¿Por
qué envejecemos? Una pregunta que se redacta en tres palabras, que
se pronuncia en menos de dos segundos, pero que tiene una de las más
difíciles respuestas. Pertenece a lo que en biología llamamos
“grandes preguntas” o, en otras palabras, esas preguntas que todo
biólogo teme que le hagan. ¿Qué es la vida? ¿Cómo y por qué
cambian las especies? ¿Por qué existe el sexo?, etc.
Recientemente, la revista Proceedings of the
National Academi of Science de
los Estados Unidos (PNAS), ha publicado un artículo sobre un estudio
demográfico del género Hydra (un
género de hidrozoos
dulceacuícolas y cuya morfología externa es, exactamente, como el
mito griego dispone, pero a tamaño microscópico),
donde se estudian las tasas de natalidad y mortalidad de las
poblaciones de 2 especies del género, en función del tiempo (1).
¿Qué
tienen que ver la natalidad y la mortalidad con el envejecimiento?
Para explicarlo, vamos a tener que retrotraernos a 1966 y a la obra
de uno de los grandes
de la biología evolutiva moderna. Pero, primero de todo, tenemos que
hacer una distinción muy importante en ciencia. La explicación
próxima versus
la
explicación
última.
Pongamos un ejemplo claro y polémico a partes iguales. ¿Por qué
existe la pobreza? Podemos responder de dos formas. Podemos
responder
apelando
a las causas directas como la insuficiencia en las retribuciones y el
elevado coste de la vida en función de esas retribuciones o
la
escasez de recursos en un determinado territorio. Respondiendo
así, tenemos que tener en cuenta que
todas las respuestas a estas preguntas no hacen sino generar nuevas
preguntas ¿Por qué los trabajadores de un país cobran por debajo
de un nivel suficiente para una vida digna? ¿Por qué existe una
escasez de recursos en un determinado lugar o región? ¿Por qué el
coste de la vida es tal que, con un sueldo mediano, no puede vivir
dignamente? La otra forma de responder intenta, precisamente,
responder a las preguntas desde
el origen
de las mismas y a todas las preguntas que podamos plantearnos
a su alderredor.
¿Por qué existe la pobreza? Porque la economía bajo la que se
encuentra ese país hipotético, que
me he imaginado,
es
ineficiente en el reparto de los recursos. Este tipo de explicación
se denomina última.
Aquí,
la pregunta ¿Por qué existe una economía ineficiente? Nos podría
llevar a planteamientos teleológicos del tipo “existe un grupo de
gente que quiere mantenernos así”. Que sea un planteamiento
teleológico no significa que sea erróneo, al menos en economía.
Que es teleológico significa que tiene intención, y así la tiene
el ser humano y las agrupaciones que forma, pero una explicación más
última
que la que he propuesto iría en el sentido de explicar
qué lleva al ser humano, y a sus agrupaciones, a actual de tal modo,
y no el hecho de que actúen así. Una
explicación última
de
tipo sociológico (científico).
El
mismo tipo de preguntas podemos plantearnos con la cuestión de ¿Por
qué envejecemos? Una
respuesta de tipo próxima
sería conocer el proceso de envejecimiento a nivel molecular. El
recorte de los telómeros de los cromosomas
(los telómeros son una especie de protectores de DNA en los extremos
de los cromosomas y que, en principio, no codifican proteínas y
servirían para evitar que el DNA, en forma de DNA condensado, se
descondense
cuando no toca, y se estropee),
fallos en el sistema inmune que se encarga de detectar las células
envejecidas y destruirlas para dejar sitio a otras nuevas que
funcionan mejor, etc., pero, también, podríamos preguntarnos ¿Por
qué existen mecanismos anti-envejecimiento y por qué no son
perfectos? Este tipo de preguntas solo tienen respuesta bajo la
teoría evolutiva: nuestra respuesta
última.
