Stiamo invecchiando per un motivo, ma come risultato di uno speciale programma biologico. Ma nel mondo c'è una talpa nuda africana, un animale simile a un topo incapace di invecchiare.
Gli scienziati hanno capito perché le persone invecchiano, ma gli escavatori no.
Ecco cosa ne scrive Jared Sluyter:
La vita di un individuo separato, un individuo separato di una specie biologica, è una cosa molto preziosa, ma ci sono cose che sono ancora più importanti. Vale a dire, la vista stessa. Cioè, infatti, l'insieme completo di geni (questo è chiamato genoma) che è contenuto in ogni individuo di questa specie e, di fatto, determina di cosa si tratta.
È più corretto considerare qualsiasi creatura vivente semplicemente come un ricettacolo temporaneo per i geni che hanno ricevuto dai loro genitori e trasmettono ai loro figli. Per la prima volta, in una forma esplicita, un'idea del genere è stata formulata, probabilmente, da Richard Dawkins nel suo famoso libro "The Selfish Gene".
Di regola, gli interessi del genoma e del suo vettore temporaneo (creatura vivente) coincidono. Ma a volte no. E poi diventa immediatamente chiaro chi è il capo, ovviamente il genoma.
Se il genoma di una specie è in pericolo o la specie ha solo bisogno di svilupparsi, il portatore può essere sacrificato in modo sicuro - le generazioni successive "daranno alla luce del nuovo".
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Di conseguenza, sono sicuro che i genomi della maggior parte (se non di tutti) gli esseri viventi contengono speciali programmi dannosi. Da cui le creature stesse non hanno nulla di buono, ma che sono necessarie per lo sviluppo della specie. Prima di tutto, programmi di morte che assicurano il cambiamento delle generazioni e, di conseguenza, l'evoluzione. E a volte sono disposti in modo "veloce" - ad esempio, in piante annuali che muoiono, uccise dai loro stessi semi dopo la maturazione, e talvolta - in modo "lento". E il più cattivo programma di suicidio lento è il programma di invecchiamento. Il che fa sì che molte specie, inclusi te e me, "si deteriorino" con l'età e, infine, muoiano.
Il fatto che stiamo invecchiando per un motivo, ma come risultato dell'attività di uno speciale programma biologico, non è una cosa ovvia e richiede una prova. Ho provato a costruirlo "per contraddizione", mostrandoti un esempio di un animale che ha spento da solo il programma di invecchiamento. Perché non ha più bisogno di accelerare così tanto la propria evoluzione - è già bravo! Questo, come te e me, è un mammifero, un parente abbastanza stretto di un normale topo: un roditore africano, una talpa nuda! Se un topo vive per 2-3 anni, riesce a diventare completamente vecchio durante questo periodo e muore di vecchiaia, allora un topo talpa vive per più di 30 anni e se a volte mostra alcuni segni di invecchiamento, di solito non sono fatali. La maggior parte dei biologi concorda sul fatto che la talpa nuda sia un animale senza età (beh,o più scientificamente, un animale con un invecchiamento trascurabile).
E ora, nella nostra serie, è arrivato il momento di rispondere alla principale "domanda sugli scavatori": come ha fatto? Come ha fatto a spegnere il suo invecchiamento ??!
Un paio di anni fa non avrei avuto niente da dire su questo argomento. Ma nel 2017, in una delle riviste scientifiche più prestigiose al mondo, Physiological Reviews, siamo riusciti a pubblicare un lavoro teorico che spiega il fenomeno del non invecchiamento del topo talpa nudo. Alla fine del 2017 è stata rilasciata una versione russa.
Tutto è iniziato, come sempre, con i mitocondri. Queste sono centrali così piccole che sono in ogni cellula e con cui respiriamo. Spero che ci sarà un episodio separato della nostra serie su di loro. Lo studio dei mitocondri è la specialità principale dell'accademico Vladimir Petrovich Skulachev. In realtà, nel suo laboratorio alla fine degli anni '60 si è scoperto come funzionano. Negli ultimi 20 anni, l'accademico, oltre ai mitocondri, si è interessato ai problemi dell'invecchiamento e, naturalmente, ha compiuto sforzi titanici per condurre un esperimento con i mitocondri della talpa nuda. Dovrei notare che i mitocondri sono fortemente associati con l'invecchiamento, ma ne parleremo nella prossima serie.
