Buriles, tortues géantes et hydre immortel

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

• Biologia
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Vieillissement, écrit dans des gènes ?

Sans aucun doute, les gènes ont beaucoup à voir dans le processus de vieillissement des espèces. Il y a de nombreuses raisons de l'affirmer, mais le plus clair est que les différences entre les attentes de vie sont minimes entre les individus d'une même espèce par rapport aux différences entre les espèces. Par exemple, les insectes de l'ordre des éphémères vivent généralement quelques heures, tandis que les tortues géantes peuvent vivre deux cents ans. Malgré les deux cents ans, l'organisme pluricellulaire appelé hydre mérite une mention spéciale. Les hydras sont des animaux de quelques millimètres qui vivent dans des lacs et des régates propres des tropiques et qui, en plus d'être en mesure de régénérer presque n'importe quelle partie de votre corps, ne vieillissent pas. Ils sont immortels. D'autre part, dans la xixara Caenorhabditis elegans, très utilisée dans la recherche de la génétique du développement, plusieurs gènes ont été trouvés qui influent directement sur l'espérance de vie. En changeant un gène unique, les chercheurs ont réussi à doubler l'espérance de vie de ces animaux.

Bien que seules les données ci-dessus semblent exister un «programme» de vieillissement dans les gènes, il ya d'autres facteurs à prendre en compte. En fait, si le vieillissement ne dépendrait que des gènes, les jumeaux monozygotes, qui ont le même matériel génétique, devraient avoir le même processus de vieillissement. Ce n'est pas le cas, car dans le développement du fœtus, dans l'enfance et tout au long de la vie influencent plusieurs facteurs comme l'alimentation et les conditions environnementales. De plus, même si des mutations qui peuvent prolonger la vie ont été obtenues dans le xixare C. elegans, le processus de vieillissement n'a pas été complètement freiné par des mutations génétiques.

Appliquer la matière de Darwin

Lorsque Charles Darwin publia en 1859 On the Origin of Species by Means of Natural Selection, il secoua les bases de la biologie d'alors pour jeter de nouvelles bases. Aujourd'hui, l'idée que la sélection naturelle est l'essence de l'évolution des espèces est largement répandue, mais peut-on expliquer le processus de vieillissement à la lumière de la sélection naturelle? Nous avons vu qu'il est impossible d'expliquer que du point de vue des gènes, on ne peut pas dire qu'il y a un programme de vieillissement, mais qu'il y a des gènes liés au vieillissement. Nous pouvons alors essayer d'appliquer la matière de Darwin pour expliquer ce processus. Mais si la nature choisit des mutations bénéfiques pour la vie, comment est-il possible qu'il y ait des gènes qui mènent au vieillissement et que la sélection naturelle ne les exclue pas ?

Il y a deux grandes théories pour l'expliquer. La première est la théorie de la congestion, présentée par Medawar en 1952. Selon cette théorie, les mutations qui provoquent les conséquences les plus négatives du vieillissement échappent à la sélection naturelle, car elles n'affectent que la partie finale de la vie. Étant donné le faible nombre d'individus qui sont arrivés à ce point dans l'histoire des espèces, ces mutations sont restées hors de la pression évolutive, mais en même temps ils ont accumulé génération après génération dans le génome des espèces.

La deuxième théorie est appelée pléiotropie antagoniste et attribue la responsabilité du vieillissement à des gènes spéciaux. Selon cette théorie, certains gènes, appelés pléiotropes, ont un double effet. D'une part, ils sont bénéfiques dans la jeunesse et, par conséquent, ils sont choisis par la sélection naturelle. Cependant, la vieillesse influence négativement la survie des individus. Comme la sélection naturelle a de moins en moins de force que la vie progresse, il ya moins d'individus et la reproduction est plus faible, l'effet positif de la jeunesse a plus de force que les effets négatifs de la vieillesse. Cette théorie a été présentée par George Williams en 1957 et depuis lors, plusieurs gènes ont été proposés pour démontrer la pléiotropie antagoniste.

Cependant, comme dans le cas de la congestion des mutations, il n'y a pas de preuves concluantes, et même si les deux théories peuvent expliquer l'apparition et la persistance de certains gènes spéciaux, ils ne peuvent pas expliquer tout le processus de vieillissement.

Un problème d'optimisation

Si le vieillissement n'est pas programmé dans les gènes et que nous ne pouvons pas l'expliquer complètement à travers l'évolution, pourquoi cela se produit? Il s'agit de la théorie du some d'utiliser et de tirer des théories qui harmonisent en quelque sorte les explications vues jusqu'ici. La base de cette théorie est la séparation entre le some et le germe. Dans un organisme, le germe est l'ensemble des cellules reproductrices et non différenciées précurseurs de celles-ci, et les autres cellules forment le soma. D'une certaine manière, le germe serait immortel, car il reste de génération en génération, tandis que le soma serait jetable, différent dans chaque génération.

Les organismes doivent utiliser les ressources disponibles pour leur survie et leur reproduction. En fait, le développement, l'entretien et la réparation des somas nécessitent beaucoup d'énergie. Mais la reproduction nécessite également beaucoup d'énergie, et l'énergie destinée à la reproduction ne peut pas être dirigée vers la surveillance du some. Alors, dans quelle mesure est-il utile d'allouer de l'énergie pour maintenir la soma en bon état, en dehors d'autres processus comme la reproduction ?

