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Verursacht Fortpflanzung Alterung? Ist Altern nur eine Strategie zur Steigerung des Fortpflanzungserfolgs bei allen Organismen?


Hintergrund warum ich das frage:

Ich habe ein Buch gelesen – moderne biologische Theorie und Experimente zum Zölibat – das die Theorie der Lebensgeschichte verwendet, um zu implizieren, dass die Fortpflanzung der Grund ist, warum Organismen alt werden. Kann das wirklich passieren?

Das Buch verwendet mehrere Argumente, um dieses Argument zu stützen:

  1. Selbst wenn ein Organismus nicht altert, würde er dennoch an Unfällen sterben. Daher hat die Fortpflanzung für den Organismus eine höhere Priorität als die Reparatur und Erhaltung seines Körpers, um über Generationen zu überleben.

  2. Betrachten Sie zwei Organismen, einen, der altert und einen, der nicht altert. Wenn nun jemand, der altert, seine Alterungsrate so einstellen kann, dass seine Lebenserwartung mehr oder weniger der seines nicht alternden Altersgenossen entspricht, wird er nur wenig an Lebenserwartung erleiden und im Gegenzug viel Fortpflanzungserfolg erzielen , was ihm einen selektiven Vorteil verschafft.

  3. Das Buch argumentiert, dass Organismen durch Alterung die Kosten für Leichen reduzieren. Wenn wir zum Beispiel nicht altern, wären alle sterbenden Menschen gesund und robust, was bedeutet, dass alle Energie, die in die Erhaltung der Gesundheit investiert wird, verschwendet wäre. Aber wenn wir strategisch beginnen, Gesundheit auszugeben, um zusätzlichen reproduktiven Erfolg zu erzielen, gewinnen wir am Ende das, was wir sonst verschwenden würden. Alle wirklich alten Menschen in einer alternden Welt wie der unseren werden noch vor ihrem Tod zu Leichen, was mit weniger Verlusten verbunden ist.

Hier also meine Frage:

Ist die Fortpflanzung eine der Hauptursachen für das Altern? Ist Altern eine Strategie zur Steigerung des Fortpflanzungserfolgs, wie in der obigen Theorie beschrieben? Bedeutet die Theorie der Lebensgeschichte, dass ein „gut genährtes“ Individuum sich strategisch altern wird, um einen selektiven Vorteil zu erlangen? Ist es das? Altern wir deshalb?

Einige Experimente, die die obige Theorie begünstigen:

  1. In „Hunderten von Experimenten zur Ernährungseinschränkung“ an Tieren wurde gezeigt, dass eine verringerte Reproduktionsrate und das Altern Hand in Hand gehen.
  2. Eine Verlängerung der Lebensdauer von Eunuchen und kastrierten Tieren wurde in vielen Experimenten bestätigt.
  3. Es wurde beobachtet, dass, wenn einer stillenden Frau Kalzium fehlt, die Knochen in ihrem Körper demineralisiert werden, um ihre Nachkommen zu ernähren, was bedeutet, dass das Kind eine höhere Priorität hat als ihr eigener Körper, was sinnvoll ist, da das Kind sie überleben würde.

  4. Experimente haben bestätigt, dass die Kosten für Ejakulat bei männlichen Nattern und japanischen Makaken nicht trivial sind.

Es sei darauf hingewiesen, dass diese Theorie die Richtigkeit der Lebensgeschichte voraussetzt und daher von allen Experimenten unterstützt wird, die die Lebensgeschichte unterstützen.


Nachdem ich die Entsorgungs-Soma-Theorie gelesen habe, wie sie von rg255 in den Kommentaren vorgeschlagen wurde, kann ich sehen, dass die in diesem Buch diskutierte Theorie die Entsorgungs-Soma-Theorie ist, mit der zusätzlichen Behauptung, dass die beste Lebensstrategie eines jeden Organismus ist nicht 0 zu haben, aber eine artspezifische Alterungsrate zu haben, um die Verschwendung von Ressourcen durch Leichen zu reduzieren und den Fortpflanzungserfolg zu erhöhen.


Vorhersage der Lebenserwartung von Erwachsenen und des lebenslangen Fortpflanzungserfolgs anhand von Fortpflanzungsereignissen im frühen Leben

Fitness ist ein Produkt des Überlebens und der Fruchtbarkeit, die sich aus einer Vielzahl individueller Merkmale ergeben, die von Person zu Person variieren. Die Einschätzung der Fitness ist für viele Forschungsprogramme in Ökologie und Evolution von zentraler Bedeutung. Da Forscher jedoch selten in der Lage sind, Individuen ein ganzes Leben lang zu verfolgen, verlassen sie sich in der Regel auf Proxys für den Fortpflanzungserfolg. Da sie leicht gemessen werden kann, wurde die Anzahl der Nachkommen, die bei der ersten Reproduktion produziert wurden, in einigen Studien als Proxy für die Fitness verwendet, einschließlich einiger Studien zu marinen Copepoden Tigriopus californicus. Bis heute wurde jedoch noch keine Validierung der Genauigkeit dieser Metrik abgeschlossen. Wir haben den lebenslangen Fortpflanzungserfolg von verfolgt T. californicus ob die Zahl der Nachkommen im ersten Gelege einer Mutter ein verlässlicher Indikator für den lebenslangen Fortpflanzungserfolg ist. Wir verwendeten ein Messwiederholungsdesign, um die Variation der Reproduktionsmetriken zwischen einzelnen Müttern und innerhalb jeder Mutter im Laufe ihres Lebens zu quantifizieren. Wir fanden positive Assoziationen zwischen der Größe des ersten Geleges, der Lebensdauer des Erwachsenen und dem lebenslangen Fortpflanzungserfolg. Wir entdeckten negative Auswirkungen auf die Gelegegröße, die Körpergröße der Nachkommen und das Überleben der Nachkommen aufgrund des Alterns und der Zunahme von Reproduktionsschüben im Laufe der Zeit. Schließlich beobachteten wir einen Kompromiss zwischen Gelegegröße und Körpergröße der Nachkommen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Größe des ersten Geleges ein guter Indikator für den lebenslangen Fortpflanzungserfolg ist und als geeigneter Fitness-Proxy dienen kann T. californicus Copepoden. Der beobachtete Rückgang der weiblichen Fortpflanzungsmerkmale im Laufe der Zeit kann aufgrund der variablen Bedingungen, denen diese Art in der Wildnis ausgesetzt ist, eine Betonung der frühen Fortpflanzung unterstreichen oder alternativ aus Ressourcenbeschränkungen resultieren, die den Weibchen auferlegt werden, die sich nur einmal pro Leben paaren müssen.

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Altern und Sozialität: Warum, wann und wie verändert die Sozialität die Alterungsmuster?

Die individuelle Lebensspanne variiert zwischen und auch innerhalb der Arten enorm, aber die unmittelbaren und endgültigen Ursachen der unterschiedlichen Alterungsgeschwindigkeiten sind noch immer nicht gut verstanden. Sozialität scheint mit der Entwicklung einer längeren Lebensdauer und wahrscheinlich auch mit einer größeren Plastizität der Form und des Tempos des Alterns verbunden zu sein. Zum Beispiel erreichen die Fortpflanzungen mehrerer Termiten und Ameisen eine Lebensdauer, die die ihrer nicht fortpflanzungsfähigen Nestgenossen um ein oder zwei Jahrzehnte übertrifft. In dieser Ausgabe untersuchen 15 Artikel die Wechselbeziehungen zwischen Sozialität und individueller Langlebigkeit sowohl bei in Gruppen lebenden Wirbeltieren als auch bei sozialen Insekten. Hier geben wir kurz einen Überblick über den Inhalt der verschiedenen Beiträge, einschließlich theoretischer und vergleichender Studien, und untersuchen die Ähnlichkeiten und Unterschiede in den naheliegenden Mechanismen, die dem Altern bei Taxa zugrunde liegen, mit besonderem Schwerpunkt auf Nährstoff-Erfassungswegen und bei Insekten, juvenilen Hormon. Diese Studien weisen auf eine unterschätzte Rolle nachgelagerter Prozesse hin. Wir heben den Bedarf an zuverlässigen transkriptomischen Markern des Alterns und einer umfassenden Alterungstheorie sozialer Tiere hervor, die das Fortpflanzungspotenzial von Arbeiterinnen einbezieht, und berücksichtigen die Tatsache, dass soziale Insektenköniginnen erst nach einer längeren Zeit der Produktion nicht reproduktiver Arbeiterinnen zur Reife gelangen.

Dieser Artikel ist Teil des Themenhefts „Alter und Sozialität: Warum, wann und wie verändert die Sozialität die Altersmuster?“

1. Einleitung

Warum Organismen altern und warum sie dies in unterschiedlichen Geschwindigkeiten tun, bleibt eine wichtige Frage in Ökologie und Evolution. Vergleichende Analysen bei Tieren legen nahe, dass die Lebensspanne mit verschiedenen lebensgeschichtlichen Merkmalen wie Körpermasse, Stoffwechselrate, Wachstumsrate und dem Zeitpunkt und dem altersspezifischen Verlauf der Fortpflanzung, aber auch mit externen Sterblichkeitsrisiken durch Raubtiere, Krankheitserreger oder Umweltstress einhergeht. Zum Beispiel leben große Wirbeltiere tendenziell länger als kleinere (z. B. [1–3]), und Tiere, die durch Flucht oder Eingraben vor Raubtieren entkommen können, leben länger als empfindlichere Arten, die an die Erdoberfläche gebunden sind [3,4] . Physiologische und genomische Studien haben unser Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen Ernährungszustand, Genexpression und Physiologie bei einer Reihe von Modellorganismen erheblich verbessert, aber da sich die meisten Forschungen auf relativ kurzlebige Arten wie Mäuse, Fruchtfliegen und Nematoden konzentriert haben Caenorhabditis elegans, ist unser Wissen über die ultimativen und unmittelbaren Ursachen im Zusammenhang mit außergewöhnlich langen Lebensdauern noch unvollständig. Ein umfassenderes Verständnis der grundlegenden Regeln für Langlebigkeit, Seneszenz und Gesundheit erfordert Daten von weiteren Taxa mit unterschiedlicher Lebensgeschichte und Lebensspanne [5,6]. Dies ist besonders wichtig, wenn wir die außergewöhnliche Langlebigkeit des Menschen verstehen wollen.

