INMORTALIDAD INVERTEBRADA: la diversidad en el envejecimiento y la inmortalidad de la “Hydra “
¿Por qué envejecemos? Una pregunta que se redacta en tres palabras, que se pronuncia en menos de dos segundos, pero que tiene una de las más difíciles respuestas. Pertenece a lo que en biología llamamos “grandes preguntas” o, en otras palabras, esas preguntas que todo biólogo teme que le hagan. ¿Qué es la vida? ¿Cómo y por qué cambian las especies? ¿Por qué existe el sexo?, etc.
Recientemente, la revista Proceedings of the National Academi of Science de los Estados Unidos (PNAS), ha publicado un artículo sobre un estudio demográfico del género Hydra (un género de hidrozoos dulceacuícolas y cuya morfología externa es, exactamente, como el mito griego dispone, pero a tamaño microscópico), donde se estudian las tasas de natalidad y mortalidad de las poblaciones de 2 especies del género, en función del tiempo (1). ¿Qué tienen que ver la natalidad y la mortalidad con el envejecimiento? Para explicarlo, vamos a tener que retrotraernos a 1966 y a la obra de uno de los grandes de la biología evolutiva moderna. Pero, primero de todo, tenemos que hacer una distinción muy importante en ciencia. La explicación próxima versus la explicación última. Pongamos un ejemplo claro y polémico a partes iguales. ¿Por qué existe la pobreza? Podemos responder de dos formas. Podemos responder apelando a las causas directas como la insuficiencia en las retribuciones y el elevado coste de la vida en función de esas retribuciones o la escasez de recursos en un determinado territorio. Respondiendo así, tenemos que tener en cuenta que todas las respuestas a estas preguntas no hacen sino generar nuevas preguntas ¿Por qué los trabajadores de un país cobran por debajo de un nivel suficiente para una vida digna? ¿Por qué existe una escasez de recursos en un determinado lugar o región? ¿Por qué el coste de la vida es tal que, con un sueldo mediano, no puede vivir dignamente? La otra forma de responder intenta, precisamente, responder a las preguntas desde el origen de las mismas y a todas las preguntas que podamos plantearnos a su alderredor. ¿Por qué existe la pobreza? Porque la economía bajo la que se encuentra ese país hipotético, que me he imaginado, es ineficiente en el reparto de los recursos. Este tipo de explicación se denomina última. Aquí, la pregunta ¿Por qué existe una economía ineficiente? Nos podría llevar a planteamientos teleológicos del tipo “existe un grupo de gente que quiere mantenernos así”. Que sea un planteamiento teleológico no significa que sea erróneo, al menos en economía. Que es teleológico significa que tiene intención, y así la tiene el ser humano y las agrupaciones que forma, pero una explicación más última que la que he propuesto iría en el sentido de explicar qué lleva al ser humano, y a sus agrupaciones, a actual de tal modo, y no el hecho de que actúen así. Una explicación última de tipo sociológico (científico).
El mismo tipo de preguntas podemos plantearnos con la cuestión de ¿Por qué envejecemos? Una respuesta de tipo próxima sería conocer el proceso de envejecimiento a nivel molecular. El recorte de los telómeros de los cromosomas (los telómeros son una especie de protectores de DNA en los extremos de los cromosomas y que, en principio, no codifican proteínas y servirían para evitar que el DNA, en forma de DNA condensado, se descondense cuando no toca, y se estropee), fallos en el sistema inmune que se encarga de detectar las células envejecidas y destruirlas para dejar sitio a otras nuevas que funcionan mejor, etc., pero, también, podríamos preguntarnos ¿Por qué existen mecanismos anti-envejecimiento y por qué no son perfectos? Este tipo de preguntas solo tienen respuesta bajo la teoría evolutiva: nuestra respuesta última. Preguntarnos por qué existe una teoría evolutiva nos lleva a responder, o con la ciencia de cómo conocemos (cómo es la estructura de las teoría científicas que los humanos elaboramos, qué tienen en común, en qué momentos se desarrollan y en cuales no, etc.), o a planteamientos teleológicos de tipo creacionista.