La ricerca sui mitocondri della talpa nuda è stata coronata dal successo. Presso l'istituto dello zoo di Berlino, sono stati condotti esperimenti su ratti talpa e un dipendente di Vladimir Skulachev, il famoso biologo Mikhail Vysokikh, che era arrivato appositamente da Mosca per questo, è riuscito a ottenere un campione del tessuto di una talpa e misurare vari parametri dei mitocondri in questo tessuto. Non c'era niente di particolarmente interessante in loro, ad eccezione di una curva leggermente strana che mostrava il tasso di assorbimento di ossigeno da parte dei mitocondri (respirano anche) in determinate condizioni.
Tornando a Mosca, Mikhail ha mostrato questa curva al leader, al quale ha anche ricordato qualcosa, ma cosa esattamente - non potevano ricordare. Quindi i biologi si sono scervellati fino a quando hanno mostrato il grafico a un altro collega, capo del laboratorio di bioenergia cellulare Boris Chernyak, noto per non dimenticare mai nulla (beh, almeno se è collegato ai mitocondri, alla respirazione e alle cellule viventi). Guardò e immediatamente disse: esattamente la stessa curva può essere ottenuta registrando la respirazione dei mitocondri dei cuccioli di ratto appena nati!
E qui Vladimir Petrovich ha avuto un'idea. Catturandolo così tanto che ha fatto le valigie ed è andato a Berlino per guardare personalmente il topo talpa nudo.
Cosa ha trovato? Che lui (il topo talpa) è nudo. E sai a chi assomiglia per questo?
Guarda la foto di una talpa nuda. E nelle vicinanze - per niente scavatori. Questi sono ratti appena nati. Vedi quanto sono simili? In pochi giorni i cuccioli cresceranno, si vestiranno di pelliccia e si trasformeranno in normali topi. E gli scavatori no. Rimarrà tale per tutta la vita e rimarrà, per così dire, un neonato.
Ulteriori indagini hanno mostrato che i ratti talpa hanno più di 40 segni di tale "neonato" o "infantilismo" rispetto ai ratti. Ecco qui alcuni di loro:
- Peso contenuto rispetto ad altre specie della famiglia.
- Mancanza di capelli (i roditori ce l'hanno sempre).
- Mancanza di padiglioni auricolari.
- Capacità limitata di mantenere una temperatura corporea costante (come nei mammiferi neonati).
- Elevate capacità cognitive (curiosità).
- Bassa suscettibilità al dolore.
- La capacità dei neuroni di rigenerarsi e aumentare la durata della vita dei neuroni.
- Nessun calo con l'età del livello del fattore di crescita insulino-simile 2 (IGF2).
- Nessuna diminuzione con l'età dei livelli di superossido dismutasi 1 e 2, così come catalasi.
- E anche qualche dozzina di segni esterni, fisiologici e biochimici.
Cioè, si scopre che il topo talpa ha interrotto il programma del suo sviluppo individuale nella fase di un roditore neonato. Un fenomeno simile è stato descritto in precedenza, ad esempio, per gli anfibi e si chiama neotenia. Per ragioni di correttezza, va detto che Vladimir Skulachev non è stato il primo a richiamare l'attenzione sul fatto che la talpa è un animale neotenico. Prima di lui, questo è stato notato da Richard Alexander nel 1991 e da altri scienziati. Ma non collegarono affatto questo fenomeno alla longevità (Alexander semplicemente non sapeva della durata della vita di questi animali).
Bloccato nell'infanzia
L'accademico Skulachev ha formulato un'idea molto semplice: se il topo talpa si è fermato allo stadio del cucciolo, il suo programma di sviluppo individuale semplicemente non raggiunge il punto in cui è ora di iniziare a invecchiare. I bambini non invecchiano! Così otteniamo la prova più importante: l'invecchiamento fa parte del programma per lo sviluppo e la vita del corpo. Lo stesso di nascita, crescita, maturazione. E se l'intero programma viene interrotto, anche l'invecchiamento!
Questo è quello che è successo agli scavatori. Se ciò accadesse ad una specie ordinaria, scomparirebbe molto presto, perché in assenza di invecchiamento la sua evoluzione rallenterebbe notevolmente. E lo scavatore ha salvato la sua eusocialità. La vita nella "modalità formicaio" si è rivelata molto più stabile che poteva permettersi di disattivare l'invecchiamento come strumento evolutivo.