Es ist seit langem bekannt, dass einige der auffälligsten Beispiele für eine lange Lebensdauer von eusozialen Termiten und Ameisen stammen, bei denen die Fortpflanzungstiere mehr als 20 Jahre leben können, während ihre nicht fortpflanzenden Arbeiterinnen oft nur wenige Monate leben [7-10] . Diese auffallende Divergenz der Lebensspanne – Jahrzehnte gegenüber Monaten – zwischen Individuen mit den gleichen Genen ermöglicht es, das Altern aus einem anderen Blickwinkel zu untersuchen. In ähnlicher Weise leben in Gruppen lebende Vögel und Säugetiere wie eusoziale Maulwurfsratten oft deutlich länger als ihre nicht-sozialen Verwandten [4,11,12]. Während sich das Gruppenleben durch sozialen Stress und die Übertragung ansteckender Krankheiten negativ auf die individuelle Gesundheit auswirken kann [13], kann soziopositives Verhalten, z.B. gegenseitige Pflege, soziale Immunität und insbesondere das Leben in stabilen, gut verteidigten Nestern schützen die Reproduktionstiere vor Raubtieren, Parasiten und Krankheitserregern [7,13].

Die Forschung an Honigbienen [14,15] und Nacktmullen [16,17] hat begonnen, die genomischen Pfade aufzudecken, die Ernährungs- und soziale Stimuli mit Investitionen in die somatische Erhaltung und Langlebigkeit verbinden. Dies erklärt teilweise die Plastizität des Alterns, aber auch hier bleiben viele Details schwer fassbar. Viel weniger ist darüber bekannt, was die Lebensdauer in anderen sozialen Organismen moduliert. Darüber hinaus scheint der bei sozialen Tieren gefundene Zusammenhang zwischen langer Lebensdauer und hoher Fruchtbarkeit den klassischen Kompromiss zwischen Fruchtbarkeit und Langlebigkeit zu beseitigen oder sogar umzukehren und erfordert neue theoretische Ansätze. In ähnlicher Weise legt die intraspezifische oder sogar interindividuelle Formbarkeit des Alterungstempos nahe, dass evolutionäre Standardtheorien des Alterns, die für ausgezüchtete und nicht viskose Populationen entwickelt wurden, möglicherweise nicht ohne weiteres auf soziale Arten anwendbar sind [18].

2. Beiträge

Diese Themenausgabe zielt darauf ab, die Forschung darüber zusammenzufassen, warum, wann und wie Sozialität Alterungsmuster beeinflussen kann. Es fasst und präsentiert neue Ergebnisse in Übersichts-, Meinungs- und Forschungsartikeln zu einem breiten Spektrum eusozialer Insekten und kooperativ brütender Vögel und Säugetiere. Die Beiträge befassen sich mit den unmittelbaren und letzten Aspekten sowohl der gewachsenen Veränderungen der Lebensspanne und des Fruchtbarkeits-/Langlebigkeits-Trade-offs während der Evolution der Sozialität als auch der kurzfristigen Veränderungen der Lebensspanne, dh der Plastizität der Lebensspanne, als Reaktion auf ein verändertes soziales Umfeld .

Galimov &. Gems [19] berichten über das Auffinden von Modellen über Kompromisse zwischen Fitness auf Einzel- und Kolonieebene. Sie weisen auf die Möglichkeit des selektierten adaptiven Todes und der Verwandtschaftsabtötung in klonalen Kolonien einzelliger Bakterien und Hefen, aber auch bei Tieren, die in viskosen Populationen leben, hin. Solche Erwägungen der direkten und indirekten Fitness können viele Fälle von Lebensspannenvariationen in Tiergesellschaften erklären, zum Beispiel wenn Königinnen in Ameisengesellschaften mit mehreren Königinnen weniger lange leben als wenn sie die einzigen Reproduktionstiere in einer Kolonie sind [7,20] oder wenn ein seneszentes Reproduktionstier könnte davon profitieren, wenn es durch einen fruchtbareren Nachwuchs ersetzt werden kann [21].

Pen & Flatt testen in [22] die Hypothese, dass Asymmetrien, etwa in der Zellgröße, und die damit verbundene Arbeitsteilung – oder die Arbeitsteilung selbst – die Entwicklung der Seneszenz erklären können. Dies würde die Omnipräsenz der Seneszenz bei Arten mit einer Keimbahn-Soma-Trennung oder bei denen die Reproduktion mit ungleichen Zellteilungen verbunden ist (z. B. bei Hefen) erklären. Die Ergebnisse ihres Modells zeigen, dass Asymmetrien oder Arbeitsteilung an sich sind für die Entwicklung der Seneszenz nicht wesentlich. Kommt es jedoch zu einer Arbeitsteilung, wird dies voraussichtlich zu unterschiedlichen Alterungsraten für die verschiedenen Komponenten führen. In ähnlicher Weise wird daher erwartet, dass reproduktive und nicht-reproduktive Arten bei sozialen Arten unterschiedlich schnell altern, wie dies bei vielen sozialen Insekten eindeutig dokumentiert ist [7–10].

Mehrere Beiträge untersuchen Gemeinsamkeiten und Unterschiede in Alterungsmustern, die mit unterschiedlichen Graden der Sozialität verbunden sind. Unter Verwendung zuvor veröffentlichter Daten, Downing et al. [23] zeigen, dass Züchter in kooperativ brütenden Vögeln besser überleben, wenn Helfer sie bei der Brutpflege unterstützen und dass die Überlebenswahrscheinlichkeit bei Züchtern mit Helfern davon abhängt, wie viel Züchter in die Brutpflege investieren. Dies zeigt, wie das soziale Umfeld die Überlebenswahrscheinlichkeit erhöhen kann, z.B. durch seinen Einfluss auf die Brutpflege, was wiederum zu einer Selektion für eine längere Lebensdauer führen kann [7,9,24]. Dieses Muster kann allgemeiner für in Gruppen lebende Tiere gelten. Beispielsweise nimmt der Unterschied in der Lebensdauer zwischen Königinnen und Arbeiterinnen bei sozialen Hymenopteren mit zunehmender Koloniegröße zu [25].

Bei mehreren sozialen Insekten können die Unterschiede in der Lebensdauer zwischen reproduktiven und nicht-reproduktiven Tieren unmittelbar mit einer Neuverdrahtung der Wechselbeziehungen zwischen den nährstoffempfindlichen Signalwegen (Insulin/insulinähnlicher Wachstumsfaktor-1-Signalweg (IIS)/Ziel von Rapamycin (TOR)) in Verbindung gebracht werden. ), Juvenilhormon (JH) und Vitellogenin, von denen bekannt ist, dass sie die Lebensdauer und den Kompromiss zwischen Langlebigkeit und Fruchtbarkeit bei Einzelinsekten regulieren [15,26]. Korb et al. [27] führen umfassende, vergleichende transkriptomische Analysen von jungen und alten Arbeitern und Reproduktionstieren von Arten geringer und hoher sozialer Komplexität in Termiten, Bienen und Ameisen durch. Sie dokumentieren eine wichtige Rolle von JH und insbesondere von nachgeschalteten Komponenten im Zusammenhang mit den Fertilitäts- und Lebensspannen-regulierenden Signalwegen, aber eine anscheinend geringere Rolle der vorgeschalteten IIS/TOR-Signalisierungskomponenten. Zusammen mit einer wachsenden Wertschätzung dieser nachgelagerten Ziele führt dies dazu, dass sie das TI-J-LiFe (TODER/ichIST-JH-Lifespan und Fecundity) Netzwerk als Rahmen für das Verständnis der Mechanismen des Alterns und der Fruchtbarkeit bei sozialen Insekten und darüber hinaus. Dies ist analog zum Konzept des „genetischen Werkzeugkastens“, das beispielsweise die Rolle des reproduktiven Grundrisses von Einzelinsekten während der sozialen Evolution hervorhebt [28,29]. Auf der spezifischen Genebene waren jedoch alters- und kastenspezifische Unterschiede meist idiosynkratisch.

Auch die vergleichende Studie von Kramer et al. [30] über oxidativen Stress, der eine ähnliche Artengruppe wie in [27] verwendet, dokumentiert weitgehend einen Mangel an Konsistenz zwischen den Arten bezüglich der Akkumulation von Proteinschäden und der antioxidativen Genexpression bei jungen und alten Arbeitern und Reproduktionstieren. Bei einigen Arten nimmt die Carbonylierung von Proteinen (ein Maß für oxidativen Schaden) mit dem Alter zu, bei anderen jedoch nicht. Mit den möglichen Ausnahmen von Sod (Hyperventilieren) und Prx3 (Peroxiredoxin 3), die bei Arbeiterinnen im Vergleich zu Königinnen und bei alten im Vergleich zu jungen Individuen durchweg überexprimiert sind, fanden sich keine allgemeinen Muster. Dies weist wiederum auf artspezifische Wege zur Entwicklung einer langen Lebensdauer bei Reproduktionstieren hin.

Tasaki et al. [31] fassen zusammen, was über die Mechanismen des Alterns und der Langlebigkeit von Termiten bekannt ist, von transponierbaren Elementen bis hin zum Gen für die Anfälligkeit für Brustkrebs BRCA1. Sie konzentrieren sich auch auf oxidativen Stress, aber wie in [30] sind die Ergebnisse nicht eindeutig, mit offensichtlich speziesspezifischen Besonderheiten.

Eine Reihe experimenteller Studien untersucht speziell, wie sich induzierter Stress auf die Lebensdauer von Termiten, Honigbienen und Ameisen auswirkt. Die Ergebnisse spiegeln wiederum die in den Übersichtsartikeln gefundene Variation wider, obwohl einige gemeinsame Muster auftauchen. Induzieren von Umweltstress durch Temperaturmanipulation bei einer Termiten geringerer sozialer Komplexität, Kryptotermes secundus, zeigt, dass konstante Temperaturen sowohl für Königinnen als auch für Arbeiterinnen schädlicher sind als variable Temperaturen. Dies zeigt sich in einer verminderten Fitness und einer erhöhten Mortalität sowie einer schnelleren Alterungsrate in beiden Kasten [32]. Darüber hinaus zeigen Transkriptomanalysen ein klares Signal zur Abwehr von oxidativem Stress (einschließlich Prx3) unter konstanten Bedingungen, was bei Arbeiterinnen stärker ist als bei Königinnen. Diese auf den ersten Blick unerwarteten Ergebnisse können damit erklärt werden, dass Arbeiterinnen dieser Spezies totipotente Unreife sind, die noch nicht ausgereift sind [32].

