Studija potvrdila važnu teoriju o tome zašto starimo i umiremo

GENSKE mutacije koje pomažu plodnost istovremeno potiču skraćivanje ljudskog života, pokazalo je jedno veliko novo istraživanje. Pojednostavljeno, moglo bi se reći da što je netko genima bolje opremljen da bude plodan, to će kraće živjeti.

Studija koju su provela dvojica znanstvenika sa Sveučilišta Michigan State utemeljena je na analizi genskih i zdravstvenih informacija više od 276.000 ljudi, a pruža jake argumente u prilog evolucijskoj teoriji iz sredine 20. stoljeća koja je pokušala objasniti čimbenike starenja.

Teorija antagonističke pleiotropije starenja

Naime, 1957. godine, evolucijski biolog George Williams, koji je tada bio asistent na Sveučilištu Michigan, predložio je ideju prema kojoj bi genske mutacije koje doprinose starenju mogle biti favorizirane prirodnom selekcijom ako su istovremeno korisne rano u životu, primjerice ako potiču raniji početak reprodukcije ili ako potiču sposobnost začinjanja više djece.

Williamsova ideja, danas poznata kao teorija antagonističke pleiotropije starenja, još uvijek je vodeće evolucijsko objašnjenje procesa starenja, odnosno odgovor na pitanje zašto ne živimo puno duže.

Iako su je podržavale neke ranije studije pojedinačnih slučajeva, do sada su nedostajali široki dokazi u genetičkim istraživanjima.

Što znači antagonistička pleiotropija?

Riječ antagonistička ukazuje na sukobljavanje. Pleiotropija pak u genetici podrazumijeva koncept prema kojem jedna mutacija na genu može utjecati na više karakteristika.

Ideja da ista mutacija može biti i korisna i štetna, ovisno o situaciji, poznata je kao antagonistička pleiotropija, a Williams ju je predložio kao temelj za podrijetlo starenja u radu naslovljenom Pleiotropija, prirodna selekcija i evolucija senescencije.

Slična teza predstavljena je u knjizi Survival of the Sickest (preživljavanje najbolesnijih), istraživanju evolucijske povijesti određenih bolesti, genetskih poremećaja i načina na koji su ti uvjeti, iako štetni, pomogli našim precima da prežive u određenim uvjetima.

Poznati slučajevi koji podržavaju antagonističku pleiotropiju

Znanstvenici su već ranije utvrdili da kod ljudi postoje neki očiti slučajevi koji su u skladu s tezom o antagonističkoj pleiotropiji. Primjerice, studije su pokazale da su genske varijante povezane s bolešću koronarnih arterija obično istovremeno povezane s većim brojem djece koju su imale osobe s tom bolešću.

Moglo bi se reći da reprodukcijska snaga varijante gena nadoknađuje njegove slabosti koje programiraju za koronarnu bolest. Molekularni biolog Kristian Vlahoviček s PMF-a u Zagrebu kaže da postoji cijeli niz primjera antagonističke pleiotropije koji su otprije poznati znanosti.

"Možda najčešće spominjan je protektivni učinak gena za srpastu anemiju kod infekcije malarijom, što je vjerojatni razlog zašto mutacije koje uzrokuju anemiju nisu nestale iz ljudske populacije", kaže Vlahoviček.

Kako funkcionira evolucija?

Kako bi ovo bilo jasnije, valja se podsjetiti kako funkcionira evolucija.

Prema tumačenju kakvo je u knjizi Sebični gen predstavio britanski biolog Richard Dawkins, nositelji evolucije nisu vrste, kako je bilo uvriježeno misliti, već pojedinačni geni koji predstavljaju nositelje informacija, odnosno kodove za određene funkcije. Ako su funkcije koje kodira neki gen korisne za preživljavanje određenog organizma pod selektivnim pritiskom uvjeta koji vladaju u okolišu, onda će taj gen povećati izglede za opstanak organizma i njegovu reprodukciju. Time će i sam gen imati veću šansu za prijenos na potomstvo i širenje.

Ako funkcije koje kodira gen nisu naročito uspješne, vjerojatnost preživljavanja organizma, a time i gena, smanjit će se. Na taj način odvija se prirodna selekcija, a organizmi su svojevrsna vozila za gene, nositelje određenih svojstava odnosno funkcija.

Kako gen koji skraćuje život može biti koristan?

Tu dolazimo do pitanja zašto bi neki gen koji potiče starenje i propadanje funkcija organizma davao evolucijsku prednost.

Autori nove studije, evolucijski biolog Jianzhi Zhang sa Sveučilišta Michigan i njegov kolega Erping Long iz Peking Union Medical Collegea, u uvodu pišu da se starenje ili senescencija odnosi na postupno pogoršanje tjelesnih funkcija koje se očituje kao povećanje stope smrtnosti s godinama, ali i na smanjenje reproduktivne sposobnosti.

"Prevalencija starenja među višestaničnim organizmima oduvijek je evolucijska zagonetka jer bi prirodna selekcija trebala favorizirati mutacije koje omogućuju produženi reproduktivni životni vijek", ističe znanstveni dvojac.

