We verouderen niet voor niets, maar als resultaat van een speciaal biologisch programma. Maar in de wereld is er een Afrikaanse naakte molrat, een muisachtig dier dat niet oud kan worden.
Wetenschappers hebben ontdekt waarom mensen ouder worden, maar graafmachines niet.
Dit is wat Jared Sluyter erover schrijft:
Het leven van een afzonderlijk individu, een afzonderlijk individu van een biologische soort, is iets heel waardevols, maar er zijn dingen die nog belangrijker zijn. Namelijk het uitzicht zelf. Dat is in feite de complete set genen (dit wordt een genoom genoemd) die in elk individu van deze soort zit en in feite bepaalt wat het is.
Het is juister om levende wezens eenvoudigweg te beschouwen als een tijdelijke opvang voor genen die ze van hun ouders hebben gekregen en aan hun kinderen doorgeven. Voor het eerst, in een expliciete vorm, werd een dergelijk idee waarschijnlijk geformuleerd door Richard Dawkins in zijn beroemde boek "The Selfish Gene".
In de regel vallen de belangen van het genoom en zijn tijdelijke drager (levend wezen) samen. Maar soms niet. En dan wordt meteen duidelijk wie de baas is - natuurlijk het genoom.
Als het genoom van een soort in gevaar is of de soort zich gewoon moet ontwikkelen, dan kan de drager veilig worden opgeofferd - de volgende generaties zullen "nieuwe baren".
Promotie video:
Als gevolg daarvan ben ik er zeker van dat de genomen van de meeste (zo niet alle) levende wezens speciale schadelijke programma's bevatten. Waarvan de wezens zelf niets goeds hebben, maar die nodig zijn voor de ontwikkeling van de soort. Allereerst doodsprogramma's die zorgen voor de verandering van generaties en bijgevolg voor evolutie. En soms zijn ze op een "snelle" manier gerangschikt - bijvoorbeeld in eenjarige planten, die afsterven, gedood door hun eigen zaden nadat ze rijp zijn, en soms - op een "langzame" manier. En het smerigste langzame zelfmoordprogramma is het verouderingsprogramma. Dat maakt dat veel soorten, waaronder jij en ik, met de jaren "achteruitgaan" en uiteindelijk sterven.
Het feit dat we verouderen met een reden, maar als gevolg van de activiteit van een speciaal biologisch programma, ligt niet voor de hand en vereist bewijs. Ik heb geprobeerd het te bouwen "door tegenspraak", door je een voorbeeld te laten zien van een dier dat het verouderingsprogramma voor zichzelf uitschakelde. Omdat hij zijn eigen evolutie niet meer zo veel hoeft te versnellen - hij is al goed! Dit is, net als jij en ik, een zoogdier, een vrij nauwe verwant van een gewone muis - een Afrikaans knaagdier, een naakte molrat! Als een muis 2-3 jaar leeft, in deze tijd volledig oud wordt en van ouderdom sterft, leeft een molrat meer dan 30 jaar, en als hij soms tekenen van veroudering vertoont, zijn deze meestal niet dodelijk. De meeste biologen zijn het erover eens dat de naakte molrat een tijdloos dier is (nou ja,of meer wetenschappelijk, een dier met verwaarloosbare veroudering).
En nu, in onze serie, is het tijd om de hoofdvraag over de gravers te beantwoorden: hoe deed hij dat? Hoe heeft hij zijn veroudering uitgezet ??!
Een paar jaar geleden zou ik niets over dit onderwerp te zeggen hebben gehad. Maar in 2017 slaagden we erin om in een van de meest prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften ter wereld, Physiological Reviews, een theoretisch werk te publiceren waarin het fenomeen van niet-veroudering van naakte molratten wordt uitgelegd. Eind 2017 kwam er een Russische versie uit.
Het begon allemaal, zoals altijd, met mitochondriën. Dit zijn zulke kleine energiecentrales die in elke cel staan en waarmee we ademen. Ik hoop dat er een aparte aflevering van onze serie over hen komt. De studie van mitochondriën is de belangrijkste specialiteit van academicus Vladimir Petrovich Skulachev. Eigenlijk werd in zijn laboratorium eind jaren 60 ontdekt hoe ze werken. De afgelopen 20 jaar is de academicus, naast mitochondriën, geïnteresseerd in de problemen van veroudering en heeft hij natuurlijk gigantische inspanningen geleverd om een experiment uit te voeren met de mitochondriën van de naakte molrat. Ik moet opmerken dat mitochondriën zeer sterk geassocieerd zijn met veroudering, maar daarover meer in de volgende serie.
