от Петър · 19 октомври 2015 г.

Роскоф е идеален крайбрежен град в Бретан. Току-що се върнах от първата конференция на Монод за сравнителната биология на стареенето.

продължителността живота

Конференцията беше открита от теоретична лекция на Том Къркууд, баща на популярната теория за стареенето на сома за еднократна употреба. Той ни увещава, че еволюцията е математическа наука, която дава конкретна и количествена информация за това какво може и какво не може да бъде стареенето. Те осигуряват мощна математическа основа за разбирането на стареенето.

На следващата сутрин Анет Бодиш ни каза, че в действителност природата е създала всяка комбинация от стратегии за стареене, които можете да си представите, и някои, които вероятно никога не сте си представяли. Стареенето, което хората знаят, е постепенно и се ускорява, което води до смърт при график, който е предвидим в рамките на около 10-15%. Но тази марка на остаряване е малко малцинство по своята същност. Има сьомга и октоподи и едногодишни растения, които се размножават в изблик и след това изведнъж умират. Има бръмбари и медузи, които са в състояние да „остаряват назад“, връщайки се в състояние на ларви под стрес, след което започват живот отново с ново начало. Бодиш е измислил термина „отрицателно стареене“ за явление, което не е същото като това: повечето дървета и някои костенурки и омари просто растат все по-големи и по-плодородни в продължение на десетилетия или дори векове. Има гигантски омари, които растат до 40 килограма, и има миди, които можете да държите в дланта на ръката си, които имат над 500 годишни пръстени за растеж. Всяко от тези животни и растения расте прогресивно по-малко вероятно да умре с всяка изминала година, година след година - оттук и „отрицателно стареене“.

Очарователен и напълно дипломатичен, Бодиш открито възхвалява Къркууд и приноса, който е направил за еволюционната наука за стареенето; но в действителност тя е дала повече контрапримери за изказванията на Къркууд от всички нас, взети заедно.

Бях по-малко дипломатичен и в презентацията си се спрях на много откровени затруднения на „прецизната математическа теория“ на Къркууд и с големи червени писма на Powerpoint съветвах събралите се учени, „Не позволявайте на математиците да ви казват как да тълкувате данните си.„Математическата теория за еволюцията на стареенето се основава на парадигмата от началото на 20-ти век на Р. А. Фишър, при която честотата на гените се променя постепенно, докато нивото на популацията и екологията остават все по-стабилни. Сега знаем, че екологиите се променят ръка за ръка с честотите на гените, в същия мащаб. Освен това има дузина механизми на еволюция, които не са били известни на Фишър, от които опростените уравнения на класическата еволюционна теория не вземат предвид:

  • Екологични взаимодействия
  • Хоризонтален трансфер на ген
  • Епигенетично наследство
  • Популационни цикли
  • Цикли на времето
  • Развитост
  • Социални взаимодействия
  • Научено поведение
  • Фенотипна пластичност
  • Асортивно чифтосване
  • Глад
  • Епидемии

Във всяка друга субдисциплина на биологичните науки експериментът е крал и теорията се задържа на нейно място. Това, разбира се, е точно начина, по който трябва да бъде науката и особено биологията, която е толкова сложна, че теорията има само ограничена роля. Но по някакъв начин еволюционистите са направили изключение за себе си и когато правят математически изявления, които очевидно нямат нищо общо с естествения свят, те въпреки това се приемат на сериозно.

(Част от проблема е илюзията, създадена от експерименти в лабораторната еволюция. Тук теорията работи прекрасно. Но само при прогнозиране на резултатите от размножаването, където експериментаторът диктува определението за „годност“. Ние нямаме начин да измерим „годността“ в природата и имат всички основания да вярват, че тя по същество е сложна, многостранна и напълно зависима от екологичния контекст. Въведох афоризъм, който се надявам да се хване: „Нищо в еволюцията няма смисъл, освен в светлината на екологията.”*)

* Тук повтарям един велик еволюционен мислител от средата на 20-ти век, който прочуто пише, че „нищо в биологията няма смисъл, освен в светлината на еволюцията“.

