Xixareak, dortoka erraldoiak eta hidra hilezkorra

2009/04/01 Artaetxebarria Artieda, Xabier - Telekomunikazio-ingeniaria Iturria: Elhuyar aldizkaria

Dortoka erraldoiak ia berrehun urte bizi daitezke, eta Caenorhabditis elegans xixarea bi aste inguru. Organismo guztiak zahartzen eta hiltzen dira, abiadura ezberdinetan bada ere. Guztiak? Guztiak ez. Tropikoetako ur gardenetan bizi den hidra ez da zahartzen. Baina, zergatik zahartzen dira animalia batzuk besteak baino lehenago? Geneetan idatzia al dago organismoak zahartzera daramatzan programa? Nola liteke hautespen naturalak zahartzea bezalako prozesu bat onartu izatea? Ikus al daiteke zahartzearen eragina zelula bakoitzean? Zientzian gertatu ohi denez, erantzun bakoitzak ate berriak irekiko ditu...
Xixareak, dortoka erraldoiak eta hidra hilezkorra
2009/04/01 | Artaetxebarria Artieda, Xabier | Telekomunikazio-ingeniaria

Zahartzea, geneetan idatzita?

(Argazkia: 123RF)
Ezbairik gabe, geneek zeresan handia dute espezieen zahartze-prozesuan. Arrazoi asko daude hori baieztatzeko, baina hau izan daiteke garbiena: bizi-itxaropenen arteko ezberdintasunak oso txikiak dira espezie bereko norbanakoen artean, espezien arteko ezberdintasunekin alderatuta. Adibidez, efemeropteroen ordenako intsektuak ordu gutxi batzuk bizi dira normalean, eta dortoka erraldoiak, aldiz, berrehun urte bizitzera hel daitezke. Berrehun urte asko den arren, aipamen berezia merezi du hidra izeneko organismo zelulaniztunak. Hidrak tropikoetako laku eta errekatxo garbietan bizi diren milimetro gutxiko animaliak dira, eta, beren gorputzeko ia edozein zati birsortzeko gai izateaz gain, ez dira zahartzen. Hilezkorrak direla esan daiteke. Bestalde, Caenorhabditis elegans xixarean --garapenaren genetikaren ikerketan asko erabiltzen da--, hainbat gene aurkitu dira bizi-itxaropenean eragin zuzena dutenak. Gene bakarra aldatuta, animalia horien bizi-itxaropena bikoiztea lortu dute ikertzaileek.

Aurreko datuei soilik begiratuta geneetan zahartzeko "programa" bat dagoela dirudien arren, badira beste faktore batzuk ere kontuan hartu beharrekoak. Izan ere, zahartzea geneen menpe baino egongo ez balitz, biki monozigotikoek, material genetiko berbera dutenez, zahartze-prozesu bera eduki beharko lukete. Hori ez da horrela, fetuaren garapenean, haurtzaroan eta bizitza osoan zehar faktore ugarik eragiten baitute, hala nola elikadurak eta inguruko kondizioek. Horretaz gain, C. elegans xixarean bizitza luza dezaketen mutazioak lortu badira ere, ez da lortu mutazio genetikoen bidez zahartze-prozesua guztiz geldiaraztea.

Darwinen ikasgaia aplikatuz

Gehienezko bizitza-urteak zenbait espezierentzat. Eskala logaritmikoa beharrezkoa da egun bat inguru bizi diren efemeropteroen eta berrehun urte bizi diren dortoka erraldoien artean dauden organismoak azaltzeko. Ikus daitekeenez, eskalaren maila guztietan daude izaki bizidunak.

Charles Darwinek 1859an On the Origin of Species by Means of Natural Selection plazaratu zuenean, orduko biologiaren oinarriak astindu zituen, oinarri berri batzuk ezartzeko. Gaur egun, hautespen naturala espezieen eboluzioaren funtsa delako ideia erabat zabaldua dago, baina azal al daiteke zahartze-prozesua hautespen naturalaren argitan? Ikusi dugu geneei soilik begiratuta ezinezkoa dela azaltzea; ezin dela esan geneetan zahartzeko programa bat dagoenik, baina bai zahartzearekin lotuta dauden geneak daudela. Orduan, Darwinen ikasgaia aplikatzen saia gaitezke prozesu hau azaltzeko. Baina naturak bizitzarako onuragarriak diren mutazioak aukeratzen baditu, nola liteke zahartzera daramaten geneak egotea eta hautespen naturalak horiek ez baztertzea?