Durch die Belastung von Honigbienenarbeiterinnen durch eine Infektion mit einem Virus und die Behandlung mit dem oxidativen Stressor Paraquat, Kennedy et al. [33] zeigen, dass reproduktive Arbeiterinnen besser vor Stress geschützt sind als nichtreproduktive Arbeiterinnen. Die Transkriptomanalysen zeigen, dass sowohl reproduktive Aktivierung als auch Paraquat-induzierter Stress zu einer Hochregulation von Genen z. Dies unterstützt die Ansicht, dass Reproduktion an sich aktiviert Mechanismen, die bei der Honigbiene zu einer erhöhten Lebenserwartung führen. Dies ist vergleichbar mit dem, was bei einer Reihe von Ameisen gefunden wurde [34–36]. Auffallend ist die Überlappung der in [33] identifizierten Gene mit denen der Vergleichsstudie von Korb et al. [27], einschließlich eines bemerkenswerten Mangels an klassischen IIS- und TOR-Genen.

Majo et al. [37] berichten, dass zunehmender oxidativer Stress durch die Behandlung mit Paraquat die Sterblichkeit von Arbeitern bei drei Ameisenarten erhöht. Bei zwei von ihnen ist dieser Effekt in königinlosen Kolonien, in denen die Reproduktion der Arbeiterinnen im Allgemeinen induziert wird, weniger ausgeprägt als in Kolonien mit Königinrechten, in denen Arbeiterinnen typischerweise keine Eier legen. Überraschenderweise ist bei einer dieser beiden Arten die Blattschneiderameise Atta colombica, legen Arbeiterinnen nur sehr selten lebensfähige Eier und produzieren, wenn überhaupt, nur Miniaturmännchen [38]. Die Autoren spekulieren, dass Arbeiter in verwaisten Kolonien wertvoller und damit langlebiger sein könnten, weil sie nicht mehr ersetzt werden können. Da der Verlust der Fähigkeit, lebensfähige Nachkommen zu produzieren, ein abgeleitetes Merkmal ist, könnte die längere Lebensdauer verwaister Arbeiterinnen dieser Art bedeuten, dass die genomischen Wege der Vorfahren, die Fruchtbarkeit und Lebensdauer verbinden, beibehalten wurden.

Während mehrere Studien untersucht haben, wie sich die Lebenserwartung mit der Evolution der Sozialität verändert, scheint es, dass auch die individuelle Lebensspanne bei sozialen Tieren besonders plastisch ist: Wie lange Individuen leben, kann nicht nur von ihrem Fortpflanzungsstatus abhängen, sondern auch vom tatsächlichen Zustand ihres sozialen Umfelds. So leben beispielsweise bei Honigbienen Winterbienen in Völkern ohne Brut viel länger als Bienen im Sommer [14], und eine ähnliche Lebensverlängerung wurde bei tropischen Honigbienen während der Regenzeit beobachtet, wenn die Blütenressourcen knapp sind [39]. Heinze & Giehr [40] untersuchen, wie die Variation der Königinnenzahl, der Beginn der Nahrungssuche, die Zusammensetzung der Kolonien und, wie bereits bei Honigbienen [41] gezeigt, die Koloniegröße die individuelle Langlebigkeit beeinflussen.Sie betonen auch, dass Veränderungen des Alterungstempos, die mit dem Wechsel von der Pflege zur Nahrungssuche verbunden sind, rückgängig gemacht werden können (siehe auch [14,42]).

Als Negroni et al. [43] zeigen, Arbeiter der Ameise Temnothorax rugatulus, die über mehrere Monate unter königinlosen Bedingungen Eier legten, kehren bei der Wiedervereinigung mit der Königin nicht ohne weiteres zu ihrer früheren nicht reproduktiven Physiologie zurück: Ihre Transkriptome deuten darauf hin, dass sie trotz nachlassender Fruchtbarkeit immer noch Anzeichen einer erhöhten Lebensdauer aufweisen. In diesem Fall scheinen Lebensverlängerung und Fertilität nur teilweise reversibel zu sein.

Maulwurfsratten sind einer der anderen Höhepunkte der sozialen Evolution. Auch hier zeichnen sich Reproduktionstiere durch eine sehr lange Lebensdauer und eine vernachlässigbare Seneszenz aus [4,12,44]. In der Gattung der Maulwurfsratten Fukomys, Züchter haben eine signifikant höhere maximale Lebensdauer als Nicht-Züchter [45]. Begall et al. [46] untersuchen die sozialen Auswirkungen der Anwesenheit von Züchtern auf Nicht-Züchter beim Riesenmull (Fukomys mechowii) und zeigen, dass letztere unter der Anwesenheit von Züchtern zu „leiden“ scheinen. Sie haben eine höhere Sterblichkeit und leiden unter mehr Stress, wie durch einen endokrinen Stresstest quantifiziert, mit Züchtern als ohne Züchter. Hohe Cortisolspiegel, die aus Stress durch intrafamiliäre Aggression resultieren, könnten bei Nicht-Züchtern unmittelbar zu einem früheren Einsetzen der Seneszenz führen.

Anhand von Daten aus einer Langzeit-Feldstudie an einem anderen Nagetier, dem Gelbbauchmurmeltier, Marmota-Flaviventer, seit mehr als 50 Jahren, Kroeger et al. [47] analysieren soziale Interaktionen und Veränderungen in der Lebensgeschichte (z. B. Fruchtbarkeit, Glukokortikoidspiegel und ein Maß für die Immunantwort) über die Lebenszeit von Individuen. Sie finden Veränderungen in all diesen Merkmalen und Wechselwirkungen mit dem Alter eines Individuums. Im letzten Lebensjahr blieb die soziale Zugehörigkeit der Tiere jedoch konstant.

Vágási et al. [48] ​​verlagern den Fokus wieder von der Einzelspeziesanalyse auf einen Vergleich zwischen verschiedenen Kladen. Unter Verwendung eines phylogenetisch kontrollierten Ansatzes mit 36 ​​Vogelarten und 101 Säugetierarten untersuchen sie verschiedene Merkmale, die möglicherweise mit der weiblichen reproduktiven Seneszenz in Verbindung stehen. Die reproduktive Seneszenz scheint bei Vögeln langsamer zu sein und später im Leben zu beginnen als bei Säugetieren ähnlicher Größe, aber bei beiden Taxa ist sie nur schwach mit dem Grad der Sozialität verbunden, wenn man die Körpergröße berücksichtigt. Der Sozialitätsgrad stimmt jedoch positiv mit der späteren und schwächeren reproduktiven Seneszenz überein, wenn die Artenunterschiede im Lebensrhythmus berücksichtigt werden.

Die Abschlussarbeit von Quigley & Amdam [49] gibt vergleichend einen Überblick über Studien zum Mechanismus des Alterns bei sozialen Hymenopteren und Menschen. Wie mehrere der früheren Veröffentlichungen konzentriert sich diese auf oxidativen Stress und identifiziert auffallende Ähnlichkeiten, wie die Rolle von Peroxiredoxinen, antioxidativen Enzymen, die bei Säugetieren eine schützende Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen mit Stress zu spielen scheinen und die Gehirnfunktion bei alten Honigbienen zu verbessern scheinen . Eine Rolle für Peroxiredoxine wurde auch in mehreren anderen Transkriptomstudien in diesem Band offensichtlich [30,32,33]. Darüber hinaus betonen Quigley und Amdam [49] auch die Bedeutung sozialer Interaktionen bei der Modulation der Seneszenz beim Menschen, ähnlich wie bei sozialen Insekten und sozialen Nagetieren [33,40,43,46,47].

3. Diskussion

(a) Erneuerung der Langlebigkeit und Fruchtbarkeit bei sozialen Tieren: Ursachen und Folgen

In dieser Sonderausgabe wird gezeigt, dass Sozialität mit einem langen Leben und einer hochflexiblen Regulierung der Lebensspanne verbunden ist. Dies wurde bereits zuvor betont [7,18,21,50], aber ob ein kausaler Zusammenhang besteht, bleibt umstritten. Lucas & Keller [50] argumentieren beispielsweise, dass sich die Sozialität zuerst entwickelt und die Lebensdauer mit der Entwicklung einer höheren sozialen Komplexität zunehmen kann. Insbesondere in kleinen Gruppen darf die externe Sterblichkeit eines Reproduktionsorganismus zwar nicht geringer sein als bei Einzelorganismen (siehe aber [23]) und die Wirkung weniger Helfer in der elterlichen Fürsorge kann nicht ausreichen, um die Reproduktionskosten vollständig zu senken [50 ]. Dass der Unterschied in der Lebenserwartung zwischen Reproduktions- und Arbeiterinnen mit der Gruppengröße zunimmt [25,51,52], scheint diese Vermutung zu stützen. Korrelationen lassen jedoch keine Kausalität erkennen, und tatsächlich hat ein mathematisches Modell gezeigt, dass eine erhöhte Überlebensrate, d. h. eine geringe extrinsische Mortalität und/oder eine hohe Fruchtbarkeit, a priori Wählen Sie für die Entwicklung von Helfen und Geselligkeit aus ([53], siehe auch [54] und für die Entwicklung der verzögerten Ausbreitung [55]). So können verstärkte Feedbackprozesse mit zunehmender Sozialität zu einer Erhöhung der Lebensdauer und Fruchtbarkeit führen, was wiederum zu einer größeren Koloniegröße führt (Abbildung 1). Lebensdauer und Fruchtbarkeit entwickeln sich zusammen mit einer geringeren extrinsischen Sterblichkeit und einer besseren Ernährung der Fortpflanzungsorgane. Parallel dazu nehmen das Reproduktionspotential und die Lebenserwartung der Arbeitnehmer ab (Abbildung 1). Eine solche Perspektive könnte Modellvorhersagen wie Arbeitsteilung erleichtert ungleiches Altern [22] oder Verwandtschaftsselektiertes adaptives Altern [19] mit empirischen Beweisen kombinieren, dass Helfer die Überlebenswahrscheinlichkeit bei Züchtern bei kooperativ brütenden Vögeln erhöhen [23] oder dass die Sozialität sich angleicht mit der weiblichen reproduktiven Seneszenz bei Vögeln und Säugetieren unter Berücksichtigung des Lebenstempos, wie in dieser Ausgabe vorgeschlagen [48].

