Perché invecchiamo è una domanda classica nella biologia evolutiva. Ci sono molte cose da considerare quando pensiamo a come si evolvono i geni che causano malattie, invecchiamento e morte.

Una spiegazione per l'evoluzione dell'invecchiamento è l ' accumulo di mutazioni ipotesi ( MA ). Questa ipotesi di P. Medawar afferma che le mutazioni che causano effetti deleteri (dannosi) nella tarda età possono accumularsi nel genoma più delle malattie che causano malattie precoci. Questo perché la selezione sulle mutazioni ad azione tardiva è più debole. Le mutazioni che causano malattie in età precoce ridurranno più gravemente l'idoneità del suo portatore rispetto alle mutazioni ad azione tardiva. Ad esempio, se in una specie immaginaria dicessimo che tutti gli individui cessano di riprodursi a 40 anni e si verifica una mutazione che causa una malattia fatale a 50 anni, la selezione non può rimuoverla dalla popolazione - i portatori avranno tanti figli quanti quelli che non hanno il gene. Sotto l'ipotesi dell'accumulo di mutazioni è quindi possibile che le mutazioni vagano attraverso la popolazione.

Un'altra ipotesi che potrebbe contribuire all'invecchiamento è la pleiotropia antagonista ( AP ) ipotesi di GC Williams. pleiotropia è quando i geni hanno più di un effetto, tali geni tendono a causare correlazioni tra tratti, altezza e lunghezza del braccio probabilmente hanno molti degli stessi geni che li influenzano, altrimenti non ci sarebbe correlazione tra lunghezza e altezza del braccio (sebbene l'ambiente e il collegamento possano anche causare questi modelli) ... Tornando ad AP come spiegazione dell'invecchiamento, se un gene migliora la forma fisica all'inizio della vita, ma causa malattie in tarda età, può diffondersi attraverso il popolazione tramite selezione. L'effetto favorevole iniziale si diffonde bene a causa della selezione e, proprio come con MA, la selezione non può "vedere" la malattia ad azione tardiva.

Sia in MA che in AP il punto chiave è che la selezione è meno efficiente nel rimuovere le mutazioni deleterie ad azione tardiva e possono diffondersi più rapidamente grazie agli effetti benefici della prima infanzia. Inoltre, in presenza di mortalità estrinseca (predazione, ecc.), L'effetto della selezione è anche indebolito sugli alleli che influenzano la tarda età. La stessa riduzione dell'efficacia della selezione nell'età avanzata rallenta anche la velocità con cui gli alleli aumentano la durata della vita.

Una terza considerazione è il modello del soma usa e getta , una descrizione di T. Kirkwood dei compromessi della storia della vita che potrebbe spiegare perché l'invecchiamento e la morte precoce potrebbero essere favoriti. L'idea è che gli individui abbiano a disposizione una quantità limitata di risorse, forse a causa di vincoli ambientali o della capacità di acquisire / allocare le risorse. Se poi assumiamo che gli individui debbano usare la loro energia per due cose, rimanendo in vita tramite la riparazione e il mantenimento (mantenimento somatico) e generando prole (investimento riproduttivo), allora qualsiasi energia dedicata a una si sottrarrà all'altra. Se un individuo porta un gene che gli fa dedicare tutte le sue energie al mantenimento somatico, la sua forma fisica sarà molto bassa (probabilmente 0!) E quel gene non si diffonderà. Se il livello di manutenzione richiesto per vivere per sempre costa più energia di quella che un individuo può risparmiare senza soffrire di una scarsa forma fisica (molto probabile) o può persino acquisire e convertire in modo efficiente in primo luogo (anche molto probabilmente), allora gli alleli ad alta manutenzione non si diffonderanno (e l'invecchiamento della morte di & continuerà a verificarsi).

Per andare un po 'oltre, è comune che i sessi invecchino in modo diverso (questo è ciò su cui lavoro) e una possibile spiegazione è che i sessi favoriscono diversi equilibri del compromesso tra mantenimento somatico e investimento riproduttivo, questo può portare a conflitti sull'evoluzione dei geni che influenzano questo equilibrio e rallentare i tassi di evoluzione verso ottimali specifici per sesso. Questo documento fornisce una buona revisione dell'area.

