https://bodybydarwin.com
Slider Image

Kijk naar grote lichamen om een ​​lange levensduur te begrijpen

2020

De kleine nematode bekend als Caenorhabditis elegans leeft zijn hele leven in ongeveer drie weken. Het vluchtige bestaan ​​van de worm is slechts een fractie van de tijd die wordt besteed aan duizendpoten of ratten. Deze dieren worden op hun beurt in het stof achtergelaten door een horde andere wezens, van dassen tot leeuwen tot chimpansees. Nog indrukwekkender is de Groenlandse walvis, waarvan de levensduur van 200 jaar de langste van elk zoogdier is.

Er zijn een paar extreme uitschieters, dieren wiens levens veel verder reiken dan hun naaste familieleden. Eén quahog-schelp bereikte een leeftijd van 500 jaar - een levensduur die ongeveer 8500 keer langer is dan die van de bescheiden nematode, zegt Matt Kaeberlein, een moleculair bioloog aan de Universiteit van Washington in Seattle. Het oude tweekleppige schelpdier zou op een bord kunnen passen. Over het algemeen leven grote dieren zoals walvissen en olifanten echter veel langer dan kleinere dieren zoals muizen.

Maar hoe doen ze het?

"Mijn gok is dat er niet één antwoord zal zijn, zegt Kaeberlein. Er lijkt een breed scala aan strategieën te zijn die dieren gebruiken om hun DNA en weefsels te beschermen tegen de veroudering en hun leeftijdsgenoten te overleven. Wetenschappers zijn vastbesloten om te ontdekken wat ze zijn om leeftijdsgebonden ziekten zoals kanker, dementie en hartaandoeningen bij mensen te voorkomen.

Het goede nieuws is dat we al een redelijk goed idee hebben waarom grote dieren vaak langer leven dan kleine. Het heeft te maken met het feit dat kleine dieren eerder worden opgeslokt door roofdieren. Deze dieren hebben de neiging om baby's vroeg te krijgen en snel oud te worden. "Als je een muis bent, is er echt geen selectiedruk om problemen met kanker of oudere leeftijd op te lossen, want naar alle waarschijnlijkheid ben je tegen die tijd dood, " zegt Kevin Healy, een macro-ecoloog bij de Universiteit van St. Andrews in Schotland.

Grote dieren kunnen het zich veroorloven om lang op te groeien en zich voort te planten. "Als je een olifant bent, word je bijvoorbeeld niet opgegeten door een hyena, dus groot zijn heeft intrinsieke voordelen, " zegt João Pedro de Magalhães, een bioloog die ouder worden bestudeert aan de Universiteit van Liverpool in de Verenigde Staten. Koninkrijk. Dus wanneer een dier een laag risico heeft om gedood te worden door externe omstandigheden zoals voedseltekorten of roofdieren, heeft het een kans om een ​​langere levensduur te ontwikkelen.

Sommige groepen dieren leven veel langer dan alleen hun lichaamsgrootte zou doen vermoeden, waaronder veel vogels en vleermuizen. Healy en zijn collega's hebben onderzocht hoe verschillende levensstijlen zoals vliegen of graven kunnen verklaren waarom dit zo is. Ze ontdekten dat het vermogen om te vliegen de sleutel was tot de vraag of een dier een lange levensduur zou hebben. "Het is een beetje alsof je heel, heel groot bent, zegt Healy." Als je vliegt, kun je je roofdieren ontwijken, je kunt vrij gemakkelijk naar nieuwe gebieden gaan, als er een droogte is in een gebied, kun je ergens anders naartoe gaan. "

Dieren die zich ver buiten het bereik van roofdieren begraven, kunnen ook een voordeel hebben. Er zijn echter niet zoveel soorten die ondergronds leven, zegt Healy. Het meest opmerkelijke exemplaar de naakte molrat, die meer dan 30 jaar oud kan worden en nauwelijks lijkt te verouderen of kanker te krijgen zou zijn superlange levensduur om andere redenen ook kunnen hebben geëvolueerd.

De naakte molrat gedraagt ​​zich meer als mieren of termieten dan een typisch knaagdier, zegt Healy. Ze leven in kolonies van arbeiders, voorgezeten door een enkele koningin die alle pups baart. Ze beschermen de koningin, zodat er geen roofdieren in de buurt van de koningin komen, als er een voedseltekort is, is het de koningin die het voedsel eerst krijgt, en dus in feite een omgeving creëert die Is echt beschermend en laat hen veel langer leven, zegt hij.

Primaten hebben de neiging ook een lang leven te leiden, zegt De Magalh es. Chimpansees leven ongeveer twee keer zo lang als je zou verwachten op basis van hun lichaamsgrootte. En alleen op maat, mensen zouden een maximale levensduur van ongeveer 27 jaar moeten hebben. Maar de oudste persoon die we kennen leefde tot meer dan vier keer zo; een Franse vrouw, Jeanne Louise Calment was 122 jaar en 164 dagen oud toen ze stierf in 1997.