Abbildung 1. Eine Zusammenfassung der hypothetischen Interaktionen zwischen Sozialität und der Entwicklung der Langlebigkeit. Hohe Überlebenschancen und Fruchtbarkeit erleichtern die Entwicklung der kooperativen Züchtung. Das Auftreten von Helfern bei Genossenschaftszüchtern verbessert das Überleben der Züchter weiter. Es wird erwartet, dass dies für eine längere Lebensdauer bei Züchtern selektiert wird. Es könnte angenommen werden, dass die Langlebigkeit von Helfern entweder aufgrund einer verzögerten Fortpflanzung zunimmt oder abnimmt, z.B. aufgrund indirekter Fitnessvorteile, die sich aus dem Helfen ergeben. Bei sozialen Insekten können verstärkende Rückkopplungsmechanismen von Arten mit geringer sozialer Komplexität, relativ kleinen Koloniegrößen und begrenztem Kastenpolyphenismus zur Evolution hochkomplexer Arten mit morphologischen Kasten und ausgeprägten Langlebigkeitsunterschieden führen. Zu diesen Rückkopplungsmechanismen zählen eine verringerte extrinsische Sterblichkeit von Reproduktionstieren aufgrund von Schutz und verbesserter Ernährung sowie eine hohe zufällige extrinsische Mortalität von Arbeitern (insbesondere bei der Nahrungssuche) und Soldaten (bei der Verteidigung) bei gleichzeitig verringertem Reproduktionspotenzial der Arbeiter. Orange Box: hauptsächlich aus Modellierungsergebnissen impliziert grüne Boxen: durch empirische Ergebnisse unterstützt graue Boxen: Hypothese, die formale Modellierung und mehr empirische Tests erfordert. Bildnachweis: Gelbbauchmurmeltier: Svenja Kröger Bienenfresser: Volker Salewski Ameisen: Jürgen Heinze Rest: Judith Korb.

Ein weiterer Aspekt, der mit Sozialität verbunden ist, ist das offensichtliche Fehlen oder die Umkehr des gemeinsamen Kompromisses zwischen Fruchtbarkeit und Langlebigkeit. Mehrere Studien haben gezeigt, dass reproduktive Tiere länger leben als nicht-reproduktive, auch wenn sie sich nicht in Ontogenese und Morphologie unterscheiden, z. B. bei bestimmten Ameisenarten [34,56,57] und sich fortpflanzenden Arbeiterinnen von Honigbienen [58] und Ameisen [37,40,43]. Ebenso hochfruchtbare Königinnen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen Ameisen leben länger als Königinnen, die nur wenige Eier pro Woche legen [59]. Es wird derzeit diskutiert, ob dieser Zusammenhang zwischen Reproduktion und Langlebigkeit einfach bedeutet, dass sich Individuen zu reproduktiven entwickeln a priori eine höhere angeborene Qualität haben als die verbleibenden Helfer [50,60] oder ob die Fortpflanzung selbst und beispielsweise die höhere Pflege durch andere ein längeres Leben auslösen [40]. Für beide Hypothesen gibt es Unterstützung, und sie schließen sich nicht gegenseitig aus. Zum Beispiel übernimmt das physiologisch fitteste Individuum innerhalb einer Kolonie im Allgemeinen die Fortpflanzung, und dies liegt oft im evolutionären Interesse aller Koloniemitglieder. Experimentelle Manipulationen zeigen jedoch, dass allein die Fortpflanzung bei beliebigen Individuen Langlebigkeit auslöst, zum Beispiel wenn das eigentliche Fortpflanzungsprodukt entfernt und durch das nächste zu schlüpfende Individuum ersetzt wird [34].

(b) Genetische Pfade, die einer langen Lebensdauer zugrunde liegen, und Veränderungen im Fruchtbarkeits-/Langlebigkeits-Trade-off

In Bezug auf die unmittelbaren Mechanismen zeigen die Veröffentlichungen in dieser Ausgabe Gemeinsamkeiten, aber auch viele Eigenheiten in den Prozessen, die dem Altern und der Variation der Lebensdauer der untersuchten Taxa zugrunde liegen. Mutationen in gemeinsamen genetischen Signalwegen, insbesondere in den nährstoffsensitiven IIS- und TOR-Signalwegen, beeinflussen die Lebensdauer von Hefe zu Säugetieren und zeigen, dass sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Langlebigkeit spielen [61–63]. Es häufen sich jedoch Hinweise darauf, dass eher nachgelagerte Prozesse als IIS und TOR wichtig sind [64]. Dies wird auch durch die Ergebnisse der Veröffentlichungen dieser Ausgabe deutlich und liegt der Formulierung des TI-J-LiFe-Netzwerks als Rahmen für das Verständnis von Alterungs- und Lebensgeschichte-Trade-offs gestaltenden Prozessen zugrunde [27]. Die Unterschätzung der IIS- und TOR-Komponenten in einigen dieser Studien könnte darauf zurückzuführen sein, dass es sich eher um Genexpressionsstudien als um Mutationsanalysen handelte. Erstere könnten zum Beispiel Signale verpassen, die durch nur geringe Ausdrucksunterschiede verursacht werden. Dennoch sind die wiederkehrenden Ergebnisse, die durchgängig auf einen TI-J-LiFe-Rahmen in den Studien zu diesem Thema hinweisen, auffallend und betonen, dass nachgelagerte Prozesse in Studien zum Thema Altern und Fruchtbarkeit einbezogen werden sollten. Die in dieser Ausgabe aufgedeckten artspezifischen Muster auf exakter Genebene führen jedoch zu der Frage, ob diese Eigenheiten konsistent und real sind.

Altern ist ein komplexer Prozess, der mit zahlreichen sich verschlechternden Prozessen wie oxidativem Stress, Telomerabnutzung, Mobilisierung transponierbarer Elemente, Immunseneszenz und metabolischer Instabilität verbunden ist. Dementsprechend konzentrieren sich verschiedene Studien auf verschiedene naheliegende Mechanismen, was Vergleiche erschwert und zu offensichtlichen Eigenheiten führen kann. Eine umfassende Perspektive wie das TI-J-LiFe-Framework kann helfen, diese einzelnen Teile in einen Kontext zu setzen und es Autoren zu ermöglichen, explizit zu bestimmen, welche Teile sie in ihren Studien behandeln. Ein weiterer Vorbehalt, der berücksichtigt werden muss, ist, dass Details der Lebensgeschichte zu offensichtlichen Eigenheiten führen können. Altern ist nicht unbedingt ein linearer Prozess. Tatsächlich gibt es Hinweise darauf, dass Reproduktionstiere bei sozialen Tieren eine vernachlässigbare Sterblichkeitsrate aufweisen [65] und Ameisen- und Termitenköniginnen ziemlich plötzlich sterben, ohne eine starke reproduktive Seneszenz zu zeigen [59,66,67]. Allerdings sind Informationen über solche Daten zur Lebensgeschichte rar [68] und sammeln sich für soziale Insekten noch immer nur langsam an [67,69–72]. Wenn das Altern kein allmählicher Prozess ist, dann ist es unwahrscheinlich, dass Daten, die nur „ältere“ und „jüngere“ Personen vergleichen, Seneszenzprozesse aufdecken. Datensätze, die chronologisch ältere, aber nicht alternde Individuen erfassen, erzeugen Rauschen, das die Erkennung echter Alterungssignale verhindert und zu offensichtlichen Eigenheiten führen kann.

(c) Ein Fahrplan für die zukünftige Forschung zum sozialen Altern

Wie können Alterungsstudien an sozialen Nicht-Modellorganismen diese Probleme überwinden? Um das Problem der potenziellen nichtlinearen Alterung auf mechanistischer Ebene anzugehen, schlagen wir vor, (i) bei mehr Arten zu untersuchen, ob das Altern ein allmählicher Prozess ist, (ii) (gewebespezifische Transkriptom-) Daten von unterschiedlich gealterten Individuen zu erhalten – oder zumindest junge und wirklich alte, seneszente Individuen – um Alterungssignale zu identifizieren, und (iii) um diese auf Genexpression basierenden Alterungssignale als Marker für das Altern zu verwenden, zum Beispiel in Proben unbekannten Alters. Bisherige Ansätze zur Identifizierung häufiger Alterungsmarker erwiesen sich als schwierig [73,74]. Dennoch ist der vorgeschlagene Ansatz machbar und die Studie von Rau & Korb [32], basierend auf [67], dient als Beweis für das Prinzip: Monroy Kuhn et al. [67] zeigten eine nichtlineare Alterung bei einer Termitenart mit einem abrupten Königinnentod im Alter von 12–13 Jahren, verbunden mit auffälligen Signalen der Genexpression eines physiologischen Umbruchs. Die Studie in [32] nutzte erfolgreich den in [67] etablierten Satz von Altersgenen, um zu testen, ob Temperaturstress das Altern induziert.

Zum Beispiel erreichen soziale Insektenköniginnen ihre Reife im Wesentlichen nur dann, wenn sie beginnen, Geschlechtstiere zu produzieren (wir nennen dies im Folgenden „sexuelle/soziale Reife“, um sie von der normalen Reife solitärer Organismen zu unterscheiden). Aus superorganismischer Sicht entsprechen sich nicht reproduzierende Arbeiter dem Soma eines vielzelligen Organismus. Somit kann die erste Phase im Leben eines reproduktiven Mannes als gleichbedeutend mit Wachstumsinvestitionen angesehen werden [79]. Dies bedeutet, dass soziale Insektenreproduktionstiere eine lange Entwicklungszeit haben, bevor sie „sexuelle/soziale Reife“ erreichen. Im Gegensatz dazu haben Königinnen von sozialparasitären Ameisen, die keine eigenen Arbeiterinnen mehr produzieren, sondern auf die Hilfe einer Wirtskolonie angewiesen sind und nur noch sexuelle Nachkommen zeugen, eine viel kürzere Lebensdauer als Königinnen ihrer nicht-parasitären Verwandten [80,81]. In ähnlicher Weise produzieren Königinnen nichtparasitärer Arten früher Geschlechter und haben eine kürzere Lebensdauer in Gesellschaften mit mehreren Königinnen als in Gesellschaften mit einer einzigen Königin [7,20,82]. Daher werden Reproduktionstiere so ausgewählt, dass sie mindestens lange genug leben, um sexuelle Nachkommen zu produzieren, und es wird erwartet, dass das Altern erst danach beginnt [83]. Dies muss in Modelle einbezogen werden, die versuchen, die Evolution der Langlebigkeit von Fortpflanzungen sozialer Insekten zu verstehen. Ebenso sollte die Zeit bis zum Erreichen der „sexuellen/sozialen Reife“ berücksichtigt werden, wenn die Lebenserwartungen von Einzel- und Sozialtaxa verglichen werden. Analoge Argumente gelten für andere Taxa, die sich ohne Helfer nicht vermehren können.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, ob Arbeiter oder Helfer unfruchtbar sind oder nicht (d. h. das Reproduktionspotential der Arbeiter [84,85]). Von totipotenten und fortpflanzungsfähigen Arbeitern wird erwartet, dass sie besser vor Alterung geschützt sind als sterile Arbeiter. Das Fortpflanzungspotential der Arbeiterinnen variiert zwischen den Taxa erheblich, von Totipotenz, z.B. bei holzbewohnenden Termiten [52,86] und königinlosen Ameisen [87] bis hin zur absoluten Sterilität bei einigen wenigen sozialen Hymenopteren [88] und den Termitidae, die mehr als 75 % aller Termiten ausmachen [52]. Bei einigen Arten sozialer Insekten ähneln Arbeiter daher den Helfern in kooperativen Züchtern. In diesen Fällen wird erwartet, dass eine „obligatorische“ Hilfephase auch zu einer längeren Lebensdauer führt. Bei Arten mit sterilen Arbeiterinnen kann man erwarten, dass die Langlebigkeit von ihrem „sozialen Reproduktionswert“ abhängt (analog zum „Reproduktionswert“, d. h. wie viel ein Individuum zum zukünftigen Wachstum einer Kolonie beiträgt). Diese Faktoren wurden teilweise oben und in den Veröffentlichungen dieser Ausgabe diskutiert, um die zwischen den Arten beobachteten Unterschiede zu erklären. Allerdings sind formale Modelle erforderlich, um zu bewerten, wie stark sie das Altern und die Lebensgeschichte beeinflussen können, und um explizit überprüfbare Hypothesen zu generieren.

