Śmierć jest nieunikniona. Ale czy to przewidywalne? Niektórzy naukowcy tak uważają. Mówią, że eksperymenty z muszkami owocowymi - muszkami owocowymi - ujawniły nową, odrębną fazę życia, która zwiastuje zbliżającą się śmierć. Nazywają ten etap życia spiralą śmierci i myślą, że ludzie również mogą tego doświadczyć. Jeszcze 25 lat temu biolodzy zakładali, że życie składa się z dwóch głównych faz: dzieciństwa i dorosłości. Wszyscy możemy rozpoznać ten podział. Dzieciństwo charakteryzuje się szybkim wzrostem i rozwojem, kończy się okresem dojrzewania. W tej fazie prawdopodobieństwo śmierci pozostaje bardzo niskie.
Wraz z osiągnięciem pełnoletności, a raczej z osiągnięciem dojrzałości, zaczyna się dorosłość. Prawdopodobieństwo śmierci pozostaje niskie, gdy zaczynamy dorosłe życie - w tym czasie jesteśmy u szczytu kariery i mamy większe szanse na posiadanie dzieci. Ale z biegiem czasu nasze ciała zaczynają się starzeć i degradować. Z każdym miastem zwiększa się prawdopodobieństwo śmierci - na początku powoli, a potem coraz szybciej i szybciej, gdy się starzejemy.
Na początku lat 90. naukowcy zdali sobie sprawę, że życie ma inną rolę. Zidentyfikowali trzecią fazę życia, przez którą przechodzą najstarsi członkowie naszego społeczeństwa: późne życie.
Późne życie różni się od reszty dorosłości wyjątkowym wzorcem śmiertelności. Roczny wzrost śmiertelności charakterystyczny dla dorosłości nie dotyczy późniejszego życia. Podczas gdy 60-latek ma znacznie większe szanse na śmierć niż 50-latek, 90-latek ma mniej więcej taką samą szansę na śmierć jak 100-latek.
„Wskaźnik śmiertelności stabilizuje się i widzisz te płaskowyże” - mówi Lawrence Mueller z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.
To właśnie te płaskowyże śmiertelności są omawiane do dziś - wciąż nie mają jednego wytłumaczenia. Aby rzucić światło na ten problem, Mueller i jego kolega Michael Rose zaczęli szukać oznak, że inne cechy biologiczne, oprócz wskaźników śmiertelności, wyrównują się pod koniec życia. „Myśleliśmy, że może to być ten sam wzorzec, co reprodukcja lub płodność kobiet (płodność)” - mówi.
Zaczęli badać ten problem na przykładzie ulubionego zestawu zwierząt laboratoryjnych - muszek owocówek Drosophila.
Film promocyjny:
„Pobraliśmy 2828 samic i każdą umieściliśmy w fiolce z dwoma samcami” - mówi Mueller. „Każdego dnia przenosiliśmy każdą samicę do nowej butelki i liczyliśmy, ile jaj zostawiła. I kontynuowali to, aż wszyscy umarli."
Muchy te zwykle żyją przez kilka tygodni. „To był ogromny eksperyment” - mówi Mueller. Przyznaje, że eksperyment był również żmudny: przenoszenie tylu much każdego dnia i liczenie ich maleńkich jaj szybko się męczy. Uczestniczyli w nich absolwenci Rose, Cassanda Rauser, i dziesiątki studentów.
A po tych wszystkich wysiłkach początkowo wyniki wydawały się rozczarowujące. Wskaźnik urodzeń nie wyrównał się w oczywisty sposób, gdy muchy weszły w fazę „późnego życia”.
Kiedy naukowcy przyjrzeli się bliżej danym, coś zauważyli.
„Zauważyłem, że jeśli wybrałem samice bliskie śmierci i porównałem je z innymi samicami w tym samym wieku, a według bazy danych, która miała kilka tygodni życia, była różnica w płodności” - mówi Mueller.
