Maksymalna żywotność - Maximum life span

Maksymalna długość życia (lub, w przypadku ludzi , maksymalny zgłoszony wiek w chwili śmierci ) jest miarą maksymalnego czasu, w którym zaobserwowano, że jeden lub więcej członków populacji przeżyło między narodzinami a śmiercią . Termin ten może również oznaczać szacunkowy maksymalny czas, jaki członek danego gatunku może przeżyć między narodzinami a śmiercią, pod warunkiem, że okoliczności są optymalne dla długowieczności tego członka .

Większość żywych gatunków ma co najmniej jedną górną granicę określającą, ile razy komórki członka mogą się dzielić . Nazywa się to limitem Hayflicka , chociaż liczba podziałów komórkowych nie kontroluje ściśle długości życia.

Definicja

W badaniach na zwierzętach często przyjmuje się, że maksymalna długość życia jest średnią długością życia najbardziej długowiecznych 10% danej kohorty . Jednak według innej definicji maksymalna długość życia odpowiada wiekowi, w którym zmarł najstarszy znany członek gatunku lub grupy doświadczalnej. Obliczenie maksymalnej trwałości w tym drugim znaczeniu zależy od początkowej wielkości próbki.

Maksymalna rozpiętość życia kontrastuje z średniej długości życia ( średnia długość życia , długość życia ) i długowieczności . Średnia długość życia zależy od podatności na choroby, wypadki , samobójstwa i zabójstwa , podczas gdy maksymalna długość życia zależy od „tempa starzenia”. Długowieczność odnosi się tylko do cech szczególnie długowiecznych członków populacji, takich jak schorzenia w miarę starzenia się lub kompresja zachorowalności , a nie do określonej długości życia jednostki.

Jeśli wiek x jest odejmowany od hipotetycznej górnej granicy w dla gatunku i wzięte są logarytm, to otrzymana zmienna log(w – x) ma rozkład normalny, podobnie jak wszystkie naturalne zmienne ilościowe wynikające z ekspresji genów. Wynika to z prawa wielkich liczb, centralnego twierdzenia granicznego .

W ludziach

Dowody demograficzne

Najdłużej żyjącą osobą Czyje daty urodzenia i śmierci zostały zweryfikowane zgodnie z nowoczesnymi normami Guinness World Records i Research Group Gerontologii była Jeanne Calment (1875-1997), A francuski kobieta, która jest weryfikowana do żył do 122. Redukcja niemowlęcia śmiertelność stanowiły większość zwiększonej średniej długości życia długowieczności , ale od 1960 roku śmiertelność wśród tych ponad 80 lat zmniejszyła się o około 1,5% rocznie. „Postęp, jaki dokonuje się w wydłużaniu długości życia i opóźnianiu starzenia, jest całkowicie spowodowany wysiłkami medycyny i zdrowia publicznego, rosnącym standardem życia, lepszą edukacją, zdrowszym odżywianiem i bardziej zdrowym stylem życia”. Badania na zwierzętach sugerują, że dalsze wydłużenie mediany długości życia człowieka, jak również maksymalną długość życia, można osiągnąć za pomocą leków „ naśladujących ograniczenie kalorii ” lub bezpośrednio zmniejszając spożycie żywności. Chociaż nie dowiedziono, aby ograniczenie kalorii wydłużało maksymalną długość życia człowieka, od 2014 r. wyniki trwających badań nad naczelnymi wykazały, że założenia wyprowadzone z gryzoni są również ważne w przypadku naczelnych [Odniesienie: Nature 1 kwietnia 2014 r.].

Zaproponowano, że obecnie nie widać żadnych ustalonych teoretycznych granic ludzkiej długowieczności. Badania biodemografii ludzkiej długowieczności wskazują na prawo opóźniające śmiertelność w późnym wieku: śmiertelność w podeszłym wieku wyrównuje się do poziomu plateau śmiertelności w późnym wieku. Oznacza to, że nie ma ustalonej górnej granicy ludzkiej długowieczności lub ustalonej maksymalnej długości ludzkiego życia. Prawo to zostało po raz pierwszy określone ilościowo w 1939 roku, kiedy naukowcy odkryli, że jednoroczne prawdopodobieństwo zgonu w podeszłym wieku asymptotycznie zbliża się do granicy 44% dla kobiet i 54% dla mężczyzn.