Klare Vorhersagen aus quantitativen Modellen werden dazu beitragen, vorherzusagen, wann und wo wir in einem sozialen Kontext ein langsames und schnelles Altern erwarten würden. Nur dann können wir mit den entsprechenden Arten und Altersklassen die Voraussetzungen schaffen, um zu testen, ob es gemeinsame Altersmuster gibt oder ob es wirklich eigentümlich ist.


FÄLLE VON UNGEWÖHNLICH HOHER LANGLEBIGKEIT

Beispiele für ungewöhnlich langlebige Organismen finden sich sowohl in typischen als auch in atypischen Umgebungen. Die hohe Langlebigkeit von Organismen, die in atypischen Umgebungen leben, ist bekannt. Es betrifft selektive Fälle, wie Tiefsee- und Salz- oder Süßwasserhöhlenarten. Terrestrische Beispiele sind Organismen, die in einem tiefen Bausystem leben, wie die Nacktmulle (NMRs), die in der östlichen Ecke Afrikas leben. Diese Tiere versiegeln sie im Gegensatz zu anderen Nagetieren, die in Höhlen leben, und schaffen ihr eigenes einzigartiges Ökosystem. Diese Tiere leben fast dreißig Jahre [20], während die meisten ähnlichen Nagetiere der gleichen Größe höchstens mehrere Jahre leben, und in der Praxis viel kürzer. Viel häufiger sind langlebige Organismen, die typischere Umgebungen der Erde besetzen. Die Beispiele für ungewöhnlich langes Leben sind am häufigsten bei einigen Arthropodengruppen, wie Krebstieren, und auch bei niederen Wirbeltieren zu finden. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns jedoch ausschließlich auf Säugetiere und Menschen, obwohl einige der allgemeinen Schlussfolgerungen auf die meisten Tiere anwendbar sind. Die einzigen Ausnahmen sind die einfachsten Tiere, wie einige Nesseltiere, die biologisch unsterblich sind [21].


Verursacht Fortpflanzung Alterung? Ist Altern nur eine Strategie zur Steigerung des Fortpflanzungserfolgs bei allen Organismen? - Biologie

Als ich vor Jahren meine Doktorarbeit über die Evolutionsgeschichte des Menschen in einer abgelegenen indigenen Gemeinschaft von Jägern und Sammlern in den Wäldern Südamerikas durchführte, stieß ich auf einen Mann, der eine abgenutzte Baseballmütze aufsetzte, die wahrscheinlich von Missionaren gespendet wurde. Auf der Mütze stand: „Das Leben eines Mannes besteht aus drei Phasen: Stud, Dud, Thud.“ In der Tat. Es ist schon etwas ernüchternd, seine Lebensrecherchen auf einer Kopfbedeckung zusammengefasst zu sehen, die man wahrscheinlich für ein paar Dollar an einer Raststätte am Straßenrand finden kann. Aber das ist die Eleganz der interessanten Wissenschaft.

Es ist kein Geheimnis, dass die Sterblichkeit durch Unfälle und riskantes Verhalten bei jungen Männern viel höher ist, insbesondere bei denen im späten Teenager- und frühen 20er Jahren. Für Versicherungsunternehmen ist das übrigens nichts Neues. Es stimmt auch, dass Männer unabhängig von ihrer Umgebung oder ihrem Lebensstil früher als Frauen sterben und oft in einem früheren Alter anfälliger für einige Krebsarten und Herzerkrankungen sind. Tatsächlich haben Männer ein höheres Risiko als Frauen, wenn es um die meisten der 15 häufigsten Todesursachen in den Vereinigten Staaten geht, die fast 80 Prozent aller Todesfälle ausmachen.

Evolutionäre Faktoren spielen eindeutig eine Rolle. Die Frage ist warum. Was hat die natürliche Auslese mit Männern zu tun? Es ist sicherlich eine zwingende akademische Frage. Aber jetzt, da ich in meinen 50ern bin, muss ich zugeben, dass das Thema Altern mit jedem neuen grauen Haar relevanter wird.

Wie sich herausstellt, sind kürzere Lebenserwartungen und ein höheres männliches Sterblichkeitsrisiko bei vielen Arten weit verbreitet. Die natürliche Selektion begünstigt nicht unbedingt Merkmale, die üblicherweise mit Gesundheit, Vitalität und Langlebigkeit in Verbindung gebracht werden. Stattdessen fördert es Eigenschaften, die für einen größeren lebenslangen Fortpflanzungserfolg sorgen, oder im Sprachgebrauch der Evolutionsbiologie, Fitness. Wenn die Vorteile einer gesteigerten Fitness größer sind als die Kosten einer kürzeren Lebensdauer oder eines schlechten Gesundheitszustands, wird die Biologie diesen Eigenschaften Priorität einräumen. Im Wesentlichen übertrumpft Sex Geburtstagskerzen.

Dieser Kompromiss zwischen Langlebigkeit und Fortpflanzung nimmt bei Frauen eine offensichtliche Form an: Schwangerschaft, Geburt und Stillzeit sind körperlich anstrengend und energetisch teuer. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Tragen von mehr Kindern mit einem höheren oxidativen Stress verbunden ist, der wiederum zu einem beschleunigten Altern bei postmenopausalen Frauen führen kann.1 Eine historische Studie von polnischen Frauen in ländlichen Gebieten aus dem Jahr 2006 fand beispielsweise einen Zusammenhang zwischen mehr Kindern und einer signifikant kürzeren Lebenserwartung nach der Menopause. 2 Obwohl noch mehr Forschung betrieben werden muss, scheint es, dass die reproduktive Anstrengung Ihr Leben buchstäblich um Jahre verkürzen kann.

VERHÄNGNISVOLLE ANZIEHUNGSKRAFTMännliche Quolls (oben) erleben einen dramatischen einmaligen Anstieg des Testosterons, der intensive Paarungsanfälle und eine sehr hohe Sterblichkeit auslöst.
Wildlife Explorer / Wikimedia Commons

Aber was ist mit Männern? Sie tragen zwar offensichtlich nicht die Kosten einer Schwangerschaft, wenden aber dennoch viel Energie auf - auch zu ihrem eigenen Nachteil im späteren Leben - um ihre Fortpflanzungschancen zu verbessern. Diese „Reproduktionsanstrengung“ erfolgt durch das Engagement in riskanterem Verhalten und die Anhäufung von größerer Körpermasse, insbesondere der sexuell dimorphen Skelettmuskelmasse, dem zusätzlichen männlichen Muskel in Schultern, Rücken und Armen. Die metabolischen Kosten für den lebenslangen Erhalt dieses Muskels bei Männern sind vergleichbar mit dem Energieverbrauch von Frauen während der Schwangerschaft und Stillzeit, aber sie und die damit verbundenen gesundheitlichen Herausforderungen sind einigermaßen überschaubar. Schließlich wäre es eine gute Idee, physiologische Mechanismen zu entwickeln, um die Kompromisse zu bewältigen, die sich aus den oft widersprüchlichen Bedürfnissen der Körperfunktionen ergeben. Hormone sind einer der wichtigsten Faktoren bei der Bewältigung dieser Kompromisse. Bei Männern reguliert Testosteron die Investitionen in Muskel- und Fortpflanzungsverhalten. Aber wie alles andere hat auch es seinen Preis.

Testosteron wird oft beschrieben als das männliches Sexualhormon. Auch Frauen produzieren Testosteron, aber in viel geringeren Mengen. Abgesehen von seinen sexuellen Wirkungen wie der Stimulierung des Bartwuchses und tieferer Stimmen ist Testosteron ein wichtiges anaboles Hormon, das einen erheblichen Einfluss auf die Energiekosten bei Männern hat. Das heißt, es fördert den Anabolismus oder Muskelaufbau und erhöht den Stoffwechsel, die Geschwindigkeit, mit der dieser Muskel Kalorien verbrennt. Testosteron fördert auch die Verbrennung von Fettgewebe. Und ja, es kann auch die Libido und die Stimmung steigern. Testosteron bewirkt also viele Dinge, die gesund klingen, aber es kann ein zweischneidiges Schwert sein.

Wenn Sie beispielsweise Fett verbrennen, sehen Sie im Spiegel vielleicht besser aus, aber in der Wildnis macht Sie weniger Fett anfälliger für Nahrungsmangel und Infektionen. Dies zeigt sich bei vielen Organismen, deren akuter Testosteronanstieg eine Zunahme der reproduktiven Anstrengung signalisiert, nur um andere physiologische Anforderungen in Bezug auf das Wohlbefinden in Frage zu stellen. Nimm die nördliche Quoll (Dasyurus hallucatus), ein mittelgroßes australisches Beuteltier. Männliche Quolls erleben einen dramatischen einmaligen Anstieg des Testosterons, der intensive Paarungsanfälle und eine sehr hohe Sterblichkeit aufgrund männlicher / männlicher Aggression und Fettabbau auslöst. Weibchen werden bis zu drei Jahre alt, während Männchen Glück haben, ein Jahr zu erreichen. Wie der Ökologe Jaime Heiniger so eloquent sagt: „Es könnte wahrscheinlich sein, dass sie [Männer] sich zu Tode vögeln.“ 3

Die Auswirkungen von Testosteron auf die Langlebigkeit und das Altern beim Menschen sind nuancierter und schwieriger zu beurteilen, aber angesichts der kürzeren Lebenserwartung von Männern könnte eine analoge Situation durchaus eine Rolle spielen. Da es unethisch wäre, Testosteron bei Männern experimentell zu manipulieren, um die Auswirkungen auf die Lebensdauer zu bestimmen, müssen Forscher nach subtileren Hinweisen suchen, oft in historischen Daten. Im späten 19. Jahrhundert in China und im Osmanischen Reich beispielsweise wurden Männer bestimmter religiöser Sekten nicht nur kastriert, sondern auch vollständig genital entfernt, einschließlich des Penis und des Hodensacks. 4 Und Eunuchen waren an königlichen Höfen im vorindustriellen Korea sowie in Knabenchören im Europa des 17. und 18. Jahrhunderts weit verbreitet. 5 Obwohl es andere ethnographische Fälle von Kastration gibt, sind diese drei Fälle insofern einzigartig, als die Langlebigkeit aufgezeichnet wurde. Die chinesischen und Knabenchor-Aufzeichnungen zeigten keinen Unterschied in der Langlebigkeit im Vergleich zu Männern, die nicht kastriert wurden, die koreanische Studie verzeichnete jedoch ein längeres Leben für Eunuchen. So ist Wissenschaft. Auch wenn diese Studien in ihren Ergebnissen einstimmig waren, liefern sie keine ausreichenden Beweise für eine sichere Schlussfolgerung. Andere Faktoren wie der Ernährungsstatus oder der sozioökonomische Status können die Langlebigkeit unabhängig von den Wirkungen von Testosteron beeinflussen.

