A expectativa de vida limitada é uma adaptação evolucionária?

Desde a época de Darwin, os biólogos evolucionistas se perguntam por que o tempo de vida de diferentes espécies varia de forma tão significativa. Um novo modelo agora sugere que a expectativa de vida de qualquer espécie é uma função das pressões evolutivas - uma conclusão que sugere o potencial para intervenções antienvelhecimento poderosas em humanos.

O novo artigo, que agora aparece na Physical Review Letters , desafia as concepções populares sobre a natureza do envelhecimento e por que ele se manifesta em taxas diferentes em organismos diferentes, incluindo espécies intimamente relacionadas.

Ao executar variações de seu modelo centenas de milhares de vezes, uma equipe de pesquisa liderada por Yaneer Bar-Yam do New England Complex Systems Institute (NECSI), em colaboração com o Instituto Harvard Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia , observou que a evolução favorece tempos de vida mais curtos em ambientes onde os recursos são escassos e quando as pressões para procriar são particularmente intensas. As simulações pareciam mostrar que a expectativa de vida dos animais - incluindo os humanos - é geneticamente condicionada e não o resultado de um desgaste gradual. É um resultado surpreendente, que dá mais crédito ao paradigma emergente conhecido como "envelhecimento programado". Ao mesmo tempo, o estudo mostra que os esforços atuais para desenvolver intervenções anti-envelhecimento podem ser baseados em suposições incorretas.

Da forma como está, existem duas teorias prevalecentes que explicam a “mortalidade intrínseca”, ou seja, a morte que ocorre quando um animal morre de “velhice”, e não por causas externas, como predação ou fome.

Primeiro, há a teoria do “ acúmulo de mutações ” postulada pelo biólogo da Universidade de Oxford e ganhador do Prêmio Nobel Peter Medawar. Ele argumentou que certas adaptações, ou mutações, podem produzir efeitos prejudiciais no final da vida que não são fortemente selecionados na evolução. Coletivamente, esses efeitos “prejudiciais” se manifestam como sintomas de envelhecimento e, eventualmente, morte.

A segunda teoria, chamada de “pleiotropia antagônica” - ou “teoria do pagamento posterior” - é a ideia de que um único gene, ou característica, é benéfico no início da vida, mas depois se torna prejudicial em um estágio posterior. Um bom exemplo é a senescência celular , que atua de maneira benéfica no início da vida, suprimindo o câncer, mas depois se volta contra nós, causando fragilidade e, paradoxalmente, câncer. A pleiotropia antagonística foi concebida pelo biólogo George Williams, da Michigan State University, em 1957.

Existem alguns problemas com essas teorias, no entanto.

Primeiro, ambos colocam uma ênfase indevida na matemática - um produto da abordagem neodarwiniana da evolução popularizada por nomes como Williams e o estatístico e matemático britânico Sir Ronald A. Fisher . A síntese neodarwiniana, com sua declaração do gene como a unidade básica da evolução, inspirou análises matemáticas de fenômenos como seleção de parentesco, altruísmo e especiação. Ao mesmo tempo, porém, a abordagem resultou em uma subsequente escassez de evidências empíricas.

Em segundo lugar, os chamados “genes egoístas” deveriam funcionar para favorecer a longevidade extrema entre os animais, mas isso é algo que não observamos. Conforme me explicado por Josh Mitteldorf , co-autor do próximo livro, DNA of Death , e um especialista nos fundamentos genéticos do envelhecimento, uma desvantagem primária do envelhecimento é que um animal eventualmente morre e deixa menos descendentes.

Por causa dessas deficiências, e devido a um crescente corpo de dados fenomenológicos que vêm surgindo desde a década de 1990, há uma terceira explicação, uma teoria conhecida como “envelhecimento programado” que foi proposta pela primeira vez pelo biólogo August Weismann na década de 1880. Que o envelhecimento é uma função deliberada de nossa genética continua sendo uma ideia controversa, mas é uma ideia que está conquistando adeptos constantemente.

Um desses adeptos é o presidente da NECSI Yaneer Bar-Yam, que no novo artigo afirma que as abordagens populares para o problema do envelhecimento falham em abordar uma restrição muito importante, ou seja, as formas como a expectativa de vida é geneticamente controlada de acordo com as limitações de recursos de um determinado ambiente. Sem envelhecimento geneticamente programado, ele argumenta, os animais não seriam capazes de deixar recursos suficientes para seus filhos. E isso vale para todos os animais, sejam eles coelhos, golfinhos ou humanos.

Bar-Yam e sua equipe chegaram a essa conclusão desenvolvendo um modelo simples que analisava como o tempo de vida de organismos simulados mudaria e evoluiria ao longo do tempo sob condições espacialmente restritas.

