Fuente de información sobre la evolución del envejecimiento/senescencia

No conozco una sola fuente que se ajuste a todo lo que ha preguntado, así que aquí hay una bibliografía personalizada para que pueda comenzar.

Fuentes generales

Primero aprendí sobre biogerontología de la excelente serie de ensayos introductorios en el sitio web de João Pedro de Magalhães, senescence.info ; Definitivamente recomiendo comenzar aquí.

Un libro corto escrito por dos expertos, para Scientific American Publishers, es Aging: A Natural History de Finch y Ricklefs . "El" libro sobre la Teoría Evolutiva del Envejecimiento es la Biología Evolutiva del Envejecimiento de Michael Rose . "El" libro sobre biogerontología comparativa es Longevity, Senescence, and the Genome de Finch . Una cuenta "pop" de investigaciones recientes (especialmente relacionadas con la restricción calórica y los mutantes de larga vida, que tienen a la gente emocionada en este momento, y la búsqueda de medicamentos para la longevidad) es The Youth Pill de David Stipp . Una referencia constantemente actualizada con nuevas ediciones es The Handbook of the Biology of Aging . En 2008 (solo faltando el entusiasmo por la rapamicina de 2009),Biología Molecular del Envejecimiento . La Sociedad Gerontológica de América tiene un libro de texto electrónico, que creo que se actualizará regularmente, llamado Biología Molecular y Celular del Envejecimiento .

La definición y medición del envejecimiento

Por lo general, las personas definen la senescencia como un aumento de la "mortalidad" con la edad. Mortalidad significa aproximadamente vulnerabilidad; cuanto mayor eres, más fácil es morir. La mortalidad se mide/estima demográficamente, en términos de supervivencia de la cohorte (hipotética o real). Generalmente se utilizan dos cantidades: una para tiempo discreto y otra para tiempo continuo. Dónde$N_x$el número de sobrevivientes aún vivos en una cohorte a la edad$x$,

$q_x = \frac{{N_x}-{N_{x+1}}}{N_x}$tiempo discreto; La probabilidad de muerte específica por edad .

$\mu_x = -\frac{N^{'}_{x}}{N_x}$instantáneo; La Fuerza de la Mortalidad .

El primero es la fracción, de los vivos a la edad$x$, que morirá antes de edad$x+1$. Esto estima la probabilidad de que un individuo de edad$x$morirá antes de la edad$x+1$. Esto es intuitivo: envejecer significa que es menos probable que una persona de 80 años llegue a los 81, que una persona de 20 años de llegar a los 21. Observe que$q_x$está acotado entre 0 y 1.

La segunda es la tasa instantánea de muerte, normalizada contra el tamaño de la cohorte en ese instante (mientras que la primera era el número de muertes en un intervalo, normalizada contra el tamaño de la cohorte al comienzo del intervalo). Es la tasa de mortalidad per cápita instantánea, específica por edad . Se puede visualizar como la pendiente de la curva de supervivencia, dividida por su altura, multiplicada por -1 para que sea positiva. No es una probabilidad. Tiene una dimensión de tasa ("por segundo", "por hora", etc.) y no tiene límite superior.

Esta forma de definir la senescencia se describe en Aging and its Demographic Measurement de Nature Scitable (aunque los autores dan una definición errónea de la fuerza de la mortalidad). Se discute y justifica intuitivamente, y extensamente, en The Definition and Measurement of Senescence de Peter Medawar .

A veces, es posible que también desee contar una disminución en la fecundidad como envejecimiento, incluso si la mortalidad no cambia. O bien, es posible que desee definir la senescencia en términos de varios tipos de rendimiento fisiológico. Esto es realmente una cuestión de gusto, supongo, o de qué tipo de pregunta está tratando de responder. El envejecimiento o la senectud es solo la parte de envejecer que, además de tener más cumpleaños, es de alguna manera "mala" para ti.

Pero el criterio más común es que$q_x$o$\mu_x$crece con la edad.

Corriente principal de la teoría evolutiva del envejecimiento:

La idea principal es que el envejecimiento evoluciona debido a la fuerza decreciente de la selección natural con la edad. La selección natural "se preocupa menos" por las cosas que suceden tarde en la vida que por las cosas que suceden temprano en la vida.

• Acumulación de mutaciones (MA): la teoría propuesta en Un problema no resuelto de biología de Peter Medawar . (Teoría de que el envejecimiento se debe a genes que son silenciosos o neutrales en la vida temprana y perjudiciales en la vejez).
• Pleiotropía antagónica (AP): la teoría propuesta en Pleiotropy, Natural Selection, and the Evolution of Senescence de George C. Williams . (Teoría de que el envejecimiento se debe a genes que son beneficiosos en los primeros años de vida y perjudiciales al final de la vida).
• Soma Desechable: Propuesto por Thomas Kirkwood y Robin Holliday; a veces se considera una versión de AP . (Teoría de que el envejecimiento se debe a una compensación, a su vez posiblemente debido a la asignación de recursos limitados, entre reproducción y mantenimiento; la selección favorece un mantenimiento menos que perfecto. Puede considerarse una versión de AP donde el "efecto beneficioso temprano" es un mayor mantenimiento, y el "efecto deletéreo tardío" es la disminución de la supervivencia).