Het vergelijken van chimpansees met mensen is niet helemaal eerlijk, zegt de Magalh es. Onze maximaal mogelijke levensduur is waarschijnlijk scheef omdat we toegang hebben tot medicijnen en door het feit dat er net zoveel meer zijn dan andere primaten. Toch komt een deel van onze belachelijk lange levensduur uit ons superieure intellect; vaardigheden zoals het kunnen bouwen en gebruiken van tools gaf ons waarschijnlijk een voorsprong op de overleving, waardoor we in de loop van de tijd langere levensduur kunnen evolueren.

"Het evolutionaire perspectief van waarom grotere dieren langer leven, wordt goed begrepen", zegt de Magalhães. “Wat zijn de mechanistische basis daarvan? Ik denk dat dat minder duidelijk is. "

Vroeger dachten wetenschappers dat de belangrijkste reden dat grote dieren zoveel langer leven dan kleinere, is dat ze langzamere metabolismen hebben.

"Als je zo klein bent als een muis, heb je veel oppervlakte per volume-eenheid en dat betekent dat je als een gek warmte uitstraalt, " zegt Richard Miller, een biogerontoloog aan de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. Een groot dier als een olifant moet relatief minder energie verbranden om warm te blijven. Dit betekent dat dieren met een lange levensduur ook vaak een lage stofwisseling hebben. Wetenschappers gingen ervan uit dat dit minder slijtage aan hun cellen veroorzaakte.

Maar metabolisme is eigenlijk een rode haring, zegt Miller. “Kangoeroes en opossums hebben een erg laag metabolisme, en dus als dit idee correct was, zou je verwachten dat ze een echt lange levensduur hebben. Maar in feite hebben ze echt een korte levensduur. ”En vogels en vleermuizen hebben een hoge stofwisseling, maar leven vaak zelfs langer dan hun lichaamsgrootte zou voorspellen.

De Magalhães en zijn collega's hebben onderzocht of er een verband bestaat tussen levensduur en metabolisme bij zoogdieren en vogels. Nadat ze de lichaamsgrootte hadden bepaald, verdween de correlatie.

Het is echter mogelijk dat de stofwisseling een rol speelt bij de levensduur van koudbloedige dieren, wier lichaamstemperatuur afhankelijk is van hun omgeving. Sommige van de langstlevende wezens leven in koud water. Deze omvatten de olm, een grotbewonende salamander die 100 jaar oud kan worden; de orange roughy, een diepzeevis, kan 150 jaar oud worden; en de Groenlandse haai, die 400 jaar oud wordt. "Hun metabolisme is erg laag omdat, net als een oven, als je de hitte hoger zet, we meer energie verbranden, " zegt Healy.

Wat meer is, koudbloedige dieren zoals aaltjes en vliegen leven langer wanneer ze worden opgefokt in koudere temperaturen, zegt de Magalhães. Het is mogelijk dat hun cellen onder deze omstandigheden langzamer schade opbouwen. Het is moeilijker om te testen of dit ook waar kan zijn voor zoogdieren, omdat ons lichaam binnen een veel smaller bereik van temperaturen blijft.

"In het geval van de zeer langlevende kokkels, denk ik dat het vrijwel zeker het geval is dat koude temperatuur deel uitmaakt van het verhaal, maar het is niet alles, " zegt Kaeberlein. Andere kokkels die in dezelfde gebieden worden gevonden, leven tientallen jaren in plaats van eeuwen.

Evenzo hebben sommige vleermuizen zelfs hun vliegende leeftijdgenoten overtroffen. De vleermuis van Brandt kan 40 jaar oud worden ondanks de grootte van een muis. Het beste waar een echte muis op kan hopen is 3 of 4 jaar. Een vogel van dezelfde grootte kan ongeveer 10 jaar oud worden, zegt Healy.

"Hoewel we grotere dingen langer zien leven, vliegende dingen langer leven ... de variatie is echt, echt groot, " zegt Healy. "Het is geen universeel patroon."

Er zijn bepaalde tekenen van veroudering die opduiken in het dierenrijk. Naarmate we ouder worden, werken onze mitochondriën - de kleine energiecentrales die energie produceren voor onze cellen - niet zo goed. Eiwitten beginnen zich in de verkeerde vorm te vouwen en kunnen zich ophopen in plaques bij ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. Kleine caps genaamd telomeren die ons DNA beschermen worden korter totdat de cel niet meer kan delen. Mutaties bouwen zich op in ons DNA. Deze en een paar andere processen lijken veel te verklaren van hoe onze cellen in de loop van de tijd verouderen.

