Czy była możliwa stopniowa ewolucja procesu starzenia się u człowieka?

Proces starzenia się jest zaprogramowany w ludzkim DNA. Do dzisiaj nie wiadomo, jakie mechanizmy leżą u podstaw tego zjawiska. Na pytanie, jakie korzyści dawała poszczególnemu osobnikowi ewolucja starości (z założenia ewolucja odbywa się na poziomie osobniczym) nikt nie potrafi odpowiedzieć.

Czy starzenie się jest zaprogramowane?

Dlaczego kot może dożyć 20 lat, a inny ssak podobnej wielkości, dydelf północny, dożywa zaledwie 3? Dlaczego nietoperz żyje 20—30 lat, a mysz najwyżej 3? I dlaczego żółw olbrzymi osiąga wiek 150 lat, a słoń tylko 70? Tak wielkich różnic nie da się wytłumaczyć jedynie sposobem odżywiania, wagą ciała, wielkością mózgu czy tempem metabolizmu. Encyclopædia Britannica wyjaśnia: „Kod genetyczny zawiera informacje o maksymalnej długości życia przedstawicieli danego gatunku”. A zatem granica wieku zapisana jest w genach. Ale co sprawia, że po osiągnięciu określonego wieku organizm odmawia dalszej pracy?

Biolog molekularny dr John Medina pisze: „Wydaje się, że w określonym momencie życia pojawiają się jakieś niezbadane sygnały informujące komórki, że pora zaprzestać normalnego funkcjonowania”. Specjalista ten wyjaśnia: „O starzeniu się i śmierci poszczególnych komórek oraz całego organizmu decyduje pewna grupa genów”.

http://pl.scribd.com/doc/210591064/John-J-Medina-the-Clock-of-Ages-Why-We-Age-How-We-Age-Winding-Back-the-Clock-1997#scribd

Ludzkie ciało można porównać do fabryki, która przez dziesiątki lat pracuje bez zarzutu. Raptem dyrekcja rezygnuje z naboru pracowników i ich szkolenia, z dalszego remontowania maszyn i zastępowania wyeksploatowanego sprzętu nowym; przestaje też dbać o konserwację budynków. W ciągu kilku lat przedsiębiorstwo popada w ruinę. Ale dlaczego dyrekcja zdecydowała się doprowadzić świetnie prosperującą fabrykę do takiego stanu? Podobne pytanie zadają sobie biolodzy badający proces starzenia się. W książce poświęconej tej problematyce czytamy: „Jedną z największych zagadek gerontologii jest odpowiedź na pytanie: dlaczego komórki przestają się odtwarzać i organizm zaczyna obumierać?” (John Medina, The Clock of Ages).

http://pl.wikipedia.org/wiki/Proces_starzenia_si%C4%99#R.C3.B3.C5.BCne_teorie_na_temat_procesu_starzenia

„Różne teorie na temat procesu starzenia

Proces starzenia się jest bardzo złożony. Jego źródła leżą w wielu różnych mechanizmach. Starzenie dotyczy prawdopodobnie wszystkich organizmów wielokomórkowych, choć istnieją organizmy wielokomórkowe u których nie obserwuje się starzenia. Proces jest zależny od działania genów oraz wpływu otoczenia na organizm.

Wszystkie teorie starzenia można podzielić na opierające się na zaprogramowanej śmierci oraz na kumulacji błędów. Teorie zaprogramowanej śmierci zakładają, że czas życia organizmu jest odliczany przez biologiczne zegary. Kiedy zegary odliczą pewną liczbę włącza się proces samobójczej śmierci organizmu. Teorie kumulacji błędów winą za proces starzenia obarczają negatywny wpływ środowiska. Czynniki mutagenne powodują błędy w kopiowaniu genów, które kumulują się dzięki przenoszeniu do kolejnych pokoleń komórek. W pewnym momencie procent błędów przekracza pewien poziom i organizm nie potrafi ich już naprawić, co doprowadza do śmierci.”

Neodarwiniści nie potrafią wyjaśnić, w jaki sposób mógłby wyewoluować proces starzenia się u człowieka. Nie prezentują żadnego szczegółowego modelu teoretycznego, ponieważ przy braku zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw tego procesu jest to po prostu niemożliwe. Próbują jednak odpowiedzieć na pytanie: dlaczego dobór naturalny preferował mutacje, które zaprogramowały systemy genetyczne odpowiedzialne za starzenie się? Twierdzą, że geny odpowiedzialne za ten proces zaczynały się uaktywniać dopiero po wydaniu potomstwa (po dojściu do wieku rozrodczego), jak w przypadku choroby genetycznej pląsawicy Huntingtona i dlatego dobór naturalny je tolerował tak, że mogły przetrwać w populacji:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pl%C4%85sawica_Huntingtona

Przyczyną pląsawicy Huntingtona jest mutacja w genie IT15 kodującym białko huntingtynę, położonym na krótkim ramieniu chromosomu 4. Choroba dziedziczona jest w sposób autosomalny dominujący. Oznacza to, że statystycznie połowa potomstwa chorego na pląsawicę odziedziczy zmutowany allel powodujący chorobę. Zmutowany allel genu utrzymuje się w populacji ze względu na późne wystąpienie objawów choroby.

