De ce hidraua de apă dulce nu îmbătrânește - acesta este centrul echipei de cercetare a Institutului Max Planck, condus de Ralph Scheible.

motivele

Ediția germană Max-wissen povestește despre rezultatele acestui experiment pe termen lung.

Eternitatea este inimaginabil de lungă. Cu toate acestea, Ralph Schaeble de la Institutul Max Planck pentru Cercetări Demografice din Rostock poate spune deja că polipul de hidraulă de apă dulce este aproape aproape de acel ideal. Ca parte a unui experiment pe termen lung inițiat de directorul institutului, James W. Waupel, el și colegii săi au investigat de ce hidra nu îmbătrânește în anumite circumstanțe.

Polipii de apă dulce de la Institutul Max Planck din Rostock obțin cu adevărat tot ce au nevoie pentru o viață lungă. Pentru că pentru „experiment”, așa cum îl numește Ralph Schaeble, el poate folosi doar animale fericite. Prin urmare, pentru creatura subțire de tijă, care are o lungime de abia un centimetru, Shaible creează un mediu de viață ceresc: „Îl umplem cu tot ceea ce poate doar să viseze.” Mai mulți dintre colaboratorii săi sunt angajați în hrănirea celor 1800 de polipi. Cu pipete extrem de fine, își servesc mâncarea, și anume creveții în miniatură, direct în tentaculele obiectelor lor cu aspect de sticlă. Întotdeauna aceeași porție, „direct de la producător”, de trei ori pe săptămână. Și toate acestea de aproape 10 ani.

Se pare că hidra se bucură foarte mult de mâncare. În aceste condiții, ea își dezvăluie și secretul: „Hidra nu îmbătrânește”, rezumă veștile incredibile din experiment.

"În toți acești ani, a demonstrat o rată constantă a mortalității". Până acum, așa ceva, cel puțin din punct de vedere științific, părea imposibil.

Îmbătrânirea, mortalitatea, nemurirea: Aceste teme fascinează oamenii din mult înainte de era post-post-modernism. Și nu fără motiv: Cercurile din jurul ochilor devin mai adânci, puterea pielii și a țesutului conjunctiv slăbește, ridurile acoperă gâtul și fața, ochelarii de lectură stau pe nas ca un document de identitate al unui bătrân, gândul nu curge la fel de repede ca în primele secțiuni, sprintul către următoarea stație de autobuz pare mai degrabă un trap obositor.

Nu, îmbătrânirea nu este cu siguranță o plăcere. Și cu fiecare zi care trece, riscul de deces crește. Unii contemporani se tem foarte mult de procesul de îmbătrânire. Alții spun destul de încrezători că nu le pasă - deși probabil simt ridurile din fața oglinzii dimineața cu o rigiditate extremă. Și cine știe: poate și ei speră în secret că într-o zi știința va opri procesul de îmbătrânire. La fel ca alchimiștii din Evul Mediu care căutau elixirul vieții veșnice. Potrivit lui Ralph Schaeble, acesta a fost și este un efort inutil: „Cred că nemurirea este imposibilă”, spune el, „chiar și într-un organism precum hidra”.

Hidra are calități incredibile - la fel ca omonimul său din mitologia greacă veche. Acest monstru cu patru capete în care cresc doi noi în locul fiecărui cap tăiat. Și mai presus de toate, capul din mijloc este nemuritor.

La fel ca prototipul său mitic, polipul de apă dulce are și capacitatea de a repara părți ale corpului său. „Dar de ce poate face asta și alte organisme nu pot?” Se întreabă Shaible într-o transă. Are ceva de-a face cu viața extrem de lungă a hidrei?

Omul de știință a devenit din ce în ce mai convins de acest lucru în cursul experimentului, care a început la 1 martie 2006. Apoi, oamenii de știință au început să „răsfețe” Hydra 1 a cohortei 1 și a tuturor descendenților săi. Data experimentului este stabilită în prezent pentru 31 decembrie 2017.

