Резюме

Проблемът със стареенето

Въпреки това

Фигура 1. Схематична илюстрация на основните резултати от нашия експериментален тест за еволюция на ролята на външната смъртност в еволюцията на стареенето. Еволюцията на по-кратката продължителност на живота (в дни) при висока случайна смъртност подкрепя централната прогноза на класическата еволюционна теория за стареенето. Въпреки това, дългоживеещите червеи се развиха, когато същият процент на смъртност беше наложен от топлинен шок, т.е.смъртността не беше случайна, а зависи от състоянието, подкрепяйки теорията за взаимодействието между състоянието и околната среда на стареенето.

Фигура 2. Бързо развитие на устойчивостта на топлинен шок в популации, при които е приложена външна смъртност с помощта на топлинен шок (вижте текста за подробности). Делът на оцелелите значително се е увеличил, по-специално при лечение с висока смъртност, между поколения 2 и 7 (ANOVA върху населението означава, поколение: F1,12 = 46,20; стр. 14 Въпреки това, тази теория не предвижда положителен ефект на устойчивостта на стрес върху Напротив, би могло да се очаква, че подборът за повишена устойчивост на стрес, придружен от повишено дълголетие при липса на стрес, ще доведе до намалена плодовитост поради компромиса между възпроизводството и соматичната поддръжка. Въпреки това, нашият дълготраен стрес резистентните червеи не са претърпели намаление на репродуктивните способности. В действителност жените с HC-d са имали малко по-добри плодовитости в средата на живота, което в крайна сметка е довело до по-висока обща плодовитост от контролните жени с LR, 15 докато мъжете с HC-d показват подобни нива репродуктивен успех като LR мъже (Chen et al., в подготовка).

Съществува обаче възможност повишената устойчивост на стрес и намалената репродукция, наблюдавани в много проучвания, да са случайни и да бъдат отделени, 2, 21, поради което ние наричаме тези обяснения хипотези „извън компромиса“. Съгласно класическата теория за сома за еднократна употреба, излагането на стрес отклонява ресурсите от репродукция към соматична поддръжка, като по този начин удължава живота. 4, 10 Тази логика е успешно приложена за обяснение на ефекта на удължаване на диетичните ограничения (DR), който се характеризира с повишено дълголетие и намалена плодовитост при намалена наличност на хранителни вещества. 22 Въпреки това, скорошно проучване показва, че намалената плодовитост при DR може да бъде възстановена чрез добавяне на единична незаменима аминокиселина метионин, като същевременно запазва ефекта на удължаване непокътнат. 21 Интригуващо е, че дълголетието при DR може да бъде намалено само чрез миризма на храна, отколкото чрез директно допълване на ресурсите. 23 Взети заедно, тези резултати показват, че моделът на простия компромис може да не се прилага пряко и че манипулацията на хранително-чувствителния път може да съдържа ключът към ефекта на удължаване на DR и други стресови фактори, включително топлинен шок.

Теория на хиперфункцията

Как можем да съгласуваме тези констатации с еволюционната теория за стареенето и има ли връзка между чувствителния хранителен път и топлинния шок? Наскоро Blagosklonny представи нова теория за хиперфункцията, която има за цел да комбинира логиката на антагонистичната плейотропия с известните факти за сложната връзка между устойчивостта на стрес, възпроизводството и дълголетието. 24, 25 Тази теория твърди, че стареенето настъпва предимно в резултат на програма за развитие на развитието, която продължава да работи с пълна мощност в края на живота, когато нейните ефекти вече не са необходими и вредни, тъй като организмът е престанал да расте. Освен че дава нова светлина върху връзката между скоростта на растеж и скоростта на стареене, 26 тази теория се вписва добре и с факта, че целта на рапамицин (TOR), чувствителна към хранителни вещества, регулира растежа и стареенето и медиира ефектите на DR и DR -миметики за дълголетието. 25 Обширен неотдавнашен преглед на Gems and Partridge 2 предполага, че тази теория може да отговаря на съвременните познания за биологията на стареенето по-добре от предишните модели и следователно има силен потенциал да се превърне в нова връзка между крайните и близките теории за стареенето.

Има ли преки доказателства за ролята на топлинния шок за антагонизиране на стареенето, медиирано от TOR? От една страна, има добре развит аргумент за връзката между топлинен шок и TOR. 27 Докато активирането на TOR увеличава биосинтезата на протеини, което е основният бич по теорията на хиперфункцията, топлинният шок намалява биосинтезата на протеини чрез действието на протеини от топлинен шок. По същество топлинният шок имитира инхибирането на TOR сигнализиране. Възможно е да сме избрали за червеите с непрекъснато регулирана реакция на топлинен шок (което ги прави устойчиви на топлинен удар) и следователно непрекъснато намалена биосинтеза (което ги прави дълголетни).

Домашен червей

От друга страна, повишеното регулиране на реакцията на топлинен шок в късния живот може да буферира червеите срещу мутации, чиито вредни ефекти също се ограничават до късния живот, потенциално с малко разходи за растеж и ранно размножаване. В нашия експеримент червеите са преживели топлинен шок най-рано на четвъртия ден от зряла възраст, което предполага, че може да сме избрали за специфично за възрастта повишаване на устойчивостта на стрес. Понастоящем нямаме данни за проверка на тази хипотеза, но би било интересно да се знае дали HC-d червеите са по-устойчиви на стрес от контролите в стадия на ларвите, както и младите възрастни. Друга възможност е повишената реакция на стрес да не е особено скъпа за червеите при наличие на изобилие от храна и виртуално отсъствие на патогени и хищници. Макар че такова обяснение би направило нашите резултати по-малко приложими за стареенето в естествените популации, то би ги направило по-подходящи за стареенето при хората и домашните животни, което предполага, че остаряването е достатъчно податливо за медицински интервенции в защитената среда без големите разходи за възпроизвеждане.

Червеи в дивата природа

В природата най-често се установява, че нематодите от Caenorhabditis са свързани с изгнили плодове или друг растителен материал, среда, която се отличава с обилен живот и сложни екологични общности 28, 29 и е засегната от голямо разнообразие от абиотични фактори. Разлагащите се органични вещества осигуряват хранителни вещества и местообитания за микроби и малки безгръбначни, които могат да бъдат източник на храна, патогени или хищници на нематоди. По този начин, в естествената си среда, нематодите са подложени на различни видове зависими от състоянието и случайни агенти на смъртност, засягащи развитието на стареенето.

Хищническото налягане е още един потенциално важен източник на зависима от състоянието смъртност. При гупите популациите, еволюирали под високо хищническо налягане, показват по-дълъг живот и по-добро представяне в поведението на хищниците при избягване в началото на живота в сравнение с популациите от местата с ниска хищност. 39 При нематодите от Caenorhabditis обаче значението на хищническия натиск се пренебрегва до голяма степен. Естественото местообитание на нематоди се споделя от различни групи организми, особено малки безгръбначни, много от които (например акари, плоски червеи и тардигради) са потенциални хищници на нематоди. 28, 29, 40 - 44 Например, акари, които плячкат на нематоди, ги поглъщат като спагети 28, 45 и могат да предизвикат изключително висока външна смъртност, която в крайна сметка може да доведе до изчезване на експерименталната популация от нематоди. 44 Такива източници на смъртност вероятно са случайни по отношение на състоянието на нематоди, но само подробни проучвания на екологията на нематоди в полуестествени микрокосмоси ще могат да потвърдят това.

Заключение

Бележки

Разкриване на потенциален конфликт на интереси

Не са разкрити потенциални конфликти на интереси.