Em vez de olhar para as condições médias dos ambientes ao longo do tempo, esse modelo levou em consideração as variações locais em ambientes onde os organismos evoluem. Em suas simulações, os pesquisadores usaram autômatos celulares para observar a evolução dos limites do tempo de vida e o início da mortalidade intrínseca. Embora a simulação tenha ocorrido dentro de um sistema espacial restrito, algumas variáveis ​​foram ajustadas, incluindo a presença de recursos de auto-renovação (que em um cenário da vida real seria semelhante ao recrescimento de grama para animais em pastejo, estoque de peixes disponível para golfinhos , e assim por diante).

“Simplesmente projetamos uma compreensão do que acontece quando não assumimos o mesmo ambiente”, disse Bar-Yam ao io9. “A única coisa em que depende é a localidade espacial, que, junto com a limitação de recursos, é geralmente o caso na natureza.”

Fascinantemente, a seleção de grupo - a ideia de que a seleção natural atua no nível do grupo - nunca foi considerada no modelo. No entanto, as simulações mostraram consistentemente que uma expectativa de vida embutida surgiu entre os organismos simulados para preservar a integridade de suas espécies ao longo do tempo. Isso é surpreendente porque um resultado pró-grupo foi produzido por meio de um processo de seleção individualizado.

“Além de um certo ponto de vida mais longa, você explora excessivamente os recursos locais e deixa recursos reduzidos para sua prole que habita a mesma área”, disse Bar-Yam. “E, por causa disso, é melhor ter um tempo de vida específico do que um tempo de duração arbitrária. Portanto, quando se trata da evolução da expectativa de vida, a expectativa de vida mais longa possível não é selecionada. ”

O trabalho de Bar-Yam sugere que o envelhecimento é um mecanismo - senão o mecanismo - que funciona para definir e limitar o tempo de vida dos animais. E se as comunidades biológica e médica puderem descobrir como nossos genes controlam esses processos de desenvolvimento, ele diz que podemos desenvolver intervenções antienvelhecimento poderosas. Simplificando, os pesquisadores vêem o envelhecimento como uma doença genética que pode e deve ser tratada.

Essas são afirmações claramente notáveis, então entrei em contato com o gerontologista e especialista em anti-envelhecimento Aubrey de Gray para saber sua opinião sobre o papel.

“Minha conclusão inicial é que está de acordo com o que já é bem conhecido sobre seleção de parentesco e ' viscosidade da população '”, diz ele. “Basicamente, se os parentes mais próximos de alguém também são vizinhos fisicamente mais próximos, é de se esperar que haja um benefício não individual com o suicídio quando os recursos são limitados.”

Quanto à afirmação do estudo de que "a mortalidade intrínseca não é favorável para a mistura espacial de longo alcance", de Gray diz que não se pode extrapolar para qualquer situação em que haja muita mistura espacial de longo alcance ", o que é claro o caso para animais. ” Nesse ponto de Gray e Bar-Yam discordam, o último dos quais afirma que a mistura espacial de longo alcance - quando duas espécies ou populações existem na mesma área geográfica e regularmente se encontram e / ou competem por recursos uma com a outra - é "limitada ”Nos“ sistemas típicos do mundo real ”.

de Gray não acredita na hipótese do envelhecimento programado. Ele publicou recentemente um artigo na Current Aging Science sobre esse tópico exato, concluindo que:

Também entrei em contato com S. Jay Olshansky para obter sua opinião. Ele é professor da Escola de Saúde Pública da Universidade de Illinois em Chicago e Pesquisador Associado do Centro de Envelhecimento da Universidade de Chicago.

Aqui está o que Olshansky me disse por e-mail:

Ofereci a Bar-Yam a oportunidade de responder às críticas de Olshansky.

“Que deve haver uma troca é exatamente o que nossa teoria desmente”, disse ele ao io9. “O fato de que essas expectativas de vida estão sendo selecionadas especificamente para mostra que não há tais compensações.”

Bar-Yam diz que é verdade que pode haver compensações para adaptações específicas, mas o mecanismo como um todo é precisamente e exclusivamente um controle de tempo de vida.

“E tem que ser assim de acordo com a teoria - esse é o ponto principal”, diz ele. “A teoria está nos dizendo que a evolução está selecionando para aquela característica da mesma forma que seleciona para altura, peso, cor e outras coisas. O fato de que a evolução está selecionando para uma característica particular implica que não há uma troca necessária com outras características. ”

Ao que ele acrescentou: "A reação instintiva das pessoas engajadas neste campo que sentem que deve haver compensações são impulsionadas por uma teoria de 40 anos que diz que a única maneira de você ter uma expectativa de vida mais longa é pelo fato de que existem esses compensações. ”