Preguntarnos por qué existe una teoría evolutiva nos lleva a
responder, o con la ciencia de cómo conocemos (cómo es la
estructura de las teoría científicas que los humanos elaboramos,
qué tienen en común, en qué momentos se desarrollan y en cuales
no, etc.), o a planteamientos teleológicos de tipo creacionista.
Ahora
podemos volver a 1966. William
D. Hamilton hacía
sólo 2 años que había empezado su famosa serie de publicaciones
sobre la evolución del comportamiento social animal (y que
culminaría, precisamente, con esta publicación de 1966 de la que
voy a hablar) en la revista Journal
of Theoretical Biology:
dos artículos con modelos matemáticos lo encumbraron a la cima de
la biología, aunque esto fue con posteridad. Cuando, en 1966,
escribió sus modelos teóricos sobre la senescencia, todavía no era
demasiado conocido y sus modelos sobre
cómo pudo producirse la evolución de los comportamientos sociales
altruistas en insectos aún
no eran bien comprendidos por los biólogos. De forma sucinta, lo que
Hamilton
recoge
en sus
modelos de senescencia es lo siguiente (2).
La senescencia puede definirse mediante parámetros poblacionales (es
la forma habitual de operar en biología evolutiva: los caracteres
son de los individuos, la vejez en este caso, pero queremos saber
cómo se comporta esa vejez en conjunto; a nivel poblacional).
Un individuo senil tiende a tener mayor probabilidad de fenecer y
menor tasa de fecundidad. Esto es lógico, pero tiene que tener
lógica dentro de una teoría evolutiva, dentro de un modelo
matemático y, por último, darse en la naturaleza de la forma que
predice la teoría y el modelo matemático. Así,
según el modelo de Hamilton,
la
eficacia biológica (proporción de un individuo que se transmite a
la generación siguiente y
que es más alta cuanta mayor sea la descendencia absoluta del
individuo)
disminuye con la edad. Por esto, razona el autor, en principio un
estado vital con baja eficacia biológica, como uno con mayor
probabilidad de muerte y menor fertilidad, no evolucionará. Es
decir, no deberían de existir individuos senescentes, individuos
viejos.
Excepciones: sólo podrá hacerlo bajo dos
condiciones:
“Cuando
el viejo animal todavía beneficie a sus parientes más jóvenes” y
también “puede evolucionar cuando la muerte temprana del infante
hace más
probable la supervivencia de un pariente cercano”(2).
Con esta teoría
evolutiva de la senescencia bajo el brazo, podemos intentar falsar
cada supuesto con la realidad. Lamentablemente, no gozamos de
demasiadas comprobaciones empíricas. Solo, a partir de 2013,
encontramos estudios que buscan generalizar patrones, y no solo
encontrar casos particulares que confirmen en modelo. Quizá, el
estudio más importante realizado hasta la fecha sea el de Owen R.
Jones y colaboradores en 2014
en el que, de forma estandarizada, comparan las tres
variables poblacionales más importantes desde el punto de vista del
estudio de la senescencia (fertilidad, mortalidad y supervivencia,
estas dos últimas no so más que dos caras de una misma moneda) de
11 especies de mamíferos, 12 de otros vertebrados, 10 invertebrados,
12 plantas vasculares y 1 alga verde. La conclusión a la que llegan
es revolucionaria: los modelos de Hamilton,
y otros posteriores, no explican la enorme diversidad de patrones que
existe en la naturaleza ¡No
sirven!
Vamos
a desgranar brevemente esta diversidad para ver cómo atenta
contra los modelos de Hamilton,
pero primero tenemos que introducirnos algo en demografía. Por un
lado veremos los factores que pueden afectar a la fertilidad y a la
mortalidad y cual es la principal teoría que sustenta la
variabilidad observada y, por otro lado, estudiaremos las curvas de
supervivencia de Pearl
y Deevey.
La mejor forma de describir la relación entre fertilidad y
mortalidad y, por ende, la supervivencia es un equilibrio o trade
off
entre Inversión
somática
(cuanto se gasta el organismo, en moneda
energética,
en el crecimiento corporal) y la Inversión
reproductiva.