Onderzoek naar de mitochondriën van de naakte molrat is met succes bekroond. In het instituut van de dierentuin van Berlijn werden experimenten uitgevoerd op molratten, en een medewerker van Vladimir Skulachev, de beroemde bioloog Mikhail Vysokikh, die speciaal hiervoor uit Moskou was aangekomen, slaagde erin een monster van het weefsel van een molrat te verkrijgen en verschillende parameters van de mitochondriën in dit weefsel te meten. Er was niets bijzonders aan, behalve een ietwat vreemde curve die de snelheid van zuurstofopname door mitochondriën (ze ademen) onder bepaalde omstandigheden weergeeft.
Toen hij terugkeerde naar Moskou, toonde Mikhail deze curve aan de leider, aan wie ze ook iets herinnerde, maar wat precies - ze konden het zich niet herinneren. Dus biologen pijnigden hun hersens totdat ze de grafiek lieten zien aan een andere collega, hoofd van het cel bio-energielaboratorium Boris Chernyak, van wie bekend is dat hij nooit iets vergeet (althans als het verband houdt met mitochondriën, ademhaling en levende cellen). Hij keek en zei meteen - precies dezelfde curve kan worden verkregen door de ademhaling van de mitochondriën van pasgeboren rattenpups te registreren!
En hier had Vladimir Petrovich één idee. Hij legde hem zo vast dat hij zijn spullen pakte en naar Berlijn ging om persoonlijk naar de naakte molrat te kijken.
Wat vond hij? Dat hij (de molrat) naakt is. En weet je hoe hij er hierdoor uitziet?
Kijk naar de foto van een naakte molrat. En in de buurt - helemaal geen gravers. Dit zijn pasgeboren ratten. Zie je hoe vergelijkbaar ze zijn? Over een paar dagen zullen de pups opgroeien, zich kleden met bont en in normale ratten veranderen. En de gravers zijn dat niet. Hij zal dat voor het leven blijven en als het ware een pasgeboren baby blijven.
Nader onderzoek toonde aan dat de molratten meer dan 40 tekenen van een dergelijke "pasgeborene" of "kinderachtigheid" hebben vergeleken met ratten. Hier zijn er een aantal:
- Laag gewicht in vergelijking met andere soorten van de familie.
- Gebrek aan haar (knaagdieren hebben het altijd).
- Gebrek aan oorschelpen.
- Beperkt vermogen om een constante lichaamstemperatuur te handhaven (zoals bij pasgeboren zoogdieren).
- Hoge cognitieve vaardigheden (nieuwsgierigheid).
- Lage gevoeligheid voor pijn.
- Het vermogen van neuronen om te regenereren en de levensduur van neuronen te verlengen.
- Geen afname met de leeftijd in het niveau van insuline-achtige groeifactor 2 (IGF2).
- Geen afname met de leeftijd in de niveaus van superoxide-dismutase 1 en 2, evenals catalase.
- En ook nog een paar dozijn externe, fysiologische en biochemische tekens.
Dat wil zeggen, het blijkt dat de molrat het programma van zijn individuele ontwikkeling stopte in het stadium van een pasgeboren knaagdier. Een soortgelijk fenomeen is eerder beschreven voor bijvoorbeeld amfibieën en wordt neotenie genoemd. Om eerlijk te zijn, moet worden gezegd dat Vladimir Skulachev niet de eerste was die de aandacht vestigde op het feit dat de molrat een neotenisch dier is. Vóór hem werd dit opgemerkt door Richard Alexander in 1991 en enkele andere wetenschappers. Maar ze brachten dit fenomeen helemaal niet in verband met een lang leven (Alexander wist gewoon niet van de levensduur van deze dieren).
Vast in de kindertijd
Academicus Skulachev formuleerde een heel eenvoudig idee: als een molrat stopte in het stadium van de welp, dan bereikt zijn programma van individuele ontwikkeling gewoon niet het punt waarop het tijd is om te verouderen. Kinderen worden niet oud! Zo krijgen we het belangrijkste bewijs: veroudering maakt deel uit van het programma voor de ontwikkeling en het leven van het lichaam. Hetzelfde als geboorte, groei, rijping. En als dit hele programma wordt gestopt, dan ook het ouder worden!