Bi teoria nagusi daude hori azaltzeko. Lehenengoa mutazio-pilaketaren teoria da, Medawarrek aurkeztua 1952an. Teoria horren arabera, zahartzearen ondorio negatiboenak eragiten dituzten mutazioek ihes egiten diote hautespen naturalari, bizitzaren azken zatian soilik izaten dutelako eragina. Espezieen historian norbanako gutxi iritsi direnez puntu horretara, mutazio horiek eboluzioaren presiotik kanpo geratu dira, baina, aldi berean, belaunaldiz belaunaldi pilatu egin dira espezieen genoman.

Bigarren teoriak pleiotropia antagonistiko du izena, eta gene berezi batzuei egozten die zahartzearen erantzukizuna. Teoria horren arabera, gene batzuek, pleiotropiko deitzen direnek, eragin bikoitza dute. Alde batetik, onuragarriak dira gaztaroan, eta, horregatik, hautespen naturalak aukeratu egiten ditu. Baina, bestalde, zahartzaroan eragin negatiboa dute norbanakoen bizirautean. Bizitza aurrera joan ahala hautespen naturalak gero eta indar gutxiago duenez, norbanako gutxiago dagoelako eta ugaltzea urriagoa izaten delako, indar gehiago du gaztaroko eragin positiboak zahartzaroko ondorio negatiboak baino. Teoria hori George Williamsek aurkeztu zuen 1957an, eta, ordutik, hainbat gene proposatu dira pleiotropia antagonistikoa frogatzeko.

Efemeropteroak ordu gutxi batzuk baino ez dira bizitzen.
Reini68/Creative Commons/aitortu eta partekatu baimen beraren arabera/ez merkataritzarako

Hala ere, mutazio-pilaketaren kasuan bezala, ez dago froga biribilik, eta bi teoria horiek, gene berezi batzuk agertzea eta irautea azal badezakete ere, ezin dute azaldu zahartze-prozesu osoa.

Optimizazio-problema bat

Zahartzea geneetan programatuta ez badago, eta eboluzioaren bidez ere guztiz azaldu ez badezakegu, zergatik gertatzen da? Orain arte ikusitako azalpenak nolabait bateratzen dituen teoriak erabili eta botatzeko somaren teoria du izena. Teoria horren oinarrian, somaren eta germenaren arteko bereizketa dago. Organismo batean, germena ugaltze-zelulak eta haien aitzindari diren desberdindu gabeko zelulen multzoa da, eta gainerako zelulek soma osatzen dute. Nolabait, germena hilezkorra izango litzateke, belaunaldiz belaunaldi irauten duelako, eta soma, berriz, erabili eta botatzekoa, ezberdina belaunaldi bakoitzean.

Organismoek eskura dituzten baliabideak erabili behar dituzte bizirauteko eta ugaltzeko. Izan ere, somaren garapenak, mantentzeak eta konponketek energia-kantitate handia eskatzen dute. Baina ugalketak ere energia-kantitate handia eskatzen du, eta ugalketari bideratutako energia ezin zaio somaren zaintzari zuzendu. Orduan, zenbateraino merezi du soma egoera onean edukitzeko energia esleitzea, beste prozesu batzuk --ugalketa, esaterako-- alde batera utzita?

Hidra. Espezie honetako norbanakoek ez dute seneszentzia edo zahartzerik jasaten. Biologikoki hilezkorrak direla esan daiteke.
makroamator/Creative Commons/aitortu eta partekatu baimen beraren arabera

Erabili eta botatzeko somaren teoriak dioenez, organismoek egoera fisiologiko onean egon behar dute naturan bizirauteko aukera duten bitartean, eta helburu horrekin egiten dute baliabide-esleipena. Optimizazio-problema gisa ikus daiteke: energia-kantitate mugatu batekin, hainbat betebehar egin behar dira (hazi, soma mantendu, ugaldu, eta abar).

