Vivre vite, tuer tôt: la théorie évolutionniste du vieillissement

2000/02/01 ARMIGO-PREWITT, T. | FURLOW, B. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Les deux animaux sont presque inséparables. Ils ont un comportement similaire et une vie sociale qui aiment se nourrir des araignées et des arbres. Mais la durée de vie des zariguides de Petaurus est deux fois plus longue que celle de Gymnobelideus. Pourquoi ?

Il semble que la phrase intitulée, à savoir vivre bientôt, est la règle générale du vieillissement. Le secret de la jeunesse peut être dans la physiologie de Petaurus, qui brûle les calories plus lentement que Gymnobelideus. Au moins le contraire est vrai. Steven Austad Petaurus, de l'Université de l'Idaho, croit pouvoir expliquer la longévité de sa vie, car Austad tente de démontrer les théories évolutionnistes du vieillissement. Selon lui, la clé est dans la partie superficielle du Petaurus entre les pattes avant et arrière, c'est-à-dire dans la membrane qu'il utilise pour projeter de l'arbre à l'arbre.

L’origine de la jeunesse

Austad et beaucoup d’autres chercheurs qui, comme lui, croient aux théories évolutionnistes, sont de plus en plus en train de changer les idées traditionnelles sur le vieillissement : le vieillissement n’est pas seulement un processus inhérent aux cellules qui se détériorent par le temps et l’utilisation. Les chercheurs évolutionnistes étudient les processus écologiques et évolutifs, cherchant le pourquoi de la survie d'une espèce à l'autre. Sa pensée est basée sur l'idée que les êtres vivants peuvent subir les dommages causés par le temps: les êtres vivants peuvent développer des mécanismes pour réduire la quantité de ces dommages cellulaires qui mènent à la mort, mais cela, ils doivent d'abord développer des stratégies de survie pour éviter la mort accidentelle.

Au début du siècle, le physiologiste allemand Max Rubner a réalisé les premières études reliant le taux métabolique des animaux, à savoir la vitesse avec laquelle les animaux brûlent des calories, avec la survie. Basé sur le taux métabolique et la survie des animaux, il a calculé le nombre de calories brûlées pendant toute la vie par des vaches, des chevaux, des chiens et des cobayes. Il a ensuite divisé la valeur obtenue par le poids de chaque animal (qui a utilisé le poids moyen d'un spécimen adulte) et calculé le nombre de calories brûlées par unité de masse pour chaque espèce et vie. Les valeurs obtenues varient très peu d'une espèce à l'autre. Austad actualise les calculs et découvre que l'acarien brûle 260 calories par vie et 280 par gramme et les chevaux, valeurs assez semblables.

La nature semble avoir attribué la capacité de brûler une certaine quantité d'énergie à chaque gramme d'animal, que ce soit un cheval ou un animal. Plus vous brûlez rapidement, plus l'être mourra. Selon Austad, « si les animaux étaient des voitures, nous dirions que tous ont commencé avec la même quantité d'essence. S'ils brûlent vite l'essence, comme les rats, ils mourront tôt, tandis que s'ils brûlent lentement l'essence ils peuvent vivre autant que les tortues". De nombreux biogérontologues s'accordent sur cette théorie, car elle explique bien pourquoi la vie des petits animaux est ou est généralement plus courte : les petits animaux ont plus de surface par unité de volume que les grands animaux, et pour pouvoir conserver la température corporelle, ils doivent brûler de l'énergie plus rapidement.

Notez également que brûler de l'énergie peut endommager les cellules.

« En définitive, le métabolisme n'est qu'un incendie froid et contrôlé », déclare Austad « et tous les incendies, bien que contrôlés, peuvent être préjudiciables. » Au lieu de produire la suie et la flamme, les incendies cellulaires produisent des résidus métaboliques, dont certains sont destructeurs : les radicaux libres, par exemple, attaquent constamment l'ADN et d'autres molécules ; et les substances générées par la cellule elle-même dans les processus métaboliques peuvent tuer plusieurs cellules. Plus les déchets s'accumulent rapidement, plus vite la cellule se détériore et plus tôt elle commence à descendre en pente jusqu'à la mort. La vitesse d'accumulation des déchets est limitée par la vitesse de combustion de l'énergie utilisée pour alimenter les réactions chimiques qui se produisent dans les cellules, indispensables à la survie. Ou c'est ce que dit au moins la théorie.

