Smutsiga beige med gråbruna fläckliknande fläckar, Ming musslan var inte mycket för titta på. Det fick åtminstone ett namn, vilket är mer än vad som kan sägas för de flesta blötdjur. Uppskattad 507 år gammal när forskare plockade den från den isländska havsbotten (och dödade den) 2006, var havsquahogen det äldsta kända djur som någonsin har levt.
I augusti 2016 uppskattade forskarna en fem- en meter lång kvinnlig grönlandshaj hade levt i 392 år, vilket gjorde den till den längsta ryggradsdjur. Livslängdsrekordet hos däggdjur tillhör en boghval, som tros ha nått den stora åldern 211.
Kanske beror det på att människor har blivit så dominerande i andra avseenden att vi är fascinerade av arter som överlever oss. För biologer ger exempel på extrem livslängd grundläggande frågor om varför organismer åldras och dör. Och med tanke på att de gör det, varför kan individer av vissa arter leva i hundratals år medan andra får månader, veckor eller till och med bara dagar?
Människor är relativt långlivade. Vissa forskare hoppas att det att få större kunskap om vad som driver livslängden i djurriket ger chansen att inte bara förstå dessa arter bättre utan också vår egen. Andra går längre och tror att det är nyckeln till längre, hälsosammare människoliv.
Upptäckten av Mings extraordinära ålder 2013 ledde till omedelbar spekulation om att hemligheten till dess långa liv låg i dess mycket låga syre konsumtion.
En av de mest djupt förankrade idéerna om djurens livslängd är att den är nära kopplad till ämnesomsättningshastigheten – eller hastigheten på kemiska reaktioner som bryter ner maten till energi och producerar föreningar som behövs av celler Uppfattningen att djur genomgår kumulativ skada och dör tidigare när de arbetar hårdare som maskiner som körs med full kapacitet går antagligen tillbaka till den industriella revolutionen.
Varför kan individer av vissa arter lever i hundratals år medan andra får månader, veckor eller till och med bara dagar?
I början av 1900-talet jämförde den tyska fysiologen Max Rubner energimetabolism och livslängd hos marsvin, katter, hundar, kor, hästar och människor. Han fann att jag djupare djur hade lägre ämnesomsättning per gram vävnad och att de levde längre, vilket ledde honom till slutsatsen att användning av energi snabbare förkortat liv.
Amerikansk biolog Raymond Pearl utvecklade idén vidare efter sin forskning om effekterna av svält, temperaturförändring och ärftlighet på livslängden på fruktflugor och cantaloupemelonplantor. ”I allmänhet varierar livslängden omvänt som energiförbrukningshastigheten under livet”, skrev han i sin bok 1928 The Rate of Living.
1954 Denham Harman, vid University of California, Berkeley, tillhandahöll en mekanism för att stödja det som blev känt som levnadsgraden. Han föreslog att åldrande skulle vara resultatet av en ansamling av skador som orsakats av celler genom fria radikaler. Dessa genereras under ämnesomsättningen och är mycket reaktiva molekyler som kan skada cellulära maskiner genom att stjäla elektroner.
Även om det är sant att större arter av däggdjur har långsammare ämnesomsättningshastigheter och lever längre, har levnadsgraden övergiven till stor del. För det första har forskare påpekat att många fåglar och fladdermöss lever mycket längre än de borde för deras ämnesomsättning. Pungdjur har kortare livslängd än placentala däggdjur trots att de har lägre ämnesomsättningshastigheter.
John Speakman från University of Aberdeen i Storbritannien är bland dem som har betonat att, bara för att djur med långsammare ämnesomsättning har längre livslängd, menar inte det förstnämnda orsakar det senare.
”Alla bevis som har använts för att stödja levandeteorin har en grundläggande brist i den”, säger Speakman. ”Det vill säga det kommer från studier som jämförde djur med olika kroppsstorlekar.”
För däggdjur, när du tar ut kroppsstorlekens inflytande, ”de med högre ämnesomsättningshastigheter som lever längre
2005 använde Speakman ett smart statistiskt trick för att ta bort kroppsmassans inflytande från ekvationen, i en studie av data för 239 däggdjursarter och 164 fågelarter. För varje djur med en högre metabolism än förväntat för sin kroppsstorlek undersökte han om det hade en motsvarande lägre livslängd än förväntat för sin kroppsstorlek. och vice versa. ”För både däggdjur och fåglar, när kroppsmassan hade tagits bort, var förhållandet mellan ämnesomsättning och livslängd noll”, säger Speakman.