Jednak dowody te zależą od istnienia plateau i spowolnienia późnego życia, które można wytłumaczyć u ludzi i innych gatunków występowaniem bardzo rzadkich błędów. Wskaźniki błędów kodowania wieku poniżej 1 na 10 000 są wystarczające, aby wywołać sztuczne plateau w późnym okresie życia, a błędy poniżej 1 na 100 000 mogą generować spowolnienie śmiertelności w późnym okresie życia. Tych poziomów błędów nie można wykluczyć, badając dokumenty, standardowo, z powodu udanych oszustw emerytalnych, kradzieży tożsamości, fałszerstw i błędów, które nie pozostawiają żadnych dowodów w postaci dokumentów. Ta zdolność do błędów w wyjaśnianiu płaskowyżów późnego życia rozwiązuje „podstawowe pytanie w badaniach nad starzeniem się, czy ludzie i inne gatunki posiadają niezmienną granicę długości życia” i sugeruje, że istnieje granica ludzkiego życia. Badania teoretyczne sugerowały, że maksymalna długość życia człowieka wynosi około 125 lat przy użyciu zmodyfikowanej funkcji wykładniczej rozciągniętej dla krzywych przeżycia człowieka. Analiza dynamiki masy ciała w populacji ludzkiej wskazuje na ekstrema, które odpowiadają średniej (70–75 lat), powszechnie przyjętej maksymalnej (100–110 lat) i maksymalnej znanej (140–160 lat) długości życia. W innym badaniu naukowcy twierdzili, że istnieje maksymalna długość życia ludzi i że maksymalna długość życia człowieka spada od lat 90. XX wieku. Badania teoretyczne sugerują również, że maksymalna oczekiwana długość życia człowieka w chwili urodzenia jest ograniczona wartością charakterystyczną ludzkiego życia δ, która wynosi około 104 lata.

Organizacja Narodów Zjednoczonych przeprowadziła ważną analizę bayesowską wrażliwości na globalne obciążenie populacją w oparciu o przewidywaną długość życia w chwili urodzenia w przyszłych dekadach . Przedział przewidywań 95% dla 2017 r. dla średniej długości życia w 2090 r. wzrośnie aż do +6 (106, w formularzu reprezentacji wieku) do 2090 r., z dramatycznymi, ciągłymi, warstwowymi konsekwencjami dla światowej populacji i demografii, jeśli tak się stanie. Przedział przewidywań jest niezwykle szeroki, a Organizacja Narodów Zjednoczonych nie może być pewna. Organizacje takie jak Fundacja Methuselah pracują nad zakończeniem starzenia się i praktycznie nieograniczonej długości ludzkiego życia. Jeśli się powiedzie, implikacje demograficzne dla populacji ludzkiej będą większe pod względem efektywnego mnożnika niż jakiekolwiek doświadczenie w ciągu ostatnich pięciu stuleci, jeśli maksymalna długość życia lub przyrost naturalny pozostaną nieograniczone przez prawo. Współczesne maltuzjańskie prognozy przeludnienia oparte na zwiększonej długowieczności były krytykowane na tej samej podstawie, co panikarstwo w populacji ogólnej (patrz Maltuzjanizm ).

Dowody niedemograficzne

Dowodem na maksymalną długość życia jest również dynamika wskaźników fizjologicznych wraz z wiekiem. Na przykład, naukowcy zauważyć, że osoby VO ₂ maksymalna wartość (miara objętości przepływu tlenu do mięśnia sercowego) zmniejsza się w zależności od wieku. Zatem maksymalna długość życia osoby może być określona przez obliczenie przy VO danej osoby ₂ maksymalna wartość spadnie poniżej wartości tempa metabolizmu podstawowego niezbędnej do podtrzymania życia, która jest w przybliżeniu 3 ml na kg na minutę. Na podstawie tej hipotezy, sportowców o VO ₂ można oczekiwać maksymalnej wartości zawartej między 50 a 60 w wieku 20 „żyć do 100 do 125 lat, pod warunkiem, że utrzymuje swoją aktywność fizyczną, aby ich szybkość spadku VO ₂ max pozostała stały".