Dit is wat er met de gravers is gebeurd. Als dit met een gewone soort zou gebeuren, zou het zeer snel verdwijnen, omdat de evolutie ervan bij afwezigheid van veroudering enorm zou vertragen. En de graafmachine heeft zijn eusocialiteit gered. Het leven in de "mierenhoopmodus" bleek zoveel stabieler te zijn dat hij het zich kon veroorloven om veroudering uit te schakelen als een evolutionair instrument.
En het lijkt erop dat in de evolutie van de meest interessante soorten biologische wezens voor ons - Homo sapiens - precies hetzelfde verhaal begon dat gebeurde met de naakte molrat. Is het je ooit opgevallen dat mensen het meest lijken op … babyapen?
Is het mogelijk om het leven te verlengen en lang jong te blijven? Alles is echt, zeggen wetenschappers, want in vijfhonderd jaar is de levensverwachting van mensen bijna verdrievoudigd. Maar waarom worden we oud?
Wat is veroudering?
Veroudering wordt meestal het biologische proces van geleidelijke afname of volledige uitschakeling van de vitale functies van het lichaam genoemd. Door veroudering past het lichaam zich minder goed aan de omgeving aan, neemt het vermogen om weefsels te regenereren af, worden ziekten en stofwisselingsstoornissen verworven.
Het externe resultaat van veroudering is verslapping van de spieren, rimpels en grijs haar.
Je kunt natuurlijk plastische chirurgie doen, make-up gebruiken en een goede dokter hebben, maar je mag niet bedriegen. U moet het echter weten - iedereen wordt anders oud, en dit is de verdienste van de persoon zelf. Er zijn mannen en vrouwen van in de vijftig die er prachtig uitzien, en er zijn veertigjarigen die 'ruim boven de vijftig' lijken te zijn.
Verouderingstheorieën en hypothesen
Niemand weet precies waarom we ouder worden, en daarom worden hypothesen en speculaties geboren - min of meer ondersteund door wetenschappelijke gegevens. Elk van hen heeft aanhangers, maar hoogstwaarschijnlijk zullen de echte redenen liggen in het samenvoegen van theorieën.
Allereerst veroudert het lichaam door het feit dat elke cel van het lichaam zijn eigen programma heeft - hoe en hoe vaak om het te delen, waarbij ‘oudjes’ worden vervangen door ‘nieuwe rekruten’. In elk van de cellen komen deze vervangingen gemiddeld ongeveer zeventig keer voor.
Hoe snel deze zeventig keer in elk van de cellen zullen plaatsvinden, hangt af van het lichaam en het metabolisme, van uw houding ten opzichte van uw lichaam. Als je je gezondheid niet in de gaten houdt, niet goed eet en wordt blootgesteld aan schadelijke omgevingsfactoren, moeten de lichaamscellen zich vaker vernieuwen, hun bronnen raken sneller uitgeput.
De huid veroudert bijvoorbeeld veel sneller door frequente en intense zonnebrand, wanneer deze een chocoladetint krijgt, en vooral wanneer deze sterk verbrandt en brandwonden veroorzaakt.
Een andere reden voor veroudering wordt beschouwd als de lancering van een programma voor zelfvernietiging van cellen vanwege hun actieve schade door omgevingsfactoren en interne aandoeningen. Een beschadigde cel is potentieel gevaarlijk voor het lichaam door degeneratie tot een tumor, daarom zijn de kleinste defecten in de cellen het begin van het lanceren van een 'reinigingssysteem', en soms gebeurt dit met zeer scherpe maatregelen, waarbij alle naburige cellen worden gevangen en hele gebieden in weefsels of organen worden gedood.
Volgens dit principe treedt leverschade op bij overmatig plengoffer, schade aan de bronchiën en longen bij roken, schade aan bloedvaten bij atherosclerose. Een soortgelijk principe van celdood werkt tijdens hartaanvallen of beroertes - dit is de dood van niet-levensvatbare cellen.
Kunnen het genen zijn?
De gentheorie van veroudering wint tegenwoordig aan populariteit in de wetenschappelijke wereld, het zou veel verklaren - zowel de lancering van een bepaald aantal divisies, en de dood van cellen wanneer ze beschadigd zijn, en zelfs een verandering in metabolisme met de leeftijd.
Als we het verouderingsgen kunnen isoleren, nu we genen kunnen combineren en veranderen, kunnen we ouderdom annuleren. Het is waar dat de afschaffing van de dood de planeet dreigt te overbevolking en haar vernietiging binnen een paar jaar. Maar niemand wil dood!
