El envejecimiento y la evolución.
La naturaleza es un tesoro lleno de ejemplos sorprendentes de variabilidad en la esperanza de vida entre distintas especies. Desde las efímeras, cuyo nombre deriva del griego ἐφήμερος, que significa “de un día”, y que nos ofrece una clara idea de la brevedad de su ciclo vital, hasta los tiburones de Groenlandia o Somniosus microcephalus, que pueden vivir varios siglos, convirtiéndolos en los vertebrados más longevos registrados. Por otro lado existen también fascinantes organismos que desafían el inexorable proceso de envejecimiento, considerados prácticamente inmortales, como las misteriosas hidras.
El envejecimiento es un fenómeno natural que ha desconcertado a científicos y biólogos durante décadas. En primer lugar, la mortalidad extrínseca, es decir, aquella causada por factores externos como enfermedades o depredación, es considerada como el principal determinante a la hora de predecir la esperanza de vida de los organismos vivos en estado salvaje. Debido a estos factores, muchos de ellos no llegarán a la vejez y, por tanto, no existiría una presión selectiva sobre aquellos genes que aumenten la esperanza de vida [i]. Por otro lado, la existencia del envejecimiento parece contraintuitiva, ya que en muchos casos no aumentaría la eficacia biológica de los individuos sino que más bien la reduciría, ya que el deterioro físico que experimentan dificultará la transmisión de sus genes [ii]. Por estas y otras razones, a medida que exploramos la vida a nivel evolutivo, descubrimos un intrigante rompecabezas: ¿por qué envejecemos y cómo encaja el proceso de envejecimiento en el contexto de la evolución?
Existen tres teorías clásicas que pretenden explicar por qué los individuos envejecen y cómo este proceso surge a lo largo de la evolución: la teoría de la “acumulación de mutaciones”, la teoría de la “pleiotropía antagonista” y la teoría del “soma desechable”.
Según la teoría de la “acumulación de mutaciones” propuesta por Peter Medawar en 1952 [iii], existen ciertas mutaciones que ejercen un efecto perjudicial sobre la supervivencia y/o la reproducción de los individuos pero que sólo se hacen evidentes en etapas tardías de la vida de los mismos. Estas mutaciones no enfrentan presiones evolutivas elevadas, ya que se manifiestan cuando los individuos son menos proclives a reproducirse. Como resultado, estas mutaciones pueden acumularse a lo largo de la evolución sin ser eliminadas por la selección natural. Turan et al. (2019) demostraron que los genes altamente expresados en etapas avanzadas de la vida, en comparación con la juventud, tienden a experimentar una disminución en su nivel de conservación evolutiva. Además, estos suelen tener funciones relacionadas con la respuesta al daño tisular asociado al envejecimiento. A este fenómeno lo denominaron age-related decrease in transcriptome conservation o ADICT y se encontró en diversos tejidos de mamíferos como cerebro o pulmón [iv].
La teoría de la “pleiotropía antagonista” de George Williams (1957) [v] se relaciona estrechamente con el concepto de mortalidad extrínseca. Esta teoría postula que el envejecimiento en la naturaleza es un fenómeno excepcional que conlleva una selección positiva de genes que brindan ventajas reproductivas en las primeras etapas de la vida y la edad reproductiva, pero que resultan perjudiciales en etapas posteriores. A esto se le llama “pleiotropía antagonista”, debido a que un solo gen tiene efectos opuestos a lo largo del ciclo vital. Un ejemplo que ilustra esta teoría es la enfermedad de Huntington. Esta enfermedad neurodegenerativa se manifiesta típicamente entre los 30 y 45 años y su precocidad está relacionada en gran medida con el número de repeticiones del trinucleótido CAG en el gen HTT. Se ha observado que los individuos portadores de este alelo pueden presentar una mayor capacidad reproductiva y cierta protección contra ciertos tipos de cáncer en edades tempranas, lo que podría conferirles ventajas reproductivas durante su juventud [vi].
