限られた寿命は進化的適応ですか?

ダーウィンの時代以来、進化生物学者は、なぜ異なる種の寿命がそれほど大きく異なるのか疑問に思ってきました。新しいモデルは、特定の種の平均余命が進化の圧力の関数であることを示唆しています。これは、人間への強力なアンチエイジング介入の可能性を示唆する結論です。

現在PhysicalReview Letters掲載されている新しい論文は、老化の性質と、密接に関連している種を含むさまざまな生物でさまざまな速度で現れる理由についての一般的な概念に異議を唱えています。

ニューイングランドコンプレックスシステムインスティテュート(NECSI)のYaneer Bar-Yamが率いる研究チームは、モデルのバリエーションを数十万回実行することにより、ハーバードウィス生物工学研究所と協力して、進化がより短い寿命を好むことを観察しました。資源が不足している環境や、生産する圧力が特に強い場合。シミュレーションは、動物(人間を含む)の寿命が遺伝的に調整されており、徐々に摩耗した結果ではないことを示しているように見えました。これは驚くべき結果であり、「プログラムされた老化」として知られる急成長しているパラダイムにさらなる信頼を与えるものです。同時に、この研究は、アンチエイジング介入を開発するための現在の取り組みが誤った仮定に基づいている可能性があることを示しています。

現状では、「内因性の死亡率」を説明する2つの一般的な理論があります。つまり、捕食や飢餓などの外的要因ではなく、動物が「老齢」で死亡したときに発生する死です。

まず、オックスフォード大学の生物学者とノーベル賞受賞者のピーターメダワーが提唱した「突然変異の蓄積」理論があります。彼は、特定の適応または突然変異は、進化において強く選択されていない、人生の後半に有害な影響をもたらす可能性があると主張しました。まとめると、これらの「有害な」影響は、老化と最終的には死の症状として現れます。

「拮抗的多面発現」または「後で支払う理論」と呼ばれる2番目の理論は、単一の遺伝子または特性が人生の早い段階で有益であるが、後の段階で有害になるという考えです。良い例は細胞老化です。これは、癌を抑制することによって幼少期に有益に作用しますが、その後、虚弱、そして逆説的に癌を引き起こすことによって私たちに背を向けます。拮抗的な多面発現は、1957年にミシガン州立大学の生物学者GeorgeWilliamsによって考案されました。

ただし、これらの理論にはいくつかの問題があります。

第一に、どちらも数学に過度の重点を置いています。これは、ウィリアムズや英国の統計学者で数学者のロナルドA.フィッシャー卿などによって普及した進化へのネオダーウィニズムのアプローチの産物です。進化の基本単位としての遺伝子の宣言を伴うネオダーウィニズムの合成は、血縁淘汰、利他主義、種分化などの現象の数学的分析に影響を与えました。しかし同時に、このアプローチはその後の経験的証拠の不足をもたらしました。

第二に、いわゆる「利己的な遺伝子」は、動物の極端な寿命を優先するように機能するはずですが、それは私たちが観察していないことです。で私に説明したようにジョシュMitteldorf、今後の本の共著者、死のDNA、および老化の遺伝的基盤の専門家で、老化の主な欠点は、動物最終的に金型や葉少ない子孫。

これらの欠点と、1990年代以降に出現した現象学的データの増加により、3番目の説明があります。これは、生物学者のアウグストヴァイスマンによって1880年代に最初に提案された「プログラムによる老化」として知られる理論です。その老化は私たちの遺伝学の意図的な機能であり、物議を醸す考えのままですが、それは着実に支持者を獲得している考えです。

これらの支持者の1人はNECSIの社長YaneerBar-Yamであり、彼は新しい論文で、老化問題への一般的なアプローチは非常に重要な制約、つまり特定の環境の資源制限に従って寿命を遺伝的に制御する方法に対処できないと主張しています。遺伝的にプログラムされた老化がなければ、動物は子孫のために十分な資源を残すことができないだろうと彼は主張します。そしてこれは、ウサギ、イルカ、人間を問わず、すべての動物に当てはまります。

Bar-Yamと彼のチームは、シミュレートされた生物の寿命が空間的に制約された条件下で時間とともにどのように変化し進化するかを分析する単純なモデルを開発することによって、この結論に達しました。

