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“千年王八,万年龟”!Science:乌龟竟可以关闭衰老

衰老是每个人都无法避免的宿命,是一个复杂、多阶段、渐进的过程,发生在生命的整个过程。随着时间的流逝,人体的器官会逐渐衰老,一些疾病也伴随着年龄的增长,尤其是年龄相关的慢性病,例如癌症、糖尿病、心血管疾病等。但似乎并不是所有的生物都遵循同样的衰弱和退化模式,直到年老和死亡。

一项新研究发现生活在动物园的陆龟和水族馆海龟的衰老模式与人类或其他动物并不相似。它们中的大多数衰老速度较慢,甚至在某些情况下,它们的衰老程度可以忽略不计。在 52 个海龟和陆龟物种中,75% 的物种显示出极其缓慢的衰老,而 80% 的物种的衰老速度比现代人类慢。

该研究于 2022 6 24 日发表在 Science 期刊上,题为 “Slow and negligible senescence among testudines challenges evolutionary theories of senescence”

在南丹麦大学开展研究工作的生物学者 Rita da Silva 说,与普遍的衰老理论相反,我们的研究表明许多种类的海龟和陆龟已经找到了减缓甚至完全关闭衰老的方法。这意味着衰老并不是所有生物都不可避免的。

研究人员对海龟和陆龟(龟鳖目)的按年龄和性别分列的死亡率和生长模式进行了广泛研究。

他们获得了 52 个物种的饲养记录,涵盖了不同的生活史策略、体重和寿命。通过使用贝叶斯生存轨迹分析(Bayesian survival trajectory analysis),他们估计了雌性(47 种)和雄性(39 种)的成年按年龄死亡率(age-specific mortality)、剩余成年预期寿命和衰老率。

根据最佳拟合模型,当生存函数达到 0.2 时(即 80% 的成体预计死亡时),所处年龄段的衰老率的 95% 可信区间(credible intervals, CI)。一般而言,如果一种物种的衰老率 95%CI 大于 0,意味着该物种将会经历衰老;如果一种物种的衰老率 95%CI 小于 0,即为负值,意味着该物种将不会经历衰老;如果一种物种的衰老率 95%CI 0 附近,意味着该物种虽然也会经历衰老,但是这种衰老率很低,是可忽略不计的。

龟鳖目动物的衰老率分布比哺乳动物的要窄得多,这两类动物的衰老率分布之间的重叠程度很小。简而言之,龟鳖目动物的衰老率远远低于大多数哺乳动物,对某些物种来说,衰老率接近于可忽略不计。

1. 雌性和雄性海龟和陆龟的成年预期寿命和衰老率。利用贝叶斯生存轨迹分析 (BaSTA) 计算预期寿命、衰老率及其 95% CI。为了进行比较,这些作者描述了现代人类的衰老率。

图片来自 Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811

为了进一步了解寿命和衰老率在性别间的变化,研究人员测量了 34 个物种的成年预期寿命的相对性别差异和衰老率的差异(图 2)。成年雄性的预期寿命平均超过雌性 20%±51%),而衰老率的平均性别差异接近于零(-0.002 ± 0.039)。

他们发现雄性成年预期寿命的优势与其他爬行动物类群的研究一致,但与其他四足动物(比如哺乳动物)的结果不一致。与以前对爬行动物的研究相反,他们发现成年预期寿命的性别差异不能用陆生与水生生境的差异、性别间生殖努力的差异或冬眠来解释(表 1)。然而,在人类的照料下,栖息地的差异可以忽略不计,个体可能会自然地绕过冬眠,以应对全年无限制地获取食物、免受捕食和热稳定性。由于信息的缺乏,他们无法测试其他的解释,如性选择性状的成本或性别决定系统。