We weten niet hoeveel ze de enorme verschillen in levensduur tussen diersoorten verklaren, zegt Kaeberlein. Veel van deze processen lijken echter anders te werken bij dieren die een bijzonder indrukwekkende levensverwachting hebben. Er zijn aanwijzingen dat telomeren in sommige vleermuizen - die de langste levensduur van een zoogdier hebben in verhouding tot hun lichaamsgrootte - niet krimpen met de leeftijd. En langlevende kokkels en naakte molratten lijken bijzonder goed te zijn in het voorkomen dat hun proteïnen verkeerd worden gevouwen, zegt Kaeberlein.

Naakte molratten hebben echter tal van andere talenten. Een daarvan is hun vermogen om een ​​unieke vorm van een suiker genaamd hyaluronzuur te produceren die de huid elastisch houdt - en ook tumoren onderdrukt. De hyaluronzuur die naakte molratten produceren is vijf keer groter dan de versie die onze eigen cellen maken. "Dit zou op zijn minst te maken kunnen hebben met de reden waarom naakte molratten geen kanker ontwikkelen in de buurt van de snelheid die we zouden verwachten, zegt Kaeberlein." Het was niet een van de kenmerken van veroudering waar iedereen aan dacht. "

Wetenschappers zijn vooral betoverd door ongewone gevallen zoals de naakte molrat. Er zijn echter ook een paar patronen die lijken te verschijnen bij langlevende dieren.

Deze dieren kunnen mogelijk beter omgaan met mutaties en DNA-schade dan dieren met een korte levensduur. Wetenschappers onderzoeken deze vaardigheden bij olifanten en Groenlandse walvissen. "Je zou verwachten dat deze dieren die veel meer cellen hebben dan wij, hoge kankercijfers hebben, maar als ze dat zouden doen, zouden ze niet zo lang leven, zegt de Magalh es." Dus moeten ze tumoronderdrukkende mechanismen hebben die wij gebrek."

Onderzoekers hebben aangetoond dat olifanten extra exemplaren hebben van een gen dat betrokken is bij tumoronderdrukking, p53 genoemd . En de Magalh es en zijn collega's hebben ontdekt dat bij langlevende dieren inclusief vleermuizen, olifanten, mensen en andere primaten genen die cellen helpen om DNA-schade te weerstaan ​​sneller lijken te evolueren dan kortom- levende dieren zoals ratten en muizen.

Dieren met een lange levensduur kunnen ook sterkere cellen hebben die beter bestand zijn tegen stress, zegt Miller. Hij neemt huidcellen van verschillende dieren en bombardeert ze met cadmium, waterstofperoxide en ultraviolet licht. Als de cellen van een lang levend wezen als een stekelvarken kwamen, zijn er veel meer van deze schadelijke stoffen nodig om ze te doden dan als ze van een muis kwamen.

Als u opgroeit als een muis en het zeer onwaarschijnlijk is dat hij een heel jaar zal leven voordat u sterft van de honger of wordt opgegeten, heeft het hebben van metaalbestendige cellen geen goed resultaat, Miller zegt. Maar als je een olifant of een stekelvarken of een vleermuis bent bestendige weerstand tegen een breed scala aan toxische en fysieke beledigingen is echt een goede zaak.

Hij en zijn team onderzoeken hoe cellen in langlevende dieren mogelijk minder gevoelig worden voor stress. Ze hebben één enzym geïdentificeerd, thioredoxine-reductase 2 genaamd, dat de mitochondriën beschermt tegen schade en bijna altijd in grotere hoeveelheden wordt aangetroffen in cellen van langlevende primaten, vogels en knaagdieren. Wat meer is, muizen met een mutatie waardoor ze langer leven dan hun medemensen, produceren ook meer van dit enzym.

De onderzoekers hebben zich ook gericht op structuren die immunoproteasomen worden genoemd en die cellen helpen beschadigde eiwitten af ​​te breken. Langlevende vogels, knaagdieren en primaten lijken allemaal hoge niveaus van immunoproteasomen te delen, en hun cellen zijn beter in het verwijderen van dwalende eiwitten die van kortlevende dieren. Deze drie groepen zijn afzonderlijk geëvolueerd, zegt Miller. Dat is een sterk teken dat je een langlevende soort niet kunt ontwikkelen zonder al deze immunoproteasomen.

Dus als grote dieren langer leven, wat is dan de deal met honden? Kleinere rassen zoals Chihuahuas kunnen twee keer zo lang leven als de torenhoge Great Dane. Ongeveer 56 procent van de variatie in levensduur tussen hondenrassen kan worden gekoppeld aan verschillen in lichaamsgrootte, zegt Miller.

