Levensduur

LEVENSDUUR
http://vimeo.com/12152197
http://www.volkskrant.nl/vk/nl/2864/Betacanon/article/detail/513712/2010/08/03/Levensduur.dhtml
door Simon Verhulst

Als er leven is dan houdt het ook een keer op – en dan is er de dood. De dood is niet alleen een van de weinige zekerheden die het leven te bieden heeft, maar ook een van
de weinige dingen die al het leven gemeen heeft.
Hoe lang het duurt tot de dood komt verschilt enorm tussen soorten. Sommige soorten zijn heel snel klaar. Veelgebruikte proefdieren, zoals de fruitvlieg en het wormpje C.
elegans, leven slechts enkele weken. Niet alle ongewervelde dieren leven zo kort. Sommige termieten kunnen bijvoorbeeld wel 15 jaar oud worden, en er zijn schelpdieren
die meer dan tweehonderd jaar oud kunnen worden. Bij de gewervelde dieren is er ook een duizelingwekkende variatie in levensverwachtingen, met aan het ene eind van
het spectrum een klein Australisch visje dat niet ouder wordt dan 59 dagen, en aan het andere eind schildpadden van meer dan 175 jaar. De absolute
overlevingskampioenen vinden we overigens bij de bomen. Eiken van honderden jaren oud zijn indrukwekkend, maar niet heel bijzonder, want de ‘bristle cone pine’ kan wel
6000 jaar oud worden!
Wat bepaalt de levensverwachting bij de mens? Aan de uiteinden van ieder chromosoom zitten telomeren. Bij iedere deling (mitose) worden deze uiteinden korter, waardoor
deze cellen zich niet oneindig kunnen delen. Hoe ouder de mens, hoe minder cellen zich nog delen en daarbij hoe meer er slijt omdat het weefsel niet meer vernieuwd
wordt. Kankercellen kunnen zich wel oneindig blijven delen, want deze hebben de stof telomerase bij zich. Door telomerase worden de uiteinden van het chromosoom weer
verlengd. Het staat oneindig veel delingen toe. Misschien kan men in de toekomst met deze stof, telomerase, het leven vergemakkelijken. Echter zorgt een voorraad van
telomerase er niet voor dat we ook langer leven. Het voorkomt alleen meer slijge. Zo krijgen we tenminste een minder kreupele oude dag. Hoewel er genetische defecten bij
mensen bekend zijn die de levensduur sterk kunnen verkorten, zijn andere factoren dan genen waarschijnlijk veel belangrijker. Dat blijkt uit genetische analyses waaruit
geconcludeerd wordt dat ongeveer 15-30% van de variatie in levensverwachting een genetische oorzaak heeft. Andere factoren die van invloed zijn op de levensduur zijn
bijvoorbeeld geslacht (mannen leven korter), sociaal economische status, ‘life style’ en waarschijnlijk ook de kwaliteit van de levensomstandigheden tijdens de vroege
ontwikkeling. Overigens hangt het belang van de genetische variatie vaak van de omgeving af, en deze genetische analyses zijn natuurlijk uitgevoerd met gegevens van
mensen die lang geleden zijn geboren, want een cohort is pas bruikbaar voor analyse wanneer iedereen gestorven is.
Het kan daarom best zo zijn dat genetische variatie nu belangrijker is dan een eeuw geleden, maar voor bijvoorbeeld mijn cohort (1963) kan dat pas na ongeveer het jaar
2063 bepaald worden. Het kan ook langer duren want de levensverwachting neemt nog steeds sterk toe. De recordhouders zijn wat dat betreft Japanse vrouwen, waar de
levensverwachting elk jaar met 3 maanden toeneemt, en er is geen aanwijzing dat deze ontwikkeling afvlakt. Elk jaar die een Japanse vrouw ouder wordt verkort haar
resterende levensverwachting dus slechts met 9 maanden!
Van honden, mensen en knaagdieren is bekend dat grote individuen gemiddeld minder oud worden dan kleine individuen. Bij honden en knaagdieren is deze kennis vooral
gebaseerd op vergelijkingen tussen rassen, en bij mensen zowel op vergelijkingen tussen landen en als vergelijkingen binnen landen. Nederlanders zijn sinds kort de
langste mensen ter wereld en dat zou dus slecht nieuws kunnen zijn. Het effect van lichaamslengte op levensduur is verbazingwekkend sterk: elke centimeter dat het
lichaam langer is kost bijna een half jaar levensverwachting. Japanse vrouwen zijn nu ongeveer 1.58 m op het moment dat ze volwassen worden en leven duidelijk langer
dan Nederlands vrouwen die ongeveer 1.68 m zijn op het moment dat ze volwassen worden. Japanse vrouwen die meer dan 100 jaar oud zijn hebben een lichaamslengte
van slechts 1.38 m, en wegen 37 kg, maar die zijn misschien ook wel wat gekrompen. De oorzaak van het effect van lichaamsgrootte op de levensverwachting is overigens
niet bekend.
