Naukowcy wykorzystali modele komputerowe do zbadania ewolucyjnej roli starzenia się. Kwestionują pogląd, że starzenie się nie ma żadnej pozytywnej funkcji, sugerując, że może przyspieszyć ewolucję w zmieniającym się środowisku, z korzyścią dla kolejnych pokoleń. Ich odkrycia wskazują, że starzenie się może być korzystną cechą wybraną w drodze naturalnej ewolucji. Źródło: SciTechDaily.com

Tajemnica starzenia się fascynuje ludzi od tysiącleci, a wielu jest gotowych zrobić wszystko, aby zatrzymać lub odwrócić ten proces, ponieważ starzenie się zwykle wiąże się ze stopniowym pogarszaniem się większości funkcji organizmu. Chociaż starzenie się jest naturalną częścią życia, biolodzy zaskakująco mało wiedzą na temat pojawiania się tego procesu podczas ewolucji. Nie jest jasne, czy starzenie się jest nieuniknione, ponieważ istnieją organizmy, które pozornie w ogóle się nie starzeją, ponadto istnieje zjawisko zwane negatywnym starzeniem się, czyli odmładzaniem: funkcje życiowe niektórych żółwi poprawiają się wraz z wiekiem.

Badanie ewolucyjnej roli starzenia się

Naukowcy z Instytutu Ewolucji kierowanego przez akademika Eörsa Szathmáry’ego podjęli próbę udowodnienia słuszności zaproponowanej wcześniej, ale wciąż nieudowodnionej teorii starzenia. Teoria sugeruje, że w odpowiednich okolicznościach ewolucja może sprzyjać proliferacji genów kontrolujących starzenie się.

Aby przetestować tę hipotezę, badacze wykorzystali opracowany przez siebie model komputerowy. Model ten jest algorytmem zdolnym do symulowania długotrwałych procesów zachodzących w populacjach organizmów i genów w warunkach kontrolowanych przez naukowców. Zasadniczo za pomocą takich modeli można opracować scenariusze ewolucyjne, których wyniki pojawią się w ciągu kilku godzin, a nie milionów lat. Współczesne badania ewolucyjne nie byłyby możliwe bez modelowania komputerowego.

Odkrywanie celu starzenia się

Podstawowe pytanie badawcze było proste: czy starzenie się ma jakikolwiek sens? Czy pełni jakąś funkcję ewolucyjną, czy też jest rzeczywiście gorzkim i śmiertelnym produktem ubocznym życia? „Starzenie się może pełnić funkcję ewolucyjną, jeśli istnieje selekcja pod kątem starzenia się. W naszych badaniach chcieliśmy odkryć tę selekcję” – mówi Eörs Szathmáry. „Według klasycznych wyjaśnień starzenie się populacji pojawia się nawet bez selekcji. Dzieje się tak dlatego, że jednostki prędzej czy później umierają, nie starzejąc się (w wyniku chorób lub wypadków), dlatego siła doboru naturalnego w populacji będzie coraz słabsza. Stwarza to możliwość kumulacji genów, które mają niekorzystny wpływ na osoby starsze chronologicznie (powodując w ten sposób starzenie się). Oznaczałoby to, że starzenie się jest jedynie uboczną konsekwencją ewolucji i nie pełni żadnej funkcji adaptacyjnej”.

Rzucanie wyzwania konwencjonalnej mądrości

W ciągu ostatniego stulecia, wykorzystując różne mechanizmy biologiczne, sformułowano kilka teorii ewolucyjnych wyjaśniających nieuniknione starzenie się, które nie ma żadnej pozytywnej funkcji. Kilku naukowców uznało to założenie za fakt, jednak kiedy odkryto organizmy niestarzejące się, coraz więcej badaczy kwestionowało nieuchronność starzenia się i sugerowało, że być może starzenie się może mieć również pewne zalety.

„W społeczności biologii ewolucyjnej przyjęto, że klasyczne, nieadaptacyjne teorie starzenia nie są w stanie wyjaśnić wszystkich wzorców starzenia się występujących w przyrodzie, co oznacza, że ​​wyjaśnienie starzenia ponownie stało się kwestią otwartą” – mówi Szathmáry. „Alternatywne teorie adaptacyjne oferują rozwiązania tego problemu, sugerując pozytywne konsekwencje starzenia się. Na przykład możliwe jest, że w zmieniającym się środowisku starzenie się i śmierć są bardziej korzystne dla jednostek, ponieważ w ten sposób można zmniejszyć konkurencję, która utrudnia przetrwanie i reprodukcję bardziej przystosowalnego potomstwa o lepszym składzie genów.

Jednak ten scenariusz jest prawdziwy tylko wtedy, gdy jednostki są otoczone głównie przez swoich krewnych. W przeciwnym razie, podczas rozmnażania płciowego, osobniki niestarzejące się „kradną” lepsze (czyli lepiej przystosowane do zmienionego środowiska) geny członkom starzejącej się populacji, przez co zanika znaczne starzenie się.

Starzenie się jako katalizator ewolucji

Po uruchomieniu modelu węgierscy biolodzy odkryli, że starzenie się rzeczywiście może przyspieszyć ewolucję. Jest to korzystne w zmieniającym się świecie, ponieważ szybsza adaptacja pozwala szybciej znaleźć odpowiednie cechy, wspierając w ten sposób przetrwanie i rozprzestrzenianie się genów potomnych. Oznacza to, że starzenie się może stać się naprawdę korzystną cechą i będzie faworyzowane przez dobór naturalny.

Odniesienie: „Dobór kierunkowy w połączeniu z doborem krewniaczym sprzyja ustanowieniu starzenia się”, András Szilágyi, Tamás Czárán, Mauro Santos i Eörs Szathmáry, 23 października 2023 r., Biologia BMC.
DOI: 10.1186/s12915-023-01716-w

Finansowanie: Krajowe Biuro ds. Badań, Rozwoju i Innowacji (Węgry), Stypendium Badawcze Bolyai János Węgierskiej Akademii Nauk, Nowy Narodowy Program Doskonałości Ministerstwa Kultury i Innowacji, Ministerio de Ciencia e Innovación, Generalitat de Catalunya 2021, Wybitni zaproszeni naukowcy Program stypendialny Węgierskiej Akademii Nauk, Fundacja Volkswagena (inicjatywa „Leben? –Ein neuer Blick der Naturwissenschaften auf die grundlegenden Prinzipien des Lebens”, projekt „Ujednolicony model rekombinacji w życiu”)