Buriles, tartarugas xigantes e hidra inmortal
2009/04/01 Artaetxebarria Artieda, Xabier - Telekomunikazio-ingeniaria Iturria: Elhuyar aldizkaria
Envellecemento, escrito en xenes?
Aínda que só aos datos anteriores parece existir un "programa" de envellecemento nos xenes, hai outros factores a ter en conta. De feito, se o envellecemento só dependería dos xenes, os xemelgos monocigóticos, que teñen o mesmo material xenético, deberían ter o mesmo proceso de envellecemento. Isto non é así, xa que no desenvolvemento do feto, na infancia e ao longo de toda a vida inflúen múltiples factores como a alimentación e as condicións ambientais. Ademais, aínda que no xixare C. elegans conseguíronse mutacións que poden alargar a vida, non se conseguiu frear totalmente o proceso de envellecemento mediante mutacións xenéticas.
Aplicando a materia de Darwin
Cando Charles Darwin publicou en 1859 On the Origin of Species by Means of Natural Selection, sacudiu as bases da bioloxía de entón paira sentar novas bases. Na actualidade, a idea de que a selección natural é a esencia da evolución das especies está amplamente estendida, pero pódese explicar o proceso de envellecemento á luz da selección natural? Habemos visto que é imposible explicar que só desde o punto de vista dos xenes, non se pode dicir que haxa un programa de envellecemento, pero si que hai xenes relacionados co envellecemento. Entón podemos tentar aplicar a materia de Darwin paira explicar este proceso. Pero se a natureza elixe mutacións beneficiosas paira a vida, como é posible que haxa xenes que levan ao envellecemento e que a selección natural non os exclúa?
Hai dúas grandes teorías paira explicalo. A primeira é a teoría da conxestión, presentada por Medawar en 1952. Segundo esta teoría, as mutacións que provocan as consecuencias máis negativas do envellecemento escapan á selección natural, xa que só afectan á parte final da vida. Dado o escaso número de individuos que chegaron a este punto na historia das especies, estas mutacións quedaron fóra da presión evolutiva, pero á vez fóronse acumulando xeración tras xeración no xenoma das especies.
A segunda teoría chámase pleiotropía antagonística e atribúe a responsabilidade do envellecemento a uns xenes especiais. Segundo esta teoría, algúns xenes, chamados pleiotrópicos, teñen un dobre efecto. Por unha banda, son beneficiosos na mocidade e, por iso, son elixidos pola selección natural. Con todo, na vellez inflúen negativamente na supervivencia dos individuos. Como a selección natural ten cada vez menos forza a medida que avanza a vida, hai menos individuos e a reprodución é menor, o efecto positivo da mocidade ten máis forza que os efectos negativos da vellez. Esta teoría foi presentada por George Williams en 1957 e desde entón propuxéronse varios xenes paira demostrar a pleiotropía antagonística.
Con todo, do mesmo xeito que no caso da conxestión de mutacións, non hai probas concluíntes, e aínda que ambas as teorías poden explicar a aparición e persistencia de certos xenes especiais, non poden explicar todo o proceso de envellecemento.
Un problema de optimización
Se o envellecemento non está programado nos xenes e non podemos explicalo totalmente a través da evolución, por que ocorre? Trátase da teoría do some de usar e tirar teorías que harmonizan dalgunha maneira as explicacións vistas até agora. A base desta teoría é a separación entre o some e o xerme. Nun organismo, o xerme é o conxunto de células reprodutoras e non diferenciadas precursoras das mesmas, e o resto de células forman o soma. Dalgunha maneira, o xerme sería inmortal, porque permanece de xeración en xeración, mentres que o soma sería desechable, diferente en cada xeración.
Os organismos deben utilizar os recursos dispoñibles paira a súa supervivencia e reprodución. De feito, o desenvolvemento, mantemento e reparación dos somas requiren una gran cantidade de enerxía. Pero a reprodución tamén require una gran cantidade de enerxía, e a enerxía destinada á reprodución non pode dirixirse á vixilancia do some. Entón, até que punto merece a pena asignar enerxía paira manter o soma en bo estado, á marxe doutros procesos como a reprodución?
Segundo a teoría do some desechable, os organismos deben estar en bo estado fisiológico mentres teñen a posibilidade de sobrevivir na natureza e con ese fin realizan a asignación de recursos. Pódese observar como un problema de optimización: cunha cantidade limitada de enerxía é necesario cumprir una serie de requisitos (crecer, manter o soma, reproducirse, etc.).