Het woord ‘veroudering’ kan op meer dan één manier geïnterpreteerd worden. Meestal wordt onder veroudering verstaan dat er een achteruitgang in functioneren is. Maar
iets (of iemand) kan ook ouder worden, wat letterlijk hetzelfde is als verouderen, zonder dat er sprake is van achteruitgang van het functioneren. Over het eerste deel van het
leven is zelfs meestal sprake van een verbetering van het functioneren, en mens en dier zijn wat dat betreft dus net een fles goede wijn. Ouder worden betekent dus niet
altijd ook veroudering. In dit stuk wordt met veroudering uitsluitend geduid op de achteruitgang in functioneren met toenemende leeftijd. In een evolutionaire context wordt dit
in getallen uitgedrukt door de afname in Darwiniaanse fitness met toenemende leeftijd, dat wil zeggen de afname van een combinatie van overlevingskansen en
voortplantingssucces met leeftijd. Dit wordt op zich weer veroorzaakt door de slijtage en afname in fysiologisch functioneren waar men meestal aan denkt wanneer men het
over veroudering heeft.
In de evolutionaire biologie bestaat een algemene maar abstracte verklaring voor variatie in levensduur en veroudering. De basis van deze theorie is dat elk organisme in
beperkte mate de beschikking heeft over energie, tijd en nutri챘nten. Gegeven dat vanuit evolutionair perspectief het leven uitsluitend draait om reproductie, zijn er slechts
twee manieren om deze grondstoffen nuttig te besteden, namelijk aan reproductie nu, of aan overleven ten behoeve van reproductie in de toekomst.
Het besteden van grondstoffen aan overleving kan bijvoorbeeld door te investeren in reparatie van DNA, waarvoor meer dan honderd verschillende mechanismen bekend
zijn. Volgens dit principe gaat de besteding van grondstoffen aan reproductie ten koste van de grondstoffen die besteed kunnen worden aan ‘overleving’. Volgens dit idee,
waar veel bewijs voor is, gaat veroudering dus sneller naarmate er minder grondstoffen aan onderhoud wordt besteed (en meer aan voortplanting).
De optimale grondstoffenallocatie hangt af van de kans dat individuen sterven door externe factoren waar ze zelf geen invloed op kunnen uitoefenen. Naarmate de kans
groter is dat je door externe oorzaken sterft is het optimaal om meer aan reproductie te spenderen, waardoor de veroudering sneller gaat. Dit is makkelijk te begrijpen
wanneer de vergelijking gemaakt wordt met het investeren in een pensioen, wat weinig zin heeft wanneer de kans klein is om de 65 te halen. Soorten die een lage
levensverwachting hebben verouderen gemiddeld dan ook sneller.
Waar mensen aan dood gaan hangt af van de leeftijd de zij bereikt hebben. Bij mensen die 15-19 jaar zijn wanneer zij sterven is een verkeersongeluk in bijna de helft van de
gevallen de doodsoorzaak, maar dit daalt al snel tot onder de 5% voor mensen ouder dan 40. Hart- en vaatziekten worden als doodsoorzaak steeds belangrijker tot
ongeveer 65 jaar, en vanaf die leeftijd veroorzaken hart- en vaatziekten blijvend ongeveer 40% van de sterfgevallen. Kanker geeft een ander beeld. Naarmate men ouder
sterft wordt een hoger percentage van de sterfgevallen door kanker veroorzaakt, met een piek van ongeveer 40% bij mensen die bij een leeftijd van 60-64 jaar gestorven
zijn. Daarna neemt het relatieve belang van kanker als doodsoorzaak af tot ongeveer 10% van de sterfgevallen bij mensen van 95 jaar en ouder.
De absolute kans om te sterven aan de meest algemene doodsoorzaken neemt sterk toe met toenemende leeftijd, en blijkbaar resulteert veroudering in een afname van de
weerstand tegen lichaamsbedreigende processen. Leonard Hayflick, een bekende verouderingsbioloog, stelde op basis hiervan dat de doodsoorzaak in de meeste gevallen
verkeerd wordt gediagnostiseerd: de echte doodsoorzaak is meestal veroudering, en toenemende kans op overlijden door verscheidene ziektes is niet meer dan een
symptoom van de verouderingsziekte. Wat zou de oorzaak kunnen zijn van de ziekte die veroudering heet?