En het is niet alleen een rasecht probleem - de relatie tussen grootte en levensduur is net zo sterk bij honden van gemengd ras, zegt Kaeberlein. Het is ook niet beperkt tot honden. Hoewel grotere soorten de neiging hebben langer te leven dan kleine, zullen langere individuen binnen dezelfde soort gemiddeld een kortere levensduur hebben. "De gegevens zijn behoorlijk overtuigend dat grotere mensen gemiddeld niet zo lang leven als kleinere mensen, grotere muizen hebben de neiging niet zo lang te leven als kleinere muizen, " zegt Kaeberlein.

Een van de boosdoeners kan een hormoon zijn dat insulineachtige groeifactor 1 wordt genoemd, of IGF-1, dat celgroei stimuleert. Bij zoogdieren en ongewervelde dieren worden individuen met hogere niveaus van dit hormoon groter. Er zijn aanwijzingen dat muizen en mensen met meer IGF-1 ook een hoger risico op kanker hebben, zegt Kaeberlein. Aan de andere kant is het hebben van minder IGF-1 geassocieerd met langzamere veroudering en een langere levensverwachting bij wormen, vliegen en muizen.

"We begrijpen niet echt hoe deze hormonen werken bij het creëren van een dier dat normaal is of lang leeft, " zegt Miller. Het is echter mogelijk dat sleutelen aan IGF-1 of andere verwante hormonen op een dag de levensduur van mensen kan verlengen.

Omdat grote honden zoveel groter zijn dan kleine honden, zijn de verschillen in levensduur bijzonder dramatisch. Maar er is een zilveren voering. Kaeberlein en zijn collega's testen of een medicijn genaamd rapamycine - oorspronkelijk ontdekt dat het wordt uitgescheiden door bodembacteriën op Paaseiland - een gezonde ouderdom kan verlengen. Wanneer oudere muizen met het medicijn worden behandeld, worden hun harten sterker en worden ze tot 60 procent langer. Wanneer ouderen een derivaat van rapamycine krijgen, reageren hun immuunsystemen meer op griepvaccins zoals die van jongere mensen. Kaeberlein en zijn team hebben het medicijn getest bij honden, die veel aan dezelfde leeftijdsgerelateerde ziekten lijden als mensen.

"We doen dit bij grote honden om de reden dat grote honden sneller verouderen dan kleine honden, " zegt hij. "We kunnen eigenlijk beoordelen of zoiets als rapamycine de hartfunctie of de cognitieve functie bij een hond over een paar jaar kan verbeteren, terwijl dat bij een mens een decennium kan duren."

Men denkt dat het medicijn werkt door cellen te laten denken dat er weinig voedingsstoffen beschikbaar zijn, zodat ze in de overlevingsmodus gaan en niet zoveel prolifereren. Dit is vergelijkbaar met caloriebeperking, een andere veelbelovende anti-verouderingsstrategie.

In een kleine eerste proef zag het team dat rapamycine voor grote honden vergelijkbare cardiovasculaire voordelen lijkt te hebben als die bij muizen. De onderzoekers schrijven nu honden in voor een tweede, langere proef die hart en cognitieve gezondheid nader zou onderzoeken. Hun hoop is dat rapamycine uiteindelijk kan worden gebruikt om je hond - en jij - langer te laten leven.

Het is niet eenvoudig om erachter te komen waarom een ​​bepaald gen of facet van de omgeving van een dier kan helpen om langer te leven, juist omdat deze dieren de neiging hebben om tot onhandige maten te groeien en lang te blijven hangen. "Veel van deze zijn nog steeds hypothesen, we kunnen ze nog niet bewijzen omdat we geen transgene of mutante olifanten of walvissen kunnen maken, " zegt de Magalhães. Hij hoopt echter een muis met genen van deze dieren te maken en te onderzoeken hoe ze zijn levensduur hebben beïnvloed.

Dit alles betekent dat we nog steeds aan het begin staan ​​van het identificeren van de geheimen achter waarom grote dieren en vreemde ballen zoals de naakte molrat zo lang leven. "Er lijkt geen universele oplossing voor veroudering te zijn", zegt Healy. “Het is waarschijnlijker dat het bijna door de jury wordt opgetuigd, dus verschillende mechanismen om alle verouderingsprocessen die aan de gang zijn op te lossen. Hoe meer van deze we kunnen vinden, hoe meer mogelijke oplossingen voor ouderdomsziekten die we ook kunnen vinden en misschien implementeren. "

Onkruidverdelger verzwakt bijen door te knoeien met hun microbiomen

Onkruidverdelger verzwakt bijen door te knoeien met hun microbiomen

Uitrusting om betere films op uw smartphone te maken

Uitrusting om betere films op uw smartphone te maken

Hoe je dit weekend de superbloedwolfmaan kunt bekijken

Hoe je dit weekend de superbloedwolfmaan kunt bekijken