Waarom worden we oud?
Totdat de genen zijn gevonden, stellen we voor om na te denken over de redenen die er een nadere kennismaking mee maken. De meeste zijn door onszelf gemaakt.
Kijk goed naar je leven - dit is een reeks spanningen met een overbelasting van het zenuwstelsel, problemen thuis en op het werk, kinderen met lessen en blauwe plekken, gebroken knieën - dit alles draagt bij aan ons grijze haar. Stress ondermijnt de immuniteit en gezondheid, verstoort de slaap - en chronisch slaapgebrek verkort de levensverwachting aanzienlijk. Daarom, als u lang wilt leven, leer dan hoe u goed kunt rusten en ontspannen.
Andere oorzaken van vroegtijdige veroudering zijn verminderde lichamelijke activiteit en extra kilo's. Ze zetten vet af in het gebied van het hart en de bloedvaten, de nieren en darmen drijven met vet - zal dit bijdragen aan uw gezondheid en lange jaren? Het wordt waarschijnlijk tijd om uw eetgewoonten te heroverwegen, minder te eten, op dieet te gaan, vaker te wandelen en te sporten.
Verslavingen die ons toch al korte leven bekorten, zijn ook sigaretten en alcohol, zelfs zwakke. Aangenomen wordt dat van één sigaret het leven acht minuten korter wordt. Bereken hoeveel tijd van je leven je al in de rook hebt gestoken? En meer dan één glas droge wijn per dag nemen is minus 24 uur van je leven en minus duizend levercellen, is het twijfelachtige plezier van je gezondheid het waard?
Een andere "moordenaar" van je lichaam is … suiker, dit zoete kristallijne poeder is net zo schadelijk als sigaretten. We consumeren het tenslotte veel meer dan fysiologisch nodig is. Je moet het echter niet vervangen door zoetstoffen - ze zijn zelfs nog schadelijker.
Natuurlijk hebben zonnestraling, ultraviolette straling, vervuilde lucht en zware metalen erin en water ook invloed, maar al deze invloed is verwaarloosbaar in vergelijking met onze eigen "experimenten" op het lichaam. U moet erover nadenken - de meeste oorzaken van veroudering zijn voornamelijk van ons afhankelijk.
Af en toe zijn er mensen op wie de gewone wet- en regelgeving niet van toepassing is - ze kunnen zonder slaap, raken niet besmet met gevaarlijke infecties tijdens de meest verschrikkelijke epidemieën. Er is echter geen persoon die niet onderhevig is aan veroudering. Alle levende wezens worden oud, vernietigd en vergaan. En zelfs de levenloze natuur: gebouwen, stenen, bruggen en wegen - vervallen ook geleidelijk en raken in verval. Het is duidelijk dat veroudering een zeker verplicht proces is dat gebruikelijk is voor de levende en levenloze natuur.
In 1865 werpt de Duitse natuurkundige R. Clausis voor het eerst licht op de onderliggende oorzaken van dit fenomeen. Hij stelde dat alle processen in de natuur asymmetrisch, unidirectioneel verlopen. Vernietiging gebeurt vanzelf, en creatie vereist de uitgave van energie. Hierdoor groeit entropie constant in de wereld - energiedevaluatie en chaos nemen toe. Deze fundamentele wet van de natuurwetenschappen wordt ook wel de tweede wet van de thermodynamica genoemd. Volgens hem is voor het creëren en bestaan van elke structuur een instroom van energie van buitenaf vereist, omdat energie zelf de neiging heeft om in de ruimte te verdwijnen (dit proces is waarschijnlijker dan het creëren van geordende structuren). Levende organismen behoren tot open thermodynamische systemen: planten nemen zonne-energie op en zetten deze om in organische en anorganische verbindingen,dierlijke organismen breken deze verbindingen af en voorzien zichzelf zo van energie. Tegelijkertijd zijn levende wezens in thermodynamisch evenwicht met de omgeving, geven of dissiperen geleidelijk energie en leveren ze entropie aan de wereldruimte.
Het bleek echter dat het bestaan van levende organismen niet volledig wordt uitgeput door de tweede wet van de thermodynamica. De patronen van hun ontwikkeling worden verklaard door de derde wet van de thermodynamica, onderbouwd door de uitstekende Belgische wetenschapper I. Prigogine, geboren in Rusland: een teveel aan vrije energie die wordt geabsorbeerd door een open systeem kan leiden tot zelfcomplicatie van het systeem. Er is een zekere complexiteit waaronder het systeem zijn eigen soort niet kan reproduceren.