Autori razrješenje ovog paradoksa vide u Williamsovoj hipotezi. "Hipoteza antagonističke pleiotropije predviđa da će većina mutacija koje povećavaju reprodukciju, ali smanjuju životni vijek imati veće evolucijske prednosti nego nedostatke pa su stoga u selekcijskoj prednosti", rekao je Zhang.

Plodnost i dugovječnost su snažno negativno korelirane

U novom istraživanju, objavljenom u znanstvenom časopisu Science Advances, autori su testirali Williamsovu hipotezu koristeći genske i reproduktivne informacije te podatke o smrtnosti 276.406 sudionika iz velike britanske baze podataka UK Biobank.

Rezultati novog istraživanja pokazali su da su reprodukcija i životni vijek genski snažno negativno korelirani, što znači da genske mutacije koje potiču raniju reprodukciju u životu s druge strane skraćuju životni vijek.

Također su pokazali da osobe koje nose mutacije gena koje ih predisponiraju za visoke stope reprodukcije, odnosno za više djece, imaju manje vjerojatnosti da će živjeti do 76. godine od onih koje nose mutacije koje ih predisponiraju za relativno niske stope reprodukcije.

Ovdje treba imati na umu da i ukupan broj potomaka i vrijeme prve reprodukcije utječu na reproduktivnu sposobnost osobe jer ranija reprodukcija znači kraće vrijeme jedne generacije, a time i veću reproduktivnu sposobnost čak i kada je broj potomaka isti. Što ranije neka osoba ima djecu, to će prije ona sazreti do reproduktivne dobi, reproducirati se, podići svoju djecu i tako dalje.

Zhang kaže da rezultati studije snažno podržavaju Williamsovu hipotezu da je starenje nusproizvod prirodne selekcije za raniju i veću reprodukciju. "Prirodna selekcija malo brine o tome koliko dugo živimo nakon završetka reprodukcije, jer je naša kondicija uglavnom postavljena do kraja reprodukcije", rekao je.

Najduže žive oni s dvoje djece

Jedno od interesantnih otkrića studije je da u prosjeku najduže žive osobe s dvoje djece. S obzirom na poligenetski potencijal za reprodukciju, pojedinci koji su ukupno u životu imali dvoje djece, imali su najviši potencijal za preživljavanje iznad 76 godina.

Autori zaključuju da je ovaj nalaz u skladu sa studijom Framingham Heart Study, koja je pokazala da su žene s dvoje djece imale najmanji rizik smrtnosti među svim ženama.

Odnos plodnosti i dugovječnosti je složen

Autori upozoravaju da njihovi rezultati pokazuju da je odnos između ukupnog broja djece (NEB) i dugovječnosti (SV76) složen - pozitivan je u niskom rasponu NEB (ispod 2), ali negativan u visokom rasponu NEB (više od 2).

"Zanimljivo, otkrili smo da kada kontrolirate genski predviđen broj djece i vrijeme reprodukcije, imati dvoje djece odgovara najduljem životnom vijeku", rekao je Zhang. "Manje ili više djece (od dvoje) smanjuje životni vijek", dodao je.

Geni za kraći život, a bolju reprodukciju postaju učestaliji

Znanstveni dvojac je u bazi podataka, među ostalim, istražio i učestalost 583 varijante gena povezane s reprodukcijom i otkrio da su neke od varijanti povezane s većom reprodukcijom posljednjih desetljeća postale učestalije, unatoč tome što su povezane s kraćim životnim vijekom.

Zaključili su da je povećana učestalost tih varijanti vjerojatno rezultat prirodne selekcije za veću reprodukciju.

Ponašanje i medicina imaju veći utjecaj od gena

Autori za kraj upozoravaju da je njihova studija pokazala da u usporedbi s okolišnim čimbenicima, uključujući tu utjecaje kontracepcije i pobačaja na reprodukciju te utjecaje razvoja medicine i tehnologije generalno na trajanje ljudskog života, genski faktori istraženi u studiji igraju relativno manju ulogu.

Naime, očekivano trajanje ljudskog života, stopa rađanja i reproduktivno ponašanje u posljednjim su se desetljećima drastično promijenili.

Konkretno, više od polovice ljudi danas živi u područjima u kojima je stopa rađanja opala, a incidencija kontracepcije, pobačaja i poremećaja reprodukcije se povećala. Istovremeno je globalno očekivano trajanje života pri rođenju kontinuirano raslo od 46.5 godina 1950. godine do 72.8 godina 2019. godine.

"Ove promjene uglavnom su rezultat značajnih pomaka u okolišu, uključujući promjene u načinu života i tehnologijama, i suprotne su promjenama uzrokovanim prirodnom selekcijom genskih varijanti identificiranih u ovoj studiji", rekao je Zhang.

Velika vrijednost studije

Vlahoviček kaže da je jedna od velikih vrijednosti ove studije povezanosti starenja i reprodukcije u tome što pokazuje mogućnost znanstvenika da danas istražuju učinke gena koji imaju relativno mali doprinos određenoj funkciji s obzirom na dominantnost okoliša.

"Takva istraživanja omogućena su nam sustavnim prikupljanjem velike količine podataka brojnih pojedinaca, kako genskih tako i okolišnih, kao što se vidi na ovom primjeru britanskog projekta biobanke", kaže Vlahoviček.