Soma mantentzeari dagokionez, ez da zentzuzkoa horretan energia gehiegi erabiltzea, bizitza basatian biziraupena mugatua izanik. Horren adibide garbi bat sagu basatiak dira. Haien % 90 jaio eta 10 hilabete baino lehenago hiltzen da, gehienetan hotzez. Hala, saguek energia-kantitate handia erabiliko dute termogenesirako (beroa sortzeko) eta ugalketarako, nahiz eta horrek soma mantentzeko energia gutxiago uzten duen. Eta, hain zuzen, energia mugatu horrek eragiten du zahartzea, soman sortzen diren kalteak ez direlako behar bezala konpontzen.

Pazifikoko izokinak erabili eta botatzeko somaren muturreko erakusleak dira. Ipar Pazifikoko ibaietan jaiotzen direnetik, hazi egiten dira, eta ugalketarako behar dituzten baliabideak lortzen dituzte. Ozeanoan daudela, seinale batek ugaltzeko garaia dela esaten die, eta baliabide guztiak horretara zuzentzen dira. Ibaien jaiotzetatik gertu errutea gertatzen denean, hil egiten dira, salbuespenik gabe. Erabili eta botatzeko soma, germen hilezkorra.

C. elegans xixarean, bizi-itxaropenean eragin zuzena duten hainbat gene topatu dituzte.
Albert Einstein College of Medicine

Gertuagotik begira: zelulak eta biologia molekularra zahartzean

Orain arte, zahartzea ulertzeko, hautespen naturala eta organismoa sistema oso gisa behatu ditugu. Baina ikertzaile askok beste ikuspuntu bat hartu dute abiapuntutzat: zelula bakanak eta haien barneko mekanismo molekularrak, alegia. Arlo horretan, kromosomen ertzak osatzen dituzten telomeroek (grekotik, telo : "azken", mero : "zati") garrantzi handia dutela uste da. Telomero bakoitza DNA-sekuentzia errepikakorrez osatuta dago, eta haren funtzio nagusia kromosomak babestea da. Zelula bat mitosi bidez zatitzen den bakoitzean, telomeroak laburtu egiten dira. Luzera kritiko batera heltzen direnean, zelulak seneszentzia-egoeran sartzen dira; hau da, ez dira guztiz hiltzen (apoptosia), baina zatitzeari uzten diote. Egoera hori 50 bat zatiketaren ondoren gertatzen da. Orduan, zer gertatuko litzateke zatiketa bakoitzean telomeroek beren luzerari eutsiko baliote? Hori gertatzen da, hain zuzen, minbizi-zelula gehienetan, telomerasa izeneko entzimari esker. Zelula arruntek baino telomerasa askoz gehiago sortuz, minbizi-zelulak gai dira telomeroen laburtzea ekiditeko, eta hilezkor bihurtzeko.

Telomerasak telomeroen laburtzea ekidin badezake, ez al litzateke hori bizitza luzatzeko bide bat? Sagu transgenikoak erabili dira hori frogatzeko, entzima horren jarduera altua zutenak. Emaitzek erakutsi dute, ordea, biziraupena apur bat luzatzen dela, baina, era berean, minbizi-arriskua handitu egiten da. Ez da harritzekoa; izan ere, azaldu dugun bezala, telomerasa minbizi-zelulek hilezkor bihurtzeko erabiltzen duten mekanismoetako bat da.

Zahartzean ehunek birsortzeko gaitasuna galtzen dutela jakina da, eta garbi dago funtzio-galtze horretan, telomeroez gain, zelula amek ere zeresan handia dutela. Ugaztunetan, zelula ama helduak hainbat organotan daude (burmuinean, bihotzean, azalean, gibelean, eta abarretan), eta zelula-mota ezberdinetan bereiz daitezke. Hala, gai dira organismoaren mantentzea ziurtatu, eta kalteei erantzuteko. Zahartzearekin batera, gaitasun horiek behera egiten dute, baina oraindik ez dakigu zehazki zergatik. Bi dira hipotesi nagusiak: zelula amen berezko zahartzea (telomeroak laburtzearen bidez) edo haien funtzioa zailtzea, zahartutako ehunaren ondorioz. Mekanismo horiek hobeto ezagutzean, baliteke posible izatea zelula horiek erabiltzea zahartzeak eragindako gaixotasunak sendatzeko.