Człowiek, to skomplikowany wielokomórkowy organizm. Proces starzenia się u homo sapiens  jest bardzo złożony i nie polega jedynie – jak chcieliby tego neodarwiniści – na kumulowaniu się mutacji w materiale genetycznym komórek odpowiedzialnych za regenerazję organów. W jakich genach konkretnie takie somatyczne mutacje białyby się kumulować? Dlaczego system regeneracji organów po prężnym rozwoju i wielu latach prawidłowego funkcjonowania nagle zaczyna się załamywać w wyniku tych mutacji?

Neodarwiniści twierdzą, że proces starzenia u człowieka, to uboczny efekt ewolucji, przeciwko któremu nie działał dobór naturalny – ponieważ ich zdaniem ze względu na dużą śmiertelność w młodym wieku w przeszłości populacja ludzka była nieliczna. Jeżeli populacja jest mała istnieją mniejsze szanse pojawienia się prawidłowych mutacji. Taką to prymitywną bajeczką zwolennicy samo-dziejstwa chcą wyjaśnić jedną z największych zagadek na świecie. Nie prezentują żadnego szczegółowego modelu naukowego, a w swoich opiniach powołują się na teoretyków, którzy zmarli kilkadziesiąt lat temu i nie mieli wiedzy z dziedziny biologii molekularnej i genetyki większej niż dzisiejsi uczniowie pierwszej klasy gimnazjum: Dlaczego starzejemy sie i umiramy

Ze względu na złożony charakter starzenie się u człowieka musiałoby ewoluować stopniowo – od formy najprostszej do coraz bardziej złożonej. Z punktu widzenia neodarwinizmu podczas takiej ewolucji każda mutacja musiałaby zdobywać przewagę selekcyjną i na zasadzie tzw. selekcyjnego wymiatania (Selekcyjne wymiatanie) rozprzestrzeniać się w populacji, a następnie w niej zafiksować (utrwalić). Jaką przewagę selekcyjną mogła dawać poszczególnemu osobnikowi postępująca ewolucja starzenia się na każdym z jej etapów?

Pozwolę sobie jeszcze wyjaśnić dlaczego stwierdziłem, że z założenia ewolucja działa na poziomie osobniczym. Niektórych mogłaby kusić hipoteza, że eliminacja biologicznie wyeksploatowanych osobników za pomocą starości w jakiś sposób przyczynia się dla dobra całej populacji (grupy osobników należących do tego samego gatunku):

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dob%C3%B3r_grupowy

„Dobór grupowy, to sytuacja, w której allele mogą ulec rozpowszechnieniu, jeśli działają na korzyść grupy (dobro gatunku), pomimo ich szkodliwości dla osobnika. Innymi słowy: sytuacja w której organizm zmniejsza swoje szanse rozrodcze, żeby zwiększyć szanse grupy, do której należy. Za przykład służyć mogą komórki w organizmach wielokomórkowych, które same się nie rozmnażają, żeby zwiększyć szansę innych komórek z grupy. Hipoteza ta została spopularyzowana przez V.C. Wynne-Edwardsa, aczkolwiek istnienie mechanizmów przypominających ideę doboru grupowego jest dziś kontrowersyjne. Pierwotna idea doboru grupowego, wzięła się z błędnego traktowania ewolucji jako walki o byt między osobnikami. W tej pierwotnej, naiwnej, formie odwołującej się do dobra gatunku, hipoteza ta jest zdyskredytowana, ponieważ w rzeczywistości aktorami ewolucji są nie osobniki, lecz geny.

Z punktu widzenia obowiązującej na rynku idei naukowych syntetycznej teorii ewolucji (neodarwinizmu), ewolucja na poziomie osobniczym wygląda w ten sposób:

Podczas replikacji DNA następują błędy [mutacje]. Jedne są niekorzystne [śmiertelne/ letalne], drugie korzystne. Te korzystne zauważa dobór naturalny i selekcjonuje. Każda  korzystna zmiana  daje przewagę selekcyjną mutantowi. Pozostawia on więcej potomstwa niż inni członkowie populacji, ponieważ z założenia jest w jakimś stopniu ulepszony. Po jakimś czasie taka korzystna mutacja rozprzestrzenia się w całej populacji i w niej utrwala, bo potomstwo mutanta jest również udoskonalone i w walce o zasoby wygrywa z innymi członkami grupy [mówimy wówczas o zafiksowaniu się mutacji w populacji].