Inciso:
deberíamos
evitar todo lenguaje economicista en la biología ya que, como dijo
Stephen Jay Gould
y tantos y tantos especialistas en comunicación social como, por
ejemplo, George
Lakoff
y Mark Johnson
(3), las metáforas no son inocentes. Podemos sustituir inversión
y gasto por
el término apuesta
evolutiva.
Es un término que se refiere a la probabilidad y, por tanto, sería
mucho más neutro
y mucho más exacto de la realidad que no la inversión
o
el gasto.
De
todas formas, tenemos que seguir teniendo cuidad con la
personificación
de ciertas actitudes.
La
teoría evolutiva nos invita a pensar que aumentar la apuesta
evolutiva por
la parte somática, equivale a una mejor adquisición de la energía
necesaria a lo largo de la vida y una probabilidad mayor de
mantenerse vivo,
incrementándose así la supervivencia.
Pongamos
una metáfora para comprender mejor esto. Supongamos que nos hemos
comprado un coche (soma) con el objetivo de recorrer mundo
(reproducción). Con la apuesta
evolutiva somática “decidimos”
cuidar más el coche: lo sacaremos poco del garaje, yendo solo a
sitios seleccionados y gastaremos mucho dinero en repuestos, pero el
coche nos durará mucho tiempo (aquí hay que recordar que los
biólogos evolutivos hablan utilizando personificaciones de este tipo
decidimos, los
animales apuestan,
luchan,
etc. No so más que metáforas del lenguaje útiles para la
comprensión, pero siempre es bueno recordar que, quien elige, quien
decide es
la selección natural, una especie de colador por el que pasan más
unas cosas que otras, y así se deciden
las
cosas en evolución. No hay voluntad). Por
su parte, una apuesta
evolutiva centrada
en la reproducción
supone un olvido
del
soma y, por ende, una disminución del mantenimiento corporal y la
búsqueda y obtención de recursos. Bajará así la supervivencia. En
el ejemplo del coche, con una apuesta
evolutiva reproductiva, hemos
“decido” viajar todo lo que podamos, sin gastar dinero en
reparaciones. Lo que dure el coche, duró.
Otro
elemento a tener en cuenta es el ambiente. Los seres vivos no nacen,
viven, se reproducen y mueren en la nada. Hay que ver cómo se
comportan los parámetros poblacionales
en función del ambiente para poder hacer una correcta comprobación
de los modelos de Hamilton.
Por ejemplo, Halbach
en
1979 (pongo este ejemplo, como se podría poner cualquier otro)
estudió los parámetros demográficos de Brachionus
calyciflorus (una
especie de rotífero planctónico dulceacuícola
que, junto con otros congéneres, es muy utilizado en este tipo de
trabajos demográficos).
Halbach
observó cómo cambiaba la fertilidad y la supervivencia en función
de la temperatura y de la disponibilidad de recursos. Vio cómo la
supervivencia se incrementaba con temperaturas más suaves y cómo
existía
un óptimo de recursos también para la supervivencia. La fertilidad
reaccionaba
de forma similar.
Ahora
podemos entrar en los tipos
de curvas de supervivencia
que, primer Pearl
en
1928 y Deevey en
1947, consiguieron definir (figura 1):
- Curvas
de Tipo I:
convexa. La mortalidad se concentra al final del tiempo máximo de
vida. - Curvas
de Tipo II:
recta. La probabilidad de muerte permanece constante con la edad. - Curvas
de Tipo III:
cóncavas. Indican una mortalidad precoz intensa, mientras que los
individuos que consiguen sobrevivir tienen una gran probabilidad de
hacerlo hasta el tiempo máximo de vida.