E sembra che nell'evoluzione della specie di creature biologiche più interessante per noi - l'Homo sapiens - sia iniziata esattamente la stessa storia che è successa con la talpa nuda. Hai mai notato che le persone somigliano di più a … scimmiette?
È possibile prolungare la vita e rimanere giovani a lungo? Tutto è reale, dicono gli scienziati, perché in cinquecento anni l'aspettativa di vita delle persone è quasi triplicata. Tuttavia, perché stiamo invecchiando?
Cos'è l'invecchiamento?
L'invecchiamento è solitamente chiamato il processo biologico di diminuzione graduale o arresto completo delle funzioni vitali del corpo. A causa dell'invecchiamento il corpo si adatta meno bene all'ambiente, diminuisce la capacità di rigenerare i tessuti, si acquisiscono malattie e disturbi metabolici.
Il risultato esterno dell'invecchiamento è cedimento muscolare, rughe e capelli grigi.
Certo, puoi fare chirurgia plastica, truccarti e avere un buon dottore, ma non puoi ingannare la tua età. Tuttavia, devi sapere: tutti invecchiano in modo diverso, e questo è il merito della persona stessa. Ci sono uomini e donne sulla cinquantina che sembrano bellissimi, e ci sono quarantenni che sembrano "ben oltre i cinquanta".
Teorie e ipotesi sull'invecchiamento
Nessuno conosce il motivo esatto per cui stiamo invecchiando, e da qui nascono ipotesi e speculazioni, più o meno supportate da dati scientifici. Ognuno di loro ha sostenitori, ma, molto probabilmente, le vere ragioni saranno nella fusione delle teorie.
Prima di tutto, il corpo sta invecchiando a causa del fatto che ogni cellula del corpo ha il proprio programma - come e quante volte condividerlo, sostituendo i "vecchi" con "nuove reclute". In ciascuna delle celle, in media, queste sostituzioni avvengono circa settanta volte.
La rapidità con cui queste settanta volte si verificheranno in ciascuna delle cellule dipende dal corpo e dal metabolismo, dal tuo atteggiamento nei confronti del tuo corpo. Se non controlli la tua salute, non mangi bene e sei esposto a fattori ambientali dannosi, le cellule del corpo devono rinnovarsi più spesso, le loro risorse si esauriscono più velocemente.
Ad esempio, la pelle invecchia molto più velocemente a causa di scottature frequenti e intense, quando acquisisce una tonalità cioccolato, e soprattutto quando viene bruciata dal sole bruscamente e con ustioni.
Un altro motivo di invecchiamento è considerato il lancio di un programma di autodistruzione delle cellule a causa del loro danno attivo da fattori ambientali e disturbi interni. Una cellula danneggiata è potenzialmente pericolosa per il corpo per degenerazione in un tumore, quindi, i minimi difetti nelle cellule sono un inizio per avviare un "sistema di pulizia", e talvolta questo viene effettuato con misure molto drastiche, con la cattura di tutte le cellule vicine e la morte di intere aree nei tessuti o negli organi.
Secondo questo principio, il danno al fegato si verifica con una libagione eccessiva, danni ai bronchi e ai polmoni quando si fuma, danni ai vasi sanguigni nell'aterosclerosi. Un principio simile di morte cellulare funziona durante attacchi di cuore o ictus: questa è la morte delle cellule non vitali.
Potrebbero essere i geni?
La teoria genetica dell'invecchiamento sta guadagnando popolarità nel mondo scientifico di oggi, spiegherebbe molto: sia il lancio di un certo numero di divisioni, sia la morte delle cellule se danneggiate, e persino un cambiamento nel metabolismo con l'età.
Se possiamo isolare il gene dell'invecchiamento, ora che possiamo combinare e modificare i geni, possiamo annullare la vecchiaia. È vero, l'abolizione della morte rischia di sovrappopolare il pianeta e la sua distruzione in pochi anni. Ma nessuno vuole morire!
Perché stiamo invecchiando?
Fino a quando i geni non saranno trovati, ci proponiamo di considerare le ragioni che lo avvicinano maggiormente. La maggior parte di loro sono creati da noi stessi.