Kiedy populacja składa się już z  nosicieli  dobrej mutacji, u jednego z nich może wystąpić kolejna pozytywna mutacja i na tej samej zasadzie opanować populację – znowu eliminując konkurencję.

Później u jednego nosiciela dwóch pozytywnych mutacji następuje kolejna, trzecia korzystną mutacja. I tym razem ewolucja kieruje się identyczną regułą;  kolejne pozytywne mutanty opanowują populację eliminując osobniki, u których nie pojawiło się jakieś udoskonalenie.

To rozprzestrzenianie się pozytywnej mutacji w populacji neodarwiniści określają mianem selekcyjnego wymiatania. Odwołując się do metafory proces ten można  wyobrazić sobie następująco: kałuża to jakaś populacja. Rzucamy kamień na środek tej kałuży , czy gdziekolwiek indziej w obrębie zbiornika wody [co obrazuje zajście pozytywnej mutacji], w wyniku czego zaczynają rozchodzić się koliste fale obrazujące rozprzestrzenianie się pozytywnej mutacji sięgające aż do brzegów kałuży [brzegi obrazują granice populacji].


Neodarwiniści twierdzą ponadto, że podczas takiej ewolucji ma miejsce dobór kumulatywny, co ma uprawdopodobniać, że w kolejnych pokoleniach zajdą i utrwalą się wszystkie potrzebne mutacje.

Na podstawie kolejnej metafory postaram się wyjaśnić na czym według założeń neodarwinistów polega dobór kumulatywny: wyobraź sobie, że jakaś duża grupa osób gra w totolotka i musi trafić szóstkę.  Jeden osobnik trafił jedynkę [ten osobnik obrazuje mutanta z pierwszą pozytywną mutacją]. Później ten gracz wymazuje gumką wszystkie pięć źle trafionych liczb, pozostawiając jedynie prawidłową. Kseruje i rozdaje kopie kuponu z trafioną jedynką wszystkim innym graczom [co ma obrazować rozprzestrzenianie się pozytywnej mutacji], którzy tym czasem wyrzucają wszystkie źle wypełnione przez siebie blankiety.

Teraz istnieje już większa szansa, że któryś z graczy trafi drugą potrzebną liczbę z sześciu potrzebnych, ponieważ gra więcej graczy i każdy zaczyna tą turę od jednej prawidłowo skreślonej liczby.

Kiedy któryś z graczy trafi drugą wymaganą cyfrę znowu powiela prawidłowo wypełniony kupon i rozdaje wszystkim innym graczom. I wszystko zaczyna się od nowa, tylko tym razem gracze zaczynają od dwóch prawidłowo skreślonych numerów.

Dobór kumulatywny polega na tym, że każde kolejne trafienie bazuje na poprzedniej dobrze trafionej liczbie, co uprawdopodabnia szybkie skreślenie wymaganych sześciu liczb.

Można by zaproponować taki scenariusz. Mechanizmy, które biorą udział w procesie starzenia u człowieka wcześniej pełniły pożyteczne funkcje. Na przykład apoptoza -zaprogramowana śmierć komórek- (http://pl.wikipedia.org/wiki/Apoptoza,) jest istonym składnikiem systemu procesów odpowiedzialnych za starzenie się, ale też pełni wiele innych funkcji:

Apoptoza jest obecna podczas całej ontogenezy (rozwoju osobniczego) u wielu organizmów w tym u człowieka (http://pl.wikipedia.org/wiki/Ontogeneza). Bierze udział podczas formowania się płodu. Na przykład precyzyjnie zaprogramowana śmierć komórek umożliwia powstawanie (niejako rzeźbienie) ludzkich dłoni z przypominających łopatki prekursorów tych narządów. Apoptoza niszczy też komórki nowotworowe, a utrata możliwości zaprogramowanej śmierci jest jednym z etapów powstawania transformacji nowotworowej. Hipotetycznie można by postawić tezę, że mutacje w ganach regulatorowych zaadaptowały apoptozę w szeregi procesów odpowiedzialnych za starzenie się. W dalszym ciągu nie mamy jednak odpowiedzi na pytanie: jaką tego typu ewolucja mogłaby dać przewagę selekcyjną? Żeby dana cecha, której skutkiem jest spadek dostosowania poszczególnego osobnika, mogła pozytywnie wpływać na potomstwo, to najpierw sama musi zdobyć przewagę selekcyjną w populacji. Poza tym zatrudnienie apoptozy do procesu starzenia się wymuszałoby wiele innowacji ewolucyjnych. Ta preadaptacja (zaprzęgnięcie nowego organu czy procesu do pełnienia nowych funkcji: http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/preadaptacja;3961987.html) wiązałaby się z potrzebą kooptacji (sprzęgnięcia i precyzyjnego dopasowania wielu złożonych systemów genetycznych), a takiej stopniowej ewolucji nikt nie potrafi sobie nawet wyobrazić, ponieważ wiele tych procesów i sposoby ich regulacji, to systemy nieredukowalnie złożone.


