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La vie oppose l'ordre et la complexité de la biologie au chaos incessant de la physique. La deuxième loi de la thermodynamique, ou la flèche thermodynamique du temps, stipule que tout système naturel tendra toujours au désordre croissant. Le vieillissement biologique n'est pas différent, rendant la mort inévitable. Cependant, le paradoxe apparent entre l’optimisation de l’évolution et la dégradation inévitable du corps est l’une des questions du vieillissement les moins traitées. Compte tenu des milliards d'années de 3.5 au cours desquelles nous avons évolué à partir d'organismes monocellulaires, pourquoi la vie n'a-t-elle pas combattu l'inefficacité du vieillissement? Ou plus exactement, comment le vieillissement a-t-il persisté dans le cadre de l'évolution darwinien?
Pour que l'évolution se produise, il faut d'abord variation génétique, une différence entre les individus d’une population pour une caractéristique mesurable (phénotype) découlant de facteurs génétiques et environnementaux; héritage de ces facteurs génétiques des parents à leur progéniture; et succès de reproduction différentiel, de sorte que certains facteurs génétiques se manifestent dans la capacité de survie et de reproduction d'un individu (c.-à-d. la forme physique).
Pensez au vieillissement dans ce cadre évolutif. Il existe une variation évidente de la durée de vie entre les différents individus du monde, influencés par des facteurs génétiques, mais également fortement influencés par des facteurs externes tels que le produit intérieur brut du pays.
La durée de vie est aussi un trait hérité, avec environ 23 à 26% de la variation de la durée de vie entre individus causée par des facteurs génétiques, sinon connu comme héritabilité. En outre, il est logique qu'une augmentation de la durée de vie ou une amélioration de votre santé entraînant une augmentation de la durée de vie, vous rende plus attrayant pour l'autre sexe et augmente vos chances de succès en matière de reproduction. Donc, si ces trois critères d'évolution ont été satisfaits pour le trait de longévité, pourquoi ne vivons-nous pas un nombre d'années non déclaré?
Dans 1952, le biologiste britannique Peter Medawar a formalisé la première théorie évolutionniste du vieillissement, la qualifiant de modèle d'accumulation de mutation. Cette théorie repose sur le fait que les mutations acquises par un individu peuvent être précoces ou tardives. Les mutations précoces se manifestent pendant la période où les individus sont actifs sur le plan de la reproduction, de sorte que la sélection naturelle aura un effet sur la mutation. Cependant, la sélection naturelle est «aveugle» aux mutations tardives. Les mutations qui se manifestent plus tard dans la vie ne peuvent pas être sélectionnées rétroactivement, si la reproduction a déjà eu lieu, et transmises à la génération suivante. Par conséquent, la force de sélection diminue avec l’âge et le déclin de la reproduction. Ce phénomène est connu comme l'ombre de la sélection.
L'ombre de sélection est la force de sélection diminuée avec l'âge et le déclin de la reproduction. Source: Fabian et Flatt, 2011
Cette théorie explique pourquoi il est si difficile d'élever des animaux en captivité jusqu'à des âges plus avancés que ceux qu'ils auraient naturellement rencontrés à l'état sauvage. Lorsque leur environnement change et que les risques de survie sont levés, par exemple en captivité, les animaux peuvent vivre jusqu'à un âge où les mutations tardives accumulées peuvent se manifester. Cet effet est exagéré par la concentration de mutation due à la consanguinité dans ces petites populations. Les défenseurs de l'environnement ont beaucoup de difficulté à faire face au niveau élevé de ces maladies liées à l'âge, qui ne sont pas observées à un tel taux dans la nature. Un phénomène similaire a été observée avec l’augmentation des maladies neurodégénératives chez les populations humaines, ce qui coïncide avec l’augmentation drastique de notre durée de vie au cours du siècle dernier.
