Eine Studie zeigt, dass genetische Mutationen, die die Fortpflanzung fördern, tendenziell die menschliche Lebensspanne verkürzen

Eine von der University of Michigan durchgeführte Studie, die auf einer Überprüfung genetischer und gesundheitlicher Informationen von mehr als 276.000 Menschen basiert, findet starke Unterstützung für eine jahrzehntealte Evolutionstheorie, die Alterung und Seneszenz erklären wollte.

Im Jahr 1957 schlug der Evolutionsbiologe George Williams vor, dass genetische Mutationen, die zum Altern beitragen, durch natürliche Selektion begünstigt werden könnten, wenn sie früh im Leben von Vorteil seien und eine frühere Fortpflanzung oder die Produktion von mehr Nachkommen begünstigen. Williams war zu dieser Zeit Assistenzprofessor an der Michigan State University.

Williams‘ Idee, die heute als antagonistische Pleiotropie-Theorie des Alterns bekannt ist, bleibt die vorherrschende evolutionäre Erklärung der Seneszenz, des Prozesses des Älterwerdens oder Alterns. Obwohl die Theorie durch einzelne Fallstudien gestützt wird, fehlten eindeutige genomweite Beweise.

In der Studie veröffentlicht In Wissenschaftliche FortschritteDer UM-Evolutionsbiologe Jianzhi Zhang und ein chinesischer Kollege testeten die Williams-Hypothese anhand genetischer, reproduktiver und Sterberegisterinformationen von 276.406 Teilnehmern in der Biobank-Datenbank des Vereinigten Königreichs.

Sie fanden heraus, dass Fortpflanzung und Lebensdauer genetisch stark negativ korreliert sind, was bedeutet, dass genetische Mutationen, die die Fortpflanzung fördern, dazu neigen, die Lebensdauer zu verkürzen.

Darüber hinaus haben Personen, die Mutationen tragen, die sie zu relativ hohen Reproduktionsraten prädisponieren, laut der Studie eine geringere Wahrscheinlichkeit, 76 Jahre alt zu werden, als diejenigen, die Mutationen tragen, die sie zu relativ niedrigen Reproduktionsraten prädisponieren.

Allerdings weisen die Autoren darauf hin, dass Fortpflanzung und Lebensdauer sowohl von Genen als auch von der Umwelt beeinflusst werden. Und im Vergleich zu Umweltfaktoren – darunter die Auswirkungen von Verhütung und Abtreibung auf die Fortpflanzung und medizinische Fortschritte auf die Lebensdauer – spielen die in der Studie diskutierten genetischen Faktoren den Autoren zufolge eine relativ untergeordnete Rolle.

„Diese Ergebnisse stützen stark die Williams-Hypothese, dass das Altern als Nebenprodukt der natürlichen Selektion für eine frühere und stärkere Fortpflanzung entsteht. Die natürliche Selektion kümmert sich kaum darum, wie lange wir nach Abschluss der Fortpflanzung leben, da unsere Fitness weitgehend durch das Ende festgelegt wird.“ Reproduktion“, sagte Zhang, Marshall W. Nirenberg College-Professor an der UM-Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie.

Fitness ist ein Begriff, den Biologen verwenden, um das Ausmaß zu beschreiben, in dem die Eigenschaften eines Organismus die Anzahl seiner Nachkommen erhöhen.

„Interessanterweise haben wir herausgefunden, dass, wenn man die genetisch vorhergesagte Menge und den Zeitpunkt der Fortpflanzung kontrolliert, die Geburt von zwei Kindern der längsten Lebensspanne entspricht“, sagte Zhang. „Wer weniger oder mehr Kinder hat, verkürzt beide die Lebenserwartung.“ Dieses Ergebnis stützt die Ergebnisse mehrerer früherer Studien.

Zhangs Co-Autor am Wissenschaftliche Fortschritte Der Beitrag stammt von Erping Long von der Chinesischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften und dem Peking Union Medical College. Als das Studium begann, war Long Gaststudent an der UM.

In der Genetik geht das Konzept der Pleiotropie davon aus, dass eine einzelne Mutation mehrere Merkmale beeinflussen kann. Die Idee, dass dieselbe Mutation je nach Situation sowohl nützlich als auch schädlich sein kann, ist als antagonistische Pleiotropie bekannt und wurde von Williams in einem Artikel mit dem Titel „ „Pleiotropie, natürliche Selektion und die Entwicklung der Seneszenz.“

Für einen Biologen bezieht sich Seneszenz insbesondere auf einen allmählichen Rückgang der Körperfunktionen, der sich in einer Verschlechterung der Fortpflanzungsleistung und einem Anstieg der Sterblichkeitsrate mit zunehmendem Alter äußert.

Mithilfe der britischen Biobank-Datenbank konnten Zhang und Long den genetischen Zusammenhang zwischen Fortpflanzung und Lebensdauer auf genomischer Ebene beurteilen.

Die Forscher untersuchten die Häufigkeit von 583 reproduktionsassoziierten genetischen Varianten in der Datenbank und stellten fest, dass mehrere der Varianten, die mit einer höheren Reproduktion verbunden sind, in den letzten Jahrzehnten trotz ihrer gleichzeitigen Assoziationen mit einer kürzeren Lebensdauer häufiger geworden sind. Die erhöhte Häufigkeit der Varianten ist vermutlich ein Ergebnis der natürlichen Selektion für eine höhere Reproduktion.

„Die Hypothese der antagonistischen Pleiotropie sagt voraus, dass die meisten Mutationen, die die Fortpflanzung steigern, aber die Lebensdauer verkürzen, größere Fitnessvorteile als Nachteile haben und daher selektiv bevorzugt werden“, sagte Zhang.

Dennoch haben sich die Lebenserwartung, die Geburtenrate und das Fortpflanzungsverhalten der Menschen in den letzten Jahrzehnten drastisch verändert. Laut der neuen Studie lebt mehr als die Hälfte der Menschen in Gebieten auf der Welt, in denen die Geburtenraten gesunken sind und in denen die Häufigkeit von Verhütung, Abtreibung und Fortpflanzungsstörungen zunimmt.

Die weltweite Lebenserwartung der Menschen bei der Geburt ist dagegen stetig gestiegen, von 46,5 Jahren im Jahr 1950 auf 72,8 Jahre im Jahr 2019.

„Diese Trends werden in erster Linie durch erhebliche Umweltveränderungen, einschließlich Veränderungen in Lebensstilen und Technologien, vorangetrieben und stehen im Gegensatz zu den Veränderungen, die durch die natürliche Selektion der in dieser Studie identifizierten genetischen Varianten verursacht werden“, sagte Zhang.

„Dieser Kontrast zeigt, dass genetische Faktoren im Vergleich zu Umweltfaktoren eine untergeordnete Rolle bei den hier untersuchten phänotypischen Veränderungen des Menschen spielen.“