Червеи с горещи вълни

Изследователи в лабораторията за стареене на червеи на Meng-Qiu Dong маркираха антиоксидантния протеин със зелена флуоресцентна матрица и откриха необичайно, че червеите имат петна от активност, които мигат с честота на всеки няколко секунди, които можете да визуализирате чрез микроскоп, достигайки връх около ден 3 от 20-дневния живот на червеите. Разследването разкрива, че митохондриите произвеждат светкавиците, така че са били наречени „митофлаши“. Забележително е, че честотата на светкавиците е свързана с датата на глистите със смъртта две седмици по пътя. При много различни щамове, генетични разновидности и условия на околната среда, скоростта на светкавиците в пика предсказва колко дълго ще живеят глистите. Донг имаше визията и прозрението, за да осъзнае, че това предполага план за дълголетие за червеите, който вече е на разположение доста рано. Митохондриите знаят предварително каква ще бъде продължителността на живота [новина в Nature]. Това подкрепя както перспективата на програмираното стареене, така и теорията, че митохондриите действат като палачи.

Фалшива цветна картина на млад червей, показваща митохондриални горещи точки.

Сексът и единственият ротифер

Стандартните еволюционни теории за стареенето ни казват, че възпроизводството и дълголетието са на трион, така че когато единият се изкачи нагоре, другият трябва да слезе надолу. Не вярвам в това и от години събирам изключения. Любимият ми е гупитата на Дейвид Резник. От речните басейни на Тринидад той идентифицира две разновидности от един и същи вид: единият с висока плодовитост и дълъг живот, другият с ниска плодовитост и кратък живот. Оказва се, че продължителността на живота се определя не от индивидуална конкуренция, за да се направи възможно най-много потомци възможно най-бързо, а по-скоро от адаптиране към местната екология. Гупитата са малките деца в блока и там, където присъстват преддирачи, смъртността им може да бъде толкова висока, че селективният натиск ги кара да узряват по-бързо, да плуват по-бързо, да снасят повече яйца и също да стареят по-бавно. Там, където няма хищници, те не могат да си позволят да бъдат толкова плодовити. В малките басейни няма достатъчно храна, за да се финансира взрив на населението, а пренаселеността рискува разпространението на гъбични и бактериални епидемии

Това, разбира се, е групов подбор от вид, който масовите еволюционни теоретици все още отричат, както правят от 1966 г. Но през последните години някои видни еволюционисти [ref, ref, ref] се отклониха от ортодоксалността и предизвикаха смут с обявяването на това, което всеки биолог от гимназията знае в червата си: че сътрудничеството и състезанието играят роля в еволюционната динамика и голяма част от това, което виждаме в биосферата, е резултат от въжета между това, което е добро за индивида и какво е добро за общността.

В Роскоф бях привилегирован да чуя Хайке Губер, талантлив млад експериментатор от Института Макс Планк, да описва експериментите си с ротатори, отгледани в танкове. Ротификаторите ядат водорасли и протозои, които филтрират от водата. В различни резервоари тя доставяше различни концентрации на храна, след което ги проследяваше през поколенията, за да види как са еволюирали. Тези с много храна развиха дълъг живот и висока плодовитост; тези с по-тънка диета развиха кратък живот и ниска плодовитост. Натъжих се, но не се изненадах да чуя, че тя има проблеми с публикуването на резултатите си, просто защото противоречат на установената догма.

Ясно е, че това, което Грубер наблюдава, е резултат, който е адаптивен за стабилизиране на общността на ротификаторите. Но догмата казва, че еволюцията винаги се стреми да максимизира възпроизводството на индивида, без значение какви са последиците за общността. Оттук и официалният скептицизъм към нейните резултати: ако ротификаторите приютят тази способност както да произвеждат повече яйца, така и да живеят по-дълго, тогава какво може да попречи на тази черта бързо да се издигне до господство? (Отговорът, разбира се, е групов подбор; но партньорската проверка често се влияе от вратари, които отричат ​​реалността на груповия избор.)

Какво е ротифер?

Оказва се, че ротификаторите са навсякъде около нас. Те заемат онзи режим на размер (заедно с акари и нематоди), който толкова често избягва вниманието ни: много по-голям от едноклетъчните видове, но все още твърде малък, за да се види. Океаните, всяко езерце, всеки поток и много локви са пълни с въртеливи колела. Дори мъхестите петна във влажна гора носят популации от по-големи гранули. Навсякъде, където има вода, те процъфтяват; и там, където водата е периодична, те преминават в състояние на спряна анимация в очакване на следващия дъжд. Известни са 2200 вида ротифер и броят. Най-големите са с дължина около 2 мм, най-малките са само петънце за окото.