Zmienność wzdłużna wskaźników fizjologicznych, tak różnych jak morfologia krwi (CBC) czy rejestry aktywności fizycznej gromadzone za pomocą urządzeń noszonych na ciele, wzdłuż poszczególnych trajektorii starzenia wykazały liniowy wzrost zakresu wahań stanu organizmu wraz z wiekiem. Poszerzenie można wytłumaczyć postępującą utratą odporności fizjologicznej mierzonej odwrotnymi czasami autokorelacji wahań stanu organizmu. Ekstrapolacja tych danych sugerowała, że czas powrotu do zdrowia i wariancja stanu organizmu mogą jednocześnie odbiegać w krytycznym punkcie wieku 120-150 lat, co odpowiada całkowitej utracie odporności, a zatem powinny być niezgodne z przeżyciem. Krytyczność skutkująca końcem życia jest nieodłączną biologiczną właściwością organizmu, która jest niezależna od czynników stresowych i oznacza fundamentalną lub bezwzględną granicę długości życia człowieka

Średnie i powszechnie akceptowane maksymalne długości życia odpowiadają ekstremom masy ciała (1, 2) oraz masy znormalizowanej do wzrostu (3, 4) mężczyzn (1, 3) i kobiet (2, 4).

U innych zwierząt

Małe zwierzęta, takie jak ptaki i wiewiórki, rzadko dożywają maksymalnej długości życia, zwykle umierając w wypadkach , chorobach lub drapieżnictwie .

Maksymalna długość życia większości gatunków jest udokumentowana w repozytorium Anage.

Maksymalna długość życia jest zwykle dłuższa w przypadku gatunków, które są większe lub mają skuteczną ochronę przed drapieżnikami, takimi jak lot ptaków, obrona chemiczna lub życie w grupach społecznych.

Różnice w długości życia między gatunkami świadczą o roli genetyki w określaniu maksymalnej długości życia („tempo starzenia”). Zapisy (w latach) są następujące:

dla zwykłej myszy domowej , 4
dla szczura brunatnego , 3,8
dla psów , 29 lat (patrz Lista najstarszych psów )
dla kotów , 38 (Zobacz Lista najstarszych kotów )
dla zwykłych żurawi , 43
dla niedźwiedzi polarnych , 42 ( Debby )
dla koni , 62
dla słoni azjatyckich , 86

Najdłużej żyjące kręgowce były różnie opisywane jako:

Duże papugi (ary i kakadu mogą żyć w niewoli nawet 80–100 lat)
Koi (japoński gatunek ryby, żyjący rzekomo do 200 lat, choć na ogół nie przekraczający 50 – okaz o imieniu Hanako miał podobno 226 lat w chwili śmierci)
Żółwie ( Żółw Galapagos ) (190 lat)
Tuataras (gatunek gadów nowozelandzkich, 100-200+ lat)
Uważa się , że węgorze , tak zwany węgorz Brantevik (po szwedzku: Branteviksålen), zamieszkiwały studnię wodną w południowej Szwecji od 1859 roku, co oznacza, że ma ponad 150 lat. Poinformowano, że zmarł w sierpniu 2014 roku w wieku 155 lat.
Wieloryby ( wal grenlandzki ) ( Balaena mysticetus około 200 lat) -Mimo tego pomysłu była niesprawdzona przez jakiś czas, ostatnie badania wykazały, że wal grenlandzki niedawno zabity jeszcze harpuny w ich organizmach od około 1890 roku, które, wraz z analizą aminokwasów , wskazał maksymalną długość życia od „177 do 245 lat”.
Rekiny grenlandzkie to obecnie gatunek kręgowców o najdłuższej znanej długości życia. Badanie 28 próbek w jednym badaniu opublikowanym w 2016 roku określa datowanie że najstarszy ze zwierząt, które są próbą żył około 392 ± 120 lat (minimum 272 lat, a maksymalnie 512 lat). Autorzy doszli dalej, że gatunek osiąga dojrzałość płciową w wieku około 150 lat.

Gatunki bezkręgowców, które rosną tak długo, jak żyją ( np. niektóre małże, niektóre gatunki koralowców) mogą czasami żyć setki lat:

Mięczak małży ( cyprina islandzka ) (aka " Ming ", żył 507 ± 2 lata).