No que respecta ao mantemento do soma, non ten sentido abusar dela a enerxía, sendo limitada a súa supervivencia na vida salvaxe. Un claro exemplo diso son os ratos salvaxes. O 90% deles morre antes dos 10 meses do seu nacemento, normalmente en frío. Desta forma, os ratos utilizarán una gran cantidade de enerxía paira a termogénesis (xeración de calor) e a reprodución, aínda que isto permite una menor cantidade de enerxía paira o mantemento do soma. E é precisamente esta enerxía limitada a que provoca o envellecemento, xa que os danos que se producen no soman non se reparan adecuadamente.
Os salmóns do Pacífico son un exemplo extremo do some de usar e tirar. Desde o seu nacemento nos ríos do Pacífico Norte crecen e obteñen os recursos necesarios paira a súa reprodución. Cando están no océano, una sinal dilles que é hora de reproducirse e todos os recursos destínanse a iso. Cando se produce a posta preto dos nacederos dos ríos, estes morren sen excepción. Soma desechable, xerme inmortal.
Máis cerca: células e bioloxía molecular no envellecemento
Até agora, paira entender o envellecemento, observamos a selección natural e o organismo como sistemas completos. Pero moitos investigadores tomaron como punto de partida outro punto de vista: as células illadas e os seus mecanismos moleculares internos. Neste campo considérase que os telómeros que forman os bordos dos cromosomas (do grego, teo : "último", mero : "parte") teñen gran importancia. Cada telómero está formado por secuencias repetitivas de ADN, cuxa función principal é protexer os cromosomas. Cada vez que una célula divídese por mitosis, os telómeros acúrtanse. Cando chegan a unha lonxitude crítica, as células entran en estado de senescencia, é dicir, non morren do todo (apoptosis), pero deixan de fragmentarse. Esta situación prodúcese tras aproximadamente 50 divisións. Entón, que pasaría si en cada división os telómeros mantivesen a súa lonxitude? É o que ocorre na maioría das células cancerosas grazas á encima chamada telomerasa. A través da xeración de moita máis telomerasa que as células convencionais, as células cancerígenas son capaces de evitar a redución dos telómeros e de facelos inmortais.
Se a telomerasia pode evitar a redución dos telómeros, non sería esta una vía paira alargar a vida? Paira demostralo utilizáronse ratos transxénicos, cuxa actividade era alta. Os resultados mostran, con todo, un lixeiro aumento da supervivencia, pero tamén un aumento do risco de cancro. Non é de estrañar, xa que, como explicamos, a telomerasa é un dos mecanismos que utilizan as células cancerígenas paira facelas inmortais.
Sábese que ao envellecemento os tecidos perden a súa capacidade de rexeneración, e está claro que nesta perda de funcións, ademais dos telómeros, as células nai tamén teñen moito que dicir. Nos mamíferos, as células nai adultas atópanse en diferentes órganos (cerebro, corazón, pel, fígado, etc.) e pódense distinguir en distintos tipos de células. Deste xeito, son capaces de asegurar o mantemento do organismo e responder os danos. Co envellecemento estas capacidades diminúen, pero aínda non sabemos exactamente por que. As hipóteses principais son o envellecemento natural das células nai (por medio da redución dos telómeros) ou a dificultade da súa función como consecuencia do tecido envellecido. O mellor coñecemento destes mecanismos pode facer posible o uso destas células paira curar enfermidades derivadas do envellecemento.
Programada paira sobrevivir
Todos os organismos (ou case todos!) o envellecemento e a morte poden facer pensar nun programa xenético. Con todo, desde unha perspectiva ampla dos mecanismos do envellecemento pódese afirmar que non é así. A consecuencia é moi distinta: o envellecemento é o resultado de vivir. Noutra orde de cousas, pódese dicir que a vida se mantén á marxe do equilibrio termodinámico. O mantemento do soma require un esforzo constante e o xerme é máis importante na selección natural. Por tanto, a segunda lei da termodinámica, que impulsa o aumento da entropía do sistema, leva ao organismo ao envellecemento dos programas de supervivencia.
Apostou por unha estratexia de uso e refugallo das seleccións naturais en todas as especies. É una aposta de gran sentido, porque paira que gastar demasiado enerxía en manter o soma si calquera accidente, calquera depredador, en calquera momento pode acabar con ese individuo? Mellor repartir o investimento: parte da enerxía paira manter o soma en estado de bala durante un tempo e outra parte paira manter o xerme paira sempre. E entón cal é a diferenza entre as gijeras, as tartarugas xigantes e o resto de especies? É só una diferenza proporcional de gastos. É dicir, canta enerxía pode investir cada cal e inviste en manter, crecer, reproducirse e no resto de procesos necesarios paira vivir.
E hidra? Como ocorre na ciencia, cada resposta abre novas portas...
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