Fiecare organism locuiește într-un castron de apă cu minerale, iar temperatura este constantă - 18 ° C. El primește constant aceeași rație alimentară și trăiește într-un ritm normal de schimbare de la zi la noapte. Faptul că în bolurile lor transparente de laborator hidra nu poate fi mâncat de pești și alte animale le face viața și mai luxoasă.

Experiment pe termen lung într-o cutie Petri

Imediat după începerea experimentului, Hydra 1 a început să se reproducă asexuat. Oamenii de știință își adună descendenții și le oferă fiecăruia o „cameră separată”. În prezent, numărul de hidra crescută este mai mare de 1800. Cu toate acestea, există decese. Cele mai multe dintre ele sunt rezultatul unor incidente de laborator - cum ar fi atunci când indivizii se lipesc de capacul unei farfurii Petri și se usucă sau cad pe podea. Există, de asemenea, cazuri rare de moarte naturală: Hydra încetează să se hrănească și își scurtează tentaculele. În etapa următoare, întregul corp începe să se micșoreze și după 1-2 săptămâni corpul se descompune în părțile sale constitutive. „O astfel de formă de moarte”, spune Shaible, „a fost până acum extrem de rară”.

În plus, oamenii de știință evaluează capacitatea de reproducere a organismelor în timpul reproducerii asexuale. În acest scop, înregistrează fiecare nou individ feminin. „Până în prezent, au apărut în acest fel peste 30.000 de polipi identici genetic”, spune Shaible. Pentru mai mult de 1800 de persoane, are date detaliate. Cea mai productivă hidra de până acum a dat viață a 341 de moștenitori. Dar există și acelea în care generația este formată din doar 10 sau 20 de indivizi noi.

Prin experimentul lor pe termen lung, oamenii de știință își propun să determine mortalitatea naturală a animalelor pe o perioadă lungă de timp. Pe baza numărului de indivizi care mor în fiecare an, aceștia calculează probabilitatea decesului la fiecare vârstă. Acesta este un factor care i-a interesat pe demografi din timpuri imemoriale. La om, probabilitatea morții se schimbă constant. În majoritatea cazurilor, crește. Astfel, demografii numesc schimbarea probabilității de îmbătrânire a morții.

În acest sens, oamenii de știință care lucrează în domeniul biodemografiei evolutive sub conducerea lui James Waupel au analizat probabilitatea morții la animale în general de mulți ani. Pentru biologii ca Shaible, „o lume cu totul nouă în care încă nu am trebuit să mă scufund”, după cum spune el. În principiu, oamenii de știință privesc îmbătrânirea mai degrabă din punct de vedere psihologic și la nivelul celulelor și moleculelor: puterea musculară și metabolismul slăbesc în timp, materialul ereditar suferă modificări etc.

Cu toate acestea, Shaible admite că hidro-experimentul a arătat că diferite tipuri de organisme îmbătrânesc și mor destul de diferit unul de celălalt. Deci, echipa din Rostock păstrează o carte detaliată timp de 9 ani despre momentul în care polipii se nasc și când mor. Între timp, au stabilit deja: „Hidra are un risc constant de moarte, nu îmbătrânește, deoarece odată cu vârsta, mortalitatea sa rămâne constantă”.

Acest lucru înseamnă că, indiferent dacă o persoană are doar 1 an sau deja 9, riscul de deces este același.

În plus, mortalitatea este surprinzător de scăzută, mai ales când vine vorba de un organism viu atât de mic. Doar 1 din 220 de persoane mor în fiecare an. Toți ceilalți continuă să trăiască. Prin urmare, polipul are o speranță de viață de câteva sute de ani - adică. nu este nemuritor, dar aproape. „Din punctul de vedere al dimensiunii reduse și fragilității acestui organism, s-ar putea spune că chiar și 10 ani sunt o eternitate pentru el”, explică Shaible.

„În comunitatea științifică, rezultatele noastre au fost ridiculizate la început.” Experimentul a fost prea simplu. Dar opiniile critice se estompează treptat - datele sunt prea simple. Acestea susțin teza conform căreia procesele de îmbătrânire sunt extrem de plastice și sunt influențate atât de gene, cât și de condițiile de mediu.