Denna beräkning, liksom tidigare arbete som stödde levande teori, använde djurens vilande metaboliska hastigheter när de varken smälter mat eller reglerar kroppstemperaturen.Forskare har traditionellt använt dessa priser helt enkelt för att det finns mer data för djur i detta tillstånd. Många djur tillbringar emellertid endast en minoritet av sin tid i en vilande metabolism, och andelen tid som olika arter spenderar på det varierar mycket.
För att komma runt detta problem jämförde Speakman dagliga energiförbrukning och maximal livslängd för de 48 däggdjursarterna och 44 fågelarter som han kunde hitta data för båda, och använde sedan samma statistiska anordning som han använde i den större studien för att avlägsna effekten av kroppsstorlek.
”Det visar sig att det finns ett förhållande, men det är motsatsen till vad du förutspår från levandeteorin”, säger Speakman. ”För däggdjur, när du tar ut påverkan av kroppsstorlek, är det de med högre ämnesomsättningshastigheter som lever längre. ” Resultaten för fåglar nådde inte statistisk signifikans.
Faktum är att tanken att ju mer syre ett djur konsumerar, desto större är produktionen av fria radikaler som orsakar skada, och därför är det snabbare åldrandet, nu föråldrad. Det är tack vare mer detaljerade studier av mitokondrier, de delar av celler som genererar energi.
När mitokondrier bryter ner kemikalier i maten, skjuts protoner över deras inre membran, vilket skapar en skillnad i elektrisk potential över dem. När protonerna släpps tillbaka över membranet används denna potentialskillnad för att skapa adenosintrifosfat (ATP), en molekyl som lagrar energi.
Man trodde ursprungligen att produktionen av fria radikaler är hög när den elektriska skillnaden över mitokondriemembranet var högt – vilket innebär att ju högre metabolism, desto större produktion av mycket reaktiva molekyler som orsakar cellulär skada och åldrande.
Mindre djur har fler rovdjur och måste växa snabbare och reproducera sig tidigare
Faktum är att denna modell inte tar hänsyn till förekomsten av ”avkoppling proteiner ”i mitokondriens inre membran. Med funktioner inklusive värmeproduktion utlöser dessa frikopplingsproteiner flödet av protoner över membranet för att minska potentialskillnaden över det när det är högt.
”Den traditionella idén att, när du ökar din ämnesomsättning, en fast procent av syret du konsumerar kommer att producera fria radikaler, är i grunden i strid med vad vi vet om hur mitokondrier fungerar, säger Speakman. ”Om något, skulle vi förvänta oss att när ämnesomsättningen ökar och frikopplingen ökar … skadorna på fria radikaler skulle minska.” överleva ”hypotes. När Speakman testade det 2004 fann han att möss i den övre kvartilen för metabolisk intensitet konsumerade mer syre och levde 36% längre än möss i den nedre kvartilen – vilket stödde avkopplingen för att överleva idén.
En enklare avgörande för hur länge djurarter lever är deras storlek. I en studie som publicerades 2007 planerade João Pedro Magalhães från University of Liverpool i Storbritannien kroppsmassa mot maximal känd livslängd på mer än 1400 däggdjursarter, fåglar, amfibier och reptiler.
Över dessa fyra grupper, fann Magalhães att 63% av variationen i livslängd berodde på kroppsmassa. Endast för däggdjur var det 66%. Fladdermöss är något av en outlier genom att de lever mycket längre än de borde för sin storlek, så han bearbetade beräkningen utan dem, och den här gången fann han att kroppsmassa förklarade 76% av däggdjursvariationen. Föreningen för fåglar var 70% och för reptiler var den 59%. Det fanns ingen korrelation för amfibier.
Magalhães och andra som har studerat effekterna av storlek på hur länge djur lever säger att det beror på kombinerade evolutionära och ekologiska faktorer.
