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La vita mette l'ordine e la complessità della biologia contro l'incessante caos della fisica. La seconda legge della termodinamica, o la freccia termodinamica del tempo, afferma che qualsiasi sistema naturale tenderà sempre ad aumentare il disordine. L'invecchiamento biologico non è diverso, rendendo inevitabile la morte. Tuttavia, una delle questioni meno affrontate dell'invecchiamento è l'apparente paradosso tra la spinta ottimizzante dell'evoluzione e l'inevitabile deterioramento del corpo. Considerando il miliardo di anni 3.5 in cui ci siamo evoluti da organismi monocellulari, perché la vita non ha contrastato l'inefficienza dell'invecchiamento? O più esattamente, come è continuato l'invecchiamento all'interno della struttura evolutiva darwiniana?
Perché l'evoluzione avvenga, deve esserci prima variazione genetica, una differenza tra individui all'interno di una popolazione per una caratteristica misurabile (fenotipo) derivante da fattori genetici e ambientali; eredità di questi fattori genetici dai genitori alla loro progenie; e successo riproduttivo differenziale, in modo tale che alcuni fattori genetici si manifestino nella capacità di un individuo di sopravvivere e riprodursi (ad esempio, l'idoneità).
Considera l'invecchiamento in questo quadro evolutivo. Esiste un'evidente variazione della durata della vita tra diversi individui in tutto il mondo, influenzata da fattori genetici, ma anche fortemente influenzata da fattori esterni come il prodotto interno lordo del paese.
Anche la durata della vita è un tratto ereditario, con circa 23 a 26 per cento della variazione della durata della vita tra individui causata da fattori genetici, altrimenti conosciuto come ereditabilità. Inoltre, ha senso che una maggiore durata della vita, o un miglioramento della salute durante la tua vita che porta ad una maggiore durata della vita, ti renderebbe più attraente per l'altro sesso, e aumenterà la tua probabilità di successo riproduttivo. Quindi, se questi tre criteri evolutivi sono stati soddisfatti per il tratto della longevità, perché non viviamo per un numero non definito di anni?
In 1952, il biologo britannico Peter Medawar ha formalizzato la prima teoria evoluzionistica dell'invecchiamento definendola modello di accumulo di mutazione. Questa teoria si basa sul fatto che le mutazioni acquisite da un individuo possono essere precoci o ad insorgenza tardiva. Le mutazioni ad azione precoce si manifestano durante il periodo in cui gli individui sono attivi in modo riproduttivo, in modo tale che qualsiasi effetto della mutazione sia influenzato dalla selezione naturale. Tuttavia, la selezione naturale è "cieca" alle mutazioni a comparsa tardiva. Le mutazioni che si rivelano più tardi nella vita non possono essere selezionate retroattivamente, se la riproduzione è già avvenuta e trasmesse alla generazione successiva. Pertanto, la forza della selezione diminuisce con l'età e il declino riproduttivo. Questo fenomeno è conosciuto come l'ombra di selezione.
L'ombra di selezione è la forza diminuita della selezione con l'età e il declino riproduttivo. Fonte: Fabian e Flatt, 2011
Questa teoria contribuisce al motivo per cui è così difficile allevare animali in cattività fino a più tardi di quanto non avrebbero sperimentato in natura. Quando il loro ambiente cambia e i rischi di sopravvivenza vengono risolti, come in cattività, gli animali possono vivere fino a un'età in cui le mutazioni accumulate a insorgenza tardiva possono manifestarsi. Questo effetto è esagerato dalla concentrazione di mutazione dovuta alla consanguineità in queste piccole popolazioni. I conservazionisti hanno grandi difficoltà ad affrontare il livello elevato di queste malattie legate all'età, che non si vedono a tali tassi in natura. Un fenomeno simile è stato osservato con l'aumento delle malattie neurodegenerative nelle popolazioni umane, co-occorrente con il nostro drastico aumento della durata della vita nel secolo scorso.