Riassumendo , l'evoluzione non è riuscita a sbarazzarsi della morte tramite malattie genetiche ecc. (intrinseca mortalità) perché l'effetto è selezionato solo debolmente e quegli alleli possono fornire qualche beneficio precoce e la limitazione delle risorse può anche ridurre il potenziale per aumentare la durata della vita a causa di compromessi con lo sforzo riproduttivo. L'evoluzione adattativa non riguarda la sopravvivenza del più adatto, ma la riproduzione del più adatto: l'allele più adatto è quello che si diffonde in modo più efficace.

EDIT: Grazie a Remi.b per aver anche sottolineato alcune altre considerazioni.

Un altro pensiero è quello dell'invecchiamento altruistico: invecchiamento per il bene della popolazione (è probabile che la popolazione contenga individui correlati, tu sei imparentato con tutti gli altri esseri umani in una certa misura) . In questo modello l'invecchiamento è un processo adattativo (a differenza di MA dove è solo una conseguenza di una selezione debole). Morendo un individuo fa spazio alla sopravvivenza della sua prole / parenti (perché le risorse hanno meno probabilità di limitare le popolazioni). Questo fermerà la crescita eccessiva della popolazione che potrebbe portare a crolli nella popolazione e quindi, morendo prima, un individuo promuove la probabilità che la sua progenie sopravviva. Gli argomenti di sacrificio altruistico sono spesso difficili da promuovere, ma lavori recenti suggeriscono che questo è un modello più plausibile di quanto si pensasse una volta.

Le teorie di Evolvabilty suggeriscono anche che l'invecchiamento è un processo adattivo. Questi suggeriscono che le popolazioni, composte da un misto di giovani e anziani, hanno pregiudizi nel modo in cui i membri della popolazione sono ben adattati - dove gli individui più giovani si adattano meglio (poiché sono stati prodotti più di recente, è probabile che l'ambiente sia simile al ambiente in cui sono favoriti). Pertanto, rimuovendo gli individui meno adattati da una popolazione tramite la senescenza e liberando risorse per individui più giovani e meglio adattati, una popolazione evolve più rapidamente verso il suo stato ottimale.

Questa è un'ottima domanda.

È in corso un vasto campo di ricerca chiamato "evoluzione dell'invecchiamento / senescenza" che affronta questa domanda. Non ti darò una panoramica completa delle diverse ipotesi che potrebbero spiegare perché invecchiamo ma qui è un concetto fondamentale che è sapere.

Assumeremo che ci sia una mortalità estrinseca, mortalità contro a cui un lignaggio non potrà mai sfuggire e penso che non sia un presupposto difficile da soddisfare. Pertanto, un allele che ha un effetto specifico dell'età come la diminuzione della fecondità all'età di 3 anni subirà una pressione di selezione più elevata e verrà eliminato più rapidamente dalla popolazione rispetto a un altro allele causando la stessa diminuzione della fecondità ma all'età di 4 morì tra i 3 ei 4 anni. In altre parole, la selezione naturale è più efficiente a un'età inferiore che a un'età superiore. Ora, immagina negli esseri umani un allele che aumenta il successo riproduttivo di un individuo all'età di 20 anni diminuendo la sopravvivenza all'età di 78 anni. Questo allele si diffonderà facilmente nella popolazione. Si dice che tali alleli abbiano un effetto pleiotropico antagonista specifico dell'età . E studi empirici hanno dimostrato che esistono alleli che hanno antagonisti pleiotropici antagonisti specifici dell'età.

In breve, è perché esiste una mortalità estrinseca che la selezione naturale agisce con una forza diversa in età diverse consentendo alcuni allele deleteri in età avanzata da fissare nella popolazione soprattutto se quegli alleli hanno un effetto pleiotropico antagonista specifico per età. In questo libro troverai una formulazione matematica e una discussione più completa di questo effetto

Esistono altre ipotesi basate sulla selezione del lignaggio, sulla selezione di gruppo o sull'equilibrio mutazione-selezione.

Perché l'evoluzione non riguarda gli individui: riguarda le specie. Ciò che conta per la selezione naturale non è quanto tempo vivi, ma quanti nipoti hai. Una lunga durata può essere un vantaggio evolutivo, ma come ogni tratto, è solo un vantaggio nella misura in cui ti consente di riprodurti di più.

