Hoekom het Evolusie nie die ondoeltreffendheid van veroudering hanteer nie?

Hoekom het Evolusie nie die ondoeltreffendheid van veroudering hanteer nie?Helgi Halldórsson / Flickr

Die lewe pits die orde en ingewikkeldheid van biologie teen die onophoudelike chaos van fisika. Die tweede wet van termodinamika, of die termodinamiese pyl van tyd, sê dat enige natuurlike stelsel altyd sal streef na toenemende wanorde. Biologiese veroudering is nie anders nie, wat die dood onvermydelik maak. Een van die minste aangespreekte vrae van veroudering is egter die oënskynlike paradoks tussen die optimaliserende ry van evolusie en die onvermydelike verswakking van die liggaam. Met inagneming van die 3.5 miljard jaar waarin ons ontwikkel het uit enkelselle organismes, hoekom het lewe nie die ondoeltreffendheid van veroudering teengewerk nie? Of hoe akkuraat, hoe het die veroudering volgehou in die Darwinian-raamwerk van evolusie?

Vir evolusie om plaas te vind, moet daar eers wees genetiese variasie, 'n verskil tussen individue binne 'n bevolking vir 'n meetbare eienskap (fenotipe) wat voortspruit uit genetiese en omgewingsfaktore; erfdeel van hierdie genetiese faktore van ouers na hul nageslag; en differensiële reproduktiewe sukses, sodanig dat sekere genetiese faktore hulself manifesteer in die individu se vermoë om te oorleef en voortplant (dws fiksheid).

Oorweeg veroudering in hierdie evolusionêre raamwerk. Daar is 'n duidelike verskil in lewensduur oor verskillende individue regoor die wêreld, beïnvloed deur genetiese faktore, maar het ook sterk beïnvloed deur eksterne faktore soos die land se bruto binnelandse produk.

Lewensduur is ook 'n geërfde eienskap, met ongeveer 23 tot 26 persent van die variasie in lewensduur tussen individue wat deur genetiese faktore veroorsaak word, andersins bekende as oorerflikheid. Daarbenewens maak dit sin dat 'n verhoogde lewensduur, of verbeterde gesondheid oor jou lewe wat lei tot 'n verhoogde lewensduur, jou meer aantreklik maak vir die ander geslag, en verhoog jou waarskynlikheid van reproduktiewe sukses. Dus, as ons hierdie drie evolusionêre kriteria vir die eienskap van lang lewe ontmoet het, waarom leef ons nie vir 'n onherroeplike aantal jare nie?

In 1952 het die Britse bioloog Peter Medawar die eerste evolusionêre teorie van veroudering geformaliseer, wat dit die mutasie-akkumulasie model. Hierdie teorie is afhanklik van die feit dat mutasies wat deur 'n individu verkry is, vroegtydig of laat begin kan word. Vroeëwerkende mutasies manifesteer hulself gedurende die periode waar individue reproduktief aktief is, sodat die effek wat die mutasie het, deur natuurlike seleksie opgetree sal word. Natuurlike seleksie is egter 'blind' tot laat-begin mutasies. Mutasies wat hulself later in die lewe openbaar, kan nie terugwerkend gekies word teen, indien reproductie reeds plaasgevind het nie, en oorgedra word na die volgende generasie. Daarom verminder die krag van seleksie met ouderdom en reproduktiewe afname. Hierdie verskynsel is bekende as die seleksie skaduwee.

Hoekom het Evolusie nie die ondoeltreffendheid van veroudering hanteer nie?Die seleksie skaduwee is die verminderde krag van seleksie met ouderdom en reproduktiewe afname. Bron: Fabian en Flatt, 2011

Hierdie teorie dra by tot die rede waarom dit so moeilik is om diere in gevangenskap tot in die eeue later te verdeel as wat hulle natuurlik in die natuur sou ervaar. Wanneer hul omgewing verander en oorlewingsrisiko's opgehef word, soos in gevangenskap, kan diere leef tot 'n ouderdom waar opgehoopte laat-begin mutasies hulself kan manifesteer. Hierdie effek word oordryf deur mutasie konsentrasie as gevolg van inteling in hierdie klein populasies. Bewaringsbewaarders het groot moeite om die verhoogde vlak van hierdie ouderdomverwante siektes te hanteer, wat nie teen sulke pryse in die natuur gesien word nie. 'N Soortgelyke verskynsel is waargeneem met die opkoms van neurodegeneratiewe siektes in menslike bevolkings, kom saam met ons drastiese toename in lewensduur oor die afgelope eeu.