Resumido en The Evolution of Aging de Nature Scitable . Tenga en cuenta que tanto MA como AP podrían ser parcialmente ciertos; ambos tipos de genes podrían existir.

Tanto MA como AP se citan comúnmente como predictores de que una mayor mortalidad extrínseca debería conducir a la evolución de una senescencia más temprana/más rápida; pero las cosas pueden ser más complicadas que esto .

La fuerza decreciente de la selección natural: la formalización de Hamilton

Las ideas de Medawar y Williams fueron verbales. William Hamilton hizo los cálculos y demostró que ciertos indicadores formales de la fuerza de la selección en un efecto genético, necesariamente declinaban con la edad en que ocurre ese efecto. Estos indicadores fueron, creo: 1) la derivada parcial de$r$(la tasa intrínseca de aumento / parámetro maltusiano, que él tomó como aptitud) con respecto a la fuerza de la mortalidad a la edad$x$; y 2) la derivada parcial de$r$con respecto a la fecundidad a la edad$x$. (El primero comienza a disminuir a la edad de la primera reproducción; el segundo comienza a disminuir inmediatamente).

De paso, esto también demostró que una observación que RA Fisher había hecho anteriormente y que Medawar había aceptado era una falacia. Fisher y Medawar habían asumido que la fuerza de la selección natural era proporcional al valor reproductivo específico de la edad; pero dado que el valor reproductivo puede aumentar con la edad, y los indicadores de Hamilton no pueden, el valor reproductivo no puede medir la sensibilidad de$r$.

• El artículo de Hamilton: El moldeado de la senectud por la selección natural .
• Charlesworth resume los resultados de Hamilton y los pone en contexto en Fisher, Medawar, Hamilton and the Evolution of Aging .
• Se supone que el libro de Charlesworth Evolution in Age-Structured Populations es bastante importante y ha mejorado y refinado cosas en esta área.
• Aparentemente, las cosas podrían ser un poco más complicadas que esto. Baudisch ha afirmado que aunque los indicadores de Hamilton deben disminuir con la edad, otros indicadores, que obviamente no son irrazonables, pueden aumentar .

Gompertz, Weibull y Gompertz-Makeham

La ecuación de Gompertz pretende describir cómo la Fuerza de la Mortalidad$\mu_x$crece con la edad. La ecuación de Gompertz se elaboró ​​empíricamente, no por ninguna razón teórica; A Benjamin Gompertz le pareció que se ajustaba bastante bien a los datos, durante un buen tramo de la vida adulta. Lo mismo ocurre con la ecuación de Weibull, que yo sepa, y con la ecuación de Gompertz-Makeham.

• Gompertz es una ecuación de crecimiento exponencial :$\mu_x = \mu_0 \cdot e^{Gx}$(dónde$G$es un parámetro). Parece una línea recta cuando se grafica en un gráfico semilogarítmico .
• Weibull es una ecuación de crecimiento de potencia :$\mu_x = A \cdot x^B$(dónde$A$y$B$son parámetros). Parece una línea recta cuando se grafica en un gráfico logarítmico .
• Gompertz-Makeham agrega una constante a la ecuación de Gompertz:$\mu_x = \mu_0 \cdot e^{Gx}+C$. Esto arruina la elegancia de los gráficos semilogarítmicos, por desgracia; no parece una línea recta.

Aparentemente, algunas personas han tratado de mostrar cómo, por ejemplo. Gompertz puede evolucionar en modelos MA, pero la generalidad de esto es cuestionable (ver Cuadro 2 en este artículo Tendencias en Ecología y Evolución ). Gavrilov y Gavrilova (defensores de la "teoría de la confiabilidad del envejecimiento", han dicho algo acerca de que Gompertz y Weibull son especiales : ("Tanto la ley de fallas de Gompertz como la de Weibull tienen su explicación fundamental enraizada en la teoría de la confiabilidad... y son las dos únicas distribuciones de valores extremos limitantes teóricamente posibles para sistemas cuya vida útil está determinada por el primer componente fallado... En otras palabras, a medida que el sistema se vuelve más y más complejo (contiene más componentes vitales, cada uno de los cuales es crítico para la supervivencia), su distribución de vida útil puede acercarse asintóticamente a una de las dos únicas distribuciones limitantes teóricamente posibles, ya sea Gompertz o Weibull (dependiendo de la cinética temprana de falla). de los componentes del sistema)". ) No sé lo que eso significa.