Guarda attentamente la tua vita - questa è una serie di stress con un sovraffaticamento del sistema nervoso, problemi a casa e al lavoro, bambini con lezioni e contusioni, ginocchia rotte - tutto questo si aggiunge ai nostri capelli grigi. Lo stress mina l'immunità e la salute, interrompe il sonno e la mancanza cronica di sonno riduce significativamente l'aspettativa di vita. Pertanto, se vuoi vivere a lungo, impara a riposare e rilassarti adeguatamente.
Altre cause dell'invecchiamento precoce sono la diminuzione dell'attività fisica e i chili in più. Depositano grasso nella regione del cuore e dei vasi sanguigni, i reni e l'intestino galleggiano di grasso: questo aumenterà la tua salute e lunghi anni? Probabilmente è tempo di riconsiderare le proprie abitudini alimentari, mangiare meno, mettersi a dieta, camminare più spesso e fare sport.
Le dipendenze che accorciano la nostra già breve vita sono anche sigarette e alcol, anche deboli. Si ritiene che da una sigaretta la vita diventi più breve di otto minuti. Calcola quanto tempo della tua vita hai già messo nel fumo? E bere più di un bicchiere di vino secco al giorno è meno 24 ore della tua vita e meno mille cellule del fegato, vale il dubbio piacere della tua salute?
Un altro "killer" del tuo corpo è … lo zucchero, questa dolce polvere cristallina è dannosa come le sigarette. Dopo tutto, lo consumiamo molto più di quanto sia fisiologicamente richiesto. Tuttavia, non dovresti sostituirlo con dolcificanti: sono ancora più dannosi.
Naturalmente anche la radiazione solare, i raggi ultravioletti, l'aria inquinata, i metalli pesanti in essa contenuti e l'acqua influiscono, tuttavia, tutta questa influenza è trascurabile rispetto ai nostri "esperimenti" sul corpo. Devi pensarci: la maggior parte delle cause dell'invecchiamento dipendono principalmente da noi.
Occasionalmente ci sono persone a cui non si applicano le leggi e i regolamenti ordinari: possono fare a meno del sonno, non contrarre infezioni pericolose durante le epidemie più terribili. Tuttavia, non esiste persona che non sia soggetta all'invecchiamento. Tutti gli esseri viventi invecchiano, vengono distrutti e muoiono. E anche la natura inanimata: edifici, pietre, ponti e strade - anche gradualmente decadono e cadono in rovina. Ovviamente, l'invecchiamento è un certo processo obbligatorio, comune per la natura vivente e inanimata.
Nel 1865, il fisico tedesco R. Clausis fece luce per la prima volta sulle cause alla base di questo fenomeno. Ha postulato che tutti i processi in natura procedano in modo asimmetrico, unidirezionale. La distruzione avviene da sola e la creazione richiede il dispendio di energia. A causa di ciò, l'entropia è in costante crescita nel mondo: il deprezzamento energetico e il caos aumentano. Questa legge fondamentale della scienza naturale è anche chiamata la seconda legge della termodinamica. Secondo lui, per la creazione e l'esistenza di qualsiasi struttura, è necessario un afflusso di energia dall'esterno, poiché l'energia stessa tende a dissiparsi nello spazio (questo processo è più probabile della creazione di strutture ordinate). Gli organismi viventi appartengono a sistemi termodinamici aperti: le piante assorbono l'energia solare e la convertono in composti organici e inorganici,gli organismi animali decompongono questi composti e quindi si forniscono energia. Allo stesso tempo, gli esseri viventi sono in equilibrio termodinamico con l'ambiente, cedono o dissipano gradualmente energia, fornendo entropia allo spazio del mondo.
Si è scoperto, tuttavia, che l'esistenza degli organismi viventi non è completamente esaurita dalla seconda legge della termodinamica. I modelli del loro sviluppo sono spiegati dalla terza legge della termodinamica, convalidata dall'eccezionale scienziato belga I. Prigozhin, originario della Russia: l'eccesso di energia libera assorbita da un sistema aperto può portare all'auto-complicazione del sistema. C'è un certo livello di complessità, al di sotto del quale il sistema non può riprodurre il proprio genere.