Por último, la teoría del “soma desechable” de Thomas Kirkwood (1977) [vii] es la más reciente de las tres teorías clásicas y ofrece una visión más fisiológica y mecánica del envejecimiento. Las células pueden hacerse más resistentes al daño molecular progresivo a expensas de un mayor gasto energético en mecanismos que detectan y reparan ese daño. Debido a que en la naturaleza los recursos y la energía son limitados, estos deben invertirse sobre la línea germinal en lugar de las células somáticas para asegurar una mayor eficacia biológica y éxito reproductivo. De esta manera, aquellos mecanismos no reproductivos que combaten el envejecimiento en las células somáticas no se mantienen a lo largo de la evolución. Sin embargo, esta teoría parece no ser compatible con el mundo microbiano, ya que los organismos unicelulares no presentan esta distinción entre célula somática y germinal y, por tanto, no sufrirían por el proceso de envejecimiento. El trabajo de Teulière et al. (2020) añade que la vida microbiana sí que sufriría un proceso de envejecimiento debido a la naturaleza semiconservativa de la replicación del ADN y, posiblemente, un envejecimiento fisiológico. Aunque se tiende a pensar lo contrario, la división celular no es simétrica. Esto se debe a la existencia de marcas epigenéticas en cada una de las hebras del ADN, las cuales pueden heredarse asimétricamente en las dos células hijas tras la división e implicar diferente potencial replicativo o fisiológico. Por otro lado, todos los microorganismos sufren acumulación de mutaciones por cuestiones demográficas, lo que coadyuva al envejecimiento fisiológico. Esta perspectiva plantea la posibilidad de que en bacterias y otros microorganismos exista una forma primitiva de distinción soma/germen en la división celular. En este contexto, una célula hija que hereda menos marcas epigenéticas negativas o tiene un potencial replicativo y fisiológico inferior podría considerarse como parte de un linaje somático, mientras que aquella con un potencial superior podría asemejarse a un linaje germinal [viii].
Estas teorías ofrecen valiosas perspectivas para comprender por qué envejecemos y cómo este proceso se relaciona con la evolución, y nos desafían a explorar las complejidades de la vida y el envejecimiento a nivel molecular, fisiológico y evolutivo. Sin embargo, las teorías clásicas fallan a la hora de explicar algunas de las increíbles excepciones que existen en la naturaleza y que sortean el proceso de envejecimiento, por lo que en próximas entregas nos adentraremos de lleno en estos fenómenos.
Notas
[i] Johnson, A. A., Shokhirev, M. N., & Shoshitaishvili, B. (2019). Revamping the evolutionary theories of aging. Ageing research reviews, 55, 100947. https://doi.org/10.1016/j.arr.2019.100947
[ii] Diéguez, A. (2016). La lucha contra el envejecimiento: un problema científico y filosófico. Encuentros en la Biología, 9(160), 160-164.
[iii] Medawar, P. B. (1952). An unsolved problem of biology. Londres: University College of London/HK Lewis & Co.
[iv] Turan, Z. G., Parvizi, P., Dönertaş, H. M., Tung, J., Khaitovich, P., & Somel, M. (2019). Molecular footprint of Medawar’s mutation accumulation process in mammalian aging. Aging cell, 18(4), e12965. https://doi.org/10.1111/acel.12965
[v] Williams, G. C. (1957). Pleiotropy, Natural Selection, and the Evolution of Senescence. Evolution, 11(4), 398–411. https://doi.org/10.2307/2406060
[vi] Byars, S. G., & Voskarides, K. (2020). Antagonistic Pleiotropy in Human Disease. Journal of molecular evolution, 88(1), 12–25. https://doi.org/10.1007/s00239-019-09923-2
[vii] Kirkwood T. B. (1977). Evolution of ageing. Nature, 270(5635), 301–304. https://doi.org/10.1038/270301a0
[viii] Teulière, J., Bhattacharya, D., & Bapteste, E. (2020). Ancestral germen/soma distinction in microbes: Expanding the disposable soma theory of aging to all unicellular lineages. Ageing research reviews, 60, 101064. https://doi.org/10.1016/j.arr.2020.101064