Het effect van lichaamsgrootte op de levensverwachting is tussen soorten anders dan binnen soorten. Een groot dier, zoals een olifant, leeft gemiddeld langer dan een klein
dier, zoals een muis. Dit biedt wetenschappelijke detectives een aanknopingspunt om de oorzaak van veroudering te identificeren. Grote soorten verbruiken meer energie
dan kleine soorten, maar die toename is niet proportioneel. Dat wil zeggen, een soort die twee maal zo zwaar is als een andere soort gebruikt weliswaar meer energie, maar
niet twee maal zo veel. Rubner vergeleek in 1908 het energieverbruik per gram lichaamsgewicht tussen verschillende (gedomesticeerde) zoogdiersoorten. Die hoeveelheid
was voor deze soorten ongeveer gelijk, en de suggestie dat dit een algemeen patroon was werd de basis van wat later bekend werd als de 'rate of living theory’. Hier valt
bijvoorbeeld ook het idee onder dat het aantal hartslagen per leven gelijk is voor kort en lang levende soorten.
Rubner had in zijn vergelijking ook de mens opgenomen, maar de in het leven verbruikte energie (per gram lichaamsgewicht) was bij de mens ruim drie maal hoger dan bij
de andere soorten. Rubner poneerde daarom dat intelligentie ook een effect had op de levensduur. Ondertussen weten we dat er meer uitzonderingen zijn. Vogels hebben
bijvoorbeeld een veel hoger energieverbruik dan zoogdieren met hetzelfde gewicht, maar leven toch veel langer dan zoogdieren. Het verlagen van de
omgevingstemperatuur maakt dat het energieverbruik van muizen sterk omhoog gaat, maar heeft geen effect op de levensduur.
Ondanks dat de rate of living theory intuïtief aanspreekt, en veel waarnemingen de theorie ondersteunen, is er ondertussen overeenstemming dat de ‘rate of living’-theorie in
deze simpele vorm geen verklaring biedt voor de variatie in levensduur.
De theorie over de fysiologische oorzaak van veroudering met de meeste aanhangers is wel sterk aan energieverbruik gerelateerd. De energievoorziening van cellen wordt
verzorgd door mitochondriën, kleine energiecentrales waarvan cellen er talloze bezitten. In mitochondriën wordt brandstof met behulp van zuurstof verbrand. Hierbij onstaan
als onvermijdelijk bijproduct zuurstofatomen met een vrij elektron, zogenaamde ‘vrije radicalen’. Deze atomen zijn door dit vrije elektron zeer reactief, en vrije radicalen en
hun reactieproducten beschadigen DNA, eiwitten en celmembranen door er mee te reageren. De free radical theory of aging stelt dat veroudering veroorzaakt wordt door de
accumulerende schade aangebracht door vrije radicalen. Hierdoor gaan cellen, en daarmee weefsels en organen, steeds slechter functioneren. Voor zover het waarschijnlijk
is dat er een algemene verklaring bestaat voor fysiologische veroudering wordt dit nu als de belangrijkste kandidaat beschouwd. Dit inzicht is helaas niet makkelijk om te
zetten in een middel om de levensduur te verlengen. Het slikken van antioxidanten, stoffen die vrije radicalen ‘wegvangen’, ligt als wondermiddel voor de hand, maar er is
ondertussen consensus dat dit in ieder geval bij knaagdieren de levensduur niet verlengt. De beste kandidaat-behandeling om de levensduur te verlengen is een
permanente reductie van de voedselopname met enkele tientallen procenten (uitgaande van een normaal dieet!), maar bedenk dat we nog niet weten of dit ook bij mensen
werkt.
Soorten met een hoge fecunditeit leven doorgaans korter dan soorten met een lage fecunditeit.
Deze wetmatigheid blijkt ook te gelden binnen soorten. Vrouwelijke fruitvliegen die geen gelegenheid krijgen om te paren - en dus geen nageslacht krijgen - worden
ongeveer twee keer zo oud als vergelijkbare dieren met normale reproductiemogelijkheden (1).
Ook voor de mens lijkt een dergelijk verband te bestaan. Uit al drie eeuwen bestaande registers van Engelse adellijke families heeft men kunnen afleiden dat van alle
vrouwen die de menopauze bereikten, de uiteindelijke levensduur langer was naarmate zij minder kinderen hadden gebaard (2).