Pazifikoko izokina. Erabili eta botatzeko somaren muturreko erakuslea. Berebiziko esfortzua egiten dute, ozeanotik abiatuta ibai handietan gora, erruteko leku aproposetara heldu ahal izateko. Errutea egin ondoren, norbanako heldu guztiak hil egiten dira, egindako esfortzuaren ondorioz.
U.S. Fish and Wildlife Service

Bizirauteko programatuta

Organismo guztiak (edo ia guztiak!) zahartu eta hiltzeak pentsaraz dezake geneetan horretarako programa bat dagoela. Baina, zahartzearen mekanismoei ikuspegi zabal batetik begiratuta, esan daiteke hori ez dela horrela. Ondorioa oso bestelakoa da: zahartzea bizitzearen emaitza bat da. Beste era batera ikusita, bizitza oreka termodinamikotik at mantentzen dela esan daiteke. Soma mantentzeak etengabeko esfortzua eskatzen du, eta germena garrantzitsuagoa da hautespen naturalari dagokionez. Hortaz, termodinamikaren bigarren legearen eraginez (sistemaren entropia handiagotzera bultzatzen duena), bizirauteko programak zahartzera daramatza organismoak.

Espezie guztietan, hautespen naturalak erabili eta botatzeko estrategiaren aldeko apustua egin du. Zentzu handiko apustua da; izan ere, zertarako gastatu energia gehiegi soma mantentzen, edozein istripuk, edozein harraparik, edozein unetan norbanako hori akabatu badezake? Hobe inbertsioa banatzea: energiaren zati bat soma denboraldi batean baleko egoeran mantentzeko eta beste zati bat germena betiko mantentzeko. Eta zein da, orduan, xixareen, dortoka erraldoien eta gainerako espezieen arteko ezberdintasuna? Gastuen proportzio-ezberdintasun bat baino ez da. Hau da, zenbat energia inberti dezakeen eta inbertitzen duen bakoitzak soma mantentzen, hazten, ugaltzen, eta bizitzeko beharrezkoak diren gainerako prozesuetan.

Kromosomak eta telomeroak. Telomeroak kromosomen ertzetan daude, nukleotido-sekuentzia errepikatuak dira, eta zelula zatitzen den bakoitzean laburtu egiten dira. Horregatik uste da oso garrantzitsuak direla zahartze-prozesuan.
C. Azzalin/ISREC

Eta hidra? Zientzian gertatu ohi denez, erantzun bakoitzak ate berriak irekitzen ditu...

Bibliografia
Rando, T.:
"Stem cells, ageing and the quest for inmortality", in Nature, 2006ko ekaina.
Martínez, D.:
"Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra", in Experimental Gerontology, 1998ko maiatza.
Kenyon, C.; Chang, J.; Gensch, E.; Rudner, A.; Tabtiang, R.:
A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type, 1993ko abendua.
Finch, C. E.; Kirkwood, T. B. L.:
"Chance, Development and Aging", in Oxford University Press, 2000.
Medawar, P. B.:
An Unsolved Problem of Biology, Lewis, 1952.
Williams, G. C.:
Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence, Evolution, 1957ko azaroa.
Kirkwood, T. B. L.:
"Evolution of ageing", in Nature, 1977ko azaroa.
Kirkwood, T. B. L.:
Understanding the odd science of aging, 2005eko azaroa.
Austad, S. N:
"Comparative aging and life histories in mammals", in Experimental Gerontology, 1997ko urtarrila.
Finkel,T.; Serrano, M.; Blasco, M.:
"The common biology of cancer and ageing", in Nature, 2007ko abuztua.
Artaetxebarria Artieda, Xabier
3
252
2009
4
038
Sariak; Biologia
Dosierra
06