Diversitate în procesele de îmbătrânire

Organismele vii îmbătrânesc diferit - rezultat care contrazice teoria general acceptată conform căreia după pubertate, mortalitatea crește în timp ce fertilitatea scade. Datele privind probabilitatea de deces și capacitatea de reproducere a 46 de specii furnizate de James Waupel și colegii de la Institutul Max Planck din Rostock și Centrul Max Planck pentru Biodemografie pentru Îmbătrânire din Odense, Danemarca, dezvăluie diversitatea asociată îmbătrânirii în natură.

La primate precum babuini și cimpanzei, probabilitatea morții urmează cursul clasic și seamănă cu cea a oamenilor. La alte specii, cum ar fi gorgonia coralului care schimbă culoarea, stejarul sau broasca țestoasă din California, riscul de deces continuă să scadă, chiar și la o vârstă înaintată - probabil pentru că organismele sunt din ce în ce mai mari și mai capabile să reziste atacurilor inamicilor și condiții.în mijloc. La multe specii de păsări, riscul de deces crește inițial și apoi rămâne neschimbat. Mortalitatea constantă și extrem de scăzută a hidrei este încă singura de acest fel din regnul animal.

„Cu toate acestea, procesul de îmbătrânire variază și în cadrul aceleiași specii sau al aceluiași grup de animale”, explică Shaible. Biologii japonezi au studiat, de exemplu, specia Hydra oligactis. La o temperatură de 18 ° C, organismele produc neobosit muguri și nu îmbătrânesc. Cu toate acestea, la 14 ° C, specia începe să se reproducă sexual. Aceasta înseamnă că indivizii produc numai ovule și spermă și mor după 5 luni. În acest caz, probabilitatea morții crește în timp - ca și la oameni. La alte tipuri de hidra, mortalitatea nu a crescut în timpul aceluiași experiment. Adică reproducerea sexuală nu scurtează durata de viață a hidrei în ansamblu.

Dacă mortalitatea diferită este pur și simplu o adaptare la temperaturile ambiante scăzute sau este un efect real al îmbătrânirii, oamenii de știință încă nu știu. Cu toate acestea, ideea anterioară că mutațiile și alte influențe dăunătoare se acumulează în celulele corpului de-a lungul anilor, în urma cărora este forțat să moară, nu este evident adevărată.

Datorită proprietăților sale regenerative excepționale în condiții de laborator de lux, hidra este protejată de o astfel de soartă. După tăierea unui polip de apă dulce în două jumătăți în 2 până la 3 zile, cresc doi indivizi complet noi. Chiar și atunci când individul este tăiat în 5 părți și rămân doar 500 de celule, el se poate regenera rapid și precis.

Această capacitate de autoreparare se datorează celulelor stem, care în cazul hidrei sunt mai mult decât celulele cu funcții speciale în organism. Aceste celule stem se împart de-a lungul vieții hidrei și dau naștere la toate noile celule necesare formării sau regenerării corpului sau a părților acestuia. Astfel, corpul hidrei este reînnoit în mod constant, astfel încât, în ciuda reproducerii sale constante, poate „îmbătrâni” fără a slăbi.

Prin înmugurire, hidra formează în mod constant noi moștenitori cu material genetic identic. Numărul mare de indivizi identici genetic limitează probabilitatea ștergerii materialului ereditar al fiecărui individ din cauza condițiilor de mediu ostile. „Evident, hidra noastră nu plătește nimic pentru viața sa extinsă, iar reproducerea asexuată este, de asemenea, sursa sa de tinerețe”, spune Shaible.

Este posibil ca așa-numita nemurire din laborator să fie, de asemenea, doar un produs secundar al adaptărilor care ajută animalele să supraviețuiască în sălbăticie.

Producția continuă de descendenți identici genetic, de exemplu, asigură supraviețuirea materialului ereditar chiar și la o mortalitate naturală ridicată. În plus, capacitatea sa regenerativă excepțională mărește rata de supraviețuire a polipilor atunci când sunt mușcați de dușmani, cum ar fi melcii.