2. 预期寿命和衰老率的性别差异。图片来自 Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811

论文共同作者、南丹麦大学生物学系副教授 Dalia Conde 说,我们发现其中一些物种可以降低它们的衰老速度,以应对动物园和水族馆中比野外更好的生活条件。

一些进化理论预测,性成熟后出现的衰老是个体投入修复其细胞和组织损伤的能量与投入繁殖的能量之间的权衡,这样它的基因就会传递给下一代。这种权衡意味着,在达到性成熟后,个体停止生长,开始经历衰老,即随着年龄的增长,身体机能逐渐退化。

龟类在性成熟后继续生长

现有理论预测,这种权衡是不可避免的,因此衰老是不可避免的。事实上,这一预测在一些物种中得到了证实,特别是哺乳动物和鸟类。然而,那些在性成熟后继续生长的生物,如海龟和陆龟,被认为有潜力继续投资于修复细胞损伤,因此被认为是减少甚至避免衰老的有害影响的理想候选对象。

论文共同通讯作者、南丹麦大学数学与计算机科学系副教授 Fernando Colchero 说,然而,请注意,它们中的一些表现出可忽略不计的衰老这一事实并不意味着它们是不朽的;这只意味着它们的死亡风险不会随着年龄的增长而增加,但仍然大于零。简而言之,它们所个体最终都会因不可避免的死亡原因而死亡,比如疾病。

在生活条件改善的情况下,人类的衰老速度并没有减缓

在上个世纪,人类见证了人类寿命的空前增长。然而,对人类和非人类灵长类动物的研究表明,生活条件的改善并没有大大改变衰老的速度。

在这项新的研究中,研究人员研究了受保护环境下的种群,因此他们的研究结果可能不能反映其自然环境中的衰老率和寿命。例如,对毒蛇和青蛙的研究发现,当暴露在不同的环境条件下,种群的衰老率会有很大的不同。

他们将他们的研究结果与三个龟类物种 [Chrysemys pictaTrachemys scripta Kinixys homeana] 的自然环境数据进行了比较。他们发现 T. scripta(自然界中 a=0.04,而 ZIMS 中平均 a=0.01)和 K. homeana(自然界中 a=0.11,而 ZIMS 中平均 a=0.02)在自然环境中的衰老率明显较高(图 3)。这两个物种在自然界的衰老率都落在 ZIMS 中衰化率的后验密度的上端,并且在 95% CI 之外(即 T. scripta 的上四分位数 < 0.0001K. homeana 的上四分位数为 0.007)(图 3, B F)。C. picta 的野生衰老率略低(a=0.05,而 ZIMS 中的平均 a = 0.08),尽管这种野生衰老率包含在 95% CI 内(较低的四分位数为 0.15),然而野生种群有相当高的基线死亡率水平(图 3, C D)。尽管如此,野生种群和人类照料下的种群之间的死亡轨迹和衰老率的变化的机制仍不清楚。一次性体细胞理论(disposable soma theory)认为,暴露在较温和条件下的种群可以将更多的能量分配给生存,而不是保护或觅食,从而延长其寿命。然而,这一理论仍然预测,在这个群体中,衰老应该是不可避免的。

3. 野外、动物园和水族馆 (ZIMS) 中三种龟鳖目动物雌性种群的按年龄死亡率轨迹和衰老率比较。

图片来自 Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811

最近对人类和非人类灵长类动物的研究表明,为了应对生存条件的改善,寿命的延长来自于婴儿和幼年死亡率以及总体死亡率水平的降低,但衰老率保持稳定。在这项新的研究中,研究人员发现,在受控条件下,海龟和陆龟可以减少衰老的影响,在某些情况下,甚至可以避免衰老的影响。

在人类和非人类灵长类动物物种中,环境变化主要影响婴儿和青少年时的死亡率,以及与年龄无关的死亡原因,如捕食或极端条件。Colchero 说,所以这些物种,包括人类,无法避免衰老。

参考资料:

Rita da Silva et al. Slow and negligible senescence among testudines challenge evolutionary theories of senescence. Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811.

来自: 生物谷

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