Хельги Халлдорссон / Flickr

Жизнь противопоставляет порядок и сложность биологии непрерывному хаосу физики. Второй закон термодинамики, или термодинамическая стрелка времени, гласит, что любая естественная система всегда будет стремиться к увеличению беспорядка. Биологическое старение ничем не отличается, что делает смерть неизбежной. Тем не менее, одним из наименее решенных вопросов старения является очевидный парадокс между оптимизирующим движением эволюции и неизбежным ухудшением состояния организма. Учитывая 3.5 миллиард лет, в течение которых мы эволюционировали от одноклеточных организмов, почему жизнь не противостоит неэффективности старения? Или, точнее, как старение сохранилось в рамках дарвиновской эволюции?

Чтобы эволюция произошла, сначала нужно генетическая вариацияразличие между индивидами в популяции по измеряемой характеристике (фенотипу), обусловленной генетическими и экологическими факторами; наследование из этих генетических факторов от родителей к их потомству; а также дифференциальный репродуктивный успехтакие, что определенные генетические факторы проявляются в способности человека выживать и размножаться (то есть, в форме).

Рассмотрим старение в этой эволюционной структуре. Существует очевидная разница в продолжительности жизни разных людей во всем мире, на которую влияют генетические факторы, но также сильно влияют внешние факторы, такие как валовой внутренний продукт страны.

Продолжительность жизни также является унаследованным признаком, при этом примерно от 23 до 26 процентов различий в продолжительности жизни между людьми вызваны генетическими факторами, в противном случае известный как наследственность. Более того, имеет смысл, что увеличение продолжительности жизни или улучшение здоровья в течение вашей жизни, ведущее к увеличению продолжительности жизни, сделает вас более привлекательным для другого пола и увеличит вашу вероятность репродуктивного успеха. Итак, если эти три эволюционных критерия были соблюдены для признака долголетия, почему бы нам не прожить безграничное количество лет?

В 1952 британский биолог Питер Медавар формализовал первую эволюционную теорию старения, назвав ее модель накопления мутаций, Эта теория опирается на тот факт, что мутации, приобретенные человеком, могут быть раннего действия или позднего начала. Мутации раннего действия проявляются в период репродуктивной активности индивидов, поэтому естественный отбор воздействует на любой эффект, который оказывает мутация. Тем не менее, естественный отбор «слеп» к поздним мутациям. Мутации, которые обнаруживаются позже в жизни, не могут быть задним числом отобраны, если размножение уже произошло и передано следующему поколению. Следовательно, сила отбора уменьшается с возрастом и снижением репродуктивной функции. Это явление известный как тень выбора.

Тень отбора - это уменьшенная сила отбора с возрастом и снижением репродуктивной функции. Источник: Фабиан и Флатт, 2011

Эта теория способствует тому, что так трудно разводить животных в неволе до веков позже, чем они естественным образом испытывают в дикой природе. Когда их окружающая среда меняется и риски выживания повышаются, например, в неволе, животные могут дожить до возраста, когда накопленные поздние мутации могут проявиться. Этот эффект преувеличен концентрацией мутаций из-за инбридинга в этих небольших популяциях. Специалисты по охране природы испытывают большие трудности, связанные с повышенным уровнем этих возрастных заболеваний, которые не встречаются с такой скоростью в дикой природе. Подобное явление было наблюдается с ростом нейродегенеративных заболеваний среди населения, что сопровождается нашим резким увеличением продолжительности жизни за последнее столетие.