Um ein besseres Bild zu bekommen, mussten Wissenschaftler also auch die Auswirkungen einer Testosteron-Supplementierung bei „intakten“ Männern untersuchen. Ornithologen haben gezeigt, dass die experimentelle Erhöhung des Testosteronspiegels oft die Fähigkeit eines männlichen Vogels verbessert, mehrere Nester zu errichten, Konkurrenten abzuwehren und im Vergleich zu nicht ergänzten Männchen mehr Nachkommen zu zeugen. 6 Darüber hinaus weisen Männer mit einem von Natur aus hohen Testosteronspiegel die gleichen Vorteile auf. Wenn Testosteron für die reproduktive Fitness so vorteilhaft ist, warum halten dann nicht alle Männer so hohe Testosteronspiegel? Nochmals: Es entstehen Kosten. Während mit Testosteron ergänzte männliche Vögel eine größere reproduktive Fitness aufwiesen, zeigten sie auch eine beeinträchtigte Überlebensfähigkeit. Ergänzte Männchen nahmen weniger Fett zu und hatten es schwerer, die Brutzeit zu überstehen.

Jenseits von Vögeln ist die Testosteron-Supplementierung bei ansonsten gesunden Männern immer beliebter geworden und könnte Einblicke in die Kompromisse zwischen Reproduktionsanstrengung und Langlebigkeit geben. Obwohl es noch zu früh ist, um festzustellen, ob Männer, die Testosteron einnehmen, eine kürzere Lebenserwartung haben, tauchen Beweise auf. Laut einer Studie aus dem Jahr 2014 erlitten ältere Männer, die Testosteron einnahmen, 90 Tage nach der ersten Verschreibung eher einen akuten, nicht tödlichen Myokardinfarkt als vor der Behandlung. 7 Ein höherer Testosteronspiegel könnte für das Muskelwachstum von Vorteil sein, aber andere Organe bei älteren Männern können die metabolische Belastung möglicherweise nicht vertragen. Es ist eindeutig mehr Forschung notwendig.

Testosteron verursacht nicht nur Stoffwechselveränderungen: Es ist auch für signifikante immunologische Effekte zu Lebzeiten eines Mannes verantwortlich. Mit den Worten des Evolutionsbiologen Stephen Stearns aus Yale: „Macho macht krank“. Tatsächlich haben es Männer oft schwerer als Frauen, Infektionen abzuwehren. Es gibt mehrere mögliche Ursachen für diese Unterschiede. Vielleicht sind Männer einfach mehr Ansteckungschancen ausgesetzt als Frauen. Oder es kann sein, dass Männer chemisch im Nachteil sind, wenn es darum geht, Infektionen abzuwehren&mdasha-Hypothese, für die es immer mehr Beweise gibt. Testosteron unterdrückt die Immunfunktion, während Östradiol, das primäre Sexualsteroid bei Frauen, die Immunfunktion stärkt. (Letzteres erhöht jedoch auch das Risiko von Autoimmunerkrankungen bei Frauen und wieder ist eine Kompromissbereitschaft bereit, im Gegenzug für die vorteilhafte Rolle von Östradiol bei der Fortpflanzung zu gehen.) In Wildvogel-, Reptilien- und Säugetierpopulationen wurde festgestellt, dass Testosteron die Immunfunktion beeinträchtigt , und erhöhen die Schwere der Infektion und folglich die Sterblichkeit. Ob dies für den Menschen zutrifft, bleibt abzuwarten, aber es scheint zu Daten zu passen, die von Männern in Regionen mit hohem Infektionsrisiko gesammelt wurden. Im Jahr 2005 fanden Forscher, die eine Studie in Honduras durchführten, heraus, dass der Testosteronspiegel bei Männern mit Malariainfektionen im Vergleich zu nicht infizierten Personen niedriger war. Wenn infizierte Männer behandelt wurden, prallte das Testosteron auf Werte zurück, die von nicht infizierten Kontrollen gezeigt wurden. 8

Und Infektionen sind nicht die einzige Art von Krankheit, über die sich Männer Sorgen machen müssen. Testosteron und andere Sexualhormone sind auch mit einem höheren Krebsrisiko verbunden, insbesondere wenn es um Prostatakrebs geht. Bevölkerungsgruppen mit höheren Testosteronspiegeln neigen zum Beispiel dazu, auch eine höhere Inzidenz von Prostatakrebs aufzuweisen. 9 Wieder einmal übertrumpft Sex die Kerzen.

Warum tolerieren Männer die negativen Auswirkungen von Testosteron? Die Darwinsche Erklärung ist, dass die potenziellen Reproduktionsgewinne bei Männchen von Säugetieren im Vergleich zu Weibchen enorm sind. Paarungsmöglichkeiten sind eine wichtige Einschränkung für die männliche Fitness. Hypothetisch könnte ein Männchen, das sich in einem Jahr mit 100 verschiedenen Weibchen paart, möglicherweise 100 Nachkommen oder mehr zeugen. Das gleiche gilt nicht für Frauen. Die Prävalenz der Polygynie bei Säugetieren, anderen Primaten und vielen menschlichen Gesellschaften ist ein Beweis für den Einfluss dieser unterschiedlichen Fitnessbeschränkungen zwischen Männern und Frauen. Auch Frauen können ihre Fitness steigern, indem sie mehr Paarungsmöglichkeiten erhalten, aber nicht durch mehr Nachwuchs. Im Wesentlichen sind männliche Säugetiere bereit, teure Hormone wie Testosteron einzusetzen, in teures Gewebe zu investieren und riskantes Verhalten an den Tag zu legen, weil die potenziellen Fitnessauszahlungen so hoch sind.

Dies ist sinnvoll, wenn Sie vor ein paar Millionen Jahren im Pleistozän leben. Aber ist das heute für Männer relevant? Womöglich. Während Menschen enorm von der Kultur beeinflusst werden, sind die Bedingungen der natürlichen Selektion und der Variation von Merkmalen, der Vererbung von Merkmalen und des unterschiedlichen Fortpflanzungserfolgs schwer zu entkommen.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass Männer keine anderen Fortpflanzungsstrategien entwickeln können. Trotz ihrer Neigung zu riskantem Verhalten und teuren, lebensverkürzenden körperlichen Merkmalen haben Männer eine alternative Form der Fortpflanzungsanstrengung in Form von väterlicher Investition entwickelt - etwas, das bei Primaten (und Säugetieren im Allgemeinen) sehr selten ist. Damit sich die väterliche Investition entwickeln kann, müssen die Männchen sicherstellen, dass sie für ihre Nachkommen da sind. Riskantes Verhalten und teures Gewebe müssen in den Hintergrund treten gegenüber Investitionen, die eine bessere Gesundheit widerspiegeln und vielleicht die Lebensdauer verlängern. Tatsächlich können Männer einen Testosteronrückgang aufweisen und ein wenig zunehmen, wenn sie Väter werden und sich in der väterlichen Betreuung engagieren. 10, 11 Vielleicht ist Vaterschaft also gut für die Gesundheit.

Ich bezweifle, dass die natürliche Selektion bei Männern oder Menschen im Allgemeinen erfolgt. Wir mögen aufgrund unserer evolutionären Geschichte immer noch eine kürzere Lebensdauer und eine schlechtere Gesundheit ertragen, aber das Wesen der Evolution besteht in der Veränderung im Laufe der Zeit. In unserem Kern sind Menschen unglaublich formbar. Die Physiologie, die diese Formbarkeit unterstützt, ist wahrscheinlich der Grund, warum unsere Spezies die Eigenschaften entwickelt hat, die uns ausmachen: große, teure Gehirne, lange Leben, verlängerte Kindheit, die viel Pflege erfordert. Es könnte auch helfen zu erklären, warum es über 7 Milliarden von uns gibt. Das ist viel reproduktive Fitness. Männer haben neuartige Fortpflanzungsstrategien wie die väterliche Fürsorge entwickelt, die wahrscheinlich zu ihrem evolutionären Erfolg beigetragen haben. Aber das ändert nichts an der Tatsache, dass sie immer noch Testosteron benötigen, um sich zu vermehren. Es ist unwahrscheinlich, dass sie die damit verbundenen Kosten für Lebensdauer und Gesundheit jemals beseitigen werden, aber davon abgesehen ist es sicherlich besser, als ein nördlicher Quoll zu sein. Obwohl es ein verdammt langer Weg ist.

  • Richard G. Bribiescas ist Professor für Anthropologie und Ökologie und Evolutionsbiologie und stellvertretender Propst für Fakultätsentwicklung und Diversität an der Yale University. Er ist Autor von How Men Age: What Evolution Reveals About Male Health and Mortality und Men: Evolutionary and Life History sowie zahlreicher von Experten begutachteter Artikel zur menschlichen Evolutionsbiologie.