Levende organismen zijn in zekere zin bestand tegen de groei van entropie en chaos in het heelal, vormen steeds complexere structuren en verzamelen informatie. Dit proces is het tegenovergestelde van het verouderingsproces. Een dergelijke strijd met entropie is blijkbaar mogelijk dankzij het bestaan van een tijdloos genetisch programma dat herhaaldelijk wordt herschreven en doorgegeven aan toekomstige generaties. Een levend organisme is te vergelijken met een boek dat voortdurend wordt herdrukt. Het papier waarop het boek is geschreven, kan verslijten en verslechteren, maar de inhoud is eeuwig.
Onsterfelijke bacteriën
Toen we het hadden over het feit dat alle levende wezens onderhevig zijn aan veroudering, hebben we een onnauwkeurigheid gemaakt: er zijn situaties waarop deze regel niet van toepassing is. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als een levende cel of bacterie tijdens de voortplanting in tweeën deelt? Het geeft aanleiding tot twee andere cellen, die zich op hun beurt weer delen, enzovoort tot in het oneindige. De cel waaruit al het andere voortkwam, had geen tijd om oud te worden; in feite bleef hij onsterfelijk. De vraag naar veroudering in eencellige organismen en continu delende cellen, zoals voortplantings- of tumorcellen, blijft open. A. Weisman creëerde aan het einde van de negentiende eeuw een theorie die de onsterfelijkheid van bacteriën en de afwezigheid van veroudering daarin postuleerde. veel geleerden zijn het er tegenwoordig mee eens, terwijl anderen het in twijfel trekken. Er is voldoende bewijs voor beide.
Hoe zit het met meercellige organismen? De meeste van hun cellen kunnen immers niet constant delen, ze moeten een aantal andere taken uitvoeren - om te zorgen voor beweging, voeding en regulering van interne processen. Deze tegenstelling tussen de noodzaak van specialisatie van cellen en het behoud van hun onsterfelijkheid is door de natuur opgelost door cellen in twee typen te verdelen. Somatische cellen ondersteunen vitale processen in het lichaam en kiemcellen delen zich, waardoor de voortzetting van het geslacht wordt verzekerd. Somatische cellen verouderen en sterven, terwijl geslachtscellen praktisch eeuwig zijn. Het bestaan van enorme en complexe meercellige organismen die triljoenen somatische cellen bevatten, is in wezen gericht op het verzekeren van de onsterfelijkheid van de geslachtscellen.
Hoe vindt veroudering van somatische cellen plaats? De Amerikaanse onderzoeker L. Hayflick stelde vast dat er mechanismen zijn die het aantal delingen beperken: gemiddeld is elke somatische cel in staat tot niet meer dan 50 delingen, en dan wordt hij oud en sterft hij. De geleidelijke veroudering van het hele organisme is te wijten aan het feit dat al zijn somatische cellen het aantal afdelingen hebben uitgeput dat eraan is toegewezen. Hierna verouderen de cellen, breken af en sterven af.
Als somatische cellen deze wet overtreden, delen ze zich continu en reproduceren ze hun nieuwe kopieën vele malen. Dit leidt niet tot iets goeds - zo verschijnt tenslotte een tumor in het lichaam. De cellen worden "onsterfelijk", maar deze denkbeeldige onsterfelijkheid wordt uiteindelijk gekocht ten koste van de dood van het hele organisme.
Van muis tot olifant
Het probleem van veroudering houdt rechtstreeks verband met het probleem van de verschillende levensverwachting in verschillende organismen. De Duitse fysioloog M. Rubner was in 1908 de eerste die de aandacht van wetenschappers vestigde op het feit dat grote zoogdieren langer leven dan kleine. Een muis leeft bijvoorbeeld 3,5 jaar, een hond - 20 jaar, een paard - 46 jaar, een olifant - 70. Rubner verklaarde dit door verschillende stofwisselingssnelheden.