Sembrerebbe che una durata più lunga lo sarebbe essere comunque vantaggioso, perché ti darebbe più tempo per riprodurti. Tuttavia, per ragioni che non comprendiamo ancora completamente, nella pratica non sembra funzionare in questo modo. La maggior parte degli organismi (supponendo che vivano abbastanza a lungo) alla fine raggiungono un'età in cui smettono di riprodursi. Anche gli umani lo fanno, e sebbene siamo riusciti ad aumentare la durata media della vita un bel po 'nel corso della storia umana registrata (per non parlare dei millenni precedenti), l'età media alla quale le persone smettono di riprodursi apparentemente non è cambiata. molto.

Perché no? Cosa rende questo un vantaggio evolutivo rispetto ad avere più anni riproduttivi? Questa è una di quelle cose che non abbiamo ancora capito. Ci sono un certo numero di teorie concorrenti, e le altre risposte qui entrano in alcune di esse. Ma il modo più diretto per rispondere alla tua domanda è abbastanza semplice: una vita più lunga (e / o anni riproduttivi) non ha dato a noi, o ai nostri figli, più successo nella riproduzione. Pertanto, non vi è alcuna pressione sulla specie affinché viva più a lungo e quindi non accade.

In realtà, geneticamente, non c'è motivo per cui gli animali continuino a esistere dopo che si sono procreati.

Se guardi il salmone, muore immediatamente dopo la procreazione, che è probabilmente il modo più efficiente per trasportare i migliori geni per la generazione successiva.

Nel caso dei mammiferi, devono insegnare alla prole dove trovare cibo, dove trovare acqua e come evitare i pericoli.

In il caso degli umani, che arriva alla terza generazione, quindi la maggior parte degli umani conosce i propri genitori e i propri nonni, e anche loro vivono con loro in alcune culture, poiché le loro esperienze e idee sono considerate molto importanti.

Quindi forse la domanda dovrebbe essere l'opposto, perché viviamo per vedere crescere i nostri nipoti?

Portando la tua stessa domanda al contrario: perché le persone muoiono? Perché non vivono per sempre invece di riprodursi? Posso pensare a vari motivi per questo. Immagina una razza che vive per sempre e un'altra razza che ha molti figli all'inizio e poi muore. Ora immagina una malattia contagiosa che si diffonde tra entrambe le popolazioni. Quale razza ha le maggiori probabilità di sopravvivenza?

Ovviamente, la razza che si riproduce rapidamente ha maggiori possibilità.

Inoltre, l'evoluzione fa miracoli per la razza che si riproduce rapidamente invece di la razza che vive per sempre. Ciò significa che il numero di anni di vita di una specie è stato attentamente "progettato" dall'evoluzione.

L'evoluzione non funzionerebbe se non si stabilizzasse attorno ai geni migliori. Ed è esattamente quello che succede con gli umani. La maggior parte degli umani ha gli stessi tratti: vive circa lo stesso numero di anni e ha più o meno le stesse capacità, la maggior parte delle differenze sono quasi irrilevanti.

Se prendi la linea di "The Selfish Gene - Richard Dawkins". L'evoluzione non si preoccupa degli individui, si preoccupa dei geni. Quindi, finché i geni vengono trasmessi in modo affidabile nel futuro, l'evoluzione può farlo con 4 generazioni ogni 100 anni o 100 generazioni ogni 100 anni.

Non esiste alcun meccanismo di selezione che favorisca l'età avanzata.

Quando è evidente se un individuo può raggiungere un'età elevata in modo sano, avrà cessato ogni attività riproduttiva.

Al contrario, le persone che si ammalano di cancro a 45 anni probabilmente si saranno già riprodotte.

In una certa misura lo fa; in quanto viviamo più a lungo dei nostri antenati simili a topi. Quindi la domanda diventa: perché non continuare ad estenderla all'immortalità.

La cosa fondamentale è che l'evoluzione si preoccupa solo della sopravvivenza dei tuoi geni; quindi se vivi per 1000 anni o se 10 generazioni della tua famiglia hanno 1 individuo dei tuoi geni in ogni generazione (ognuna che vive per 100 anni), questo ha un successo equivalente.