このモデルでは、時間の経過に伴う環境の平均的な状態を調べる代わりに、生物が進化する環境での局所的な変動を考慮に入れました。彼らのシミュレーションでは、研究者たちはセルオートマトンを使用して、寿命の限界の進化と内因性の死亡率の開始を観察しました。シミュレーションは狭い空間システム内で行われましたが、自己更新リソースの存在など、いくつかの変数が調整されました(実際のシナリオでは、放牧動物の草の再成長、イルカの利用可能な魚のストックに似ています) 、 等々)。

「同じ環境を想定しないとどうなるかを理解するように設計しただけです」とBar-Yam氏はio9に語った。「それが依存する唯一のものは空間的局所性であり、それはリソースの制限とともに、一般的に自然界に当てはまります。」

興味深いことに、グループ選択(自然淘汰はグループレベルで機能するという考え)は、モデルでは決して考慮されませんでした。それでも、シミュレーションは一貫して、シミュレートされた生物の間に組み込みの平均余命が出現し、それらの種の完全性を長期にわたって維持することを示しました。プログループの結果は個別の選択プロセスによって生成されたため、これは驚くべきことです。

「長生きするという特定のポイントを超えて、あなたは地元の資源を過剰に利用し、同じ地域に住むあなたの子孫のために減少した資源を残します」とバーヤムは言いました。「そのため、任意の長さの寿命よりも特定の寿命を持つ方が良いことがわかりました。したがって、寿命の進化に関しては、可能な限り長い寿命は選択されません。」

Bar-Yamの研究は、老化は、動物の寿命を定義し制限するために機能するメカニズムでありメカニズムではないにしも、それを示唆しています。そして、生物学的および医学的コミュニティが私たちの遺伝子がこれらの発達過程をどのように制御するかを理解できれば、強力なアンチエイジング介入を開発できるかもしれないと彼は言います。簡単に言えば、研究者たちは老化を治療できる、そして治療すべき遺伝病と見なしています。

これらは明らかに注目に値する主張であるため、私は老年学者でアンチエイジングの専門家であるオーブリー・デ・グレイに連絡を取り、彼の論文を取り上げました。

「私の最初の見解は、血縁淘汰と「個体群の粘度」についてすでによく知られていることと一致しているということです」と彼は言います。「基本的に、最も近い親戚が物理的に最も近い隣人でもある場合、リソースが限られている場合、自殺による個人以外の利益があると予想されます。」

「長距離空間混合には固有の死亡率は好ましくない」という研究の主張について、de Grayは、長距離空間混合がたくさんある状況を推定することはできないと述べています。動物。」この点で、de GrayとBar-Yamは意見が一致しません。後者は、2つの種または個体群が同じ地理的領域に存在し、定期的に互いにリソースを求めて競合する場合、長距離の空間的混合は「制限されている」と主張しています。 」の「典型的な実世界のシステム」。

deGrayはプログラムされた老化仮説を購入しません。彼は最近、Current Aging Scienceでこの正確なトピックに関する論文を発表し、次のように結論付けています。

また、S。ジェイオルシャンスキーに連絡して意見を聞いた。彼はシカゴのイリノイ大学の公衆衛生学部の教授であり、シカゴ大学の老化センターの研究員です。

オルシャンスキーがメールで私に言ったことは次のとおりです。

私はバーヤムにオルシャンスキーの批判に答える機会を提供しました。

「トレードオフが必要であるということは、まさに私たちの理論が反証していることです」と彼はio9に語った。「これらの寿命が特に選択されているという事実は、そのようなトレードオフがないことを示しています。」

Bar-Yamは、特定の適応にはトレードオフがあるかもしれないことは事実だと言いますが、全体としてのメカニズムは、正確かつ排他的に寿命制御の1つです。

「そしてそれ理論によればそのようでなければなりません—それが要点です」と彼は言います。「理論は、進化論は、身長、体重、色などを選択するのと同じ方法で、その特性を選択していることを示しています。進化が特定の特性を選択しているという事実は、他の特性との必要なトレードオフがないことを意味します。」

彼は次のように付け加えました。「トレードオフが必要だと感じているこの分野に従事する人々からの腸の反応は、あなたがより長い寿命を持つことができる唯一の方法はこれらがあるという事実のおかげであるという40年前の理論によって推進されていますトレードオフ。」