Mówiąc najprościej, współczynnik płodności much - liczba składanych dziennie jaj - spadł na dwa tygodnie przed ich śmiercią.
Co jeszcze bardziej zaskakujące, ten spadek płodności nie miał nic wspólnego z wiekiem muchy w chwili śmierci. Jeśli starsza 60-dniowa mucha zbliżała się do śmierci, jej współczynnik płodności gwałtownie spadał, podobnie jak współczynnik płodności 15-dniowych much, które, jak się okazało, były na krawędzi przedwczesnej śmierci.
To była uniwersalna cecha życia, nowa czwarta faza, która różniła się od dzieciństwa, dorosłości czy późniejszego życia. Mueller i Rose nazwali to „spiralą śmierci”. To był 2007 rok; w następnych latach naukowcy szukali więcej dowodów na istnienie tej spirali śmierci. W 2012 roku odkryli, że samce muszek owocowych doświadczyły podobnego spadku płodności na kilka dni przed śmiercią. Tym razem powtarzalnego zbierania danych dokonał doktorant Parvin Shahrestani.
„Wraz z wiekiem samca jego zdolność do zapłodnienia samic pogarsza się” - mówi Müller. „Ale kiedy samce miały umrzeć - w każdym wieku - ich zdolność reprodukcyjna była znacznie niższa niż u samców w tym samym wieku, którzy żyli kilka tygodni dłużej”.
Ostatnio, w 2016 roku, Mueller i Rose wyciągnęli dane z serii eksperymentów badających długowieczność i płodność muszek owocówek, nad którymi pracowali naukowcy w czterech niezależnych laboratoriach. Ponownie, połączony zestaw danych wykazał spiralę śmierci.
Obaj naukowcy i ich koledzy odkryli nawet, że można do pewnego stopnia przewidzieć, kiedy mucha umrze, po prostu patrząc na jej płodność w ciągu ostatnich trzech dni i ignorując inne dane, w tym wiek muchy. „Dokładnie przewidzieliśmy około 80% zgonów” - mówi Mueller.
Rose i Müller nie są jedynymi, którzy rozwijają związek między płodnością a śmiercią. James Curtsinger z University of Minnesota przeprowadził własne eksperymenty dotyczące starzenia się i śmierci muszek owocówek i stwierdził spadek płodności w przeddzień śmierci, co generalnie koreluje z ustaleniami Muellera i Rose.
Curtsinger odkrył również, że ten spadek płodności spowodowany nieuchronną śmiercią był niezależny od wieku: stosunkowo młode i stare muchy postępowały według tego samego scenariusza.
Jednak praca Kertsingera różni się od pracy Muellera i Rose na kilka ważnych sposobów. Na przykład nie wierzy, że jego obserwacje wskazują na odrębną i uniwersalną czwartą fazę życia - nie wierzy, że ludzie lub inne gatunki biologicznie odmienne od muszek owocówek doświadczą takiego spadku płodności. Uważa również, że termin „spirala śmierci” jest niejasny i niejednoznaczny. Dlatego opracował własną terminologię, która może bardziej spodobać się biologom.
„Kiedy miałem 20 lat, badałem stosunek płci; kiedy miałem 40 lat zacząłem pracować nad starzeniem się - teraz mam 65 lat i pracuję nad nową biologiczną koncepcją, którą nazywam emeryturą”- mówi.
To „przejście na emeryturę” jest dobrze widoczne w muszkach owocówek. Rozpoczyna się w dniu, w którym dorosła samica nie może już złożyć ani jednego jaja. Aby zrozumieć znaczenie tego „dnia zero jajek”, trzeba pamiętać o płodności samicy muszki owocówki. „Mucha ma 2,5 mm długości, a jajo muszki owocowej 0,5 mm” - mówi Kertsinger. „Samica składa około 1200 jaj w swoim życiu - to pół metra jaj ułożonych w rzędzie”.
Innymi słowy, samica muszki owocowej jest maszyną do składania jaj. To jedyna rzecz, o której myśli. Jeśli mucha nie składa ani jednego jaja w danym dniu - nawet jeśli zacznie ponownie składać jaja następnego dnia - oznacza to, że coś poszło nie tak.
Kertsinger porównuje to do samochodu, któremu kończy się paliwo. Potrafi przejechać jeszcze kilka kilometrów, ale pierwsze awarie wskazują na niebezpieczną sytuację dla kierowcy.
Praca Kertsingera ujawniła również coś innego, czego nie wykazały analizy Muellera i Rose.
Pod sam koniec fazy emerytalnej, kiedy płodność jest niska i śmierć jest nieunikniona, staje się jasne, że muchy osiągają plateau śmierci, podobnie jak te związane z etapem „końca życia”. „To zupełnie nowa obserwacja” - mówi. „Płaskowyż śmiertelności nie jest cechą starości, może pojawić się w średnim lub młodym wieku”.
Obecnie panuje powszechna zgoda co do tego, że płaskowyże śmiertelności są związane z wiekiem - ale Kertsinger uważa, że jego nowa praca pokazuje, że - podobnie jak sama śmierć - mogą być bardziej związane z płodnością. Ta obserwacja może wymagać od biologów ponownego przemyślenia teorii starzenia się.
Coś jednak zastanawia Kertsingera. Dlaczego w ogóle istnieje tak silny związek między płodnością a śmiercią? Biolodzy nie mają wyjaśnienia.
Jednak James Carey z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis uważa, że odzwierciedla to po prostu dobrze zbadaną koncepcję: reprodukcja odbywa się kosztem zdrowia rodziców, zwłaszcza matek. Kobiety borykają się z problemami stomatologicznymi, na przykład w wyniku posiadania wielu dzieci.
Ponad dziesięć lat temu Carey i jego współpracownicy wykazali, że modyfikacja układu rozrodczego myszy zmienia również ich żywotność. Położyli stare myszy na stole operacyjnym i zastąpili ich zużyte jajniki równoważnymi narządami dla młodszych kobiet - a starsze myszy żyły dłużej, niż oczekiwano po operacji.
„Były oznaki, że myszy, które otrzymały nowe jajniki, miały mniej problemów z sercem niż myszy, które nie otrzymały nowych jajników” - mówi.
Curtsinger nie zgadza się, że ludzie przechodzą przez etap „emerytury” przed śmiercią, ale Müller uważa, że istnieją dowody na to, że ludzie, którzy są z natury skazani na śmierć, doświadczają spirali śmierci. Na poparcie tego Müller cytuje inne badanie przeprowadzone w Danii w domu opieki.
Naukowcy przeprowadzili grupę dziewięćdziesięcioletnich ochotników przez szereg testów, aby ocenić ich siłę, koordynację i inteligencję. Kilka lat później wrócili do domu opieki, aby dowiedzieć się, kto umarł, a kto nadal żyje. W większości przypadków osoby, które zmarły, wypadły słabo w testach, powiedział Mueller. W przeddzień śmierci zaobserwowano spadek zdolności fizjologicznych.
Bardziej interesujące dla naukowca jest to, że praca z muszkami owocowymi może zidentyfikować strategie zapobiegania temu cyklowi śmierci, tak aby zaczął się za kilka dni, a nie tygodni.
Mamy nadzieję, że taka praca może dostarczyć nowych wskazówek, jak ratować ludzi przed długim i powolnym rozkładem przed śmiercią. Byłoby interesujące skrócić spiralę śmierci, aby pozostać tak zdrowym jak inni, aż do śmierci.
Więc chociaż Mueller i Rose myślą, że znaleźli czwarty etap życia, na dłuższą metę mają nadzieję, że uwolnią go od ludzi lub przynajmniej zredukują go tak bardzo, jak to tylko możliwe.
ILYA KHEL