En fait, la fermeture des mouches de fruits dans une pièce et la diminution de la température de celle-ci provoqueront une diminution du taux métabolique des mouches et une augmentation de la survie. Dans le cas des mammifères et autres animaux à sang chaud, cela n'est pas accompli, car ils peuvent augmenter le métabolisme en milieu froid et maintenir la température corporelle constante.

Lorsqu'on a découvert que la réduction de l'alimentation des rats augmentait considérablement leur survie, les chercheurs ont conclu que la pénurie alimentaire avait un lien avec la diminution du taux métabolique. Cependant, en 1985, un groupe de chercheurs de l'Université du Texas a observé que la relation entre le manque de nourriture ou de calories et l'augmentation de la survie n'était pas une diminution du taux métabolique. Bien qu'au début le taux métabolique diminue, le métabolisme des rats affamés revient à leur état normal. Selon Austad, les animaux contraints de vivre avec peu de calories sont capables de brûler de l'énergie de manière plus favorable. Si ces animaux vieillissent et meurent plus tard, c'est parce qu'ils utilisent l'énergie pour les tâches d'entretien et de réparation de leur propre corps que pour faire des petits avec peu de possibilités de vie; bien sûr, l'évolution intentionnelle.

Mort inattendue

Mais la longévité ne peut pas être expliquée simplement avec des taux métaboliques, et la preuve en sont de nombreux animaux inhabituels dans les laboratoires de biologistes. Les oiseaux, par exemple, présentent des taux métaboliques plus élevés que les mammifères de taille similaire, mais leur vie est double. Les marsupiaux, malgré des taux métaboliques plus faibles, ont une vie plus courte que les mammifères de la même taille. Et nous ne pouvons pas oublier les deux aléas mentionnés au début de l'article. Mais Austad et d'autres chercheurs ont relevé le défi et ont trouvé le moyen d'expliquer ces "irrégularités" également à travers l'écologie et l'évolution.

L'explication a été donnée pour la première fois il y a 50 ans par l'évolutionniste théorique Peter Medawar, prix Nobel. Les organismes les mieux conçus peuvent mourir par accident ou être chassés par quelqu'un, et Medawar a suggéré que la vitesse de vieillissement des animaux dépend également de cette «mortalité externe». "Pourquoi utiliser l'énergie dans le développement de systèmes qui protègent vos cellules de vieillesse?" dit Austad. Évidemment, le choix n'est pas intentionnel, mais si la mortalité externe est élevée, la sélection naturelle encouragera les gènes des individus qui sont bons à se reproduire, qui brûlent et produisent des énergies de reproduction.

En d'autres termes, les différences entre les mécanismes de formation des cellules conditionnent aussi la survie des espèces, car l'accumulation de dommages cellulaires n'est pas une simple conséquence de l'accumulation de dommages cellulaires, que ce soit à long terme ou non. Selon Austad « même si certains processus de la vie sont nuisibles en eux-mêmes, la sélection naturelle peut concevoir des mécanismes de défense pour lutter contre ces dommages, toujours dans des conditions écologiques. Ainsi, par exemple, quand une espèce développe la façon d'échapper à ses prédateurs, comme les coquilles et les doigts. En réduisant le risque de mortalité externe, la sélection naturelle peut ralentir le vieillissement cellulaire et développer des mécanismes qui soutiennent la vie reproductive de l'animal.

Selon Austad, si les petits mammifères mûrissent et vieillissent plus vite non seulement parce qu'ils brûlent de l'énergie rapidement, mais parce que leurs chances de mourir dans les griffes des prédateurs font que la sélection naturelle leur a fourni très peu d'énergie pour construire des corps qui résistent aux dommages du temps. Les animaux plus grands, cependant, doivent éviter moins de prédateurs et sont capables de mieux supporter d'autres dangers du milieu, comme des températures extrêmes ou des périodes de pénurie.

Si les risques environnementaux affectent la vitesse du vieillissement, on peut et est que la vie des mammifères volants soit plus grande que celle des mammifères terrestres de même taille, comme l'a observé l'étude réalisée par Austad en 1991. Les chauves-souris ont des vies plus longues que les autres mammifères de même taille : les chauves-souris de la taille des souris peuvent vivre 30 ans, soit six fois plus que les souris ; et ce n'est pas seulement une caractéristique des chauves-souris hivernantes ; les chauves-souris tropicales qui restent éveillées toute l'année ont aussi plus de longévités. « Grâce à leur capacité à voler, les chauves-souris présentent moins de risques environnementaux », explique Austad, « et peuvent s'échapper plus facilement des prédateurs ou des zones de pénurie alimentaire. »

Ils ont également étudié d'autres mammifères capables de voler, ou plutôt de planifier, et ont réalisé que leur vie était plus longue. La durée de vie des écureuils volants américains, par exemple, est le double de l'écureuil le plus commun. Cette caractéristique a été baptisée "voler, mourir tard".