時間のスケーリングに失敗するというオルシャンスキーの指摘については、Bar-Yamは、ワニがほとんど老化していないように見えること、鳥の中には数年しか生きていない種もあれば、アホウドリのように50年近く生きていることも指摘しています。考慮すべきメバルもあります。そのメンバー種間の寿命の信じられないほどの変化を示すこのチャートをチェックしてください:

「特定の寿命はありません」と彼は言います。「そして、特定の寿命が固有のスケールを持っていると信じる理由はありません。生物の寿命は、関連する種によって大きく異なります。」

Bar-Yamは線虫も育てました。研究者は、単一の遺伝子の欠失がこれらのワームの寿命を5倍に延ばすことができることを示しました。オルシャンスキーは、時​​間スケーリングのために線虫と人間の間でアンチエイジング介入を比較することは公平または正確ではないと言います。しかし、Bar-Yamは、時間スケールは重要な要素ではないと主張しています。

「本当に明確に定義された寿命があったとしたら、それは生物学的サイズなどに関連する体系的なプロセスで見られるでしょうが、実際にはそれを観察していません」と彼は言います。「短い寿命は延長できるが、長い寿命は延長できないという考えは、多くの現象学的サポートがない考えです。」

同時に、プログラムされた老化仮説を強化するように見えるいくつかの生物学的データポイントがあります。

Josh Mittledorfが私に言ったように、細胞老化は、このプロセスが機能していることの「典型的な例」です。これは、最初の真核生物が数十億年前に出現して以来ずっと存在しているプログラムされた死のメカニズムです。考慮すべきタコもあります。これは、繁殖が終わった後、単に食べるのをやめる生物です。

「死が明確にプログラムされている種はたくさんあり、この動物が死ぬ理由はありません」とミトルドルフは言います。

Bar-Yamの研究は、生物学的な調査ではなく、数学的なシミュレーションベースの進化の調査でした。その結果、それを超えて研究者によってなされた推論、すなわち人間への潜在的な寿命延長介入に関係する推論は、一握りの塩でとられる必要があります。これらの研究者が正しい方向に進んでいるかどうかを示すために、生物学的研究が必要になります。とはいえ、アンチエイジングの科学者は注意を払う必要があります。

たとえば、de Grayのような老年学者は、加齢による損傷の修復に取り組んでいます。バーヤムは、劣化が時間の経過とともに起こることを認めていますが、生物学的システムは自己修復の驚くべき能力を示していると彼は言います。

「問題は、なぜ自己修復生物が老化するのかということです」と彼は尋ねます。「それでは、自己修復が効果的なプロセスである状況において、なぜそれが150年から200年の間私たちを生き続けるのに十分にうまく機能しないのでしょうか?」

彼は、伝統的な理論からの答えは、老化が必要であると私たちに告げる生物学の理解に基づいていないと言います、「しかし、それは数学的な近似に基づく解決策にのみ基づいています」。

ミトルドルフは、老化の過程を修復しようとするのではなく、科学者は体をだまして若いと思わせるようにすべきだと言います。そうすれば、体は自分自身を修復するために働きます。老人の血液を若い人の血液に置き換えるマウスでの実験 、他の加齢に伴う障害の中でも、認知機能低下の影響を軽減することが示されています。

「これらのような実験は、老化がホルモンや低分子RNAや遺伝子プロモーターなどの血液中の因子によって制御されていることを示唆しています」とMittledorfはio9に語った。「DNAに付着してエピジェネティックにプログラムし、その遺伝子をオンまたはオフにする小さな分子。私たちの血液には数百、場合によっては数千が含まれています。これらは細胞の健康と運命に多大な影響を及ぼします。」

バーヤムは、老化と死の性質について、人気のある希望と宿命論の両方があると言います。彼は、今日の多くの科学者は、宿命論を支持しながら、希望に直接反対していると主張しています。そして、彼らは誤った仮定に基づいた理論を尊重することによってそうしています。

「これらの仮定を取り除くと、反対の結論に達することがわかります」と彼は言います。「したがって、反対の結論が出た場合、突然、非常に異なる科学的枠組みが生まれ、国民の理解の本質に劇的な影響を及ぼします。それは対話を劇的に変えるはずです。そしてそれは本当に私の希望です。対話をシフトすることで、研究の分析の優先順位を、理論が言うことから、実りある調査の方向にシフトできることを願っています。」

フィジカルレビューレターで研究全体を読んでください:「プログラムされた死は、空間システムにおける自然淘汰によって支持されます」。

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