Het totale energieverbruik van verschillende zoogdieren tijdens het leven is ongeveer hetzelfde: 200 kcal per 1 gram massa. Volgens Rubner kan elke soort slechts een bepaalde hoeveelheid energie verwerken - als hij deze heeft uitgeput, sterft hij. De stofwisseling en het totale zuurstofverbruik zijn afhankelijk van de grootte van het dier en de oppervlakte van het lichaam. De massa neemt evenredig toe met de lineaire afmetingen van het lichaam, genomen in een kubus, en de oppervlakte, in een vierkant. Een olifant heeft veel minder energie nodig om zijn lichaamstemperatuur op peil te houden dan een gelijk aantal muizen qua gewicht - het totale lichaamsoppervlak van al deze muizen zal aanzienlijk groter zijn dan dat van een olifant. Daarom kan een olifant zich een veel lagere stofwisseling "veroorloven" dan een muis. Dit hoge energieverbruik in de muis leidt ertoe dat de hem toegewezen energiereserves sneller worden uitgeput,dan een olifant, en zijn levensduur is veel korter.
Er is dus een omgekeerde relatie tussen de stofwisseling van het dier en de duur van zijn leven. Een laag lichaamsgewicht en een hoog metabolisme resulteren in een korte levensduur. Dit patroon werd de Rubner-regel voor oppervlakte-energie genoemd.
Ondanks de overtuigende eenvoud van de regel die Rubner ontdekte, waren veel wetenschappers het niet met hem eens. Ze twijfelden eraan of de regel de redenen verklaart voor de veroudering van alle levende organismen - er zijn veel uitzonderingen. Een persoon houdt zich bijvoorbeeld niet aan deze wet: zijn totale energieverbruik is erg hoog en zijn levensverwachting is vier keer langer dan zou moeten zijn bij een dergelijke uitwisseling. Wat is hiervan de reden? De reden is pas onlangs duidelijk geworden.
Met zuurstof moet voorzichtig worden omgegaan
Er is nog een andere factor die de levensduur bepaalt - dit is de partiële zuurstofdruk. De zuurstofconcentratie in de lucht is 20,8 procent. Een afname of toename van dit aantal is alleen mogelijk binnen nauwe grenzen, anders sterven levende organismen. Het is algemeen bekend dat het gebrek aan zuurstof fataal is voor de levenden. Maar weinigen zijn zich bewust van het gevaar van het teveel ervan. Zuivere zuurstof doodt proefdieren binnen enkele dagen, en bij een druk van 2-5 atmosfeer wordt deze periode teruggebracht tot uren en minuten. Dit gas is dus niet alleen nodig voor het leven, het kan ook een vreselijk universeel
Het zuurstofmolecuul zelf en het product van zijn volledige reductie met waterstof - water - zijn niet giftig. De zuurstofreductie verloopt echter zodanig dat producten die cellen beschadigen, in bijna alle stadia van het proces worden gevormd: superoxide-anionradicaal, waterstofperoxide en hydroxylradicaal. Ze worden reactieve zuurstofsoorten genoemd. Organismen die zuurstof gebruiken voor de ademhaling, met behulp van enzymen en eiwitkatalysatoren, voorkomen de productie van deze stoffen of verminderen hun schadelijke effecten op cellen.
De Amerikaanse biochemici J. McCord en I. Fridovich ontdekten in 1969 dat de hoofdrol bij deze bescherming wordt gespeeld door het enzym superoxide-dismutase. Dit enzym zet superoxide-anionradicalen om in onschadelijker waterstofperoxide en moleculaire zuurstof. Waterstofperoxide wordt onmiddellijk vernietigd door andere enzymen - catalase en peroxidasen.
De ontdekking van het mechanisme van neutralisatie van reactieve zuurstofsoorten bood andere onderzoekers een sleutel om de problemen van radiobiologie, oncologie, immunologie en gerontologie te begrijpen. De Engelse onderzoeker D. Harman kwam met de zogenaamde vrije radicalen theorie van veroudering. Hij suggereerde dat leeftijdsgerelateerde veranderingen in cellen te wijten zijn aan de opeenhoping van schade veroorzaakt door vrije radicalen - fragmenten van moleculen die een ongepaard elektron hebben en daarom een verhoogde chemische activiteit hebben. Dergelijke vrije radicalen kunnen zich in cellen vormen onder invloed van straling, bepaalde chemische reacties en temperatuurveranderingen. Maar de belangrijkste bron van vrije radicalen in het lichaam is de reductie van het zuurstofmolecuul. Daarom kunnen we zeggen dat veroudering in het algemeen een gevolg is van het destructieve, toxische effect van zuurstof op het lichaam,die geleidelijk toeneemt met de leeftijd.