Wyjątki

Niektóre gatunki meduz , w tym Turritopsis dohrnii , Laodicea undulata i Aurelia sp.1, są w stanie powrócić do stadium polipa nawet po rozmnożeniu (tak zwany odwracalny cykl życiowy), zamiast umierać, jak u innych meduz. W związku z tym gatunki te są uważane za biologicznie nieśmiertelne i nie mają maksymalnej długości życia.
Być może nie ma naturalnego ograniczenia długości życia Hydry , ale nie jest jeszcze jasne, jak oszacować wiek osobnika.
Płazińce lub Platyhelminthes są znane jako „prawie nieśmiertelne”, ponieważ mają dużą zdolność regeneracji, ciągły wzrost i podział komórkowy typu binarnego .
Czasami mówi się, że homary są biologicznie nieśmiertelne, ponieważ z wiekiem nie zwalniają, nie osłabiają ani nie tracą płodności. Jednak ze względu na energię potrzebną do pierzenia nie mogą żyć w nieskończoność.
Niesporczaki mogą żyć w nieskończoność w stanie zawieszonej animacji , w stan, w który wchodzą, gdy nie są nawodnione. W tym stanie mogą wytrzymać niezwykle dużą liczbę nacisków środowiskowych, w tym intensywną radioaktywność i ciepło, a także zostać wysłane w kosmos. Mimo to w stanie nawodnienia mogą żyć tylko kilka miesięcy.

W roślinach

Rośliny są określane jako jednoroczne, które żyją tylko jeden rok, dwuletnie, które żyją dwa lata i byliny, które żyją dłużej. Najdłużej żyjące byliny, rośliny o zdrewniałych łodygach, takie jak drzewa i krzewy, często żyją setki, a nawet tysiące lat (można zapytać, czy mogą umrzeć ze starości). Gigant sekwoja , General Sherman żyje i ma się dobrze w trzecim tysiącleciu . Great Basin oścista Sosna zwany Matuzalem jestMiała 4853 lat, a sosna Bristlecone zwana Prometeuszem była jeszcze trochę starsza, co najmniej 4844 lat (i prawdopodobnie nawet 5000 lat), kiedy została ścięta w 1964 roku. Najstarsza znana roślina (prawdopodobnie najstarsza żywa istota) jest klonem Kolonia drzew trzęsawiska osiki ( Populus tremuloides ) w Lesie Narodowym Fishlake w stanie Utah o nazwie Pando miała około 80 000 lat. Porosty , symbiotyczne algi i protorośliny grzybów, takie jak Rhizocarpon geographicum, mogą żyć nawet 10 000 lat.

Zwiększenie maksymalnej żywotności

„Maksymalna długość życia” oznacza tutaj średnią długość życia najbardziej długowiecznych 10% danej kohorty. Jak dotąd nie wykazano, aby ograniczenie kalorii pobiło rekordy długowieczności ssaków. Szczury , myszy i chomiki doświadczają maksymalnego wydłużenia życia dzięki diecie, która zawiera wszystkie składniki odżywcze, ale tylko 40-60% kalorii spożywanych przez zwierzęta, kiedy mogą jeść tyle, ile chcą. Średnia długość życia wzrasta o 65%, a maksymalna długość życia o 50%, gdy ograniczenie kalorii rozpoczyna się tuż przed okresem dojrzewania . W przypadku muszek owocówek korzyści wynikające z ograniczenia kalorii, które wydłużają życie, są osiągane natychmiast w każdym wieku po rozpoczęciu ograniczania kalorii i kończą się natychmiast w każdym wieku po wznowieniu pełnego karmienia.

Stworzono kilka transgenicznych szczepów myszy, których maksymalna długość życia jest dłuższa niż u myszy typu dzikiego lub myszy laboratoryjnych. Myszy Ames i Snell, które mają mutacje w przysadkowych czynnikach transkrypcyjnych, a zatem mają niedobór Gh, LH, TSH i wtórnie IGF1, mają wydłużenie maksymalnej długości życia do 65%. Do chwili obecnej, zarówno w wartościach bezwzględnych, jak i względnych, te myszy Ames i Snell mają maksymalną długość życia każdej myszy niepoddanej restrykcjom kalorycznym (patrz poniżej na GhR). Mutacje/nokaut innych genów wpływających na oś GH/IGF1, takich jak Lit, Ghr i Irs1, również wykazały wydłużenie długości życia, ale znacznie skromniejsze zarówno w kategoriach względnych, jak i bezwzględnych. Najdłużej żyjącą myszą laboratoryjną w historii była mysz z nokautem Ghr, która żyła około 1800 dni w laboratorium Andrzeja Bartkego na Southern Illinois University . Maksimum dla normalnych myszy B6 w idealnych warunkach wynosi 1200 dni.