Jeden z mechanizmów regulacji ekspresji genów:

Inny nieredukowalnie złożony kompleks odpowiedzialny za regulowanie ekspresji genów:

Genetyczne mechanizmy naprawcze:

Podsumowanie

Kiedy ogólnikowe fantazje neodarwinistów skonfrontuje się z rzeczywistością biologiczną (występującą na poziomie molekularnym), to wyraźnie można zauważyć, że ich ogólnikowe twierdzenia typu:

Geny na starzenie się ujawniały się po tym, jak organizm zdążył się rozmnożyć i dlatego przetrwały w populacji (dobór naturalny nie wyeliminował ich z puli genów).W przeciwnym razie organizm zestarzałby się i umarł zanim by doszedł do wieku rozrodczego.

Należy przetłumaczyć w taki sposób:

Uważamy, że wsadzenie drąga w precyzyjnie dopasowane genetyczne tryby skomplikowanej maszynerii molekularnej poprawi, lub zmodyfikuje jej działanie, co w efekcie zaowocuje wyewoluowaniem nowej funkcji.

Dodatki

Mechanizmy naprawy DNA

edno- i dwuniciowe uszkodzenie DNA

http://pl.wikipedia.org/wiki/Naprawa_DNA#Uszkodzenie_DNA

Komórki nie mogą funkcjonować, jeśli uszkodzenia DNA są na tyle poważne, że naruszają ciągłość lub zmieniają sens istotnej informacji genetycznej (ang. essential genes). Jakkolwiek komórki mogą funkcjonować jeśli uszkodzone są geny nieistotne (ang. non-essential genes), czyli takie, których uszkodzenia nie powodują śmierci komórki. Komórka działająca z takimi uszkodzeniami DNA może jednak wykazywać inne właściwości od komórek zdrowych (skrajnym wypadkiem są komórki nowotworowe) lub jej funkcje mogą być mocno upośledzone. Zależnie od typów uszkodzeń, które zaszły w dwuniciowej strukturze DNA, w toku ewolucji wykształciło się wiele strategii naprawczych, mających za zadanie kompensować i likwidować uszkodzenia. Jeśli jest to możliwe, komórki używają zazwyczaj nieuszkodzonej nici komplementarnej lub chromatydy siostrzanej jako matrycy do odtworzenia oryginalnej informacji na uszkodzonym elemencie komplementarnym. W przypadku braku takiej możliwości, używany jest awaryjny mechanizm syntezy DNA, zwany TLS (ang. Translesion DNA Synthesis).

Uszkodzenia DNA niosą zazwyczaj ze sobą zmianę organizacji przestrzennej helisy, które mogą być wykryte przez komórki. Kiedy uszkodzenie jest już zlokalizowane, na miejsce zdarzenia rekrutowane są białka naprawcze, wiążące się z samym miejscem uszkodzenia lub w jego sąsiedztwie i które rekrutują następnie kolejne elementy kompleksów naprawczych. Uszkodzenia są usuwane przez takie złożone, wieloelementowe kompleksy specyficznych białek. Zależnie od typu uszkodzenia, a także od fazy cyklu komórkowego, w którym aktualnie znajduje się komórka, takie kompleksy mają http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/preadaptacja;3961987.htmlróżny skład podjednostkowy.

Naprawa DNA

http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/naprawa-dna

Zawarta w komórce informacja genetyczna narażona jest na ciągłe uszkodzenia. Są one wynikiem błędów w replikacji, rekombinacji lub powstają na skutek działania czynników mutagennych – zarówno endogennych, jak i zewnętrznych. Zachowanie integralności genomu jest bardzo dla każdego organizmu, gdyż powstałe modyfikacje stanowią źródło mutacji, a ich konsekwencjami mogą być zmiany nowotworowe lub choroby genetyczne.

Komórki posiadają specjalne systemy naprawcze, które chronią genom przed utratą zawartej w nim informacji. Dzięki temu większość uszkodzeń zostaje naprawiona i nie wywołuje szkody dla organizmu. Procesy naprawy przebiegają według kilku schematów.

Skomentuj

Please log in using one of these methods to post your comment:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s