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Das Leben stellt die Ordnung und Komplexität der Biologie gegen das unablässige Chaos der Physik. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik oder der thermodynamische Zeitpfeil besagt, dass jedes natürliche System immer zu einer zunehmenden Unordnung neigen wird. Das biologische Altern ist nicht anders und macht den Tod unausweichlich. Eine der am wenigsten behandelten Fragen des Alterns ist jedoch das scheinbare Paradoxon zwischen dem Optimierungsantrieb der Evolution und der unvermeidlichen Verschlechterung des Körpers. In Anbetracht der Milliarden Jahre 3.5, in denen wir uns aus einzelligen Organismen entwickelt haben, warum hat das Leben der Ineffizienz des Alterns nicht entgegengewirkt? Oder genauer: Wie hat Altern im Darwinschen Rahmen der Evolution bestanden?

Damit Evolution stattfinden kann, muss es zuerst sein genetische Variationein Unterschied zwischen Individuen innerhalb einer Population für ein messbares Merkmal (Phänotyp), das sich aus genetischen und Umweltfaktoren ergibt; Erbschaft von diesen genetischen Faktoren von den Eltern zu ihren Nachkommen; und Differenzieller Fortpflanzungserfolg, so dass bestimmte genetische Faktoren sich in der Fähigkeit eines Individuums manifestieren, zu überleben und sich zu reproduzieren (dh Fitness).

Betrachten Sie das Altern in diesem evolutionären Rahmen. Die Lebenserwartung ist bei verschiedenen Individuen auf der ganzen Welt offensichtlich unterschiedlich, beeinflusst durch genetische Faktoren, aber auch stark durch externe Faktoren wie das Bruttoinlandsprodukt des Landes.

Die Lebensdauer ist auch eine vererbte Eigenschaft, wobei ungefähr 23 zu 26 Prozent der Variation der Lebensdauer zwischen Individuen durch genetische Faktoren verursacht wird, ansonsten bekannt als Erbschaft. Darüber hinaus macht es Sinn, dass eine erhöhte Lebenserwartung oder eine Verbesserung der Gesundheit Ihres Lebens, die zu einer erhöhten Lebenserwartung führt, Sie für das andere Geschlecht attraktiver macht und die Wahrscheinlichkeit des Fortpflanzungserfolgs erhöht. Wenn also diese drei Evolutionskriterien für das Merkmal der Langlebigkeit erfüllt sind, warum leben wir dann nicht eine unangekündigte Anzahl von Jahren?

In 1952 formalisierte der britische Biologe Peter Medawar die erste Evolutionstheorie des Alterns und bezeichnete sie als Mutationsakkumulationsmodell. Diese Theorie stützt sich auf die Tatsache, dass von einem Individuum erworbene Mutationen frühzeitig wirken oder spät einsetzen können. Früh wirkende Mutationen manifestieren sich während des Zeitraums, in dem Individuen reproduktiv aktiv sind, so dass die Auswirkungen der Mutation auf die natürliche Selektion wirken. Die natürliche Selektion ist jedoch für spät auftretende Mutationen "blind". Mutationen, die sich später im Leben zeigen, können nicht rückwirkend ausgewählt werden, wenn die Reproduktion bereits erfolgt ist, und können an die nächste Generation weitergegeben werden. Daher nimmt die Selektionskraft mit zunehmendem Alter und Fortpflanzungsabfall ab. Dieses Phänomen ist bekannt als Auswahlschatten.

Der Auswahlschatten ist die verringerte Selektionskraft mit zunehmendem Alter und Fortpflanzungsabfall. Quelle: Fabian und Flatt, 2011

Diese Theorie trägt dazu bei, warum es so schwierig ist, Tiere in Gefangenschaft zu züchten, als sie es in freier Wildbahn natürlicherweise erfahren würden. Wenn sich ihre Umgebung verändert und das Überlebensrisiko aufgehoben wird, beispielsweise in Gefangenschaft, können Tiere bis zu einem Alter leben, in dem sich angesammelte spät einsetzende Mutationen manifestieren können. Dieser Effekt wird durch die Mutationskonzentration aufgrund von Inzucht in diesen kleinen Populationen übertrieben. Naturschützer haben große Schwierigkeiten, mit dem erhöhten Niveau dieser altersbedingten Krankheiten umzugehen, die in der freien Wildbahn nicht bei solchen Raten beobachtet werden. Ein ähnliches Phänomen ist gewesen beobachtet Mit dem Aufkommen von neurodegenerativen Erkrankungen in der menschlichen Bevölkerung, zusammen mit unserem drastischen Anstieg der Lebensspanne im letzten Jahrhundert.