Większość biomedycznych gerontologów wierzy, że biomedyczna inżynieria molekularna w końcu wydłuży maksymalną długość życia, a nawet doprowadzi do odmłodzenia . Leki przeciwstarzeniowe są potencjalnym narzędziem przedłużającym życie.

Aubrey de Gray , gerontolog teoretyczny, zaproponował, że starzenie się można odwrócić za pomocą strategii inżynierii nieistotnego starzenia się . De Gray ustanowił Nagrodę Myszy Methuselah, aby przyznawać pieniądze naukowcom, którzy mogą przedłużyć maksymalną długość życia myszy. Dotychczas przyznano trzy Nagrody Myszy: jedną za pobicie rekordów długowieczności dla dr. Andrzeja Bartke z Southern Illinois University (przy użyciu myszy z nokautem GhR); jeden za późną postacią choroby strategii odmładzania do doktora Stephena Spindler z University of California (z wykorzystaniem restrykcji kalorycznej zainicjowany pod koniec życia); i jeden dla Dr. Z. Dave'a Sharpa za jego pracę z farmaceutyczną rapamycyną .

Korelacja ze zdolnością naprawy DNA

Nagromadzone uszkodzenia DNA wydają się być czynnikiem ograniczającym w określaniu maksymalnej długości życia. Teoria, że uszkodzenie DNA jest główną przyczyną starzenia się, a tym samym głównym wyznacznikiem maksymalnej długości życia, wzbudziła w ostatnich latach coraz większe zainteresowanie. Jest to częściowo oparte na dowodach u ludzi i myszy, że odziedziczone niedobory genów naprawy DNA często powodują przyspieszone starzenie. Istnieją również istotne dowody na to, że uszkodzenia DNA kumulują się wraz z wiekiem w tkankach ssaków, takich jak mózg, mięśnie, wątroba i nerki (przegląd dokonali Bernstein i wsp. i zobacz teorię uszkodzeń DNA związanych ze starzeniem się i uszkodzeniami DNA (występującymi naturalnie) ). Zgodnie z oczekiwaniem teorii (gdzie uszkodzenie DNA jest główną przyczyną starzenia się) jest to, że wśród gatunków o różnej maksymalnej długości życia zdolność do naprawy uszkodzeń DNA powinna korelować z długością życia. Pierwszy eksperymentalny test tego pomysłu przeprowadzili Hart i Setlow, którzy zmierzyli zdolność komórek siedmiu różnych gatunków ssaków do przeprowadzenia naprawy DNA. Odkryli, że zdolność naprawy przez wycinanie nukleotydów systematycznie wzrastała wraz z długością życia gatunku. Ta korelacja była uderzająca i stymulowała serię 11 dodatkowych eksperymentów w różnych laboratoriach w ciągu kolejnych lat nad związkiem naprawy przez wycinanie nukleotydów i długością życia u gatunków ssaków (przegląd: Bernstein i Bernstein). Ogólnie rzecz biorąc, wyniki tych badań wskazują na dobrą korelację między zdolnością naprawy przez wycięcie nukleotydów a długością życia. Związek między zdolnością naprawy przez wycięcie nukleotydów a długowiecznością jest wzmocniony dowodami, że defekty w białkach naprawy przez wycięcie nukleotydów u ludzi i gryzoni powodują cechy przedwczesnego starzenia, jak przeanalizował Diderich.

Dalsze wsparcie dla teorii, że uszkodzenie DNA jest główną przyczyną starzenia się, pochodzi z badań polimeraz rybozy poli ADP (PARP). PARP to enzymy, które są aktywowane przez pęknięcia nici DNA i odgrywają rolę w naprawie przez wycinanie zasad DNA. Burkle i in. dokonał przeglądu dowodów, że PARP, a zwłaszcza PARP-1, są zaangażowane w utrzymanie długowieczności ssaków. Długość życia 13 gatunków ssaków korelowała ze zdolnością do poli(ADP rybozylacji) mierzoną w komórkach jednojądrzastych. Co więcej, linie komórek limfoblastoidalnych z limfocytów krwi obwodowej ludzi w wieku powyżej 100 lat miały znacznie wyższą zdolność do poli(ADP-rybozylowania) niż kontrolne linie komórkowe od osób młodszych.