Le modèle de mutation-accumulation a été affiné dans 1957 par le biologiste évolutionniste américain George C Williams, lorsqu'il caoutchouteuse élaborée plus loin sur la relation entre les mutations précoces et les réactions précoces. Une mutation peut avoir de multiples effets qui se présentent différemment selon les types de tissus ou les différentes étapes de la vie, phénomène génétique connu sous le nom de pléiotropie. Lorsque la mutation a des effets opposés sur la condition physique à différents stades de la vie, par exemple au début et à la fin de la vie, on parle de pléiotropie antagoniste. Williams a postulé que si une mutation avait un effet bénéfique sur la survie et la reproduction au début de la vie, mais qu'elle avait un impact négatif sur le vieillissement plus tard dans la vie, la sélection agirait sur le bénéfice précoce et enrichirait cette mutation dans la population. Ce modèle de pléiotropie antagoniste présente le vieillissement comme un sous-produit mésadapté de sélection pour la survie et la reproduction pendant la jeunesse.
Il a donc été établi que certains traits de vie précoces qui amélioraient la survie et la reproduction présentaient un compromis évolutif contre les troubles liés à l’âge. Cependant, dans 1977, le biologiste anglais Thomas Kirkwood a avancé ce concept avec le modèle de soma jetable, Qui propose un compromis évolutif entre la survie et la reproduction eux-mêmes. Kirkwood a fait valoir que, dans un environnement aux ressources limitées, chaque individu doit budgétiser des ressources pour la survie ou la reproduction. Pensez-y comme à votre choix lorsque vous achetez une nouvelle voiture. Vous pouvez acheter une nouvelle voiture de sport flashy qui passe de 0-100 km / h en quelques secondes à 2.7, profiter du frisson et peut-être capture l’œil de certains partenaires potentiels dans le processus. Mais cette voiture est chère, et son accélération et sa vitesse pourraient ne pas être sûres.
Le même concept de coûts et de risques de reproduction est observé dans toute la nature. Ce sont les facteurs que les espèces doivent soupeser et affronter dans leurs efforts pour trouver un partenaire adéquat:
- Coûts de recherche: trouver un partenaire dans la nature sauvage de la reproduction peut coûter du temps et de l'argent - ou, dans la nature, cela coûterait de l'énergie métabolique et le risque de prédation;
- Coûts de portage / d’élevage: la gestation et l’élevage de la progéniture sont énergiquement coûteux, tout en augmentant la vulnérabilité du parent à la prédation;
- Risques de maladie: l'interaction avec un partenaire peut entraîner des maladies de contact;
- Risques liés à la reproduction: les femmes sont davantage exposées au risque de violence domestique que les hommes, mais les rôles peuvent être inversés, la femme de certaines espèces consommant le mâle peu méfiant après la copulation (par exemple, le mante religieuse cannibalise son partenaire après l'accouplement).
Bien que la reproduction puisse être coûteuse, si vous réussissez, la fin justifie les moyens. Mais quand il s’agit de laquelle de ces stratégies les individus emploient, l’environnement peut avoir une grande importance. Dans une expérience De 2004, les grillons des champs mâles ont été élevés en captivité et nourris avec des niveaux de protéines faibles à élevés dans le cadre de leur régime alimentaire. Pour attirer les partenaires potentiels, les grillons mâles frottent leurs pattes arrières contre leur abdomen pour produire l'appel que nous entendons le soir. Ce n'est pas seulement coûteux sur le plan métabolique, mais alerte leur présence aux prédateurs. Les hommes nourris avec un régime riche en énergie et riche en protéines ont affecté ces ressources à des visites nocturnes au détriment de la maintenance cellulaire. Cela a entraîné une réduction de la longévité, même en l'absence de prédateurs.
En fin de compte, la reproduction est le point central par lequel l’évolution évolue. L'évolution humaine permet l'apparition d'effets tardifs sur la santé après cette fenêtre de reproduction, en particulier si elle profite aux individus qui en sont au début de leur vie. Dans le contexte de contraintes environnementales, l'individu doit allouer efficacement ses ressources, en créant des compromis entre reproduction, sécurité et santé à long terme. Dans le cadre de la recherche d’un remède contre le vieillissement, la médecine évolutive peut nous aider à mieux comprendre pourquoi les maladies humaines se déclarent et à élucider les coûts imprévus du renversement de ce processus biologique intrinsèque.
A propos de l'auteur
Jordan Pennells est doctorant en bio-ingénierie à l'Institut australien de bio-ingénierie et de nanotechnologies de l'Université du Queensland à Brisbane. Il étudie des nanomatériaux durables à base de plantes.
Cet article a été initialement publié sur Temps infini et a été republié sous Creative Commons.
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