Con
estos descriptores,
podemos entrar ya a analizar, en primer lugar el trabajo de Owen
R. Jones
y colaboradores y, posteriormente, el raro caso del género Hydra
y su extraño comportamiento demográfico. Vamos a clasificar los
diferentes comportamientos que tienen los descriptores demográficos
utilizados por Owen
R. Jones
y colaboradores. Podemos distinguir 5 modelos de comportamiento (4).
- Combinación
de una curva convexa Tipo
I
de supervivencia con un pico
de fecundidad
al inicio de la edad fértil. - Combinación
de una curva convexa Tipo
I de
supervivencia y una fecundidad
constante
o creciente a lo largo de la vida. - Combinación
de una curva recta Tipo
II
de supervivencia y una fecundidad
creciente.
Aquí podemos distinguir una fecundidad creciente suave o con un
ligero pico de
fecundidad
y una fecundidad creciente de forma exponencial. - Combinación
de una curva cóncava Tipo
III de
supervivencia y una fecundidad
asintótica,
es decir, que tiende hacia un cierto valor pero sin alcanzarlo
nunca, dando lugar a curvas similares a un repecho
que cada vez es más fácil de subir
Para
el final
he dejado
el modelo más especial de todos y es, realmente, donde quería venir
a parar con este ensayo (estos modelos son de elaboración propia a
partir de los datos y gráficas recogidos por Owen
R. Jones y
colaboradores (4). Ver
figura 2a
y 2b).
Figura
1. Tipos
de curvas de supervivencia según Pearl
(1928)
y Deevey
(1947).
En a) vemos los tipos en función del número de sobrevivientes y en
b) vemos las curvas en función de la edad en la que se produce la
mortalidad.
Después
de haber visto, que no siempre la mortalidad se incrementa son la
edad (afirmación que solo sería válida en las curvas de
supervivencia tipo I) y que no siempre la fecundidad disminuye con la
edad, poniendo en serias dudas el modelo evolutivo de la senescencia
de Hamilton
de
1966, vemos y nos damos cuenta que existen organismo cuya natalidad y
mortalidad PERMANECEN CONSTANTES
a
lo largo de toda la vida (ver figura 2b, con la Hydra
magnipapillata,
5ª fila, segunda columna). Si el modelo 1 es típico de vertebrados
y algunos invertebrados, el modelo 2 de invertebrados y algún
vertebrado y los modelos 3 y 4 son típicos de algas, plantas y algún
invertebrado, el modelo
5,
con esa curva de supervivencia Tipo
II especial con
tasas de mortalidad bajísimas y tasas de fecundidad constantes
tiene, por el momento, un único pero famoso representante: como ya
hemos dicho, el género Hydra.
Figura
2a. Primera parte de las especies analizadas por Owen
R. Jones y
colaboradores (4). En el eje de la izquierda se representa la tasa de
fecundidad y mortalidad estandarizadas. Fundamentalmente, observamos
modelos 1 y 2.
En
el estudio de Owen
R. Jones y
colaboradores del 2014 se presentan datos estimados de la especie
Hydra
magnipapillata, y
digo estimados porque la esperanza
de vida estimada
es de 14.000 años. Nadie ha podido observar a tanta distancia y,
además, las mortalidades que ocurren
en Hydra
se
deben más al proceso científicos (manipular acuarios, conteo de
individuos, etc.) que a muertes naturales. En el trabajo de 2015,
publicado por PNAS,
de
Ralf
Schaible y
colaboradores se demuestra fehacientemente
la constancia de estos valores. Es decir, realmente la tasa de
mortalidad de Hydra
es,
estadísticamente, 0 y, la tasa de natalidad, es constante. Esto
supone una inmortalidad
teórica.
En palabras de los autores:
“Nuestros
datos muestran que, 2.256 Hydras
de 2 especies estrechamente emparentadas, en 2 laboratorios,
divididas en 12 cohortes, y edades comprendidas entre 0 y 41 años,
tienen ratios constantes de mortalidad extremadamente bajos. Los
ratios de fertilidad sistemáticamente permanecen constantes con el
avance de la edad. Esto falsaría la universalidad de las teorías de
la evolución del envejecimiento”
(1).