”Kroppsstorlek är en avgörande faktor för ekologiska möjligheter, säger Magalhães. ”Mindre djur har fler rovdjur och måste växa snabbare och reproducera sig tidigare om de vill förmedla sina gener. Större djur, som elefanter och valar, är mindre benägna att ätas av rovdjur och saknar evolutionstryck. att mogna och reproducera i en tidig ålder. ”
Öns opossums levde i genomsnitt fyra och en halv månad, eller 23%, längre än deras kusiner på fastlandet
Om kroppsstorleken påverkar livslängden genom sannolikheten för att de ätas följer det att olika populationer av samma art kan leva under längre eller kortare perioder i olika miljöer.
Steven Austad, en journalist som blev lejon-tamer-blev-biolog, satte sig för att testa denna idé i en studie av vuxna kvinnliga opossum i slutet av 1980-talet. Han fångade och fäste radiokrage till 34 på Sapelo Island, Georgia, USA och till ytterligare 37 på fastlandet nära Aitken, South Carolina, USA.Den andra av dessa populationer jagas av vilda hundar och bobcats (Lynx rufus), medan befolkningen på ön inte är det. Öopossumerna är under mindre tryck från rovdjur i allmänhet och är genetiskt isolerade.
Austad fann att öopossumerna levde i genomsnitt fyra och en halv månad, eller 23%, längre än deras kusiner på fastlandet. De hade också betydligt mindre kullar, började reproducera lite senare och kunde reproducera längre. Tester visade att kollagen i svans senafibrer åldrades snabbare på fastlandet.
Austad ansåg att de möjliga effekterna av variationer i klimat, patogener och kost men drog slutsatsen att den längre livslängden för öpopulationen troligen var till genetiska variationer till följd av olika urvalstryck.
Det finns andra faktorer som vid första anblicken kan tyckas ha en inverkan på artens livslängd, men faktiskt visar sig bara vara en funktion av kroppsstorlek och ekologiska möjligheter . Hjärnstorlek har till exempel visat sig korrelera med maximal artlivslängd, särskilt i primater, liksom ögonglobstorlek. ”Om du har något som förändras med kroppsstorlek kommer det att se ut som om det är relaterat till livslängd, helt enkelt för att det finns ett samband mellan kroppsstorlek och livslängd”, säger Speakman.
Även om det finns en rådande vetenskaplig enighet kring vikten av kroppsstorlek på livslängder via sannolikheten att bli avlivad av andra djur, detta lämnar fortfarande viktiga frågor obesvarade.
”Det beror på vilken nivå du ställer frågan”, säger Speakman. ”Den evolutionära förklaringen är att göra med yttre dödsrisk. Frågan är då vilka är de verkliga mekanismerna som skyddar kroppen?”
En mutation i en genen daf-2 är känd för att tillåta nematodmaskar att leva fördubblade men ändå hälsosamma livslängder
I sin jakt på svar på denna fråga vände Austad sig in forskning som publicerades 2010, till en grupp långlivade djur som han kallade Methusalehs Zoo, efter att den bibliska patriarken sa att han hade levt i 969 år. Austad hävdade att lågtemperaturmiljön hos långlivade rekordhållare som Ming clam, Grönlandshajar och valar är ingen tillfällighet.
”De flesta djur som lever exceptionellt länge har låg kroppstemperatur eller lever i en lågtemperaturmiljö”, säger han. Austad påpekar att den viktiga kroppsliga temperaturen är. processer som produktion av reaktiva syrearter, DNA-reparation och gentranskription går långsammare i kyla.
Att vara speciell Austad var särskilt intresserad av processer som kunde informera människans livslängd och ägde särskild uppmärksamhet åt nakna mullvadsråttor och små bruna fladdermöss, två däggdjur som överlever människor i förhållande till kroppsmassa. Han drog slutsatsen att ackumulering av skador på celler som ett resultat av produktion av fria radikaler verkligen spelar en roll i åldrandet, men en som är relativt liten i många fall, och som varierar i betydelse mellan arter.