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Abschließende Bemerkungen

Anstatt zu erwarten, dass Unterschiede bei Abwehr- oder Schutzgenen das Altern regulieren, die nie gefunden wurden (13), scheint es, dass die genetischen Faktoren, die die Entwicklung antreiben, auch die Alterungsrate regulieren können. Die Betrachtung des Alterns als unbeabsichtigtes Ergebnis einer programmierten, gut organisierten Entwicklung erklärt, warum die Lebenserwartung von Erwachsenen proportional zur Entwicklungszeit bei Säugetieren ist. Diese Perspektive steht auch im Einklang mit der Theorie der antagonistischen Pleiotropie (53): Allele, die eine frühe Reproduktion und eine schnellere Entwicklung begünstigen, können nachteilige Späteffekte mit sich bringen und somit eine schnellere Seneszenz verursachen. Außerdem verfügen Säugetiere über eine Reihe robuster Entwicklungsstrategien, insbesondere im Vergleich zu Amphibien, und daher ist es nicht verwunderlich, dass das Altern bei verschiedenen Säugetierarten derselbe Prozess zu sein scheint, nur mit radikal unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Die Tatsache, dass CR im Erwachsenenalter begann, verlängert die Lebenserwartung von Nagetieren wurde als Beweis gegen die Entwicklungstheorie des Alterns gefeiert (46). In unserem Modell endet das Entwicklungsprogramm jedoch nicht am Ende der Entwicklungsperiode. Tatsächlich argumentieren wir, dass das Verblassen oder übermäßige Wirkungen von Entwicklungsmechanismen im Erwachsenenalter das Altern verursacht (ABBILDUNG 2). Folglich beeinflusst CR, die im Erwachsenenalter begonnen hat, immer noch Entwicklungsmechanismen, nämlich solche, deren unbeabsichtigte Aktionen das Altern verursachen. Darüber hinaus passt die regulatorische Rolle neuroendokriner Faktoren – wie der GH/IGF-I-Achse – beim Altern und der CR zu einer Verbindung zwischen Entwicklung, Reproduktion und Altern (3, 13, 40).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Alterung nicht in erster Linie auf Schäden zurückzuführen ist, die sich aus den grundlegenden biochemischen Reaktionen, aus denen das Leben besteht, akkumulieren, sondern eher das Ergebnis des Entwicklungsprogramms oder der dadurch hervorgerufenen Veränderungen. Unsere Hypothese ist, dass der Zeitpunkt der Entwicklung die Alterungsrate bei Säugetieren reguliert, wobei eine Untergruppe von Entwicklungsmechanismen das Tempo bestimmt und die meisten altersbedingten Veränderungen verursacht. Vielleicht verändern sich Menschen mit zunehmendem Alter aufgrund der gleichen Mechanismen, die Veränderungen in den früheren Lebensphasen vorantreiben.

Dank an Anders Sandberg und Richard Cutler für fruchtbare Diskussionen und an Joana Costa für die Unterstützung bei der Vorbereitung des Manuskripts. Weiterer Dank an Andrzej Bartke und die Mitglieder des Church Lab, nämlich Nathan Walsh, für ihre Hilfe und Meinungen.

J. P. de Magalhães wird durch ein Stipendium des National Human Genome Research Institute of Excellence in Genomic Science an George Church unterstützt.


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Untersuchung der Unfruchtbarkeit und fortgeschrittenes mütterliches Alter

Unfruchtbarkeit wird in der Regel diagnostiziert, wenn eine Frau nach 1 Jahr ungeschütztem Geschlechtsverkehr (d. h. ohne Anwendung von Verhütungsmitteln) nicht schwanger geworden ist. Wenn sie jedoch 35 Jahre oder älter ist, sollte die Untersuchung nach 6 Monaten erfolgloser Versuche beginnen, schwanger zu werden. Wenn ein Paar ein offensichtliches medizinisches Problem hat, das seine Fähigkeit zur Empfängnis beeinträchtigt, wie zum Beispiel das Ausbleiben der Periode (Amenorrhoe), sexuelle Dysfunktion, eine Vorgeschichte von Beckenerkrankungen oder eine vorherige Operation, sollte sofort mit der Untersuchung der Unfruchtbarkeit begonnen werden. Fruchtbarkeitstests können die Erkennung des Eisprungs und die Bewertung der Eileiter, des Gebärmutterhalses und der Gebärmutter umfassen. Der männliche Partner hat eine Samenanalyse. Die meisten Tests können innerhalb von 6 Monaten abgeschlossen werden und eine geeignete Behandlung kann unmittelbar nach Abschluss der Bewertung begonnen werden.

Frauen, die an einer medizinischen Störung wie Bluthochdruck oder Diabetes leiden, sollten vor einer Schwangerschaft mit ihrem medizinischen Betreuer sprechen. Es ist wichtig, dass gesundheitliche Probleme unter Kontrolle sind. Der klinische Betreuer kann vor der Schwangerschaft eine Änderung der Medikation oder der allgemeinen Gesundheitsversorgung vorschlagen, da für ältere Frauen erhöhte Risiken bestehen. Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Diabetes treten häufiger bei Frauen auf, die nach dem 35. Lebensjahr schwanger werden. Während der Schwangerschaft können besondere Überwachungen und Tests empfohlen werden. Auch eine Beratung vor der Schwangerschaft ist oft von Vorteil. Kinder von Frauen über 35 Jahren haben ein höheres Risiko für Chromosomenprobleme. Frauen können diese Risiken vor dem Versuch einer Schwangerschaft mit ihrem klinischen Betreuer oder einem genetischen Berater besprechen. Pränatale Tests können nach der Empfängnis durchgeführt werden, um bestimmte Geburtsfehler zu überprüfen. Amniozentese und Chorionzottenbiopsie sind zwei Methoden der pränatalen Untersuchung. Bluttests und Ultraschall können auch als Screening-Tests für bestimmte Geburtsfehler verwendet werden. Viele Eltern möchten so viel wie möglich über die Schwangerschaft wissen, damit sie fundierte Entscheidungen treffen können.


Materialen und Methoden

TIERMODELL

Für alle Experimente haben wir Zebrafische verwendet Danio rerio aus dem ausgezüchteten Wildtyp-AB-Stamm, der ursprünglich von ZIRC (Zebrafish International Resource Center, University of Oregon, Eugene, USA) bezogen und auf der Zebrafischplattform SciLifeLab der Universität Uppsala (http://www.scilifelab.se/facilities/zebrafish .) erhalten wurde /) für bis zu zwei Generationen nach einem strengen Auszuchtregime. Die Fische wurden in 3-l-Tanks in einem rezirkulierenden Gestellsystem (Aquatic Habitats, Beverly, MA, USA, Z-Hab System) bei 26,4 ± 1,4 °C und einem 12:12-Tageslichtzyklus gehalten. Sie wurden zwei- bis dreimal täglich mit einer Mischung aus Trockenfutter (Aquatic Habitats, Zeigler Adult Zebrafish-Diät) und lebender Artemia (ZM Brineshrimp Cysts) gefüttert.

IN-VITRO-FERTILISATION

Alle Fische, die für In-vitro-Fertilisationen (IVF) und Auskreuzungen verwendet wurden, wurden in 3-Liter-Tanks mit einer Dichte von 15–20 Fischen in gemischten Geschlechtsgruppen gehalten. Einen Tag vor dem Experiment wurden die Männchen in eingeschlechtliche Dreiergruppen aufgeteilt und über Nacht gehalten. Die Versuchs-Weibchen wurden in Zuchtbecken mit einem Firmen-Männchen unter Verwendung eines Separators (Geruch und Sichtkontakt) gehalten. Jeder Tank mit Versuchsweibchen wurde bis zum nächsten Morgen mit einem schwarzen Tuch bedeckt (um eine lichtinduzierte Eiablage zu vermeiden). Männchen und Weibchen wurden vor dem Experiment 20 Stunden lang nicht gefüttert, um eine fäkale Kontamination von Sperma- und Eiproben zu vermeiden.

Frauen und Männer wurden mit 1,0–3,0 mg/L Metomidat-Hydrochlorid (Aquacalm TM ) oder in 0,16 g/L Tricain-Methansulfonat (MS222 Sigma-Aldrich) anästhesiert. Die Männchen wurden auf einen weichen und feuchten Schwamm gelegt und sanft in kranio-kaudaler Richtung gequetscht, um das Ejakulat unter einem Seziermikroskop (Nikon SMZ800) zu sammeln. Von jedem Männchen wurden 0,7–0,8 μl Ejakulat gesammelt und in ein 0,2-ml-Eppendorf-Röhrchen mit 80 μl Hank-Puffer (HBSS) überführt und 5–10 min auf Eis bis zur IVF aufbewahrt. Die Weibchen wurden auf 15 cm Petrischalen gelegt und vorsichtig abgestreift, um Eier zu erhalten. Gelege, die für IVFs verwendet wurden, enthielten 20–300 Eier von hoher Qualität und sie wurden innerhalb einer Minute nach dem Abstreifen verwendet.

SPERMENAUSWAHL UND IVFS

Um die erste Generation (F1) zu entwickeln, haben wir ein geteiltes Kupplungsdesign verwendet, um IVFs durchzuführen. Spermaproben wurden sehr vorsichtig gemischt und jedes Ejakulat und jedes Gelege wurden in zwei Teile geteilt. In jedem Teil wurden die Spermien einer von zwei Behandlungen unterzogen. Bei der Behandlung mit langer Aktivierungszeit (LAT) wurden 25 µl Ejakulat-Hank-Mischung eines Männchens mit 400 µl Wasser aktiviert und 25 s nach der Aktivierung zur Hälfte jedes Geleges gegeben, um eine 50%ige Abnahme der Menge an zu erreichen bewegliche Spermien (siehe Alavioon et al. 2017 für unterstützende Daten). Bei der Kurzaktivierungsbehandlung (SAT) wurden 10 µl Ejakulat-Hank's Mix vom gleichen Mann mit zusätzlichen 15 µl HBSS (um die Osmolarität des HBSS-Wasser-Verhältnisses auszugleichen) gemischt, mit 400 µl Wasser aktiviert und dem andere Unterkupplung unmittelbar nach der Aktivierung. Aktivierte Spermien wurden bei beiden Behandlungen gleichzeitig in beide Unterkupplungen gegeben, um jeglichen Eieffekt zu vermeiden. Bei der LAT-Behandlung selektierten wir gegen Spermien mit einer Lebensdauer von weniger als 25 s, während bei der SAT-Behandlung Eizellen mit jedem befruchtungsfähigen Sperma befruchtet werden konnten (für experimentelle Details siehe Hintergrundinformationen). Die Anwendung eines Split-Cup-Designs ermöglichte es uns, die Auswirkungen der Spermienauswahl auf das reproduktive Altern zwischen Vollgeschwistern zu vergleichen, die von Spermien unterschiedlichen Phänotyps und vermutlich Genotyps gezeugt wurden. Eier und Spermien wurden vorsichtig mit einem Pinsel vermischt und die Eier wurden nach 1 min und 30 s auf eine 15 cm Petrischale mit einer Methylenblaulösung (Sigma Aldrich, Antipilz) übertragen. Alle IVFs wurden auf einer Wärmeplatte (Minitube HT50) bei 28,5 °C durchgeführt und alle Petrischalen wurden in einen auf 28,5 °C eingestellten Inkubator überführt.

