund la deteriorarea ADN-ului „, spune Magalhães. „Aceeași cantitate de daune ADN va ucide o celulă de elefant sau o va opri din proliferare, dar nu neapărat o celulă de șoarece.”
„Ar avea un sens evolutiv puțin ca animalele de scurtă durată să irosească energie valoroasă apărându-se împotriva bolilor care durează mulți ani până se dezvoltă „, spune Austad. „Ar fi ca și cum ai pune o față de 1.000 de dolari pe un ceas ieftin.”
Oamenii de știință care folosesc biologia comparativă pentru a înțelege îmbătrânirea au acum acces la genomul a zeci de mamifere. Pe măsură ce acest lucru crește la sute, aceștia vor putea identifica mai bine indicii genetici pentru factorii care determină longevitatea.
„A avea o durată lungă de viață face parte din ceea ce ne face oameni, dar nu înțelegem de ce avem această capacitate „, spune Magalhães.” Secvențierea mai multor specii ne va ajuta să aflăm și să răspundem la multe alte întrebări fascinante. „
Magalhães consideră, de asemenea, că o mai bună înțelegere a modului în care speciile cu viață lungă se feresc de boală pot ajută oamenii să ne extindă și mai mult durata de viață deja generoasă. „Putem învăța lecții de la șobolanul alunecos gol și balena de cap pentru a ne ajuta să rezistăm cancerului, de exemplu?”, spune el. „Cred că putem. Dar mai sunt multe lucruri de făcut.