Ma questo presume che sia o-o che un organismo può riprodursi o vivere a lungo, non potrebbe fare entrambe le cose? In linea di principio potrebbe, ma le risorse di una particolare nicchia sono limitate, quindi per evitare la fame di massa il tasso di riproduzione deve ridursi con l'aumentare dell'età media degli individui.

Quindi questo suggerisce che avere individui dalla vita molto lunga non è meglio che avere individui dalla vita breve, ma è almeno uguale? Purtroppo no, se nascono meno nuovi individui, il tasso di evoluzione di quella specie si riduce. Una specie molto longeva è meno in grado di rispondere ai cambiamenti ambientali. In quanto tale, su una scala temporale evolutiva, è probabile che un animale dalla vita straordinariamente lunga venga superato da una specie dalla vita più breve.

Ovviamente c'è un punto di pareggio naturale; portare un individuo da neonato a adulto riproduttivo comporta un costo considerevole, quindi una volta che ci sono arrivati ​​ha senso tenerlo in giro per un po ', ma non a tempo indeterminato.

Presumo che per vita più lunga si intenda un invecchiamento più lento, perché l'evoluzione può fare poco se una montagna cade su una persona!

Quindi, perché gli organismi non hanno uno zero più lento o migliore tasso di invecchiamento?

La teoria che sto descrivendo si basa sulla teoria della storia della vita. La teoria della storia della vita presume che:

1. Le risorse disponibili per qualsiasi organismo siano limitate,
2. I processi vitali come la 'riproduzione' e la 'riparazione e manutenzione del corpo' siano costosi rispetto al consumo di risorse e le risorse dirette verso un processo vitale devono essere dirette lontano dall'altro. Quindi deve esistere un meccanismo di compromesso tra i diversi processi vitali.

Sulla base di questi dati, si può dedurre che data una specie con un dato tasso di morte per cause estrinseche (cause oltre a quella dell'invecchiamento , come farsi mangiare), si può usare un po 'di matematica per trovare la durata media della vita dell'organismo se l'organismo non invecchia. Semplice…?

Ora, dato che la durata media della vita della specie non invecchiata è limitata, pensi davvero che la strategia di vita ottimale della specie sarebbe zero invecchiamento? Ricorda che per non invecchiare è necessario spendere energie, e che tutte le energie impiegate per mantenere la salute verranno sicuramente sprecate sotto forma di cadaveri una volta che l'organismo muore.

Quindi, dato un meccanismo attraverso il quale è possibile il trade off di risorse tra i processi vitali, gli organismi devono investire un po 'di più verso la riproduzione e un po' meno verso la riparazione e il mantenimento? Perché? Solo per ridurre la perdita di risorse sotto forma di cadaveri e aumentare il successo riproduttivo, che è ciò che viene contato alla fine!

Quindi, in effetti, avere un tasso di invecchiamento zero ha degli svantaggi! Sarebbe più vantaggioso se gli organismi invecchiassero con un tasso di specie specifico fisso.

Ora, è il momento di chiarire alcuni punti:

1. Questa teoria presume che la teoria della storia della vita sia corretta. Non sto dicendo: "ciao, questo è il motivo corretto dell'invecchiamento!" Sto dicendo: "Questa è la teoria corretta dell'invecchiamento se la teoria della storia della vita è corretta!" Quindi, se non credi nella teoria della storia della vita, allora datti da fare cercando di dimostrare che è sbagliato. La teoria che ho discusso si trova sulla spalla di un gigante. D'altra parte, se credi che la teoria che discuto non derivi dalla teoria della storia della vita, allora ascolta la tua argomentazione.
2. Questa teoria presume anche che l'invecchiamento avvenga a causa della mancanza di riparazione e manutenzione danni al corpo che si verificano. La particolarità di questa teoria è che fornisce un meccanismo non altruistico attraverso il quale l'invecchiamento può giovare direttamente all'organismo. Quindi, questa teoria ci rende più facile spiegare perché l'invecchiamento ha ottenuto la selezione naturale, perché ha benefici!

Ho trovato questa teoria su questa domanda SE, dove la questione è stata ora sospesa per motivi dubbi. Inoltre, l'OP menziona questo libro: teoria biologica moderna ed esperimenti sul celibato, che, penso, è stato uno dei motivi per cui la domanda è stata sospesa!