Reînnoirea celulelor stem

În paralel cu experimentul de lungă durată, oamenii de știință Rostock au lansat mai multe studii mai scurte pentru a afla de ce cei aleși nu îmbătrânesc. Pentru a face acest lucru, expun polipii la un stres ușor - inițial îi hrănesc normal, dar apoi îi lasă la post pentru 60 de zile și apoi încep să-i hrănească din nou cu crabi. Rezultatul: Animalele se reproduc și mai eficient. Au acumulat energie vitală și o folosesc mai semnificativ, ceea ce este probabil să le prelungească viața.
Într-un alt experiment, oamenii de știință au iradiat polipii cu lumină ultravioletă dăunătoare sau i-au expus la peroxid de hidrogen agresiv. Ambele efecte afectează semnificativ animalele, 30% murind imediat. Unele sunt deformate, formează mai multe capete sau tentaculele lor sunt rupte. Cu toate acestea, majoritatea reușesc să-și revină și să revină la aspectul lor original. Cu acest experiment, oamenii de știință își propun să înțeleagă ce se întâmplă cu daunele atunci când polipii se regenerează.

„Se pare că hidra poate distinge între o celulă stem neafectată și o celulă deteriorată. Și astfel reacționează diferit la daune ", explică Shaible. Când celulele deteriorate sunt puține la număr, acestea sunt redirecționate către formarea picioarelor și tentaculelor, unde se specializează și datorită duratei scurte de viață a celulelor diferențiate din corp, mai devreme sau mai târziu mor.

Cu toate acestea, atunci când corpul este populat cu prea multe celule abuzate, două tipuri diferite de strategii apar pe ordinea de zi: Într-un caz, corpul devine egoist și împinge celulele deteriorate care se adună în muguri, iar noi hidre cresc din ele. „În acest fel, polipii scapă de celulele dăunătoare și, cu toate probabilitățile, își prelungesc propria viață”, explică Shaible. Alte organisme se sacrifică prin efectuarea unui act altruist: colectează celule sănătoase în muguri, care dau viață noilor moștenitori, iar organismul deteriorat în sine moare.

Prin alte experimente, oamenii de știință își propun să afle ce molecule sunt responsabile pentru viața lungă a organismelor pe care le protejează. S-au concentrat pe proteina FOXO. Acesta este numele dat factorului de transcripție care reglează activitatea unui număr mare de gene - „un fel de comutator principal pentru reînnoirea celulelor și prelungirea vieții”, explică Shaible. Prin aplicarea unor substanțe speciale, oamenii de știință pot face schimbări în procesele de îmbătrânire a hidratului și, cu toate probabilitățile, pot modifica activitatea FOXO și ca urmare a altor gene. În acest fel, mortalitatea organismelor poate fi crescută.
Pentru Shaible și colegii săi, durata de viață extremă a hidrei și faptul că nu îmbătrânește prezintă un interes deosebit. "Dacă am fi găsit genele îmbătrânirii într-un astfel de organism fără vârstă, ar fi fost remarcabil".

Probabilitatea decesului în hidraul polip de apă dulce rămâne constantă pe tot parcursul vieții sale - spre deosebire de persoanele la care riscul de deces crește odată cu vârsta.

Celulele stem, care își păstrează activitatea pe tot parcursul vieții hidrei, îi conferă capacitatea de a înlocui celulele vechi din corp cu altele noi. În acest fel, organismul scapă de efectele nocive acumulate asupra celulelor în timp.

Glosar:
Hidra:
Genul Hydra aparține tipului Meshesti, care include meduze. Biologii cunosc aproximativ 20 de specii de hidra. Locuiesc în lacuri și baraje, precum și în secțiuni de râu cu apă care curge lent. Corpul este format dintr-un picior, care se atașează la fund, și un cap cu 5 până la 8 tentacule. Tentaculele folosesc hidra pentru a-și prinde prada. Pe ele se află knidocite (nematocite), care la atingere eliberează capsule care conțin substanțe otrăvitoare.