Gli organismi viventi, in un certo senso, resistono alla crescita dell'entropia e del caos nell'Universo, formando strutture sempre più complesse e accumulando informazioni. Questo processo è l'opposto del processo di invecchiamento. Una tale lotta con l'entropia è possibile, apparentemente, a causa dell'esistenza di un programma genetico senza tempo, che viene ripetutamente riscritto e trasmesso alle generazioni future. Un organismo vivente può essere paragonato a un libro che viene costantemente ristampato. La carta su cui è scritto il libro può consumarsi e deteriorarsi, ma il suo contenuto è eterno.
Batteri immortali
Quando abbiamo parlato del fatto che tutti gli esseri viventi sono soggetti all'invecchiamento, abbiamo fatto un'inesattezza: ci sono situazioni a cui questa regola non si applica. Ad esempio, cosa succede quando una cellula vivente o un batterio si divide a metà durante la riproduzione? Dà origine ad altre due celle, che a loro volta si dividono di nuovo, e così via all'infinito. La cellula che ha dato origine a tutto il resto non ha avuto il tempo di invecchiare, anzi, è rimasta immortale. La questione dell'invecchiamento negli organismi unicellulari e nelle cellule in continua divisione, come le cellule riproduttive o tumorali, rimane aperta. A. Weisman alla fine del diciannovesimo secolo creò una teoria che postulava l'immortalità dei batteri e l'assenza di invecchiamento in essi. molti studiosi oggi sono d'accordo con esso, mentre altri lo mettono in dubbio. Ci sono prove sufficienti per entrambi.
E gli organismi multicellulari? Dopotutto, la maggior parte delle loro cellule non può dividersi costantemente, devono svolgere altri compiti: fornire movimento, nutrizione, regolazione dei processi interni. Questa contraddizione tra la necessità di specializzazione delle cellule e la conservazione della loro immortalità è stata risolta dalla natura dividendo le cellule in due tipi. Le cellule somatiche supportano i processi vitali nel corpo e le cellule germinali si dividono, garantendo la continuazione del genere. Le cellule somatiche invecchiano e muoiono, mentre le cellule sessuali sono praticamente eterne. L'esistenza di organismi multicellulari enormi e complessi contenenti trilioni di cellule somatiche, in sostanza, è finalizzata a garantire l'immortalità delle cellule germinali.
Come avviene l'invecchiamento delle cellule somatiche? Il ricercatore americano L. Hayflick ha stabilito che esistono meccanismi che limitano il numero di divisioni: in media, ogni cellula somatica è capace di non più di 50 divisioni, poi invecchia e muore. Il graduale invecchiamento dell'intero organismo è dovuto al fatto che tutte le sue cellule somatiche hanno esaurito il numero di divisioni loro assegnate. Dopo questo, le cellule invecchiano, si rompono e muoiono.
Se le cellule somatiche violano questa legge, si dividono continuamente, riproducendo le loro nuove copie molte volte. Questo non porta a nulla di buono - dopotutto, è così che appare un tumore nel corpo. Le cellule diventano "immortali", ma questa immortalità immaginaria viene infine acquistata a costo della morte dell'intero organismo.
Dal topo all'elefante
Il problema dell'invecchiamento è direttamente correlato al problema della diversa aspettativa di vita nei diversi organismi. Il fisiologo tedesco M. Rubner nel 1908 fu il primo ad attirare l'attenzione degli scienziati sul fatto che i grandi mammiferi vivono più a lungo di quelli piccoli. Ad esempio, un topo vive 3,5 anni, un cane - 20 anni, un cavallo - 46, un elefante - 70. Rubner ha spiegato questo da diversi tassi metabolici.
Il consumo totale di energia in diversi mammiferi durante la vita è approssimativamente lo stesso: 200 kcal per 1 grammo di massa. Secondo Rubner, ogni specie è in grado di elaborare solo una certa quantità di energia: dopo averla esaurita, muore. Il tasso metabolico e il consumo totale di ossigeno dipendono dalle dimensioni dell'animale e dalla superficie del corpo. La massa aumenta in proporzione alle dimensioni lineari del corpo, preso in un cubo, e l'area, in un quadrato. Un elefante ha bisogno di molta meno energia per mantenere la sua temperatura corporea rispetto a un numero uguale di topi in peso: la superficie corporea totale di tutti questi topi sarà significativamente più grande di quella di un elefante. Pertanto, un elefante può "permettersi" un tasso metabolico molto più basso di un topo. Questo elevato dispendio energetico nel topo porta al fatto che esaurisce le riserve energetiche assegnategli più velocemente,di un elefante e la sua durata è molto più breve.