Creo que Gompertz es la ecuación más citada / utilizada. Se supone que es más preciso que Weibull. Supongo que Gompertz-Makeham es más preciso, pero por supuesto que lo sería: tiene un parámetro ajustable adicional que, si no ayuda, ¡puedes ponerlo a cero!

A veces estas ecuaciones se presentan erróneamente en términos de$q_x$en lugar de$\mu_x$. Esto es erróneo históricamente, pero también porque$q_x$tiene un límite superior de 1 y posiblemente no podría obedecer ninguna de las ecuaciones, al menos no indefinidamente.

A veces, a las personas les resulta más intuitivo describir el crecimiento exponencial de Gompertz en términos de cuánto tiempo lleva$\mu_x$doblar _ en humanos, este "tiempo de duplicación de la tasa de mortalidad" es de unos ocho años.

Tenga en cuenta que la ecuación no describe con precisión la vida temprana; la mortalidad a menudo comienza alta en los bebés, antes de caer a su mínimo y luego comienza a crecer nuevamente. De este modo$\mu_0$no es la tasa de mortalidad real a la edad 0, sino la tasa de mortalidad extrapolada hacia atrás que habrías tenido a la edad 0, si fueras perfectamente gompertziano (o lo que sea).

También puede no describir una vida muy tardía. Un tema candente en este momento es la "desaceleración de la mortalidad en la vejez", donde el crecimiento exponencial parece desacelerarse de tal manera que Gompertz sobrepredice la mortalidad en los ancianos; se debate si esto es así y por qué.

Teoría de la confiabilidad y teoría de la confiabilidad del envejecimiento

La "teoría de la confiabilidad" en sí misma es solo un marco matemático para describir las tasas de supervivencia / falla y esas cosas. (Los ingenieros lo usan para cuantificar cosas como la velocidad a la que las piezas se rompen por primera vez, o lo que sea). Algunas de las cantidades que describe son básicamente las mismas que algunas cantidades análogas en demografía / historias de vida, si se toma "primera falla". para significar la muerte. Por ejemplo, la "Función de Supervivencia"$S(t)$es la probabilidad, en el tiempo$0$, esa falla aún no se habrá producido por el tiempo$t$; esto es obviamente análogo a la probabilidad$l_x$que un recién nacido seguirá vivo a la edad$x$.

Los sistemas pueden estar hechos de partes; si conoce los patrones de supervivencia/confiabilidad de las partes y cómo se combinan, puede decir algo sobre la supervivencia/confiabilidad de todo el sistema. Para ilustrar, compare dos tipos de estructura de confiabilidad:

• Una "estructura de confiabilidad en serie" es aquella en la que, si alguna parte falla, el sistema falla. Un ejemplo sería un bloque sostenido por una cadena; si algún enlace se rompe, el bloque cae.
• Una "estructura de confiabilidad paralela" es aquella en la que, si todas las partes fallan, el sistema falla. Un ejemplo sería un bloque sostenido por varios anillos individuales, unidos por separado; sólo cuando se rompe el último anillo, el bloque cae.

" La Teoría de la Confiabilidad del Envejecimiento y la Longevidad " es una teoría específica propuesta por Leonid Gavrilov y Natalia Gavrilova, destinada a explicar los patrones de falla ("muerte") del organismo en términos de falla de los componentes y cómo se juntan los componentes. Si no recuerdo mal, proponen que los organismos que envejecen están formados por bloques redundantes de componentes que no envejecen; supuestamente, esto puede explicar el envejecimiento casi gompertziano durante la mayor parte de la vida adulta, así como la aparente desaceleración de la mortalidad en la vejez.

Selección de grupo

¡Herejía! Supongo que la mayoría de los biólogos/gerontólogos evolutivos están contentos con la teoría dominante y no se toman en serio la teoría de la selección de grupos. Iunno, prueba Mitteldorf? Aquí hay un papel y también escribió un libro pop con Dorion Sagan . Sobre la selección de grupos en general como explicación del altruismo, creo que David Sloan Wilson es el tipo que más se esfuerza por defenderlo (o "una nueva versión de él").

Mecanismos Moleculares

Iunno, prueba The Hallmarks of Aging ? El problema es que realmente no sabemos qué mecanismos causan el envejecimiento. Hay algunas buenas ideas, pero encontrar pruebas es dificil. Un problema es que, si desea saber por qué algunas especies viven más que otras y está buscando correlaciones fisiológicas, el tamaño del cuerpo es un gran factor de confusión (los elefantes y las ballenas viven más que los ratones y los perros), y también podría serlo la filogenia. .