Quanto ao argumento de Olshansky sobre não conseguir ganhar tempo, Bar-Yam aponta como os crocodilos mal parecem envelhecer e como algumas espécies de pássaros vivem apenas vários anos, enquanto outras, como o albatroz, vivem quase cinco décadas. Também há peixes - escuros a serem considerados; confira este gráfico que mostra as incríveis variações na expectativa de vida entre as espécies membros:

“Não há vida útil específica”, diz ele. “E não há razão para acreditar que a expectativa de vida em particular tenha uma escala inerente. A expectativa de vida dos organismos varia em espécies relacionadas por enormes variações. ”

Bar-Yam também criou vermes nematóides. Os pesquisadores demonstraram que a exclusão de um único gene pode estender a vida desses vermes em um aumento de cinco vezes . Olshansky diz que não é justo ou preciso comparar intervenções anti-envelhecimento entre nematóides e humanos por causa da escala de tempo. Mas Bar-Yam argumenta que as escalas de tempo não são um fator importante.

“Se houvesse uma vida útil realmente bem definida, estaríamos vendo isso em um processo sistemático que estaria relacionado ao tamanho biológico ou algo assim, mas realmente não observamos isso”, diz ele. “A ideia de que o tempo de vida curto pode ser estendido, mas o tempo de vida longo não, é uma ideia sem muito apoio fenomenológico.”

Ao mesmo tempo, existem alguns dados biológicos que parecem fortalecer a hipótese do envelhecimento programado.

Como Josh Mittledorf me disse, a senescência celular é um “exemplo clássico” desse processo em funcionamento - um mecanismo de morte programada que existe desde que os primeiros eucariotos surgiram bilhões de anos atrás. Há também o polvo a se considerar, um organismo que simplesmente para de comer depois de terminar de se reproduzir.

“Existem muitas espécies em que a morte é claramente programada e não há razão para esse animal morrer”, diz Mittledorf.

O estudo de Bar-Yam foi uma investigação matemática da evolução baseada em simulação, não biológica. Consequentemente, quaisquer inferências feitas pelos pesquisadores além disso - nomeadamente as que dizem respeito a potenciais intervenções de extensão da vida em humanos - devem ser tomadas com um punhado de sal. Estudos biológicos serão necessários para mostrar se esses pesquisadores estão no caminho certo. Dito isso, os cientistas anti-envelhecimento precisam estar atentos.

Por exemplo, gerontologistas como De Gray estão trabalhando para reparar os danos causados ​​pelo envelhecimento . Bar-Yam admite que a degradação acontece com o tempo, mas diz que os sistemas biológicos mostram uma capacidade notável de auto-reparo.

“A questão é: por que os organismos que se autorreparam envelhecem?”, Pergunta ele. “Portanto, no contexto em que o autorreparo é um processo eficaz, por que ele não funciona bem o suficiente para nos manter vivos por 150 a 200 anos?”

Ele diz que a resposta da teoria tradicional não se baseia em nenhum entendimento da biologia que nos diga que o envelhecimento é necessário, "mas é única e exclusivamente baseado em soluções baseadas em aproximações matemáticas."

Mittledorf diz que, em vez de tentar reparar os processos de envelhecimento, os cientistas deveriam tentar fazer o corpo pensar que é mais jovem. Dessa forma, o corpo trabalhará para se reparar. Experimentos em camundongos , onde o sangue dos velhos é substituído pelo sangue dos jovens, mostraram reduzir os efeitos do declínio cognitivo, entre outros distúrbios relacionados à idade.

“Experimentos como esses sugerem que o envelhecimento é controlado por fatores no sangue, como hormônios e pequenos RNAs e promotores de genes”, disse Mittledorf ao io9. “Pequenas moléculas que se aderem ao DNA e o programam epigeneticamente, e então ligam ou desligam esse gene. Temos centenas, possivelmente milhares deles em nosso sangue - e eles têm uma enorme influência na saúde e no destino de uma célula. ”

Bar-Yam diz que há esperança popular e fatalismo sobre a natureza do envelhecimento e da morte. Ele afirma que muitos cientistas hoje se colocaram em oposição direta à esperança, ao mesmo tempo em que favorecem o fatalismo - e estão fazendo isso honrando teorias baseadas em suposições incorretas.

“Quando removemos essas suposições, descobrimos que se chega à conclusão oposta”, diz ele. “Portanto, se tivermos a conclusão oposta, repentinamente teremos uma estrutura científica muito diferente que impacta dramaticamente na natureza do entendimento público. Deve mudar o diálogo dramaticamente. E essa é realmente minha esperança. Ao mudar o diálogo, espero que possamos mudar as prioridades de análise de pesquisa em uma direção que, por causa do que a teoria diz, é provável que seja uma direção frutífera de investigação. ”

Leia todo o estudo em Physical Review Letters : “A morte programada é favorecida pela seleção natural em sistemas espaciais ”.

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