Figura
2b. Segunda parte de las especies analizadas por Owen
R. Jones y
colaboradores (4). La leyenda se muestra en la figura 2a. Aquí
observamos modelos 2, 3 y 4, además del modelo 5 de la Hydra,
y
algunos modelos que se le acercan ligeramente.
¿Qué
puede hacer posible una tasa de fertilidad y mortalidad constantes?
¿Puede esto evolucionar? Volvemos a la distinción entre causa
próxima y
causa
última. Ralf
Schaible y
colaboradores se atreven a dar hipótesis para ambas explicaciones.
La explicación próxima:
“La
no senescencia de Hydra
implica niveles de mantenimiento y reparación que son suficientes
para prevenir la acumulación del daño de décadas tras la
maduración; mucho más allá de la corta esperanza de vida de Hydra
en
la naturaleza. Una alta proporción de células madre, un constante y
rápido reciclaje celular, pocos tipos celulares, un plan corporal
sencillo y el hecho de que la línea germinal no esté separada del
soma, son características de la Hydra
que pueden hacerla no senescente”
(1).
Y
en cuanto a la explicación última:
“La
no senescencia puede ser óptima porque el tiempo de vida
reproductivo puede ser mejorado mejor mediante la extensión de la
vida adulta que por el incremento diario de la fertilidad”
(1).
Esta
explicación enlaza con
el equilibrio que existe entre la apuesta
evolutiva por
el mantenimiento somático y la apuesta
evolutiva por
la reproducción que ya he explicado. Un mantenimiento corporal
adecuad puede ser más eficiente aportando a la siguiente generación
que una apuesta
reproductiva muy
fuerte. En otras palabras, más vale una baja tasa de fertilidad
durante mucho tiempo que una muy elevada durante poco. Para este
corolario hay que tener en cuenta las características únicas,
citadas por los autores, que tiene el género Hydra.
Pero, una vez más, esto son hipótesis que hay que comprobar.
¿Existen otros animales con características biológicas similares?
Las
esponjas y otras especies de medusas y corales serían buenos
candidatos para comparar dentro de los animales pero, ¿Existen otros
organismos con estas características? Las algas pluricelulares, tipo
talófita, o los musgos, podrían ser buenos ejemplos. ¿Estos
organismos tienen o no tienen este comportamiento vital?, y si no lo
tienen ¿A qué es debido? ¿Realmente las características de número
elevado de células madre, elevada tasa de renovación celular, línea
germinal y somática unidas, pocos tipos celulares y
plan
corporal sencillo son
características que favorecen tasas de mortalidad y natalidad
constantes? Y una cuestión importante, y que polemiza un poco con el
artículo de Rald
Schaible y
colaboradores: si las Hydra
tienen
una supervivencia en la naturaleza tan baja ¿Cómo es posible que
evolucione en esa situación un sistema de reparación que le permita
la inmortalidad
teórica?
Si la tasa de mortalidad por depredación o por el ambiente es alta,
la ventaja evolutiva de una vida larga con tasas de fecundidad
relativamente bajas, pero constantes, desaparece.
Son,
todas ellas, cuestiones a investigar, dificultadas por la complejidad
de mantener ciclos de vida de estos organismos en el laboratorio (a
excepción de la propia Hydra),
pero hay que intentarlo. Hay que hacerlo.
REFERENCIAS
-
Schaible, Ralf et al.,(2015). Constant mortality and fertility over age in
Hydra. Proceedings of the National Academy of Sciences,
112(51), 15701-15706. -
Hamilton, W. D. (1966). The moulding of senescence by natural
selection. Journal of theoretical biology, 12(1),
12-45. -
Lakoff, G. & Johnson, M. (1991). Metáforas de la vida
cotidiana. Alianza. Pág. 281 -
Jones, Owen R. et al., (2014). Diversity of ageing across the tree of life.
Nature, 505(7482), 169-173.