Quindi, esiste una relazione inversa tra il tasso metabolico dell'animale e la durata della sua vita. Il basso peso corporeo e l'elevato metabolismo si traducono in una breve durata della vita. Questo modello è stato chiamato la regola dell'energia superficiale di Rubner.
Nonostante la convincente semplicità della regola scoperta da Rubner, molti scienziati non erano d'accordo con lui. Dubitavano che la regola spiegasse le ragioni dell'invecchiamento di tutti gli organismi viventi - ci sono molte eccezioni. Ad esempio, una persona non obbedisce a questa legge: il suo dispendio energetico totale è molto alto e la sua aspettativa di vita è quattro volte più lunga di quanto dovrebbe essere con un tale scambio. Qual è la ragione di ciò? Il motivo è diventato chiaro solo di recente.
L'ossigeno deve essere maneggiato con cura
C'è un altro fattore che determina la durata della vita: questa è la pressione parziale dell'ossigeno. La concentrazione di ossigeno nell'aria è del 20,8 percento. Una diminuzione o un aumento di questa cifra è possibile solo entro limiti ristretti, altrimenti gli organismi viventi muoiono. È noto che la mancanza di ossigeno è fatale per i vivi. Ma pochi sono consapevoli del pericolo del suo eccesso. L'ossigeno puro uccide gli animali da laboratorio entro pochi giorni e, a una pressione di 2-5 atmosfere, questo periodo si riduce a ore e minuti. Quindi questo gas non è solo necessario per la vita, può anche essere un terribile veleno universale che uccide tutti gli esseri viventi. Molti scienziati ritengono che l'atmosfera terrestre nel primo periodo del suo sviluppo non contenga ossigeno, ed è stata questa circostanza che ha contribuito all'emergere della vita sul nostro pianeta. Secondo stime approssimative di esperti,L'atmosfera ricca di ossigeno della Terra si è formata circa 1,4 miliardi di anni fa come risultato dell'attività vitale di organismi primitivi capaci di fotosintesi. Hanno assorbito l'energia solare e l'anidride carbonica e hanno rilasciato ossigeno. La loro esistenza ha creato le condizioni preliminari per l'emergere di altri tipi di organismi viventi, quelli che consumano ossigeno per respirare. Tuttavia, le creature viventi dovevano fare attenzione a neutralizzare la tossicità di questa sostanza.per neutralizzare la tossicità di questa sostanza.per neutralizzare la tossicità di questa sostanza.
La stessa molecola di ossigeno e il prodotto della sua completa riduzione con l'idrogeno - l'acqua - non sono tossici. Tuttavia, la riduzione dell'ossigeno procede in modo tale che in quasi tutte le fasi del processo si formino prodotti che danneggiano le cellule: radicale anionico superossido, perossido di idrogeno e radicale idrossile. Sono chiamate specie reattive dell'ossigeno. Organismi che utilizzano l'ossigeno per la respirazione, utilizzando enzimi e catalizzatori proteici, prevengono la produzione di queste sostanze o riducono i loro effetti nocivi sulle cellule.
I biochimici americani J. McCord e I. Fridovich nel 1969 scoprirono che il ruolo principale in questa protezione è svolto dall'enzima superossido dismutasi. Questo enzima converte i radicali anionici superossido in perossido di idrogeno più innocuo e ossigeno molecolare. Il perossido di idrogeno viene immediatamente distrutto da altri enzimi: catalasi e perossidasi.
La scoperta del meccanismo di neutralizzazione delle specie reattive dell'ossigeno ha fornito ad altri ricercatori una chiave per comprendere i problemi di radiobiologia, oncologia, immunologia e gerontologia. Il ricercatore inglese D. Harman ha avanzato la cosiddetta teoria dell'invecchiamento dei radicali liberi. Ha suggerito che i cambiamenti legati all'età nelle cellule sono dovuti all'accumulo di danni causati dai radicali liberi - frammenti di molecole che hanno un elettrone spaiato e quindi hanno una maggiore attività chimica. Tali radicali liberi possono formarsi nelle cellule sotto l'influenza di radiazioni, determinate reazioni chimiche e sbalzi di temperatura. Ma la principale fonte di radicali liberi nel corpo è la riduzione della molecola di ossigeno. Pertanto, possiamo dire che l'invecchiamento in generale è una conseguenza dell'effetto distruttivo e tossico dell'ossigeno sul corpo,che aumenta gradualmente con l'età.