Колокотките са важна част от сладководния зоопланктон, като основен хранителен източник и с много видове, които също допринасят за разлагането на почвените органични вещества. [Ref]

микрофотография от статията на Уикипедия за въртене

На банкетна вечеря Грубер ме запозна с сексуалната многофункционалност на ротиферите. Когато условията са стабилни, те просто се клонират. Те снасят яйца, които са точни копия на майката. Без секс.

Под стрес майките, които се въртят, снасят яйца, които също могат да се превърнат в женски. Женските снасят яйца, които се развиват изключително в мъжки през следващото поколение. Някои от тях са мъже и могат да се чифтосват със собствените си майки или други от нейното поколение; в този случай произведените яйца винаги ще станат женски.

Да обобщим: партеногенната форма възпроизвежда повече партеногенисти или жени. Женските могат да се размножават като мъже с точно същия геном като женската. Жена + мъж могат да се комбинират, за да произведат друга жена, с гени, които произлизат наполовина от всеки родител.

Грубер също ми каза, че мъжкият ротифер не е толкова впечатляващ екземпляр като бик или паун. Всъщност мъжките са мънички, само около 1/10 от размера на женската от същия вид. Мъжките не могат да ядат или да растат. Те живеят само за едно нещо и не живеят много дълго. Те се фиксират върху женското тяло и инжектират сперматозоидите си на всяко място, което се намира наблизо. Изглежда, че няма значение; сперматозоидите се придвижват през женското тяло и намират път до яйчниците.

Има повече любопитства и мистерии, свързани с въртеливи. Семейството на бделоидните рофери изобщо нямат секс и не познават секса поне от десетки милиони години. Уди Алън пита защо се притесняват да стават сутрин. Еволюционистите питат как успяват да предпазят геномите си от неотстъпчиво натрупване на вредни мутации. (Това е Ratchet на Мюлер).

А ротификаторите обикновено се срещат в разширени колонии. Какво получават един от друг?

Основен текст на Аустад

Закриването на конференцията беше основно изказване на Стивън Аустад. Аустад се разбира с всички. Той е широко известен и известен със своя радикален здрав разум. Той описва своето въвеждане в полето, като студент през 70-те години. Централната догма по негово време е, че стареенето може да се наблюдава само в защитена среда като зоологическа градина, но че животните в природата умират от други причини, преди да могат да умрат от старост. Но, работейки с островно население на опосуми като млад студент, Аустад залови много стари хора, някои от които очевидно бяха много увредени и не копнееха за този свят, но все още се възпроизвеждаха.

Аустад ни предупреди, че голяма част от това, което отдавна сме предполагали за биологията на стареенето, не трябва да се приема буквално без изключение; а някои от тях са просто постоянство на мита.

Продължителността на живота на бозайниците (оста y) спрямо телесната маса (оста x) в лог-дневник

Той ни показа класическия лог-дневник за размера на животните спрямо продължителността на живота. При бозайниците продължителността на живота нараства бавно, с около 1/4 мощност от теглото на животното, което съответства на наклон от 0,25 в парцела. Има изключения, при които животните са успели да намерят стратегии за потискане на смъртността си от хищници и болести. Повечето птици живеят по-дълго от сравнително големи бозайници, а най-драматичните примери са хората и прилепите.

Знаех, че мишките са отклонения в посока надолу. Тъй като мишките осигуряват храна за голям брой хищници и те замръзват до смърт през зимата; техният жизнен цикъл е под линията на тенденцията. Това, което научих от Аустад, е, че изключенията се отнасят до всички малки гризачи. За гризачи под 8 кг изобщо няма връзка между размера и продължителността на живота. Доколкото ми е известно, никой не е обяснил това.

Трудното за мен беше да чуя, че като начин за удължаване на живота, ограничаването на калориите далеч не е напълно стабилно и универсално. Той ми напомни за експеримент отпреди няколко години с 41 различни вида щам на кръстосани мишки. Мишките бяха „рекомбинантни инбредни“ = кръстосвания от първо поколение между различни чистопородни щамове. При ограничение на калориите с 40%, около една трета от тях показват удължаване на живота, една трета не показва значително удължаване на живота, а една трета всъщност живее по-кратко, когато е ограничена. Имаше повече мишки с по-кратък живот под CR, отколкото с по-дълъг живот!

И накрая, специфичните за щама продължителност на живота при CR и AL хранене не са свързани, което показва, че генетичните детерминанти на продължителността на живота при тези две условия се различават. Тези резултати показват, че реакцията на продължителността на живота на едно ниво на CR показва широки вариации, подлежащи на генетичен анализ. Те също така показват, че CR може да съкрати живота на инбредни мишки ...