Das Mutationsakkumulationsmodell wurde in 1957 von dem amerikanischen Evolutionsbiologen George C Williams verfeinert, als er dies tat ausgearbeitet weiter die Beziehung zwischen früh wirkenden und spät einsetzenden Mutationen. Eine Mutation kann mehrere Auswirkungen haben, die sich in verschiedenen Gewebetypen oder in verschiedenen Lebensstadien, einem genetischen Phänomen, als unterschiedlich präsentieren Pleiotropie. Wenn die Mutation entgegengesetzte Auswirkungen auf die Fitness in verschiedenen Lebensstadien hat, beispielsweise im frühen und späten Leben, spricht man von antagonistische Pleiotropie. Williams postulierte, dass, wenn eine Mutation einen positiven Einfluss auf das Überleben und die Fortpflanzung im frühen Leben hat, aber einen negativen Einfluss auf das Alter im späteren Leben hat, die Selektion auf den frühen Nutzen wirkt und diese Mutation in der Bevölkerung bereichert. Dieses antagonistische Pleiotropiemodell zeigt das Altern als ein schlecht adaptives Nebenprodukt der Selektion für das Überleben und die Reproduktion während der Jugend.

So wurde festgestellt, dass einige frühe Merkmale, die das Überleben und die Fortpflanzung verbesserten, einen evolutionären Kompromiss gegen altersbedingte Störungen hatten. In 1977 hat der englische Biologe Thomas Kirkwood dieses Konzept jedoch mit dem Einweg-Soma-Modell, Die schlägt vor ein evolutionärer Kompromiss zwischen Überleben und Reproduktion. Kirkwood argumentierte, dass in einer Umgebung mit begrenzten Ressourcen jeder Einzelne Ressourcen für das Überleben oder die Reproduktion aufstellen muss. Denken Sie beim Kauf eines neuen Autos wie Ihre Wahl darüber nach. Sie könnten einen auffälligen neuen Sportwagen kaufen, der in 0-Sekunden von 100-2.7km / h fährt, den Nervenkitzel genießen und vielleicht Fang das Auge einiger potenzieller Partner im Prozess. Aber dieses Auto ist teuer, und die Beschleunigung und Geschwindigkeit des Autos ist möglicherweise nicht sicher.

Das gleiche Konzept der Kosten und Risiken der Fortpflanzung wird in der gesamten Natur beobachtet. Dies sind die Faktoren, mit denen die Spezies abwägen und kämpfen müssen, um einen geeigneten Partner zu finden:

• Suchkosten: Die Suche nach einem Partner in der reproduktiven Wildnis kann Zeit und Geld kosten - oder in der Natur kostet sie Stoffwechselenergie und das Risiko von Räuberung.
• Transport- / Aufzuchtkosten: Schwangerschaft und Aufzucht von Nachwuchs sind energetisch teuer und erhöhen die Anfälligkeit der Eltern gegenüber Raubtier;
• Krankheitsrisiken: Die Interaktion mit einem Partner kann zu kontaktbedingten Krankheiten führen.
• Paarungsrisiken: Frauen haben ein höheres Risiko für häusliche Gewalt als männliche Männer. Die Rollen können jedoch in der Natur umgekehrt werden, wobei das Weibchen bestimmter Arten die ahnungslose männliche Nach-Kopulation konsumiert (z. B. das Weibchen) Gottesanbeterin kann ihren Partner nach der Paarung

Während die Reproduktion kostspielig sein kann, rechtfertigt der Zweck die Mittel, wenn Sie erfolgreich sind. Wenn es jedoch darum geht, welche dieser Strategien der Einzelne anwendet, kann die Umwelt von großer Bedeutung sein. In Eins Experiment Von 2004 aus wurden männliche Feldgrillen in Gefangenschaft aufgezogen und als Teil ihrer Diät mit niedrigem bis hohem Proteingehalt gefüttert. Um potenzielle Partner anzuziehen, reiben männliche Grillen ihre Hinterbeine gegen ihren Unterleib, um den Anruf zu erzeugen, den wir abends hören. Dies ist nicht nur metabolisch teuer, sondern macht Raubtieren auf ihre Anwesenheit aufmerksam. Männer, die mit einer energiereichen, proteinreichen Diät gefüttert wurden, wiesen diese Ressourcen zum Nachteil der zellulären Aufrechterhaltung auf. Dies führte zu einer verringerten Lebensdauer, auch wenn keine Raubtiere vorhanden waren.

Letztendlich ist die Reproduktion der Brennpunkt, durch den die Evolution wirkt. Die menschliche Entwicklung erlaubt spät auftretende Auswirkungen auf die Gesundheit, die nach diesem Reproduktionsfenster auftreten, insbesondere wenn sie Einzelpersonen in ihren frühen Lebensjahren zugute kommt. Im Kontext von Umweltbeschränkungen muss der Einzelne Ressourcen effektiv zuweisen und einen Kompromiss zwischen Reproduktion, Sicherheit und langfristiger Gesundheit schaffen. Im Bestreben nach Heilung des Alterns hat die Evolutionsmedizin das Potenzial, ein besseres Verständnis für die Entstehung menschlicher Krankheiten zu entwickeln und die unvorhergesehenen Kosten der Unterwanderung dieses intrinsischen biologischen Prozesses aufzuklären.

Über den Autor

Jordan Pennells ist Doktorand in Biotechnologie am Australian Institute for Bioengineering und Nanotechnologie an der University of Queensland in Brisbane. Er erforscht nachhaltige pflanzliche Nanomaterialien.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht unter Äon und wurde unter Creative Commons veröffentlicht.

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