Biochimica dell'invecchiamento
Dopo che è diventato chiaro che il superossido dismutasi svolge il ruolo di un "enzima antietà" nella cellula, i ricercatori si sono chiesti se l'attività di questo enzima sia la causa principale dei cambiamenti legati all'età e delle differenze nella durata della vita? Ci si aspettava che con l'età l'attività enzimatica diminuisse e l'effetto distruttivo dell'ossigeno aumentasse. Si è scoperto, tuttavia, che l'attività della superossido dismutasi nella maggior parte dei casi cambia molto poco con l'età.
L'accumulo di cambiamenti legati all'età nelle cellule dipende dal rapporto tra due processi: la formazione di radicali liberi e la loro neutralizzazione. Le "fabbriche" di radicali liberi sono piccoli corpi allungati all'interno della cellula: i mitocondri, le sue stazioni energetiche. D. Harman ha chiamato queste strutture l'orologio molecolare della cellula: più velocemente avviene la produzione di radicali, più velocemente girano le lancette dell'orologio e meno tempo ha la cellula di vivere. Nelle specie con una vita breve, i mitocondri lavorano in modo molto attivo, si formano più radicali e il danno alle strutture cellulari si accumula più velocemente, portando al suo invecchiamento precoce. Ad esempio, in una mosca domestica, i mitocondri producono radicali 24 volte più intensamente rispetto a una mucca. I ricercatori hanno condotto l'esperimento:le mosche domestiche sono state tenute in un'atmosfera di ossigeno puro (questo accelera notevolmente l'invecchiamento) e hanno osservato cosa succede ai mitocondri. Il sistema di protezione contro le specie reattive dell'ossigeno funziona in modo abbastanza affidabile, ma i singoli radicali, che non hanno avuto il tempo di interagire con gli enzimi antiossidanti, lo attraversano costantemente. La ragione di questo problema è apparentemente la seconda legge della termodinamica, che esclude l'efficienza al cento per cento dei processi energetici. Una volta formati nella cellula, i radicali danneggiano le sue strutture interne, così come le membrane dei mitocondri stessi, il che aumenta le perdite. Di conseguenza, ci sono sempre più specie reattive dell'ossigeno e distruggono gradualmente la cellula. Ciò che chiamiamo invecchiamento sta accadendo. Il sistema di protezione contro le specie reattive dell'ossigeno funziona in modo abbastanza affidabile, ma i singoli radicali, che non hanno avuto il tempo di interagire con gli enzimi antiossidanti, lo attraversano costantemente. La ragione di questo problema è apparentemente la seconda legge della termodinamica, che esclude l'efficienza al cento per cento dei processi energetici. Una volta formati nella cellula, i radicali danneggiano le sue strutture interne, così come le membrane dei mitocondri stessi, il che aumenta le perdite. Di conseguenza, ci sono sempre più specie reattive dell'ossigeno e distruggono gradualmente la cellula. Ciò che chiamiamo invecchiamento sta accadendo. Il sistema di protezione contro le specie reattive dell'ossigeno funziona in modo abbastanza affidabile, ma i singoli radicali, che non hanno avuto il tempo di interagire con gli enzimi antiossidanti, lo attraversano costantemente. La ragione di questo problema è apparentemente la seconda legge della termodinamica, che esclude l'efficienza al cento per cento dei processi energetici. Una volta formati nella cellula, i radicali danneggiano le sue strutture interne, così come le membrane dei mitocondri stessi, il che aumenta le perdite. Di conseguenza, ci sono sempre più specie reattive dell'ossigeno e distruggono gradualmente la cellula. Ciò che chiamiamo invecchiamento sta accadendo.la seconda legge della termodinamica, che esclude l'efficienza al cento per cento dei processi energetici. Una volta formati nella cellula, i radicali danneggiano le sue strutture interne, così come le membrane dei mitocondri stessi, il che aumenta le perdite. Di conseguenza, ci sono sempre più specie reattive dell'ossigeno e distruggono gradualmente la cellula. Ciò che chiamiamo invecchiamento sta accadendo.la seconda legge della termodinamica, che esclude l'efficienza al cento per cento dei processi energetici. Una volta formati nella cellula, i radicali danneggiano le sue strutture interne, così come le membrane dei mitocondri stessi, il che aumenta le perdite. Di conseguenza, ci sono sempre più specie reattive dell'ossigeno e distruggono gradualmente la cellula. Ciò che chiamiamo invecchiamento sta accadendo.