AUFZUG F1 NACHKOMMEN

Die Embryonen aus IVFs wurden 2–4 h nach der Befruchtung (hpf) untersucht. Unbefruchtete Eier von schlechter Qualität wurden entfernt und etwa 70 Embryonen wurden in eine 9-cm-Petrischale mit Methylenblau-Lösung (Antimykotikum-Behandlung) transferiert. An Tag 5–6 nach der Befruchtung wurden 70 Larven jeder Familie in ein 3-Liter-Becken im Zebrafischsystem der Einrichtung überführt und bis zum Erwachsenenalter aufgezogen. Alle Fische wurden bis zu einem Alter von maximal 24 Monaten gehalten. Fische, die bis zu diesem Alter überlebten, wurden dann auf humane Weise mit einer Überdosis MS222 getötet.In Gefangenschaft gehaltene Zebrafische haben ihren Reproduktionsgipfel zwischen 6 und 18 Monaten. Aus ethischen und gesundheitlichen Gründen dürfen Fische nur bis zu diesem Alter gehalten werden, um das Risiko von Krankheiten in der Anlage zu verringern, die sich bei Fischen, die älter als 24 Monate sind, vermehrt anhäufen.

NATÜRLICHES LACHEN

Ab dem Alter von 12 Monaten wurden experimentelle Männchen und Weibchen aus F1 für natürliches Laichen mit Wildtypfischen eingerichtet, um den Fortpflanzungserfolg zu beurteilen. Alle Fische, die für Auskreuzungen mit SAT- und LAT-F1-Fischen in jedem Alter verwendet wurden, waren Wildtyp-AB-Fische, die in der Einrichtung nach einem sorgfältigen Zuchtregime gezüchtet wurden, um die Auskreuzung aufrechtzuerhalten. Sie wurden in 10-Liter-Tanks mit einer Dichte von 30–40 Fischen in gemischtgeschlechtlichen Gruppen im Geschlechterverhältnis von 1:1 gehalten. Die SAT- und LAT-Fische wurden in 10-l-Tanks mit einer Dichte von 30–40 Fischen gehalten, beide in gemischtgeschlechtlichen Gruppen. Einen Tag vor dem natürlichen Laichen wurden Männchen und Weibchen zufällig aus Selektions- und Wildtyplinien ausgewählt. Ein Männchen aus einer der Selektionslinien und ein Weibchen aus Wildtyp-Linien oder umgekehrt wurden in einem Zuchtbecken mit dazwischenliegendem Separator gehalten. Am nächsten Morgen wurde der Separator um 8.30 – 8.45 Uhr herausgenommen, um die beiden Fische laichen zu lassen. Die Eier wurden 2-3 Stunden nach dem Laichen gesammelt.

Zwei bis vier Männer und zwei bis vier Frauen wurden zufällig aus 26 LAT- und SAT-Familien ausgewählt. Die gleichen Familien wurden in jedem Auswahlschema ausgewählt, um Vollgeschwister zwischen den Behandlungen zu vergleichen und die Variation zwischen den Familien zu reduzieren. Fische wurden einzeln markiert, indem Visible Implant Elastomer (VIE BIOWEB) zur Verfolgung im Zeitverlauf verwendet wurde. Jedem Fisch wurden zufällig Wildtyp-AB-Partner im Alter von 8–12 Monaten für das natürliche Laichen wie oben beschrieben zugewiesen. Das gleiche Verfahren wurde für alle Versuchsfische im Alter von 12, 15, 18 und 24 Monaten wiederholt, aber jedes Mal verwendeten wir einen neuen Partnerfisch zwischen 8 und 12 Monaten. Insgesamt konnten wir 116 Fische aus SAT und 111 Fische aus LAT mit 12 Monaten 105 Fische aus SAT und 107 Fische aus LAT mit 15 Monaten beobachten 98 Fische aus SAT und 99 Fische aus LAT mit 18 Monaten 77 Fische aus SAT und 76 Fische aus LAT im Alter von 24 Monaten. Alle markierten Fische wurden täglich einzeln verfolgt und kontrolliert, und es wurde ein natürlicher Tod oder ein Unfalltod aufgezeichnet.

MESSUNGEN DER NACHKOMMENSMERKMALE

Um den Befruchtungserfolg zu berechnen, wurden die Eizellen innerhalb einer Stunde nach der Befruchtung überprüft. Um den Befruchtungserfolg und die Fruchtbarkeit zu berechnen, wurden unbefruchtete Eier von schlechter Qualität gezählt und entfernt. Die Überlebensrate wurde 24 Stunden nach der Befruchtung überprüft. Siebzig Embryonen wurden in eine 15 cm Petrischale, die eine Methylenblaulösung enthielt, transferiert und zurück in den auf 28,5°C eingestellten Inkubator bewegt. Alle Merkmale wurden nach 12, 15, 18 und 24 Monaten gemessen.

STATISTISCHE ANALYSE

Für alle Analysen wurde Software R Version 3.3.0 verwendet. Wir führten eine Überlebensanalyse durch, um Unterschiede in der Lebenserwartung zwischen der Behandlung und dem Geschlecht festzustellen. Dazu haben wir Cox-Modelle mit dem Paket durchgeführt coxme. Für die Analyse von Merkmalen im Zusammenhang mit der reproduktiven Fitness wurden alle binomialen Merkmale unter Annahme einer binomialen Fehlerverteilung analysiert, während die gesamte Eierproduktion unter der Annahme einer Poisson-Fehlerverteilung analysiert wurde. Wir haben für alle Analysen verallgemeinerte lineare Mixed-Effect-Modelle verwendet (glmer Funktion im Paket lme4). Die Signifikanz des angepassten Modells wurde mittels Varianzanalyse (ANOVA) mit Typ-III-Quadratsummen bewertet, die mit einer Abweichungsanalyse einer Chi-Quadrat-Verteilung unter Verwendung von Paket . getestet wurden Wagen.

Wir haben „Familie“ und individuelle „ID“ als Zufallsfaktor und „Behandlung“, „Alter bei letzter Reproduktion (ALR)“ und „Alter“ als feste Faktoren definiert. Wir haben die Daten für Männchen und Weibchen getrennt analysiert, da die gemessenen Merkmale unterschiedliche biologische Merkmale der beiden Geschlechter darstellen und nicht direkt vergleichbar sind. Alle Interaktionen in den endgültigen Modellen wurden durch eine Rückwärtsselektion bewertet (Entfernen von Modelltermen, beginnend mit Interaktionen mit dem Term höchster Ordnung). Auf jeder Ebene wurde das Modell mit dem laufenden Vorgängermodell verglichen Anova Funktion im Paket Wagen. Alter und ALR wurden in allen Modellen skaliert und der Optimierer „bobyqa“ wurde in allen Modellen außer der Gesamtzahl der Eier (Fekundität) verwendet.

ETHIK-ERLAUBNIS

Alle hier beschriebenen Versuche entsprechen den Richtlinien und sind vom schwedischen Landwirtschaftsamt genehmigt (Jordbruksverket Zulassungsnummer C3/15).


Perspektiven

Diese Studie wirft viele interessante Fragen und Wege für zukünftige Forschungen auf. Erstens, wie von Elsner et al. (3) ist es interessant, dass die Zunahme der TE-Aktivität auf Hauptarbeiter beschränkt ist und nicht auf geringfügig Beschäftigte, deren Lebensdauer ähnlich der der Hauptarbeiter ist. Das Fehlen von TE-Unterschieden zwischen jungen und alten minderjährigen Arbeitnehmern deutet darauf hin, dass eine erhöhte TE-Aktivität ein Aspekt des Alterns sein könnte, der auf größere Arbeitnehmer beschränkt ist, und dass eine andere Form von physiologischen Schäden die Lebensdauer bei minderjährigen Arbeitnehmern einschränken kann. Zweitens, ist die verminderte Unterdrückung der TE-Aktivität eine Ursache oder ein Symptom des Alterns? Altern, das durch die Anhäufung von DNA-Schäden verursacht wird, könnte am besten durch die Theorie des Wegwerf-Somas erklärt werden, die voraussagt, dass das Altern das Ergebnis eines Kompromisses zwischen Reproduktion und Investitionen in Prozesse ist, die molekulare Schäden im Soma verhindern und reparieren (1). Nach diesem Modell sollten sich die Alterungsschäden akkumulieren, sobald die Individuen die Reife erreichen, da es einen Kompromiss zwischen Investitionen in die Fortpflanzung und somatische Erhaltung gibt und die optimale Lebensgeschichte-Strategie niemals bevorzugt, vollständig in die Erhaltung zu investieren (1). Wenn daher eine erhöhte TE-Aktivität die Ursache für das Altern bei wichtigen Arbeitnehmern wäre, würden wir eine hohe TE-Aktivität nicht nur bei alten, sondern auch bei jungen Menschen erwarten. Die hohe TE-Aktivität bei älteren im Vergleich zu jungen Menschen kann daher darauf hinweisen, dass eine reduzierte TE-Suppression eine Auswirkung des Alterns bei bedeutenden Arbeitnehmern ist und dass die zugrunde liegende Ursache des unterschiedlichen Alterns noch zu entdecken ist. Drittens, führt die Zunahme der TE-Aktivität effektiv zu einer erhöhten TE-Mobilität im Genom? Dies könnte durch Messen der relativen Häufigkeit von TE-Sequenzen unter Verwendung einer quantitativen PCR von genomischer DNA getestet werden (7). Viertens, ist die altersabhängige Zunahme der TE-Aktivität bei den langlebigeren Kasten auch höher als bei den kurzlebigeren bei anderen sozialen Insekten? Angesichts des wachsenden Durchsatzes und der Erschwinglichkeit von Hochdurchsatz-Sequenzierungsstudien sollte diese Frage in naher Zukunft ohne weiteres angegangen werden.

Schließlich wäre ein interessantes Experiment zu untersuchen, ob die Reproduktion von Termiten mit zunehmendem Alter eine geringere Störung der somatischen Genexpression aufweist als größere Arbeiterinnen und kürzer lebende Insekten. Es ist bereits bekannt, dass eine erhöhte Repression der TE-Aktivität bei Fruchtfliegen die Lebensdauer verlängern kann (20), und es wäre daher interessant, den TE-Silencing-Weg in Termitenreproduktionen zu hemmen, um die Genomzerstörung zu erhöhen und zu sehen, ob dies die Langlebigkeit verringert.