Il modello di accumulo di mutazione è stato perfezionato in 1957 dal biologo evoluzionista americano George C Williams, quando lui elaborato inoltre sulla relazione tra le mutazioni ad azione precoce e quelle a insorgenza tardiva. Una mutazione può avere più effetti che si presentano in modo diverso in diversi tipi di tessuti o in diverse fasi della vita, un fenomeno genetico noto come pleiotropia. Quando la mutazione ha effetti opposti sull'idoneità a diversi stadi di vita, ad esempio durante la prima e la fine della vita, è noto come pleiotropia antagonista. Williams ipotizzò che se una mutazione ha un effetto benefico sulla sopravvivenza e sulla riproduzione nella prima età, ma ha un impatto negativo legato all'invecchiamento nella vita successiva, la selezione agirà sul beneficio iniziale e arricchirà questa mutazione nella popolazione. Questo modello antagonistico-pleiotropico presenta l'invecchiamento come sottoprodotto disadattato della selezione per la sopravvivenza e la riproduzione durante la gioventù.
È stato quindi stabilito che alcuni tratti della prima infanzia che miglioravano la sopravvivenza e la riproduzione avevano un compromesso evolutivo con i disturbi legati all'età. Tuttavia, in 1977 il biologo inglese Thomas Kirkwood ha avanzato questo concetto con il modello soma monouso, quale propone un trade-off evolutivo tra sopravvivenza e riproduzione. Kirkwood sosteneva che, in un ambiente con risorse limitate, ogni individuo deve stanziare risorse per la sopravvivenza o la riproduzione. Pensaci come la tua scelta quando acquisti una macchina nuova. Potresti acquistare una nuova e sportiva auto sportiva che va da 0-100km / h in 2.7 secondi, goditi il brivido e forse prendere l'occhio di alcuni potenziali partner nel processo. Ma questa macchina è costosa, e l'accelerazione e la velocità dell'auto potrebbero non essere al sicuro.
Lo stesso concetto di costi e rischi riproduttivi è osservato in tutta la natura. Questi sono i fattori che la specie deve valutare e affrontare nel tentativo di trovare un compagno adatto:
- Costi di ricerca: trovare un compagno nelle aree selvagge riproduttive può costare tempo e denaro - o, in natura, costerà energia metabolica e il rischio di predazione;
- Costi di trasporto / allevamento: la gestazione e l'allevamento della prole sono energeticamente costosi, oltre ad aumentare la vulnerabilità dei genitori alla predazione;
- Rischio di malattia: l'interazione con un compagno può portare a malattie legate ai contatti;
- Rischi dell'accoppiamento: le donne sono più a rischio di violenza domestica rispetto ai maschi umani, ma i ruoli possono essere invertiti in natura, con la femmina di alcune specie che consumano l'ignaro post-copulazione maschile (ad esempio, la femmina mantide religiosa cannibalizza il suo compagno dopo l'accoppiamento).
Mentre la riproduzione può essere costosa, se hai successo, il fine giustifica i mezzi. Ma quando si tratta di quali di queste strategie impiegano gli individui, l'ambiente può essere di grande importanza. In uno esperimento da 2004, i grilli di campo maschi venivano allevati in cattività e alimentavano livelli di proteine bassi o alti come parte della loro dieta. Per attirare potenziali partner, i grilli maschi sfregano le zampe posteriori contro l'addome per produrre la chiamata che sentiamo la sera. Questo non è solo metabolicamente costoso, ma avverte la loro presenza ai predatori. I maschi che sono stati nutriti con una dieta ricca di proteine e ricca di energia hanno assegnato queste risorse alla chiamata notturna a scapito della manutenzione cellulare. Ciò ha comportato una riduzione della longevità, anche in assenza di predatori.
In definitiva, la riproduzione è il punto focale attraverso cui agisce l'evoluzione. L'evoluzione umana consente effetti tardivi sulla salute che insorgono dopo questa finestra di riproduzione, specialmente se avvantaggia le persone nei loro exploit della prima infanzia. Nel contesto dei vincoli ambientali, l'individuo deve allocare efficacemente le risorse, creando trade-off tra riproduzione, sicurezza e salute a lungo termine. Nella spinta verso la cura per l'invecchiamento, la medicina evolutiva ha il potenziale per approfondire la nostra comprensione del perché le malattie umane sorgono e chiarire i costi imprevisti di sovvertire questo intrinseco processo biologico.
Circa l'autore
Jordan Pennells è uno studente di dottorato in bioingegneria presso l'Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology presso l'Università del Queensland a Brisbane. Sta ricercando nanomateriali vegetali sostenibili.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Eone ed è stato ripubblicato sotto Creative Commons.
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