Bovendien bestaat dit verband eveneens als naar verschillen in gemiddelde levensduur tussen landen wordt gekeken: vruchtbaarheid (gemiddeld aantal kinderen per vrouw
per land) en levensduur (levensverwachting na het 60 ste levensjaar per land; dus niet verstoord door verschillen in kindersterfte) zijn sterk negatief geassocieerd. O처k na
correctie voor de invloed van inkomensverschillen tussen landen. (eigen ongepubliceerde analyse onder 174 landen).
Vermoedelijk zijn de genen die samenhangen met vruchtbaarheid ook (op de een of andere manier) geassocieerd met levensduur. Omdat vroeger (tot ca 1900 en daarna
geleidelijk afnemend) hoofdzakelijk de zeer vruchtbare vrouwen (naar schatting niet meer dan ca 20%) aan de vorming van nieuwe generaties bijdroegen en thans bijna alle
vrouwen (dus ook de verminderd vruchtbaren) een kleine maar ongeveer gelijke bijdrage leveren aan de vorming van nageslacht, neemt de frequentie van genen die met
onvruchtbaarheid samenhangen toe. Dat betekent dat de levensduur van de (westerse) mens in de komende eeuw nog verder zal toenemen. Nu niet - zoals in de 20ste
eeuw - door verbeterde hygi챘ne, medische progressie en toegenomen welvaart maar door een snelle verschuiving in de fecunditeit van de populatie. Deze laatste opvatting
wordt door de Leidse internist en experimenteel gerontoloog Rudi Westendorp verdedigd en door hem aangeduid als de tweede epidemiologische transitie (de eerste
transitie betrof dus de leeftijdstoename in de 20ste eeuw) (3).
Moleculair-genetische steun voor deze opvatting is afkomstig van onderzoek waaruit blijkt dat een gen dat codeert voor de immunologische eigenschap om bacteri챘le
infecties te lijf te gaan (interleukine-10) - goed om te overleven! - eveneens de kans op een miskraam of een spontane abortus bevordert. Men vermoedt dat het (dan) overalerte afweersysteem een embryo als "vreemd" afstoot (4).
1. Maynard Smith, J. (1958). The effects of temperature and of egg-laying on the longevity of Drosophila subobscura. Journal of Experimental Biology, 35, 832-842.
2. Westendorp, R.G.J., & Kirkwood, T. B. (1998). Human longevity at the cost of reproductive success. Nature, 396, 743-746.
3. Westendorp, R.G.J. (2001). De Tweede Epidemiologische Transitie. Oratie U Leiden.
4. Westendorp, R.G.J., Van Dunne, F.M., Kirkwood, T.B.L., Helmerhorst, F.M., & Huizinga, T.W.J. (2001). Optimizing human fertility and survival. Nature Medicine, 7, 873.
Acht maanden in het ei, vier maanden leven
Kameleon uit Madagaskar is het kortst levende dier op vier poten en zit ook extreem lang in het ei
3 juli 2008 / Hester van Santen
De kameleon Furcifer labori leeft alleen tijdens het natte seizoen. Onduidelijk is waarom het dier geen zomerslaap houdt om de hitte te overleven.
Furcifer labordi [Foto: Christopher J. Raxworthy]
Vier maanden nadat de kameleon Furcifer labordi in het kreupelhout van Madagaskar uit het ei is gekropen, nadert zijn einde alweer.
Het reptiel, dat alleen tijdens het natte seizoen leeft, is het kortst levende dier dat op vier poten rondloopt.
Biologen uit de Verenigde Staten en hun collega’s ter plaatse ontdekten zijn merkwaardige levensloop. Ze schreven er dinsdag over in de online editie van het
wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.
Een levenscyclus die beperkt is tot een enkel jaar is iets voor insecten.
De meeste vlinders leven slechts een paar weken als ze uit de pop zijn, veel bladluizen overwinteren als ei. Maar veel gewervelde dieren rekken hun leven. Jaar na jaar
blijven ze vitaal en planten ze zich voort. Olifanten leven zo lang als mensen, reuzenschildpadden halen zonder moeite de honderd.
De kameleon van Madagaskar laat zien dat het ook anders kan. Alle eieren komen uit in november, binnen twee maanden zijn de kameleons volwassen. In januari en
februari planten ze zich voort. Daarna worden ze al snel traag en slap. Ook vallen ze af en toe zonder aanleiding uit de boom, bleek toen de kameleons werden gevolgd.
E챕n of twee maanden later zijn alle kameleons dood. De eieren overleven het droge seizoen wel, om na acht tot negen maanden (ook ongewoon lang voor een ei) de
volgende generatie te beginnen. De hele zomer lang is er geen volwassen kameleon te bekennen.