Die mutasie-akkumulasie model is verfyn in 1957 deur die Amerikaanse evolusionêre bioloog George C Williams, toe hy uitgebreide verder op die verband tussen vroeë waarnemende en laat-aanvangsmutasies. 'N Mutasie kan veelvoudige effekte hê wat hulself anders in verskillende weefseltipes of verskillende stadiums van die lewe voorstel, 'n genetiese verskynsel bekend as pleiotropie. Wanneer die mutasie teenstrydige effekte op fiksheid in verskillende lewensfases het, byvoorbeeld tydens die vroeë en laat lewe, staan ​​dit bekend as antagonistiese pleiotropie. Williams het gepubuleer dat, indien 'n mutasie 'n voordelige uitwerking op oorlewing en voortplanting in die vroeë lewe het, maar 'n negatiewe verouderingsverwante impak in die latere lewe, sal seleksie op die vroeë voordeel optree en hierdie mutasie in die bevolking verryk. Hierdie antagonistiese-pleiotropiese model bied veroudering as 'n maladaptiewe neweproduk van seleksie vir oorlewing en voortplanting tydens die jeug.

Daar is dus vasgestel dat sommige vroeë lewenstrekke wat oorlewing en voortplanting verbeter het, 'n evolusionêre afhandeling gehad het teen ouderdomsverwante afwykings. In 1977 het die Engelse bioloog Thomas Kirkwood egter hierdie konsep met die besteebare soma model, Wat stel 'n evolusionêre verrekening tussen oorlewing en voortplanting self. Kirkwood het aangevoer dat elke individu in 'n omgewing met beperkte hulpbronne hulpbronne moet oorreed vir oorlewing of voortplanting. Dink aan dit soos jou keuse wanneer jy 'n nuwe motor koop. Jy kan 'n flitsende nuwe sportmotor koop wat van 0-100km / h in 2.7 sekondes gaan, geniet die opwinding, en miskien vang die oog van 'n paar voornemende vennote in die proses. Maar hierdie motor is duur, en die versnelling en spoed van die motor is dalk nie veilig nie.

Dieselfde konsep van reproduktiewe koste en risiko's word deur die natuur waargeneem. Dit is die faktore wat spesies moet weeg en in hul strewe streef om 'n geskikte maat te vind:

  • Soekkoste: Om 'n maat uit die voortplantingswildernis te vind, kan tyd en geld kos - of dit sal in die natuur koste van metaboliese energie en die risiko van roofdoder kos.
  • Dra- / grootmaakkoste: swangerskap en opbrengs van nageslag is energiek duur, sowel as die verhoging van die ouer se kwesbaarheid teenoor predasie;
  • Siektes risiko's: interaksie met 'n maat kan lei tot kontakgedrewe siektes;
  • Paring risiko's: vroulike mense het 'n groter risiko van huishoudelike geweld as menslike mans, maar die rolle kan omgekeer word in die natuur, met die vrou van sekere spesies wat die niksvermoedende manlike post-copulasie verbruik (bv. Die vroulike bid mantis kannibaliseer haar maat na paring).

Terwyl reproduksie duur kan wees, kan u die middele regverdig as u suksesvol is. Maar as dit gaan om watter van hierdie strategieë individue gebruik, kan die omgewing van groot belang wees. In een eksperiment Van 2004, manlike veldkrieket is in gevangenskap grootgemaak en lae tot hoë vlakke proteïen as deel van hul dieet gevoer. Om potensiële vennote te lok, vryf manlike krieket hul agterpote teen hul maag om die oproep wat ons in die aand hoor, te produseer. Dit is nie net metabolies duur nie, maar waarsku hul teenwoordigheid teen roofdiere. Mans wat 'n energie-ryk, hoë-proteïen-dieet gevoer het, het hierdie hulpbronne toegewys aan nagroepe ten koste van sellulêre instandhouding. Dit het gelei tot 'n verminderde lewensduur, selfs in die afwesigheid van roofdiere.

Uiteindelik is voortplanting die fokuspunt waardeur evolusie optree. Menslike evolusie laat die pasiënt se uitwerking op die gesondheid wat na hierdie voortplantingsvenster ontstaan, laat opkom, veral as dit individue in hul vroeë lewensuitbuiting bevoordeel. In die konteks van omgewingsbeperkings moet die individu hulpbronne doeltreffend toewys, afwykings tussen reproduksie, veiligheid en langtermyn gesondheid skep. Evolusionêre medisyne het die potensiaal om ons begrip van die ontstaan ​​van menslike siektes te bevorder en die onvoorsiene koste van hierdie intrinsieke biologiese proses te verlig.Aeon toonbank - verwyder nie

Oor Die Skrywer

Jordan Pennells is 'n PhD-student in bio-ingenieurswese by die Australiese Instituut vir Bio-ingenieurswese en Nanotegnologie aan die Universiteit van Queensland in Brisbane. Hy ondersoek volhoubare plantgebaseerde nanomateriale.

Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer by Aeon en is gepubliseer onder Creative Commons.

verwante Boeke

{AmazonWS: searchindex = Books; sleutelwoorde = veroudering; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

Facebook-ikoonTwitter-ikoonrss-ikoon

Kry die nuutste per e-pos

Emailcloak = {af}