Il tasso di "consegna" dei radicali nella cellula aumenta anche in vari organi dei mammiferi con l'invecchiamento dell'organismo. La quantità di radicali liberi formati nella cellula, a quanto pare, maggiore, maggiore è il livello di consumo di ossigeno o l'intensità del metabolismo. Il gerontologo americano R. Cutler ei suoi collaboratori hanno dimostrato che la durata della vita degli animali e degli esseri umani è determinata dal rapporto tra l'attività della superossido dismutasi e il tasso metabolico. È diventato chiaro perché in alcune specie con un alto livello di dispendio energetico, inclusi gli esseri umani, la durata della vita non rientra nella regola energetica della superficie di Rubner. L'alto livello di attività della superossido dismutasi protegge dall'invecchiamento precoce gli esseri umani e gli animali con un metabolismo intensivo.
Risposte alle domande
La nuova teoria dell'invecchiamento ha permesso di trovare una spiegazione ad alcuni fatti ben noti ai gerontologi, ma rimasti incomprensibili. Ad esempio, perché gli animali alimentati con una dieta ipocalorica ma equilibrata vivono più a lungo di quelli nutriti a sufficienza? La risposta era ovvia: perché un'alimentazione limitata riduce l'intensità del metabolismo e, di conseguenza, rallenta l'accumulo di danni nelle cellule. Anche la dipendenza del tasso di invecchiamento dalla temperatura ambiente negli animali che non sono in grado di regolare la temperatura corporea è diventata chiara. L'alta temperatura mantiene alto il loro tasso metabolico. Quindi, il moscerino della frutta di Drosophila si schiude dalla larva a una temperatura di 10 gradi e si sviluppa in un insetto adulto, invecchia e muore entro 177 giorni e ad una temperatura di 20 gradi - entro 15 giorni. In un lombrico, quando la sua temperatura corporea sale da 15 gradi a 30 gradi, il consumo di ossigeno aumenta di 2,5 volte. Allo stesso tempo, l'attività della superossido dismutasi aumenta del 28 percento, ma la vita del verme è ancora ridotta.
L'aspettativa di vita più lunga delle donne rispetto agli uomini (in media di 10 anni) è stata associata a un tasso metabolico inferiore nella bella metà dell'umanità. Il fenomeno della longevità nelle regioni montuose è ben spiegato anche dal minor tasso metabolico nelle persone che vivono nel nulla: il contenuto di ossigeno è minore che in pianura.
Si è scoperto che le cellule all'interno dello stesso corpo umano hanno anche periodi di tempo diversi: maggiore è la superossido dismutasi nelle cellule, minore è il grado di danno cellulare da parte delle specie reattive dell'ossigeno, più a lungo vivono le cellule. Pertanto, alcune cellule del sangue, ad esempio, vivono per diverse ore, altre per diversi anni.
È stato anche possibile spiegare un fenomeno curioso che i ricercatori hanno scoperto molto tempo fa: i cambiamenti nel corpo durante l'invecchiamento naturale sono simili all'azione delle radiazioni ionizzanti. Il motivo è diventato ovvio: dopo tutto, se esposta alle radiazioni, l'acqua si decompone con la formazione di specie reattive dell'ossigeno, che iniziano a danneggiare le cellule.
Tutto ciò ha permesso di sviluppare una strategia per la ricerca di agenti antietà. Ad esempio, è stato possibile aumentare la vita degli animali da laboratorio di una volta e mezza introducendo potenti antiossidanti nella loro dieta. Gli antiossidanti come il superossido dismutasi, che sono enzimi, dovrebbero essere particolarmente efficaci. L'introduzione della superossido dismutasi nel corpo degli animali li ha protetti dagli effetti tossici dell'ossigeno e ha aumentato la loro durata di vita. Ciò dà speranza che gli antiossidanti possano essere utilizzati nella lotta contro l'invecchiamento umano. Forse, dopo un po ', le persone anziane li assumeranno allo stesso modo delle vitamine per migliorare il loro benessere e rallentare il processo di invecchiamento.