Selon la théorie du some jetable, les organismes doivent être en bon état physiologique tout en ayant la possibilité de survivre dans la nature et à cette fin ils effectuent l'allocation des ressources. Il peut être considéré comme un problème d'optimisation: avec une quantité limitée d'énergie, il est nécessaire de répondre à un certain nombre d'exigences (grandir, maintenir la soma, se reproduire, etc. ).

En ce qui concerne le maintien du soma, il n'est pas logique d'abuser de lui l'énergie, étant limitée sa survie dans la vie sauvage. Les souris sauvages en sont un exemple clair. 90% d'entre eux meurent avant 10 mois de leur naissance, généralement à froid. De cette façon, les souris utiliseront beaucoup d'énergie pour la thermogenèse (production de chaleur) et la reproduction, mais cela permet une plus faible quantité d'énergie pour l'entretien du soma. Et c'est précisément cette énergie limitée qui provoque le vieillissement, puisque les dommages qui se produisent dans le soman ne sont pas réparés correctement.

Les saumons du Pacifique sont un exemple extrême de some à utiliser et à jeter. Depuis sa naissance dans les rivières du Pacifique Nord, ils grandissent et obtiennent les ressources nécessaires à leur reproduction. Quand ils sont dans l'océan, un signal leur dit qu'il est temps de se reproduire et toutes les ressources y sont destinées. Lorsque la ponte se produit près des sources d'eau, elles meurent sans exception. Soma jetable, germe immortel.

Plus proche: cellules et biologie moléculaire dans le vieillissement

Jusqu'à présent, pour comprendre le vieillissement, nous avons observé la sélection naturelle et l'organisme comme systèmes complets. Mais de nombreux chercheurs ont pris comme point de départ un autre point de vue: les cellules isolées et leurs mécanismes moléculaires internes. Dans ce domaine, on considère que les télomères qui forment les bords des chromosomes (du grec, telo : "dernier", simple : "partie") ont une grande importance. Chaque télomère est composé de séquences répétitives d'ADN, dont la fonction principale est de protéger les chromosomes. Chaque fois qu'une cellule est divisée par mitose, les télomères sont raccourcis. Quand ils atteignent une longueur critique, les cellules entrent en état de sénescence, c'est-à-dire ne meurent pas complètement (apoptose), mais cessent de se fragmenter. Cette situation se produit après environ 50 divisions. Alors, que se passerait-il si dans chaque division les télomères conservaient leur longueur ? C'est ce qui se produit dans la plupart des cellules cancéreuses grâce à l'enzyme appelée télomérase. Par la génération de beaucoup plus de télomérase que les cellules conventionnelles, les cellules cancéreuses sont capables d'éviter la réduction des télomères et de les rendre immortels.

Si la télomérasie peut éviter la réduction des télomères, ne serait-elle pas une voie pour prolonger la vie ? Pour le prouver, on a utilisé des souris transgéniques, dont l'activité était élevée. Les résultats montrent, cependant, une légère augmentation de la survie, mais aussi une augmentation du risque de cancer. Pas étonnant, car, comme nous l'avons expliqué, la télomérase est l'un des mécanismes qui utilisent les cellules cancéreuses pour les rendre immortelles.

On sait qu'au vieillissement les tissus perdent leur capacité de régénération, et il est clair que dans cette perte de fonctions, en plus des télomères, les cellules souches ont aussi beaucoup à dire. Dans les mammifères, les cellules souches adultes se trouvent dans différents organes (cerveau, cœur, peau, foie, etc.) et peuvent être distingués dans différents types de cellules. De cette façon, ils sont capables d'assurer le maintien de l'organisme et de répondre aux dommages. Avec le vieillissement ces capacités diminuent, mais nous ne savons toujours pas exactement pourquoi. Les hypothèses principales sont le vieillissement naturel des cellules souches (par la réduction des télomères) ou la difficulté de leur fonction à la suite du tissu vieilli. La meilleure connaissance de ces mécanismes peut rendre possible l'utilisation de ces cellules pour guérir les maladies liées au vieillissement.

Programmée pour survivre

Tous les organismes (ou presque tous !) le vieillissement et la mort peuvent faire penser à un programme génétique. Cependant, dans une large perspective des mécanismes du vieillissement, on peut affirmer que ce n'est pas le cas. La conséquence est très différente: le vieillissement est le résultat de la vie. Dans un autre ordre de choses, on peut dire que la vie reste en marge de l'équilibre thermodynamique. L'entretien de soma exige un effort constant et le germe est plus important dans la sélection normale. Par conséquent, la deuxième loi de la thermodynamique, qui stimule l'augmentation de l'entropie du système, conduit l'organisme au vieillissement des programmes de survie.

Il a misé sur une stratégie d'utilisation et de rebut des sélections naturelles dans toutes les espèces. C'est un pari de grand sens, car pourquoi dépenser trop d'énergie pour garder le soma si tout accident, tout prédateur, à tout moment peut mettre fin à cet individu? Mieux répartir l'investissement: partie de l'énergie pour maintenir la soma en état de balle pendant un certain temps et une autre partie pour maintenir le germe pour toujours. Et alors quelle est la différence entre les ciseaux, les tortues géantes et les autres espèces ? C'est juste une différence proportionnelle de dépenses. C'est-à-dire combien d'énergie chacun peut investir et investir dans le maintien, la croissance, la reproduction et dans les autres processus nécessaires pour vivre.

Et hydre ? Comme dans la science, chaque réponse ouvre de nouvelles portes...