Dane badawcze

Porównanie mitochondriów serca szczurów (maksymalna długość życia 7 lat) i gołębi (maksymalna długość życia 35 lat) wykazało, że mitochondria gołębi wydzielają mniej wolnych rodników niż mitochondria szczurów, mimo że oba zwierzęta mają podobne tempo metabolizmu i serca wyjście
W przypadku ssaków istnieje bezpośredni związek między wysyceniem kwasami tłuszczowymi błony mitochondrialnej a maksymalną długością życia
Badania z wątroby lipidów od ssaków i ptaków (gołębi) wykazują odwrotną zależność pomiędzy maksymalną żywotność i liczby wiązań podwójnych
Wybrane gatunki ptaków i ssaków wykazują odwrotną zależność między tempem zmian telomerów (skróceniem) a maksymalną długością życia
Maksymalna długość życia koreluje ujemnie z poziomem enzymów antyoksydacyjnych i produkcją wolnych rodników oraz dodatnio z tempem naprawy DNA
Samice ssaków wyrażają więcej enzymów antyoksydacyjnych Mn-SOD i peroksydazy glutationowej niż samce. Postawiono hipotezę, że jest to powód, dla którego żyją dłużej. Jednak myszy całkowicie pozbawione peroksydazy glutationowej 1 nie wykazują skrócenia długości życia.
Maksymalna długość życia myszy transgenicznych została wydłużona o około 20% przez nadekspresję ludzkiej katalazy skierowanej do mitochondriów
Porównanie 7 ssaków innych niż naczelne (myszy, chomika, szczura, świnki morskiej, królika, świni i krowy) wykazało, że tempo produkcji mitochondrialnego nadtlenku i nadtlenku wodoru w sercu i nerkach było odwrotnie skorelowane z maksymalną długością życia
Badanie 8 ssaków innych niż naczelne wykazało odwrotną korelację między maksymalną długością życia a oksydacyjnym uszkodzeniem mtDNA ( mitochondrialnego DNA ) w sercu i mózgu
Badanie kilku gatunków ssaków i ptaka (gołębia) wykazało liniową zależność między uszkodzeniem oksydacyjnym białka a maksymalną długością życia
Istnieje bezpośrednia korelacja między naprawą DNA a maksymalną długością życia gatunków ssaków
Drosophila (muchy owocowe) hodowane przez 15 pokoleń wyłącznie przy użyciu jaj złożonych pod koniec okresu reprodukcyjnego, osiągnęły maksymalną długość życia o 30% dłuższą niż w przypadku kontroli
Nadekspresja enzymu syntetyzującego glutation w długowiecznej transgenicznej Drosophila ( muszkach owocowych) wydłużyła maksymalną długość życia o prawie 50%
Mutacja w wieku 1 genu nicieni ślimakowych Caenorhabditis elegans zwiększyła średnią trwałość 65%, a maksymalne 110% żywotności. Jednak stopień wydłużenia życia w wartościach względnych zarówno przez mutacje wieku-1, jak i daf-2 jest silnie zależny od temperatury otoczenia, z wydłużeniem ~10% w 16°C i 65% w 27°C.
Tłuszcz swoisty receptor insuliny KnockOut® (FIRKO) Myszy zmniejszenie masy tłuszczu, normalne spożycie kalorii i zwiększenie maksymalnego żywotności 18%.
Zdolność gatunków ssaków do detoksykacji rakotwórczego chemicznego benzo(a)pirenu do postaci rozpuszczalnej w wodzie również dobrze koreluje z maksymalną długością życia.
Krótkotrwała indukcja stresu oksydacyjnego z powodu ograniczenia kalorii zwiększa długość życia Caenorhabditis elegans poprzez promowanie obrony przed stresem, w szczególności poprzez indukcję enzymu zwanego katalazą. Jak wykazał Michael Ristow i współpracownicy, antyoksydanty odżywcze całkowicie znoszą to wydłużanie życia poprzez hamowanie procesu zwanego mitohormezą .

Languages

In other projects