Модель накопления мутаций была уточнена в 1957 американским биологом-эволюционистом Джорджем Уильямсом, когда он тщательно разработанный далее о связи между ранним действием и поздним мутациями. Мутация может иметь несколько эффектов, которые по-разному проявляются в разных типах тканей или на разных этапах жизни, генетическое явление, известное как плейотропия, Когда мутация оказывает противоположное влияние на приспособленность на разных этапах жизни, например, на ранних и поздних этапах жизни, она известна как антагонистическая плейотропия, Уильямс постулировал, что если мутация оказывает благотворное влияние на выживание и размножение в раннем возрасте, но негативное влияние, связанное со старением, в более позднем возрасте, отбор будет действовать на раннее преимущество и обогащать эту мутацию в популяции. Эта модель антагонистической плейотропии представляет старение как неадаптивный побочный продукт отбора для выживания и размножения в молодости.

Таким образом, было установлено, что некоторые черты раннего возраста, которые улучшали выживание и воспроизводство, имели эволюционный компромисс против возрастных расстройств. Однако в 1977 английский биолог Томас Кирквуд выдвинул эту концепцию с одноразовая модель сома, который предлагает эволюционный компромисс между выживанием и воспроизводством самих. Кирквуд утверждал, что в среде с ограниченными ресурсами каждый человек должен выделять ресурсы на выживание или воспроизводство. Думайте об этом как о своем выборе при покупке нового автомобиля. Вы можете приобрести роскошный новый спортивный автомобиль, который разгоняется с 0-100 км / ч за секунды 2.7, наслаждаться ощущениями и, возможно, поймать глаз некоторых потенциальных партнеров в этом процессе. Но этот автомобиль дорогой, и его ускорение и скорость могут быть небезопасными.

Одна и та же концепция репродуктивных издержек и рисков наблюдается во всей природе. Вот факторы, с которыми виды должны взвесить и бороться в своем стремлении найти подходящего партнера:

• Расходы на поиск: поиск партнера в репродуктивной пустыне может стоить времени и денег - или, по своей природе, это будет стоить метаболической энергии и риска хищничества;
• Расходы на содержание / выращивание: вынашивание и выращивание потомства является энергетически дорогостоящим, а также повышает уязвимость родителей перед хищничеством;
• Риски заболевания: взаимодействие с партнером может привести к контактным заболеваниям;
• Риск спаривания: женщины подвержены большему риску домашнего насилия, чем мужчины, но их роль может быть обращена вспять в природе, когда самка определенного вида потребляет ничего не подозревающего самца после копуляции (например, самка) богомолов каннибализирует своего партнера после спаривания).

Хотя воспроизведение может быть дорогостоящим, если вы добились успеха, цель оправдывает средства. Но когда речь заходит о том, какую из этих стратегий используют отдельные лица, окружающая среда может иметь большое значение. В одной эксперимент от 2004, мужские полевые сверчки выращивались в неволе и питались от низкого до высокого уровня белка как часть их рациона. Чтобы привлечь потенциальных партнеров, мужские сверчки потирают задние лапы о живот, чтобы сделать звонок, который мы слышим вечером. Это не только метаболически дорого, но и предупреждает их присутствие для хищников. Мужчины, которым давали богатую энергией диету с высоким содержанием белка, выделяли эти ресурсы на ночные звонки в ущерб клеточной поддержке. Это привело к снижению продолжительности жизни даже в отсутствие хищников.

В конечном счете, воспроизводство является фокусом, на котором действует эволюция. Эволюция человека допускает поздние последствия для здоровья, возникающие после этого периода размножения, особенно если это приносит пользу людям в их ранних подвигах жизни. В контексте экологических ограничений, человек должен эффективно распределять ресурсы, создавая компромисс между воспроизводством, безопасностью и долгосрочным здоровьем. В стремлении к излечению от старения эволюционная медицина имеет потенциал для того, чтобы углубить наше понимание того, почему возникают человеческие болезни, и объяснить непредвиденные издержки, связанные с подрывом этого биологического процесса.

Об авторе

Джордан Пеннеллс - аспирант в области биоинженерии в Австралийском институте биоинженерии и нанотехнологий в Университете Квинсленда в Брисбене. Он исследует устойчивые растительные наноматериалы.

Эта статья была первоначально опубликована в геологический период и был переиздан в Creative Commons.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon