Informationsquelle zur Entwicklung des Alterns/Seneszenz

Ich kenne nicht nur eine Quelle, die zu allem passt, was Sie gefragt haben, also ist hier eine benutzerdefinierte Bibliographie, um Ihnen stattdessen den Einstieg zu erleichtern.

Allgemeine Quellen

Ich habe zum ersten Mal etwas über Biogerontologie durch die ausgezeichnete Reihe einführender Essays auf der Website von João Pedro de Magalhães, senescence.info , gelernt ; Ich empfehle auf jeden Fall, hier anzufangen.

Ein kurzes Buch, das von zwei Experten für Scientific American Publishers geschrieben wurde, ist Finch and Ricklefs' Aging: A Natural History . „Das“ Buch über die Evolutionstheorie des Alterns ist Michael Roses Evolutionary Biology of Aging . "Das" Buch über vergleichende Biogerontologie ist Finch's Longevity, Senescence, and the Genome . Ein „poppiger“ Bericht über neuere Forschungen (insbesondere in Bezug auf Kalorienrestriktion und langlebige Mutanten, die die Leute derzeit in Aufregung versetzen, und die Suche nach Medikamenten für ein langes Leben) ist David Stipps The Youth Pill . Eine ständig mit neuen Ausgaben aktualisierte Referenz ist The Handbook of the Biology of Aging . Im Jahr 2008 (nur die Rapamycin-Aufregung von 2009 verpasst),Molekularbiologie des Alterns . Die Gerontological Society of America hat ein E-Lehrbuch mit dem Titel Molecular and Cellular Biology of Aging herausgebracht, von dem ich denke, dass es regelmäßig aktualisiert wird .

Die Definition und Messung des Alterns

Üblicherweise definieren Menschen Seneszenz als eine Zunahme der „Sterblichkeit“ mit zunehmendem Alter. Sterblichkeit bedeutet ungefähr Verwundbarkeit; Je älter man ist, desto leichter ist es zu sterben. Die Sterblichkeit wird demographisch gemessen/geschätzt, in Bezug auf die (hypothetische oder tatsächliche) Kohortenüberlebensrate. Normalerweise werden zwei Größen verwendet: eine für die diskrete Zeit und eine für die kontinuierliche Zeit. Wo$N_x$die Anzahl der noch lebenden Überlebenden in einer Kohorte im Alter$x$,

$q_x = \frac{{N_x}-{N_{x+1}}}{N_x}$diskrete Zeit; Die altersspezifische Todeswahrscheinlichkeit .

$\mu_x = -\frac{N^{'}_{x}}{N_x}$augenblicklich; Die Macht der Sterblichkeit .

Der erste ist der Anteil derjenigen, die im Alter leben$x$, der vorzeitig sterben wird$x+1$. Damit wird die Wahrscheinlichkeit geschätzt , dass eine Person altert$x$wird vor dem Alter sterben$x+1$. Das ist intuitiv: Alter bedeutet, dass ein 80-Jähriger es weniger wahrscheinlich bis 81 schafft als ein 20-Jähriger, der es bis 21 schafft. Beachten Sie das$q_x$ist zwischen 0 und 1 begrenzt.

Die zweite ist die momentane Todesrate , normalisiert gegen die Kohortengröße zu diesem Zeitpunkt (während die erste die Anzahl der Todesfälle in einem Intervall war, normalisiert gegen die Kohortengröße zu Beginn des Intervalls). Es ist die momentane, altersspezifische Sterblichkeitsrate pro Kopf . Sie kann als Steigung der Überlebenskurve geteilt durch ihre Höhe mal -1 dargestellt werden, um sie positiv zu machen. Es ist keine Wahrscheinlichkeit. Es hat eine Rate ("pro Sekunde", "pro Stunde" usw.) und keine Obergrenze.

Diese Art der Definition von Seneszenz wird in Nature Scitable's Aging and its Demographic Measurement beschrieben (obwohl die Autoren eine fehlerhafte Definition der Kraft der Sterblichkeit geben). Es wird intuitiv und ausführlich in Peter Medawars The Definition and Measurement of Senescence diskutiert und begründet .

Manchmal möchten Sie vielleicht auch einen Rückgang der Fruchtbarkeit als Alterung zählen, selbst wenn sich die Sterblichkeit nicht ändert. Oder Sie möchten Seneszenz in Bezug auf verschiedene Arten physiologischer Leistungsfähigkeit definieren. Das ist wirklich eine Frage des Geschmacks, nehme ich an, oder davon, welche Art von Frage Sie zu beantworten versuchen. Altern oder Seneszenz ist nur der Teil des Älterwerdens, der, zusätzlich zu mehr Geburtstagen, irgendwie "schlecht" für Sie ist.

Aber das häufigste Kriterium ist das$q_x$oder$\mu_x$wächst mit dem Alter.

Mainstream-Evolutionstheorie des Alterns:

Die Mainstream-Idee ist, dass sich das Altern aufgrund der abnehmenden Kraft der natürlichen Selektion mit zunehmendem Alter entwickelt. Die natürliche Selektion „kümmert sich weniger“ um Dinge, die spät im Leben passieren, als um Dinge, die früh im Leben passieren.

• Mutationsakkumulation (MA): die in Peter Medawars An Unsolved Problem of Biology vorgeschlagene Theorie . (Theorie, dass das Altern auf Gene zurückzuführen ist, die im frühen Leben still oder neutral und im späteren Leben schädlich sind.)
• Antagonistische Pleiotropie (AP): die in George C. Williams' Pleiotropy, Natural Selection, and the Evolution of Senescence vorgeschlagene Theorie . (Theorie, dass das Altern auf Gene zurückzuführen ist, die im frühen Leben vorteilhaft und im späten Leben schädlich sind.)
• Einweg-Soma: Vorgeschlagen von Thomas Kirkwood und Robin Holliday; manchmal als eine Version von AP angesehen . (Theorie, dass das Altern auf einen Kompromiss zurückzuführen ist, der wiederum möglicherweise auf die Zuweisung begrenzter Ressourcen zwischen Reproduktion und Wartung zurückzuführen ist; die Auswahl begünstigt eine weniger als perfekte Wartung. Kann als eine Version von AP angesehen werden, bei der der „frühe positive Effekt“ eine erhöhte Wartung ist. und der "späte schädliche Effekt" ist ein verringertes Überleben.)

Zusammengefasst in The Evolution of Aging von Nature Scitable . Beachten Sie, dass sowohl MA als auch AP teilweise wahr sein könnten; beide Arten von Genen könnten existieren.

Sowohl MA als auch AP werden allgemein als Vorhersagen zitiert, dass eine höhere extrinsische Sterblichkeit zur Entwicklung einer früheren/schnelleren Seneszenz führen sollte; aber die Dinge können komplizierter sein .

Die abnehmende Kraft der natürlichen Selektion: Hamiltons Formalisierung

Die Einsichten von Medawar und Williams waren verbal. William Hamilton rechnete nach und zeigte, dass bestimmte formale Indikatoren für die Stärke der Selektion auf einen genetischen Effekt zwangsläufig mit dem Alter abnahmen, in dem dieser Effekt auftritt. Diese Indikatoren waren meiner Meinung nach: 1) die partielle Ableitung von$r$(die intrinsische Steigerungsrate / malthusianischer Parameter, den er für Fitness hielt) in Bezug auf die Sterblichkeit im Alter$x$; und 2) die partielle Ableitung von$r$in Bezug auf die Fruchtbarkeit im Alter$x$. (Der erste beginnt im Alter der ersten Reproduktion abzunehmen; der zweite beginnt sofort abzunehmen.)

Nebenbei zeigte dies auch, dass eine Bemerkung, die RA Fisher zuvor gemacht hatte und die Medawar akzeptiert hatte, falsch war. Fisher und Medawar hatten angenommen, dass die Stärke der natürlichen Selektion proportional zum altersspezifischen Fortpflanzungswert sei; aber da der Fortpflanzungswert mit dem Alter steigen kann und Hamiltons Indikatoren dies nicht können, kann der Fortpflanzungswert nicht die Empfindlichkeit von messen$r$.

• Hamiltons Artikel: The Moulding of Senescence by Natural Selection .
• Charlesworth fasst Hamiltons Ergebnisse zusammen und stellt sie in Fisher, Medawar, Hamilton and the Evolution of Aging in einen Kontext .
• Charlesworths Buch Evolution in Age-Structured Populations soll ziemlich wichtig sein und Material auf diesem Gebiet vorangebracht und verfeinert haben.
• Anscheinend könnten die Dinge etwas komplizierter sein als das? Baudisch hat behauptet, dass, obwohl Hamiltons Indikatoren mit dem Alter abnehmen müssen, andere Indikatoren, die nicht offensichtlich unvernünftig sind, zunehmen können .

Gompertz, Weibull und Gompertz-Makeham

Die Gompertz-Gleichung soll beschreiben, wie die Kraft der Sterblichkeit$\mu_x$wächst mit dem Alter. Die Gompertz-Gleichung wurde empirisch aufgestellt, nicht aus theoretischen Gründen; es schien Benjamin Gompertz einfach ganz gut zu den Daten zu passen, für eine gute Lebensspanne eines Erwachsenen. Dasselbe gilt meines Wissens für die Weibull-Gleichung und für die Gompertz-Makeham-Gleichung.

• Gompertz ist eine exponentielle Wachstumsgleichung :$\mu_x = \mu_0 \cdot e^{Gx}$(Wo$G$ist ein Parameter). Es sieht wie eine gerade Linie aus, wenn es in einem halblogarithmischen Diagramm dargestellt wird.
• Weibull ist eine Leistungswachstumsgleichung :$\mu_x = A \cdot x^B$(Wo$A$Und$B$sind Parameter). Es sieht wie eine gerade Linie aus, wenn es in einem Log-Log- Diagramm dargestellt wird.
• Gompertz-Makeham fügt der Gompertz-Gleichung eine Konstante hinzu:$\mu_x = \mu_0 \cdot e^{Gx}+C$. Dies ruiniert leider die Eleganz der Semilog-Grafik; es sieht nicht wie eine gerade Linie aus.

Anscheinend haben einige Leute versucht zu zeigen, wie zB. Gompertz kann sich in MA-Modellen weiterentwickeln, aber die Allgemeingültigkeit ist fraglich (siehe Kasten 2 in diesem Artikel über Trends in Ökologie und Evolution ). Gavrilov und Gavrilova (Befürworter der "Zuverlässigkeitstheorie des Alterns") haben etwas darüber gesagt, dass Gompertz und Weibull etwas Besonderes sind : ("Sowohl das Gompertz- als auch das Weibull-Versagensgesetz haben ihre grundlegende Erklärung in der Zuverlässigkeitstheorie ... und sind die einzigen zwei theoretisch möglichen begrenzenden Extremwertverteilungen für Systeme, deren Lebensdauer durch die erste ausgefallene Komponente bestimmt wird ... Mit anderen Worten, Da das System immer komplexer wird (mehr lebenswichtige Komponenten enthält, von denen jede für das Überleben entscheidend ist), kann sich seine Lebensdauerverteilung asymptotisch einer der beiden einzigen theoretisch möglichen Grenzverteilungen annähern – entweder Gompertz oder Weibull (abhängig von der frühen Kinetik des Versagens). von Systemkomponenten)." ) Ich weiß nicht, was das bedeutet.

Gompertz ist die am häufigsten zitierte / verwendete Gleichung, denke ich. Es soll genauer sein als Weibull. Gompertz-Makeham ist meiner Meinung nach genauer, aber natürlich wäre es das - es hat einen zusätzlichen einstellbaren Parameter, den Sie, wenn es nicht hilft, einfach auf Null setzen können!

Manchmal werden diese Gleichungen fälschlicherweise in Form von dargestellt$q_x$anstatt$\mu_x$. Das ist historisch falsch, aber auch weil$q_x$hat eine Obergrenze von 1 und könnte unmöglich einer der Gleichungen gehorchen, zumindest nicht auf unbestimmte Zeit.

Manchmal finden es die Leute intuitiver, das exponentielle Wachstum von Gompertz in Bezug darauf zu beschreiben, wie lange es dauert$\mu_x$verdoppeln _ beim Menschen beträgt diese „Verdopplungszeit der Sterblichkeitsrate“ etwa acht Jahre.

Beachten Sie, dass die Gleichung das frühe Leben nicht genau beschreibt; Die Sterblichkeit beginnt bei Säuglingen oft hoch, fällt dann auf ein Minimum und beginnt dann wieder zu wachsen. Daher$\mu_0$ist nicht die tatsächliche Sterblichkeitsrate im Alter von 0 Jahren, sondern die rückwärts extrapolierte Sterblichkeitsrate, die Sie im Alter von 0 Jahren gehabt hätten, wenn Sie ein perfekter Gompertzianer (oder was auch immer) wären.

Es beschreibt möglicherweise auch nicht das sehr späte Leben. Ein heißes Thema ist derzeit die „Verzögerung der Sterblichkeit im späten Leben“, bei der sich das exponentielle Wachstum zu verlangsamen scheint, so dass Gompertz die Sterblichkeit bei sehr alten Menschen überschätzt; ob und warum das so ist, ist umstritten.

Zuverlässigkeitstheorie und die Zuverlässigkeitstheorie des Alterns

"Zuverlässigkeitstheorie" selbst ist nur ein mathematischer Rahmen zur Beschreibung von Überlebens- / Ausfallraten und so weiter. (Ingenieure verwenden es, um Dinge wie die Rate zu quantifizieren, mit der Teile ihren ersten Bruch haben oder was auch immer.) Einige der darin beschriebenen Größen sind im Grunde dieselben wie einige analoge Größen in der Demographie / Lebensgeschichte, wenn "erster Ausfall" genommen wird Tod bedeuten. Zum Beispiel die „Survival-Funktion“$S(t)$ist die Wahrscheinlichkeit zur Zeit$0$, wird dieser Fehler bis dahin noch nicht eingetreten sein$t$; dies ist offensichtlich analog zur Wahrscheinlichkeit$l_x$dass ein Neugeborenes im Alter noch lebt$x$.

Systeme können aus Teilen bestehen; Wenn Sie die Überlebens-/Zuverlässigkeitsmuster der Teile kennen und wissen, wie sie zusammenpassen, können Sie etwas über die Überlebens-/Zuverlässigkeit des gesamten Systems sagen. Vergleichen Sie zur Veranschaulichung zwei Arten von Zuverlässigkeitsstrukturen:

• Eine "Serienzuverlässigkeitsstruktur" ist eine Struktur, bei der das System ausfällt, wenn ein Teil ausfällt. Ein Beispiel wäre ein Block, der von einer Kette gehalten wird; Wenn irgendein Link bricht, fällt der Block.
• Eine "parallele Zuverlässigkeitsstruktur" ist eine Struktur, bei der das System ausfällt, wenn alle Teile ausfallen. Ein Beispiel wäre ein Block, der von einer Anzahl einzelner Ringe gehalten wird, die separat befestigt sind; erst wenn der letzte Ring bricht, fällt der Block.

" The Reliability Theory of Aging and Longevity " ist eine spezifische Theorie, die von Leonid Gavrilov und Natalia Gavrilova vorgeschlagen wurde und die Muster des Versagens von Organismen ("Tod") in Bezug auf das Versagen von Komponenten und die Zusammensetzung der Komponenten erklären soll. Wenn ich mich erinnere, schlagen sie vor, dass alternde Organismen aus redundanten Blöcken nicht alternder Komponenten bestehen; Angeblich kann dies die nahezu Gompertzsche Alterung über den größten Teil des Erwachsenenlebens sowie die offensichtliche Verlangsamung der Sterblichkeit im späten Leben erklären.

Gruppenauswahl

Ketzerei! Ich nehme an, die meisten Evolutionsbiologen / Gerontologen sind mit der Mainstream-Theorie zufrieden und nehmen die Gruppenselektionstheorie nicht ernst. Iunno, versuchen Sie es mit Mitteldorf? Hier ist ein Papier und er hat auch ein Popbuch mit Dorion Sagan geschrieben . Zur Gruppenselektion im Allgemeinen als Erklärung für Altruismus denke ich, dass David Sloan Wilson der Typ ist, der am stärksten versucht, ihn zu verteidigen (oder „eine neue Version davon“).

Molekulare Mechanismen

Iunno, probiere The Hallmarks of Aging aus ? Das Problem ist, dass wir wirklich nicht wissen, welche Mechanismen das Altern verursachen. Es gibt einige gute Ideen, aber Beweise zu finden ist haaaaard. Ein Problem ist, dass, wenn Sie wissen wollen, warum einige Arten länger leben als andere, und Sie nach physiologischen Korrelationen suchen, die Körpergröße eine große Verwirrung ist (Elefanten und Wale leben länger als Mäuse und Hunde), und dies könnte auch die Phylogenie sein .