Coquillages et griffes

Après 10 ans de théorie, Austad est capable de démêler une liste interminable d'exemples : les palourdes islandaises avec des coquilles très épaisses qui habitent les fonds marins vivent plus de 200 ans, de sorte qu'elles ont l'honneur d'être le plus long. Cependant, les copeaux conventionnels sont aussi de longue durée – moyenne 14 ans – par rapport aux mollusques sans carapace. Les derniers n'atteignent pas 5 ans de vie.

Dans le cas des mammifères avec des épines, le même phénomène se répète. Les équidés, animaux semblables aux hérissons, vivent 50 ans et les épineux, bien que les rongeurs les plus anciens, ne vivent que 20. Tous les mammifères avec des épines ont de longues vies extraordinaires.

« La longévité et le faible risque de mort inattendu s'ils sont caractéristiques cause-effet », explique Austad, « tout animal peut être exploité. De plus, la théorie est applicable non seulement aux différentes espèces, mais aussi aux différentes populations de la même espèce." La population animale isolée sans prédateurs peut commencer à vieillir plus lentement qu'une population dépendante des prédateurs. En fait, c'est le cas des zariguides de Virginie. La vie des Zarigueas de Sapelo Irla, qui ont vécu près de 4000 ans sans proie, est généralement 50% plus longue que celle des habitants du continent, qui célèbrent rarement leur troisième anniversaire. De plus, les tanières des îles sont maintenues plus longtemps et les jeunes filles et les femelles ont également un deuxième élevage. Les femelles continentales sont stérilisées après la première couvée. Austad a également analysé la vitesse d'obsolescence des tissus de ligament des zarigueas, mesure très utilisée pour suivre le processus de vieillissement, et a observé que dans les poteries du continent cette vitesse était double.

Mais avec quel mécanisme s'vieillissent plus lentement les zarignias des îles ? Les chercheurs ont récemment intégré l'étude des mécanismes cellulaires qui abritent de jeunes animaux. L'enzyme superoxyde dismutase est l'une des substances chimiques qui interviennent dans ces mécanismes : c'est une enzyme antioxydante qui détruit les radicaux libres. Et pour tout type de taux métabolique, les chercheurs ont observé que les espèces ayant des vies plus longues ont plus de cette enzyme.

À cet égard, un groupe de chercheurs de l'Université de Manchester ont découvert cette année que les cellules animales de longue vie sont plus résistantes aux attaques chimiques. Des rongeurs aux humains, des cellules fibroblastes de différentes espèces ont été étudiées, qui ont été attaquées chimiquement pour mesurer la survie des cellules face à ce type d'attaques. Et toujours pour un taux métabolique déterminé, ils ont noté que les cellules animales à longue durée de vie étaient plus durables.

Les oiseaux ont développé un nouveau mécanisme de défense pour retarder le vieillissement. Bien que leur métabolisme soit trop rapide pour leur taille, les oiseaux produisent moins de radicaux libres que les mammifères. Cependant, on ne sait toujours pas comment ce mécanisme fonctionne exactement. En théorie, une autre façon de supporter la vieillesse est de produire plus d'enzymes qui sont utilisés pour réparer l'ADN. Ces enzymes localisent et remplacent les fragments d'ADN endommagés et, bien que les substitutions soient aléatoires et défectueuses, il est toujours mieux que l'ADN endommagé.

Et que dit la théorie évolutionniste des êtres humains ? L'hypothèse est que nos ancêtres ont développé la capacité de parler pour pouvoir partager des stratégies de survie. Et peut-être grâce à cette capacité de parler, nous avons une vie quatre fois plus longue que la taille et le taux métabolique que nous avons. Et sans griffes. Certes, la médecine moderne a considérablement augmenté l'espérance de vie des êtres humains et a considérablement diminué le niveau de mortalité des enfants, mais il semble que ceux qui arrivent à vivre le siècle doivent leur reconnaissance au patrimoine évolutif qu'à la médecine.