Biochemie van veroudering
Nadat duidelijk werd dat superoxide dismutase de rol speelt van een "anti-aging enzym" in de cel, vroegen de onderzoekers zich af of de activiteit van dit enzym de belangrijkste oorzaak is van leeftijdsgerelateerde veranderingen en verschillen in levensduur? Verwacht werd dat met de leeftijd de enzymactiviteit afneemt en het destructieve effect van zuurstof toeneemt. Het bleek echter dat de activiteit van superoxide-dismutase in de meeste gevallen weinig verandert met de leeftijd.
De accumulatie van leeftijdsgerelateerde veranderingen in cellen hangt af van de verhouding tussen twee processen: de vorming van vrije radicalen en hun neutralisatie. De "fabrieken" van vrije radicalen zijn kleine langwerpige lichaampjes in de cel - mitochondriën, de energiestations. D. Harman noemde deze structuren de moleculaire klok van de cel: hoe sneller de productie van radicalen erin verloopt, hoe sneller de wijzers op de klok draaien en hoe minder tijd de cel heeft om te leven. Bij soorten met een korte levensduur werken mitochondriën zeer actief, worden er meer radicalen gevormd en accumuleert schade aan celstructuren sneller, wat leidt tot vroegtijdige veroudering. Bij een huisvlieg produceren mitochondriën bijvoorbeeld 24 keer intensiever radicalen dan bij een koe. De onderzoekers voerden het experiment uit:huisvliegen werden gehouden in een atmosfeer van zuivere zuurstof (dit versnelt de veroudering aanzienlijk) en observeerden wat er met de mitochondriën gebeurt. Het systeem van bescherming tegen reactieve zuurstofsoorten werkt redelijk betrouwbaar, maar individuele radicalen, die geen tijd hadden om in wisselwerking te treden met antioxiderende enzymen, glippen er constant doorheen. De reden voor dit probleem is blijkbaar de tweede wet van de thermodynamica, die honderd procent efficiëntie van energieprocessen uitsluit. Eenmaal gevormd in de cel, beschadigen radicalen de interne structuren ervan, evenals de membranen van de mitochondriën zelf, waardoor lekkage toeneemt. Als gevolg hiervan zijn er steeds meer reactieve zuurstofsoorten die de cel geleidelijk vernietigen. Wat we ouder worden noemen, gebeurt. Het systeem van bescherming tegen reactieve zuurstofsoorten werkt redelijk betrouwbaar, maar individuele radicalen, die geen tijd hadden om in wisselwerking te treden met antioxiderende enzymen, glippen er constant doorheen. De reden voor dit probleem is blijkbaar de tweede wet van de thermodynamica, die honderd procent efficiëntie van energieprocessen uitsluit. Eenmaal gevormd in de cel, beschadigen radicalen de interne structuren ervan, evenals de membranen van de mitochondriën zelf, waardoor lekkage toeneemt. Als gevolg hiervan zijn er steeds meer reactieve zuurstofsoorten die de cel geleidelijk vernietigen. Wat we ouder worden noemen, gebeurt. Het systeem van bescherming tegen reactieve zuurstofsoorten werkt redelijk betrouwbaar, maar individuele radicalen, die geen tijd hadden om in wisselwerking te treden met antioxiderende enzymen, glippen er constant doorheen. De reden voor dit probleem is blijkbaar de tweede wet van de thermodynamica, die honderd procent efficiëntie van energieprocessen uitsluit. Eenmaal gevormd in de cel, beschadigen radicalen de interne structuren ervan, evenals de membranen van de mitochondriën zelf, waardoor lekkage toeneemt. Als gevolg hiervan zijn er steeds meer reactieve zuurstofsoorten die de cel geleidelijk vernietigen. Wat we ouder worden noemen, gebeurt.de tweede wet van de thermodynamica, die honderd procent efficiëntie van energieprocessen uitsluit. Eenmaal gevormd in de cel, beschadigen radicalen de interne structuren, evenals de membranen van de mitochondriën zelf, waardoor lekkage toeneemt. Als gevolg hiervan zijn er steeds meer reactieve zuurstofsoorten die de cel geleidelijk vernietigen. Wat we ouder worden noemen, gebeurt.de tweede wet van de thermodynamica, die honderd procent efficiëntie van energieprocessen uitsluit. Eenmaal gevormd in de cel, beschadigen radicalen de interne structuren, evenals de membranen van de mitochondriën zelf, waardoor lekkage toeneemt. Als gevolg hiervan zijn er steeds meer reactieve zuurstofsoorten die de cel geleidelijk vernietigen. Wat we ouder worden noemen, gebeurt.