Utvecklingen av snabba, billiga DNA-sekvenseringsteknologier under de senaste åren har gett forskare viktiga ledtrådar om generens roll för att reglera livslängden i en mängd olika arter. Till exempel är en mutation i en gen som kallas daf-2 känd för att tillåta nematodmaskar att leva fördubblade men fortfarande hälsosamma livslängder. Dvärgmöss med muterade versioner av gener som undergräver produktionen av tillväxthormon, hormonet prolaktin och sköldkörtelstimulerande hormon, lever cirka 40% längre än kontrolldjur.
I en studie som publicerades 2013, Magalhães och kollega Yang Li jämförde genomet hos par av liknande däggdjur med både signifikant olika maximala livslängder och liknande livslängder. De fann att gener som var inblandade som svar på DNA-skador och återvinning av proteiner i celler hade utvecklats snabbare i arter med längre livslängd.
Vad förklarar det överraskande låga cancerfrekvenser hos stora, långlivade djur som elefanter och valar?
2015 fortsatte han med att leda en grupp som sekvenserade arvshvalens genom och avslöjade artspecifika mutationer i gener kopplade till DNA-skadorrespons , reglering av cellcykler och kontroll av cancer.
”Vi vet inte för ett faktum att det här är proteinerna som är involverade i artens skillnader i åldrande, men dessa studier erbjuder ledtrådar vi kan ta fram och testa vidare ”, säger Magalhães. Han är för närvarande involverad i ett internationellt samarbete som sekvenserar capuchinapan, som kan leva över 50 års ålder trots sin relativt lilla storlek.
Magalhães och andra som samlar denna växande databasen över de genetiska determinanterna för livslängd ser ett mönster i de förbättrade DNA-reparationsfunktionerna hos långlivade djur.Till exempel har sekvensering löst ett biologiskt mysterium som har förbryllat forskare sedan 1970-talet; vad förklarar de överraskande låga cancerfrekvensen hos stora, långlivade djur som elefanter och valar?
År 2015 beräknade ett team under ledning av Joshua Schiffman från University of Utah att färre än 5% av fångade elefanter dör av cancer, jämfört med en cancerdödlighet på 11-25% hos människor. När de tittade på data från sekvenseringsstudier fann de att den afrikanska elefanten har 40 kopior av genen som kodar för p53 – ett protein som spelar en nyckelroll mot cancer genom att antingen förhindra att celler med skadat DNA delar sig tills reparationer har utförts, eller att få dem att begå självmord. Asiatiska elefanter har 30 till 40 exemplar. Både människor och rock hyrax, elefanter ”närmaste levande släkting, har bara två kopior av genen.
Ytterligare tester visade att elefanter inte var bättre på att fixera trasigt DNA. Schiffman drog slutsatsen att deras förbättrade försvar mot cancer beror på att vara bättre på att döda celler med potential att bli cancer, innan de kan bilda tumörer.
Att vara långlivad är en del av det som gör oss mänskliga, men ändå vi förstår inte varför vi har den kapaciteten
”Min hypotes är att det inte är DNA-reparationskapacitet i sig som är annorlunda, utan det” s hur celler reagerar på DNA-skador, säger Magalhães. ”Samma mängd DNA-skada kommer att döda en elefantcell eller stoppa den spridning, men inte nödvändigtvis en muscell.”
”Det skulle vara lite evolutionärt förnuftigt för kortlivade djur att slösa bort värdefull energi att försvara sig mot sjukdomar som det tar många år att utveckla, säger Austad. ”Det skulle vara som att sätta ett ansikte på 1 000 dollar på en billig klocka.”
Forskare som använder jämförande biologi för att förstå åldrande har nu tillgång till genomerna till dussintals däggdjur. Eftersom detta ökar till hundratals kommer de att bättre kunna identifiera genetiska ledtrådar till drivkrafterna för lång livslängd.
”Att vara långlivad är en del av det som gör oss mänskliga, men vi förstår inte varför vi har den förmågan ”, säger Magalhães.” Att ordna fler arter hjälper oss att ta reda på det och svara på många andra fascinerande frågor. ”
Magalhães tror också att en bättre förståelse för hur långlivade arter avvärjer sjukdomar hjälpa människor att förlänga våra redan generösa livslängder. ”Kan vi dra lärdomar av den nakna mullvadsråttan och boghvalen för att till exempel hjälpa oss att motstå cancer?”, säger han. ”Jag tror att vi kan. Men det finns fortfarande mycket arbete att göra.