}

Buriles, tartarugas xigantes e hidra inmortal

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

As tartarugas xigantes poden vivir case douscentos anos, e a gijilla Caenorhabditis elegans unhas dúas semanas. Todos os organismos envellecen e morren a distintas velocidades. Todas? Non todas. O hidra que habita en augas cristalinas tropicais non envellece. Pero, por que algúns animais envellecen antes que outros? Está escrito nos xenes o programa que leva ao organismo a envellecer? Como é posible que a selección natural haxa aprobado un proceso como o envellecemento? Pódese ver o efecto do envellecemento en cada célula? Como ocorre na ciencia, cada resposta abrirá novas portas...
Buriles, tartarugas xigantes e hidra inmortal
01/04/2009 | Artaetxebarria Artieda, Xabier | Enxeñeiro de Telecomunicacións

Envellecemento, escrito en xenes?

(Foto: 12RF)
Sen dúbida, os xenes teñen moito que ver no proceso de envellecemento das especies. Hai moitos motivos paira afirmalo, pero o máis claro é que as diferenzas entre as expectativas de vida son mínimas entre individuos dunha mesma especie respecto das diferenzas entre especies. Por exemplo, os insectos da orde dos efemerópteros normalmente viven unhas poucas horas, mentres que as tartarugas xigantes poden chegar a vivir douscentos anos. A pesar dos douscentos anos de idade, merece especial mención o organismo pluricelular chamado hidra. As hidras son animais de poucos milímetros que habitan en lagos e regatas limpos dos trópicos e que, ademais de ser capaces de rexenerar case calquera parte do seu corpo, non envellecen. Son inmortais. Por outra banda, na xixara Caenorhabditis elegans, moi utilizada na investigación da xenética do desenvolvemento, atopáronse varios xenes que inciden directamente na esperanza de vida. Cambiando un único xene, os investigadores conseguiron duplicar a esperanza de vida destes animais.

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

Anos de vida máximos paira determinadas especies. A escala logarítmica é necesaria paira explicar os organismos situados entre os efemerópteros que viven ao redor dun día e as tartarugas xigantes que viven douscentos anos. Como se pode observar, existen seres vivos a todos os niveis da escala.

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.

Os efemerópteros só viven unhas poucas horas.
Reini68/Creative Commons/confesar e compartir baixo a mesma autorización/non comercial

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?

Hidra. Os individuos desta especie non sofren a senescencia nin o envellecemento. Biológicamente son inmortais.
macroamator/Creative Commons/recoñecer e compartir baixo a mesma autorización

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.

No xixare C. elegans atoparon varios xenes que inflúen directamente na esperanza de vida.
Albert Einstein College of Medicine

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.

Salmón do Pacífico. Punteiro extremo do some desechable. Realizan un esforzo enorme, partindo do océano subindo grandes ríos, paira chegar a lugares apropiados paira a súa posta. Tras a posta, todos os individuos adultos morren debido ao esforzo realizado.
S.U. Fish and Wildlife Service

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.

Cromosomas e telómeros. Os telómeros atópanse nos bordos dos cromosomas, son secuencias de nucleótidos repetidas que se acurtan cada vez que se divide a célula. Por iso considérase que son moi importantes no proceso de envellecemento.
C. Azzalin/ISREC

E hidra? Como ocorre na ciencia, cada resposta abre novas portas...

Bibliografía
Rando, T.:
"Stem cells, ageing and the quest for inmortality", en Nature, xuño 2006.
Martínez, D.:
"Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra", en Experimental Gerontology, maio 1998.
Kenyon, C.; Chang, J.; Gensch, E.; Rudner, A.; Tabtiang, R.:
A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type, decembro 1993.
Finch, C. R.; Kirkwood, T. B. L.:
"Chance, Development and Aging", en 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, novembro 1957.
Kirkwood, T. B. L.:
"Evolution of ageing", en Nature, novembro de 1977.
Kirkwood, T. B. L.:
Understanding the odd science of aging, novembro 2005.
Austad, S. N:
"Comparative aging and life histories in mammals", en Experimental Gerontology, xaneiro 1997.
Fixo, T. ; Serrano, M.; Blasco, M.:
"The common biology of cancer and ageing", en Nature, agosto 2007.
Artieda, Xabier
Servizos
252
2009
Seguridade
038
Premios; Bioloxía
Dossier
SERVIZOS SOCIAIS

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia