Kita menua karena suatu alasan, tetapi sebagai hasil dari program biologis khusus. Tapi di dunia ada tikus mondok Afrika, hewan mirip tikus yang tidak bisa menjadi tua.
Para ilmuwan telah mengetahui mengapa orang menua, tetapi ekskavator tidak.
Inilah yang Jared Sluyter tulis tentang itu:
Kehidupan individu yang terpisah, individu yang terpisah dari spesies biologis, adalah hal yang sangat berharga, tetapi ada hal-hal yang lebih penting lagi. Yakni, tampilan itu sendiri. Nyatanya, itu adalah kumpulan gen lengkap (ini disebut genom) yang terkandung dalam setiap individu spesies ini dan, sebenarnya, menentukan apa itu.
Lebih tepat untuk menganggap makhluk hidup apa pun hanya sebagai wadah sementara untuk gen yang mereka terima dari orang tua dan diturunkan kepada anak-anaknya. Untuk pertama kalinya, dalam bentuk yang eksplisit, ide semacam itu mungkin dirumuskan oleh Richard Dawkins dalam bukunya yang terkenal "The Selfish Gene".
Biasanya, kepentingan genom dan pembawa sementara (makhluk hidup) bertepatan. Tapi terkadang tidak. Dan kemudian segera menjadi jelas siapa bosnya - tentu saja genomnya.
Jika genom suatu spesies berada dalam bahaya atau spesies tersebut hanya perlu berkembang, maka pembawa tersebut dapat dikorbankan dengan aman - generasi berikutnya akan “melahirkan yang baru”.
Video promosi:
Akibatnya, saya yakin bahwa genom dari sebagian besar (jika tidak semua) makhluk hidup mengandung program khusus yang berbahaya. Dari mana makhluk itu sendiri tidak memiliki sesuatu yang baik, tetapi yang diperlukan untuk perkembangan spesies. Pertama-tama, program kematian yang menjamin perubahan generasi dan, karenanya, evolusi. Dan kadang-kadang mereka diatur dengan cara "cepat" - misalnya, pada tanaman tahunan, yang mati, terbunuh oleh bijinya sendiri setelah matang, dan terkadang - dengan cara "lambat". Dan program bunuh diri lambat yang paling menjijikkan adalah program penuaan. Yang membuat banyak spesies, termasuk Anda dan saya, "memburuk" seiring bertambahnya usia dan, akhirnya, mati.
Fakta bahwa kita menua karena suatu alasan, tetapi sebagai akibat dari aktivitas program biologis khusus, bukanlah hal yang jelas dan memerlukan bukti. Saya mencoba membangunnya "dengan kontradiksi", menunjukkan kepada Anda contoh hewan yang mematikan program penuaan untuk dirinya sendiri. Karena dia tidak perlu lagi terlalu mempercepat evolusinya sendiri - dia sudah bagus! Ini, seperti Anda dan saya, adalah mamalia, kerabat dekat tikus biasa - hewan pengerat Afrika, tikus mol telanjang! Jika tikus hidup selama 2-3 tahun, berhasil menjadi benar-benar tua selama waktu ini dan mati karena usia tua, kemudian tikus mol hidup selama lebih dari 30 tahun, dan jika kadang-kadang dia menunjukkan beberapa tanda penuaan, maka biasanya tidak fatal. Kebanyakan ahli biologi setuju bahwa tikus mondok telanjang adalah hewan yang awet muda (yah,atau lebih ilmiah lagi, hewan dengan penuaan yang dapat diabaikan).
Dan sekarang, dalam seri kami, waktunya telah tiba untuk menjawab "pertanyaan tentang para penggali" utama: bagaimana dia melakukannya? Bagaimana dia mematikan penuaannya ??!
Beberapa tahun yang lalu saya tidak akan mengatakan apa-apa tentang topik ini. Namun pada tahun 2017, dalam salah satu jurnal ilmiah paling bergengsi di dunia, Physiological Reviews, kami berhasil menerbitkan sebuah karya teoritis yang menjelaskan fenomena tikus mol telanjang yang tidak menua. Pada akhir 2017, versi Rusia dirilis.
Semuanya dimulai, seperti biasa, dengan mitokondria. Ini adalah pembangkit listrik kecil yang ada di setiap sel dan dengan mana kita bernapas. Saya harap akan ada episode terpisah dari serial kami tentang mereka. Studi tentang mitokondria adalah spesialisasi utama Akademisi Vladimir Petrovich Skulachev. Sebenarnya di laboratoriumnya di penghujung tahun 60-an diketahui cara kerjanya. Selama 20 tahun terakhir, akademisi, selain mitokondria, tertarik pada masalah penuaan dan, tentu saja, melakukan upaya besar-besaran untuk melakukan percobaan dengan mitokondria tikus mol telanjang. Saya harus mencatat bahwa mitokondria sangat erat kaitannya dengan penuaan, tetapi lebih jauh tentang itu di seri berikutnya.
Penelitian tentang mitokondria tikus mondok telanjang telah dinobatkan dengan sukses. Di institut di Kebun Binatang Berlin, percobaan dilakukan pada tikus mondok, dan seorang karyawan Vladimir Skulachev, ahli biologi terkenal Mikhail Vysokikh, yang secara khusus tiba dari Moskow untuk ini, berhasil mendapatkan sampel jaringan tikus mol dan mengukur berbagai parameter mitokondria di jaringan ini. Tidak ada yang menarik di dalamnya, kecuali kurva yang agak aneh yang menunjukkan tingkat penyerapan oksigen oleh mitokondria (mereka juga bernapas) dalam kondisi tertentu.
Kembali ke Moskow, Mikhail menunjukkan kurva ini kepada pemimpin, yang dia juga mengingatkan sesuatu, tetapi sebenarnya - mereka tidak dapat mengingatnya. Jadi para ahli biologi memeras otak mereka sampai mereka menunjukkan grafik tersebut kepada rekan lain, kepala laboratorium bioenergi sel Boris Chernyak, yang dikenal tidak pernah melupakan apapun (yah, setidaknya jika itu berhubungan dengan mitokondria, respirasi dan sel-sel hidup). Dia melihat dan segera berkata - kurva yang persis sama dapat diperoleh dengan mendaftarkan pernapasan mitokondria anak tikus yang baru lahir!
Dan di sini Vladimir Petrovich punya satu ide. Menangkapnya begitu banyak sehingga dia berkemas dan pergi ke Berlin untuk secara pribadi melihat tikus mol telanjang.
Apa yang dia temukan? Bahwa dia (tikus mondok) telanjang. Dan tahukah Anda seperti apa dia karena ini?
Lihat foto tikus mondok telanjang. Dan di dekatnya - sama sekali bukan penggali. Ini adalah tikus yang baru lahir. Lihat seberapa mirip mereka? Dalam beberapa hari, anakan akan tumbuh, berpakaian dengan bulu dan berubah menjadi tikus normal. Dan para penggali tidak. Dia akan tetap seperti itu seumur hidup dan akan tetap, seolah-olah, bayi yang baru lahir.
Penyelidikan lebih lanjut menunjukkan bahwa tahi lalat tikus memiliki lebih dari 40 tanda seperti "bayi baru lahir" atau "kekanak-kanakan" dibandingkan dengan tikus. Berikut beberapa di antaranya:
- Bobot rendah dibandingkan dengan spesies keluarga lainnya.
- Kekurangan rambut (hewan pengerat selalu memilikinya).
- Kurangnya daun telinga.
- Kemampuan terbatas untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan (seperti pada mamalia yang baru lahir).
- Kemampuan kognitif tinggi (rasa ingin tahu).
- Kerentanan rendah terhadap nyeri.
- Kemampuan neuron untuk meregenerasi dan meningkatkan umur neuron.
- Tidak ada penurunan seiring bertambahnya usia pada faktor pertumbuhan mirip insulin 2 (IGF2).
- Tidak ada penurunan kadar superoksida dismutase 1 dan 2, serta katalase seiring bertambahnya usia.
- Dan juga beberapa lusin tanda eksternal, fisiologis dan biokimia.
Artinya, ternyata tikus mol menghentikan program perkembangan pribadinya pada tahap hewan pengerat yang baru lahir. Fenomena serupa telah dijelaskan sebelumnya untuk, misalnya, amfibi, dan itu disebut neoteny. Demi keadilan, harus dikatakan bahwa Vladimir Skulachev bukanlah orang pertama yang menarik perhatian pada fakta bahwa tikus mol adalah hewan neotenik. Sebelum dia, ini diperhatikan oleh Richard Alexander pada tahun 1991 dan beberapa ilmuwan lainnya. Tetapi mereka sama sekali tidak menghubungkan fenomena ini dengan umur panjang (Alexander sama sekali tidak tahu tentang masa hidup hewan-hewan ini).
Terjebak di masa kecil
Akademisi Skulachev merumuskan ide yang sangat sederhana: jika tikus mondok berhenti pada tahap anak, maka program perkembangan individualnya tidak mencapai titik ketika tiba waktunya untuk mulai menua. Anak-anak tidak menjadi tua! Dengan demikian, kita mendapatkan bukti terpenting: penuaan adalah bagian dari program perkembangan dan kehidupan tubuh. Sama seperti kelahiran, pertumbuhan, pematangan. Dan jika seluruh program ini dihentikan, maka penuaan juga!
Inilah yang terjadi pada para penggali. Jika ini terjadi pada spesies biasa, ia akan segera menghilang, karena tanpa adanya penuaan, evolusinya akan sangat melambat. Dan si penggali menyelamatkan eusosialitasnya. Kehidupan dalam "mode sarang semut" ternyata jauh lebih stabil sehingga ia mampu mematikan penuaan sebagai alat evolusi.
Dan tampaknya dalam evolusi spesies makhluk biologis yang paling menarik bagi kita - Homo sapiens - kisah yang persis sama dimulai dengan yang terjadi pada tikus mol telanjang. Pernahkah Anda memperhatikan bahwa orang-orang paling seperti … bayi monyet?
Apakah mungkin untuk memperpanjang hidup dan awet muda untuk waktu yang lama? Semuanya nyata, kata para ilmuwan, karena selama lima ratus tahun, harapan hidup manusia hampir tiga kali lipat. Tetap saja, mengapa kita semakin tua?
Apakah penuaan itu?
Penuaan biasanya disebut proses biologis penurunan bertahap atau penghentian total fungsi vital tubuh. Karena penuaan, tubuh kurang beradaptasi dengan lingkungan, kemampuan untuk meregenerasi jaringan menurun, penyakit dan gangguan metabolisme didapat.
Akibat eksternal dari penuaan adalah otot yang kendur, keriput, dan rambut beruban.
Tentu saja Anda bisa melakukan operasi plastik, menggunakan riasan dan memiliki dokter yang baik, tetapi Anda tidak bisa menyontek usia Anda. Namun, Anda perlu tahu - setiap orang menua secara berbeda, dan inilah kelebihan orang itu sendiri. Ada pria dan wanita berusia lima puluhan yang terlihat cantik, dan ada yang berusia empat puluh tahun yang tampaknya "berusia di atas lima puluh".
Teori dan hipotesis penuaan
Tidak ada yang tahu alasan pasti mengapa kita menua, dan karenanya lahirlah hipotesis dan spekulasi - sedikit banyak didukung oleh data ilmiah. Masing-masing memiliki pendukung, tetapi, kemungkinan besar, alasan sebenarnya adalah penggabungan teori.
Pertama-tama, tubuh menua karena fakta bahwa setiap sel tubuh memiliki programnya sendiri - bagaimana dan berapa kali untuk membaginya, menggantikan "yang lama" dengan "anggota baru". Di setiap sel, rata-rata, penggantian ini terjadi sekitar tujuh puluh kali.
Seberapa cepat tujuh puluh masa ini akan terjadi di setiap sel tergantung pada tubuh dan metabolisme, pada sikap Anda terhadap tubuh Anda. Jika Anda tidak memantau kesehatan Anda, tidak makan dengan baik dan terpapar faktor lingkungan yang berbahaya, sel-sel tubuh harus memperbaharui diri lebih sering, sumber dayanya lebih cepat habis.
Misalnya, kulit menua jauh lebih cepat karena sering terbakar sinar matahari yang intens, saat memperoleh warna cokelat, dan terutama saat terbakar sinar matahari dengan tajam dan dengan luka bakar.
Alasan lain penuaan dianggap peluncuran program penghancuran diri sel karena kerusakan aktif mereka oleh faktor lingkungan dan gangguan internal. Sebuah sel yang rusak berpotensi berbahaya bagi tubuh dengan merosotnya menjadi tumor, oleh karena itu, kerusakan sekecil apa pun pada sel adalah awal untuk meluncurkan "sistem pembersihan", dan terkadang hal ini dilakukan dengan tindakan yang sangat drastis, dengan menangkap semua sel tetangga dan kematian seluruh area di jaringan atau organ.
Menurut prinsip ini, kerusakan hati terjadi dengan libation yang berlebihan, kerusakan pada bronkus dan paru-paru saat merokok, kerusakan pembuluh darah pada aterosklerosis. Prinsip serupa dari kematian sel bekerja selama serangan jantung atau stroke - ini adalah kematian sel yang tidak dapat hidup.
Mungkinkah itu gen?
Teori gen penuaan mendapatkan popularitas di kalangan dunia ilmiah saat ini, itu akan menjelaskan banyak hal - baik peluncuran sejumlah pembelahan, dan kematian sel saat rusak, dan bahkan perubahan metabolisme seiring bertambahnya usia.
Jika kita bisa mengisolasi gen penuaan, sekarang kita bisa menggabungkan dan mengubah gen, kita bisa membatalkan usia tua. Benar, penghapusan kematian mengancam kelebihan populasi planet ini dan kehancurannya dalam beberapa tahun. Tapi tidak ada yang mau mati!
Mengapa kita semakin tua?
Sampai gen ditemukan, kami mengusulkan untuk mempertimbangkan alasan yang mendekatkan pengenalan dengannya. Kebanyakan dari mereka diciptakan sendiri.
Perhatikan baik-baik hidup Anda - ini adalah serangkaian tekanan dengan sistem saraf yang terlalu tegang, masalah di rumah dan di tempat kerja, anak-anak dengan pelajaran dan memar, lutut patah - semua ini menambah uban kita. Stres merusak kekebalan dan kesehatan, mengganggu tidur - dan kurang tidur kronis secara signifikan memperpendek usia harapan hidup. Karena itu, jika Anda ingin berumur panjang, pelajari cara beristirahat dan bersantai dengan benar.
Penyebab lain penuaan dini adalah penurunan aktivitas fisik dan berat badan berlebih. Mereka menyimpan lemak di daerah jantung dan pembuluh darah, ginjal dan usus mengapung dengan lemak - apakah ini akan menambah kesehatan dan umur panjang Anda? Mungkin inilah saatnya untuk mempertimbangkan kembali kebiasaan makan Anda, makan lebih sedikit, melakukan diet, lebih sering berjalan kaki, dan berolahraga.
Kecanduan yang memperpendek umur kita yang sudah pendek juga termasuk rokok dan alkohol, bahkan yang lemah. Diyakini bahwa dari satu batang rokok, hidup menjadi delapan menit lebih pendek. Hitung berapa banyak waktu dalam hidup Anda yang telah Anda buang? Dan meminum lebih dari satu gelas anggur kering sehari adalah minus 24 jam hidup Anda dan minus seribu sel hati, apakah kesenangan kesehatan Anda yang meragukan itu sepadan?
"Pembunuh" lain dari tubuh Anda adalah … gula, bubuk kristal manis ini sama berbahayanya dengan rokok. Bagaimanapun, kita mengkonsumsinya lebih dari yang dibutuhkan secara fisiologis. Namun, Anda tidak boleh menggantinya dengan pemanis - karena lebih berbahaya.
Tentu saja, radiasi matahari, sinar ultraviolet, udara yang tercemar dan logam berat di dalamnya dan air juga mempengaruhi, namun, semua pengaruh ini dapat diabaikan dibandingkan dengan "eksperimen" kita pada tubuh. Anda perlu memikirkannya - sebagian besar penyebab penuaan terutama bergantung pada kita.
Kadang-kadang ada orang yang hukum dan peraturan biasa tidak berlaku - mereka dapat melakukannya tanpa tidur, tidak terinfeksi infeksi berbahaya selama epidemi yang paling mengerikan. Namun, tidak ada orang yang tidak mengalami penuaan. Semua makhluk hidup menjadi tua, hancur dan binasa. Dan bahkan alam mati: bangunan, batu, jembatan dan jalan - juga secara bertahap membusuk dan rusak. Jelas, penuaan adalah proses wajib tertentu, umum untuk kehidupan dan alam mati.
Pada tahun 1865, fisikawan Jerman R. Clausis untuk pertama kalinya menjelaskan penyebab yang mendasari fenomena ini. Ia mendalilkan bahwa semua proses di alam berlangsung secara asimetris, searah. Kehancuran terjadi dengan sendirinya, dan penciptaan membutuhkan pengeluaran energi. Karena itu, entropi terus berkembang di dunia - depresiasi energi dan kekacauan meningkat. Hukum fundamental ilmu alam ini disebut juga hukum kedua termodinamika. Menurutnya, untuk penciptaan dan keberadaan struktur apa pun, diperlukan aliran energi dari luar, karena energi itu sendiri cenderung menghilang di ruang angkasa (proses ini lebih mungkin terjadi daripada pembentukan struktur yang teratur). Organisme hidup termasuk dalam sistem termodinamika terbuka: tumbuhan menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi senyawa organik dan anorganik,organisme hewan menguraikan senyawa ini dan dengan demikian menyediakan energi untuk dirinya sendiri. Pada saat yang sama, makhluk hidup berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan lingkungan, secara bertahap memberikan atau menghilangkan energi, memasok entropi ke ruang dunia.
Namun, ternyata keberadaan makhluk hidup tidak sepenuhnya habis oleh hukum kedua termodinamika. Pola perkembangannya dijelaskan oleh hukum ketiga termodinamika, yang didukung oleh ilmuwan Belgia terkemuka I. Prigogine, yang berasal dari Rusia: kelebihan energi bebas yang diserap oleh sistem terbuka dapat menyebabkan komplikasi sistem sendiri. Ada tingkat kerumitan tertentu, di bawahnya sistem tidak dapat mereproduksi jenisnya sendiri.
Organisme hidup, dalam arti tertentu, menolak pertumbuhan entropi dan kekacauan di Alam Semesta, membentuk struktur yang semakin kompleks dan mengumpulkan informasi. Proses ini berlawanan dengan proses penuaan. Perjuangan dengan entropi seperti itu mungkin terjadi, tampaknya, karena adanya program genetik yang tak lekang oleh waktu, yang berulang kali ditulis ulang dan diteruskan ke generasi mendatang. Organisme hidup dapat dibandingkan dengan sebuah buku yang terus dicetak ulang. Kertas yang digunakan untuk menulis buku mungkin sudah usang dan rusak, tetapi isinya abadi.
Bakteri abadi
Ketika kami berbicara tentang fakta bahwa semua makhluk hidup dapat menua, kami membuat ketidaktepatan: ada situasi di mana aturan ini tidak berlaku. Misalnya, apa yang terjadi ketika sel hidup atau bakteri membelah dua selama reproduksi? Ini memunculkan dua sel lain, yang pada gilirannya membelah lagi, dan seterusnya ad infinitum. Sel yang memunculkan sisanya tidak punya waktu untuk menjadi tua; bahkan, sel itu tetap abadi. Pertanyaan tentang penuaan pada organisme uniseluler dan sel yang terus menerus membelah, seperti sel reproduksi atau tumor, tetap terbuka. A. Weisman pada akhir abad kesembilan belas menciptakan teori yang mendalilkan keabadian bakteri dan tidak adanya penuaan di dalamnya. banyak sarjana setuju dengan itu hari ini, sementara yang lain mempertanyakannya. Ada cukup bukti untuk keduanya.
Bagaimana dengan organisme multisel? Bagaimanapun, sebagian besar sel mereka tidak dapat terus membelah, mereka harus melakukan beberapa tugas lain - untuk menyediakan gerakan, nutrisi, pengaturan proses internal. Kontradiksi antara kebutuhan akan spesialisasi sel dan pelestarian keabadiannya telah diselesaikan secara alami dengan membagi sel menjadi dua jenis. Sel somatik mendukung proses vital dalam tubuh, dan sel germinal membelah, memastikan kelangsungan genus. Sel somatik menua dan mati, sedangkan sel kelamin praktis abadi. Keberadaan organisme multiseluler yang besar dan kompleks yang mengandung triliunan sel somatik, pada intinya bertujuan untuk menjamin keabadian sel germinal.
Bagaimana proses penuaan sel somatik? Peneliti Amerika L. Hayflick menetapkan bahwa ada mekanisme yang membatasi jumlah pembelahan: rata-rata, setiap sel somatik mampu tidak lebih dari 50 pembelahan, lalu menjadi tua dan mati. Penuaan bertahap seluruh organisme disebabkan oleh fakta bahwa semua sel somatiknya telah kehabisan jumlah divisi yang dialokasikan untuk mereka. Setelah ini, sel-sel menua, rusak dan mati.
Jika sel somatik melanggar hukum ini, mereka membelah terus menerus, mereproduksi salinan barunya berkali-kali. Ini tidak menghasilkan sesuatu yang baik - bagaimanapun, begitulah cara tumor muncul di tubuh. Sel-sel menjadi "abadi", tetapi keabadian khayalan ini akhirnya dibeli dengan harga kematian seluruh organisme.
Dari tikus ke gajah
Masalah penuaan secara langsung berkaitan dengan masalah harapan hidup yang berbeda pada organisme yang berbeda. Ahli fisiologi Jerman M. Rubner pada tahun 1908 adalah orang pertama yang menarik perhatian para ilmuwan pada fakta bahwa mamalia besar hidup lebih lama daripada mamalia kecil. Misalnya, tikus hidup 3,5 tahun, anjing - 20 tahun, kuda - 46, gajah - 70. Rubner menjelaskan hal ini dengan tingkat metabolisme yang berbeda.
Total pengeluaran energi pada mamalia yang berbeda selama hidup kira-kira sama - 200 kkal per 1 gram massa. Menurut Rubner, setiap spesies hanya mampu memproses sejumlah energi tertentu - setelah habis, ia mati. Tingkat metabolisme dan konsumsi oksigen total bergantung pada ukuran hewan dan luas permukaan tubuh. Massa bertambah sebanding dengan dimensi linier benda, diambil dalam kubus, dan luas, dalam persegi. Gajah membutuhkan lebih sedikit energi untuk mempertahankan suhu tubuhnya dibandingkan jumlah tikus yang sama menurut beratnya - total permukaan tubuh semua tikus ini akan jauh lebih besar daripada permukaan tubuh gajah. Oleh karena itu, seekor gajah dapat "memiliki" tingkat metabolisme yang jauh lebih rendah daripada seekor tikus. Pengeluaran energi yang tinggi pada mouse ini mengarah pada fakta bahwa ia menghabiskan cadangan energi yang dialokasikan padanya lebih cepat,dari gajah, dan umurnya jauh lebih pendek.
Jadi, ada hubungan terbalik antara laju metabolisme hewan dan durasi hidupnya. Berat badan yang rendah dan metabolisme yang tinggi menghasilkan umur yang pendek. Pola ini disebut aturan energi permukaan Rubner.
Terlepas dari kesederhanaan yang meyakinkan dari aturan yang ditemukan oleh Rubner, banyak ilmuwan tidak setuju dengannya. Mereka meragukan bahwa aturan tersebut menjelaskan alasan penuaan semua organisme hidup - ada banyak pengecualian. Misalnya, seseorang tidak mematuhi hukum ini: total pengeluaran energinya sangat tinggi, dan harapan hidupnya empat kali lebih lama daripada yang seharusnya dengan pertukaran semacam itu. Apa alasannya ini? Alasannya baru belakangan ini menjadi jelas.
Oksigen harus ditangani dengan hati-hati
Ada faktor lain yang menentukan umur - ini adalah tekanan parsial oksigen. Konsentrasi oksigen di udara adalah 20,8 persen. Penurunan atau peningkatan angka ini hanya mungkin dalam batas yang sempit, jika tidak, organisme hidup akan mati. Diketahui bahwa kekurangan oksigen berakibat fatal bagi kehidupan. Tetapi hanya sedikit yang menyadari bahaya kelebihannya. Oksigen murni membunuh hewan laboratorium dalam beberapa hari, dan pada tekanan 2-5 atmosfer, periode ini dikurangi menjadi jam dan menit. Jadi gas ini tidak hanya diperlukan untuk kehidupan, tetapi juga bisa menjadi racun universal yang mematikan yang membunuh semua makhluk hidup. Banyak ilmuwan percaya bahwa atmosfer bumi pada periode awal perkembangannya tidak mengandung oksigen, dan keadaan inilah yang berkontribusi pada munculnya kehidupan di planet kita. Menurut perkiraan kasar para ahli,Atmosfer bumi yang kaya oksigen terbentuk sekitar 1,4 miliar tahun yang lalu sebagai hasil aktivitas vital organisme primitif yang mampu melakukan fotosintesis. Mereka menyerap energi matahari dan karbon dioksida dan melepaskan oksigen. Keberadaan mereka menciptakan prasyarat bagi munculnya jenis organisme hidup lainnya - yang mengonsumsi oksigen untuk bernapas. Namun, makhluk hidup harus berhati-hati untuk menetralkan toksisitas zat ini.untuk menetralkan toksisitas bahan ini.untuk menetralkan toksisitas bahan ini.
Molekul oksigen itu sendiri dan produk dari reduksi totalnya dengan hidrogen - air - tidak beracun. Namun, reduksi oksigen berlangsung sedemikian rupa sehingga pada hampir semua tahapan proses, produk yang merusak sel terbentuk: radikal anion superoksida, radikal hidrogen peroksida dan radikal hidroksil. Mereka disebut spesies oksigen reaktif. Organisme yang menggunakan oksigen untuk respirasi, menggunakan enzim dan katalis protein, mencegah produksi zat ini atau mengurangi efek berbahaya pada sel.
Ahli biokimia Amerika J. McCord dan I. Fridovich pada tahun 1969 menemukan bahwa peran utama dalam perlindungan ini dimainkan oleh enzim superoksida dismutase. Enzim ini mengubah radikal anion superoksida menjadi hidrogen peroksida dan oksigen molekuler yang lebih tidak berbahaya. Hidrogen peroksida segera dihancurkan oleh enzim lain - katalase dan peroksidase.
Penemuan mekanisme netralisasi spesies oksigen reaktif memberikan kunci bagi peneliti lain untuk memahami masalah radiobiologi, onkologi, imunologi, dan gerontologi. Peneliti Inggris D. Harman mengemukakan apa yang disebut teori penuaan radikal bebas. Dia menyarankan bahwa perubahan terkait usia dalam sel disebabkan oleh akumulasi kerusakan yang disebabkan oleh radikal bebas - fragmen molekul yang memiliki elektron tidak berpasangan dan karena itu telah meningkatkan aktivitas kimia. Radikal bebas semacam itu dapat terbentuk dalam sel di bawah pengaruh radiasi, reaksi kimia tertentu, dan perubahan suhu. Tapi sumber utama radikal bebas dalam tubuh adalah reduksi molekul oksigen. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa penuaan secara umum adalah konsekuensi dari efek racun yang merusak dari oksigen pada tubuh,yang secara bertahap meningkat seiring bertambahnya usia.
Biokimia penuaan
Setelah menjadi jelas bahwa superoksida dismutase memainkan peran sebagai "enzim antipenuaan" di dalam sel, para peneliti bertanya-tanya apakah aktivitas enzim ini adalah penyebab utama perubahan terkait usia dan perbedaan umur? Diharapkan seiring bertambahnya usia, aktivitas enzim menurun, dan efek destruktif oksigen meningkat. Namun, ternyata aktivitas superoksida dismutase dalam banyak kasus berubah sangat sedikit seiring bertambahnya usia.
Akumulasi perubahan terkait usia dalam sel bergantung pada rasio dua proses: pembentukan radikal bebas dan netralisasinya. "Pabrik" radikal bebas adalah benda kecil yang memanjang di dalam sel - mitokondria, stasiun energinya. D. Harman menyebut struktur ini jam molekuler sel: semakin cepat produksi radikal masuk ke dalamnya, semakin cepat jarum jam berputar dan semakin sedikit waktu sel untuk hidup. Pada spesies dengan umur pendek, mitokondria bekerja sangat aktif, lebih banyak radikal terbentuk dan kerusakan struktur sel terakumulasi lebih cepat, yang menyebabkan penuaan dini. Misalnya, pada lalat rumah, mitokondria menghasilkan radikal 24 kali lebih intensif daripada pada sapi. Para peneliti melakukan percobaan:lalat rumah disimpan dalam atmosfer oksigen murni (ini secara signifikan mempercepat penuaan) dan mengamati apa yang terjadi pada mitokondria. Sistem perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif bekerja cukup andal, tetapi radikal individu, yang tidak punya waktu untuk berinteraksi dengan enzim antioksidan, terus-menerus lolos. Alasan untuk masalah ini rupanya adalah hukum kedua termodinamika, yang mengecualikan efisiensi proses energi seratus persen. Begitu terbentuk di dalam sel, radikal merusak struktur internalnya, serta membran mitokondria itu sendiri, yang meningkatkan kebocoran. Akibatnya, ada semakin banyak spesies oksigen reaktif, dan mereka secara bertahap menghancurkan sel. Apa yang kita sebut penuaan sedang terjadi. Sistem perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif bekerja cukup andal, tetapi radikal individu, yang tidak punya waktu untuk berinteraksi dengan enzim antioksidan, terus-menerus lolos. Alasan untuk masalah ini rupanya adalah hukum kedua termodinamika, yang mengecualikan efisiensi proses energi seratus persen. Begitu terbentuk di dalam sel, radikal merusak struktur internalnya, serta membran mitokondria itu sendiri, yang meningkatkan kebocoran. Akibatnya, ada semakin banyak spesies oksigen reaktif, dan mereka secara bertahap menghancurkan sel. Apa yang kita sebut penuaan sedang terjadi. Sistem perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif bekerja cukup andal, tetapi radikal individu, yang tidak punya waktu untuk berinteraksi dengan enzim antioksidan, terus-menerus lolos. Alasan untuk masalah ini rupanya adalah hukum kedua termodinamika, yang mengecualikan efisiensi proses energi seratus persen. Begitu terbentuk di dalam sel, radikal merusak struktur internalnya, serta membran mitokondria itu sendiri, yang meningkatkan kebocoran. Akibatnya, ada semakin banyak spesies oksigen reaktif, dan mereka secara bertahap menghancurkan sel. Apa yang kita sebut penuaan sedang terjadi.hukum kedua termodinamika, yang mengecualikan efisiensi proses energi seratus persen. Begitu terbentuk di dalam sel, radikal merusak struktur internalnya, serta membran mitokondria itu sendiri, yang meningkatkan kebocoran. Akibatnya, ada semakin banyak spesies oksigen reaktif, dan mereka secara bertahap menghancurkan sel. Apa yang kita sebut penuaan sedang terjadi.hukum kedua termodinamika, yang mengecualikan efisiensi proses energi seratus persen. Begitu terbentuk di dalam sel, radikal merusak struktur internalnya, serta membran mitokondria itu sendiri, yang meningkatkan kebocoran. Akibatnya, ada semakin banyak spesies oksigen reaktif, dan mereka secara bertahap menghancurkan sel. Apa yang kita sebut penuaan sedang terjadi.
Tingkat "pengiriman" radikal ke dalam sel juga meningkat di berbagai organ mamalia seiring bertambahnya usia organisme. Banyaknya radikal bebas yang terbentuk di dalam sel, ternyata semakin besar, semakin tinggi tingkat konsumsi oksigen, atau intensitas metabolisme. Ahli gerontologi Amerika R. Cutler dan kolaboratornya menunjukkan bahwa masa hidup hewan dan manusia ditentukan oleh rasio aktivitas superoksida dismutase terhadap laju metabolisme. Menjadi jelas mengapa pada beberapa spesies dengan tingkat pengeluaran energi yang tinggi, termasuk manusia, umur tidak sesuai dengan aturan energi permukaan Rubner. Tingkat aktivitas superoksida dismutase yang tinggi melindungi manusia dan hewan dengan metabolisme intensif dari penuaan dini.
Jawaban atas pertanyaan
Teori baru penuaan memungkinkan untuk menemukan penjelasan untuk beberapa fakta yang diketahui oleh ahli gerontologi, tetapi tetap tidak bisa dipahami. Misalnya, mengapa hewan yang diberi makan makanan rendah kalori tetapi seimbang hidup lebih lama daripada yang diberi makan cukup? Jawabannya jelas - karena nutrisi yang terbatas mengurangi intensitas metabolisme dan, karenanya, memperlambat akumulasi kerusakan dalam sel. Ketergantungan laju penuaan pada suhu lingkungan pada hewan yang tidak dapat mengatur suhu tubuh juga menjadi jelas. Suhu yang tinggi membuat tingkat metabolisme mereka tetap tinggi. Jadi, lalat buah Drosophila menetas dari larva pada suhu 10 derajat dan berkembang menjadi serangga dewasa, menjadi tua dan mati dalam waktu 177 hari, dan pada suhu 20 derajat - dalam waktu 15 hari. Pada cacing tanah, ketika suhu tubuhnya naik dari 15 derajat menjadi 30 derajat, konsumsi oksigen meningkat 2,5 kali lipat. Pada saat yang sama, aktivitas superoksida dismutase meningkat 28 persen, tetapi umur cacing masih diperpendek.
Harapan hidup lebih lama wanita dibandingkan dengan pria (rata-rata 10 tahun) dikaitkan dengan tingkat metabolisme yang lebih rendah di separuh indah umat manusia. Fenomena umur panjang di daerah pegunungan juga dijelaskan oleh tingkat metabolisme yang lebih rendah pada orang yang tinggal di udara tipis: kandungan oksigen di sana lebih sedikit daripada di dataran.
Ternyata sel-sel dalam tubuh manusia yang sama juga memiliki periode waktu yang berbeda: semakin banyak superoksida dismutase dalam sel, semakin sedikit tingkat kerusakan sel oleh spesies oksigen reaktif, semakin lama sel tersebut hidup. Oleh karena itu, beberapa sel darah, misalnya, hidup selama beberapa jam, yang lainnya selama beberapa tahun.
Mungkin juga untuk menjelaskan fenomena aneh yang ditemukan para peneliti sejak lama: perubahan dalam tubuh selama penuaan alami mirip dengan aksi radiasi pengion. Alasannya menjadi jelas: bagaimanapun juga, ketika terkena radiasi, air terurai dengan pembentukan spesies oksigen reaktif, yang mulai merusak sel.
Semua ini memungkinkan untuk mengembangkan strategi pencarian agen anti penuaan. Misalnya, adalah mungkin untuk meningkatkan kehidupan hewan laboratorium satu setengah kali dengan memasukkan antioksidan kuat ke dalam makanan mereka. Antioksidan seperti superoksida dismutase, yang merupakan enzim, harus sangat efektif. Pengenalan superoksida dismutase ke dalam tubuh hewan melindungi mereka dari efek racun oksigen dan meningkatkan umur mereka. Ini memberi harapan bahwa antioksidan dapat digunakan dalam memerangi penuaan manusia. Mungkin, setelah beberapa lama, orang tua akan meminumnya dengan cara yang sama seperti vitamin untuk meningkatkan kesehatan mereka dan memperlambat proses penuaan.