De snelheid waarmee radicalen in de cel worden "afgeleverd", neemt ook toe in verschillende zoogdierorganen naarmate het organisme ouder wordt. De hoeveelheid vrije radicalen die in de cel worden gevormd, blijkbaar, hoe groter, hoe hoger het zuurstofverbruik of de intensiteit van het metabolisme. De Amerikaanse gerontoloog R. Cutler en zijn medewerkers toonden aan dat de levensduur van dieren en mensen wordt bepaald door de verhouding tussen superoxide-dismutase-activiteit en metabolische snelheid. Het werd duidelijk waarom bij sommige soorten met een hoog energieverbruik, waaronder mensen, de levensduur niet past in de energieregel van het Rubner-oppervlak. De hoge activiteit van superoxide-dismutase beschermt mens en dier met een intensief metabolisme tegen vroegtijdige veroudering.
Antwoorden op vragen
De nieuwe verouderingstheorie maakte het mogelijk om een verklaring te vinden voor enkele feiten die welbekend zijn bij gerontologen, maar onbegrijpelijk bleven. Waarom leven dieren die een caloriearm maar uitgebalanceerd dieet krijgen bijvoorbeeld langer dan dieren die voldoende worden gevoerd? Het antwoord lag voor de hand - omdat beperkte voeding de intensiteit van het metabolisme vermindert en dienovereenkomstig de accumulatie van schade in cellen vertraagt. De afhankelijkheid van de verouderingssnelheid van de omgevingstemperatuur bij dieren die de lichaamstemperatuur niet kunnen regelen, is ook duidelijk geworden. Door de hoge temperatuur blijft hun stofwisseling hoog. Dus de fruitvlieg van Drosophila komt uit de larve bij een temperatuur van 10 graden en ontwikkelt zich tot een volwassen insect, wordt oud en sterft binnen 177 dagen, en bij een temperatuur van 20 graden - binnen 15 dagen. In een regenworm, wanneer zijn lichaamstemperatuur stijgt van 15 graden naar 30 graden, neemt het zuurstofverbruik 2,5 keer toe. Tegelijkertijd neemt de activiteit van superoxide-dismutase toe met 28 procent, maar de levensduur van de worm wordt nog steeds verkort.
De langere levensverwachting van vrouwen in vergelijking met mannen (gemiddeld 10 jaar) werd geassocieerd met een lager metabolisme in de mooie helft van de mensheid. Het fenomeen van een lang leven in bergachtige streken wordt ook goed verklaard door de lagere stofwisseling bij mensen die in het niets leven: het zuurstofgehalte is daar lager dan in de vlakten.
Het bleek dat de cellen in hetzelfde menselijk lichaam ook een andere tijdsduur hebben: hoe meer superoxidedismutase in de cellen, hoe minder celbeschadiging door reactieve zuurstofsoorten, hoe langer de cellen leven. Daarom leven sommige bloedcellen bijvoorbeeld meerdere uren, andere meerdere jaren.
Het was ook mogelijk om een merkwaardig fenomeen te verklaren dat onderzoekers lang geleden ontdekten: veranderingen in het lichaam tijdens natuurlijke veroudering zijn vergelijkbaar met de werking van ioniserende straling. De reden werd duidelijk: bij blootstelling aan straling ontleedt water immers onder de vorming van reactieve zuurstofsoorten, die cellen beginnen te beschadigen.
Dit alles maakte het mogelijk om een strategie te ontwikkelen voor de zoektocht naar antiverouderingsmiddelen. Zo was het mogelijk om de levensduur van proefdieren anderhalf keer te verlengen door sterke antioxidanten in hun voeding te introduceren. Antioxidanten zoals superoxide-dismutase, die enzymen zijn, zouden vooral effectief moeten zijn. De introductie van superoxide-dismutase in het lichaam van dieren beschermde hen tegen de giftige effecten van zuurstof en verlengde hun levensduur. Dit geeft hoop dat antioxidanten kunnen worden gebruikt in de strijd tegen menselijke veroudering. Misschien zullen oudere mensen ze na een tijdje op dezelfde manier gebruiken als vitamines om hun welzijn te verbeteren en het verouderingsproces te vertragen.