De onderzoekers bestudeerden literatuur over de levenslopen van meer dan zeventienhonderd soorten – alle gewerveld en vierpotig – en geen van die soorten bracht
minder tijd buiten ei, baarmoeder of buidel door dan Furcifer labordi. Geen van die soorten bracht ook meer tijd door Ãn ei, baarmoeder of buidel dan de kameleon van
Madagaskar, die er tussen de acht en negen maanden in zit. Bovendien was geen van de levenslopen zo synchroon – met massale geboorte en sterfte – als die van
Furcifer labordi. Met deze levenscyclus is het reptiel bijna uniek.
Er zijn geen vogels die maar een jaar leven, en op een paar primitieve buideldieren na ook geen zoogdieren. Onder hagedissen bestaan notoire kortlevers, maar die
houden het toch langer dan vier maanden vol. Het record ‘kortst levende gewervelde’ haalt de kameleon echter niet. Dat blijft op naam van een twee centimeter
lang visje, Eviota sigillata, dat rond koraalriffen leeft. Twee maanden.
Het verhaal van de kameleon Furcifer labordi is meer dan een aardige anekdote.
Evolutiebiologen vragen zich af waarom levenscycli zijn zoals ze zijn. Snel volwassen worden, fluks voortplanten en vroeg doodgaan horen bij elkaar. En, zo is de
theorie: hoe groter de kans op ongelukken – opgegeten worden, van de honger omkomen – des te korter wordt ook de natuurlijke levensduur.
Het hierboven genoemde rifvisje heeft in het wild elke dag een kans van één op dertien om dood te gaan. Er worden er veel opgehapt.
Kristopher Karsten van de Oklahoma State University en zijn collega’s constateren dat de kameleon zich aan dat patroon houdt. Behalve dat hij snel groeit, klein blijft (acht
tot tien centimeter van snuit tot anus) en zich snel voortplant, lijkt ook de kans op ongeluk voor de volwassen dieren groot. Vier van de zeven gezenderde kameleons
sneuvelden rond het hoogtepunt van de paartijd, mogelijk doordat ze werden opgegeten. Daarna volgt dan nog een lange droge periode.
Problematisch is echter dat een naast familielid van F. labordi (Ferucifer verrucosus) voor dezelfde uitdagingen staat, maar veel langer leeft. Die kruipt rond in hetzelfde
kreupelhout maar overleeft de hitte in zomerslaap.
Op de vraag waarom dan juist F. labordi voor zo’n extreme oplossing koos om dat harde leven te kunnen leiden, blijft Karsten het antwoord nog schuldig. Hij oppert onder
meer dat het kan afhangen van de overlevingskans van de jongen: hebben die veel risico om dood te gaan, dan is een langer leven voor de ouders (met meer legsels) juist
gunstiger.
Mogelijk verschillen F. labordi en F. verrucosus daarin. Het zou dus de moeite waard zijn om meer aandacht te besteden aan de levenscyclus van kameleons, vindt de
onderzoeksgroep. Maar ze zijn zo moeilijk te vinden, in het bos.
Ultrakort vissenleven
Het kortst levende gewervelde dier op aarde is de pygmee-grondel. Het visje wordt niet ouder dan acht weken.
De 'pygmee-grondel' (Eviota sigillata) is een minuscuul visje dat te vinden is in het Australische Great Barrier Reef. De pygmee-grondel wordt niet ouder dan acht weken, en dat is ook voor een vis erg jong,
melden onderzoekers in het tijdschrift Current Biology. De vorige recordhouder was de Australische turquoise tandkarper, met een maximumleeftijd van twaalf weken. Ter vergelijking: snoeken kunnen 17 jaar
worden en er zijn longvissen die de 65 halen.
Voor het bepalen van de levensduur keken de onderzoekers naar de gehoorsteentjes van de vissen, de zogeheten 'otoliet', waar elke dag een nieuw laagje op groeit. Deze laagjes zijn als de jaarringen van boom, en
daardoor zeer geschikt voor het achterhalen van de leeftijd.
Met acht weken heeft de pygmee grondel amper de tijd om volwassen te worden en zich fatsoenlijk voort te planten. Maar volgens de onderzoekers heeft het visje geen keus. De kans is zo groot dat hij voor het
eind van de dag is opgegeten, dat investeren in een lang leven geen zin heeft
Eviota sigillata, ofwel de pygmeegrondel.
Meer over de pygmee-grondel op de site van de New Scientist.
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4530959.stm
http://www.fishbase.org/Summary/SpeciesSummary.php?id=7276