Ahora podemos volver a 1966. William D. Hamilton hacía sólo 2 años que había empezado su famosa serie de publicaciones sobre la evolución del comportamiento social animal (y que culminaría, precisamente, con esta publicación de 1966 de la que voy a hablar) en la revista Journal of Theoretical Biology: dos artículos con modelos matemáticos lo encumbraron a la cima de la biología, aunque esto fue con posteridad. Cuando, en 1966, escribió sus modelos teóricos sobre la senescencia, todavía no era demasiado conocido y sus modelos sobre cómo pudo producirse la evolución de los comportamientos sociales altruistas en insectos aún no eran bien comprendidos por los biólogos. De forma sucinta, lo que Hamilton recoge en sus modelos de senescencia es lo siguiente (2). La senescencia puede definirse mediante parámetros poblacionales (es la forma habitual de operar en biología evolutiva: los caracteres son de los individuos, la vejez en este caso, pero queremos saber cómo se comporta esa vejez en conjunto; a nivel poblacional). Un individuo senil tiende a tener mayor probabilidad de fenecer y menor tasa de fecundidad. Esto es lógico, pero tiene que tener lógica dentro de una teoría evolutiva, dentro de un modelo matemático y, por último, darse en la naturaleza de la forma que predice la teoría y el modelo matemático. Así, según el modelo de Hamilton, la eficacia biológica (proporción de un individuo que se transmite a la generación siguiente y que es más alta cuanta mayor sea la descendencia absoluta del individuo) disminuye con la edad. Por esto, razona el autor, en principio un estado vital con baja eficacia biológica, como uno con mayor probabilidad de muerte y menor fertilidad, no evolucionará. Es decir, no deberían de existir individuos senescentes, individuos viejos. Excepciones: sólo podrá hacerlo bajo dos condiciones:
“Cuando el viejo animal todavía beneficie a sus parientes más jóvenes” y también “puede evolucionar cuando la muerte temprana del infante hace más probable la supervivencia de un pariente cercano”(2).
Con esta teoría evolutiva de la senescencia bajo el brazo, podemos intentar falsar cada supuesto con la realidad. Lamentablemente, no gozamos de demasiadas comprobaciones empíricas. Solo, a partir de 2013, encontramos estudios que buscan generalizar patrones, y no solo encontrar casos particulares que confirmen en modelo. Quizá, el estudio más importante realizado hasta la fecha sea el de Owen R. Jones y colaboradores en 2014 en el que, de forma estandarizada, comparan las tres variables poblacionales más importantes desde el punto de vista del estudio de la senescencia (fertilidad, mortalidad y supervivencia, estas dos últimas no so más que dos caras de una misma moneda) de 11 especies de mamíferos, 12 de otros vertebrados, 10 invertebrados, 12 plantas vasculares y 1 alga verde. La conclusión a la que llegan es revolucionaria: los modelos de Hamilton, y otros posteriores, no explican la enorme diversidad de patrones que existe en la naturaleza ¡No sirven!
Vamos a desgranar brevemente esta diversidad para ver cómo atenta contra los modelos de Hamilton, pero primero tenemos que introducirnos algo en demografía. Por un lado veremos los factores que pueden afectar a la fertilidad y a la mortalidad y cual es la principal teoría que sustenta la variabilidad observada y, por otro lado, estudiaremos las curvas de supervivencia de Pearl y Deevey. La mejor forma de describir la relación entre fertilidad y mortalidad y, por ende, la supervivencia es un equilibrio o trade off entre Inversión somática (cuanto se gasta el organismo, en moneda energética, en el crecimiento corporal) y la Inversión reproductiva.
Inciso: deberíamos evitar todo lenguaje economicista en la biología ya que, como dijo Stephen Jay Gould y tantos y tantos especialistas en comunicación social como, por ejemplo, George Lakoff y Mark Johnson (3), las metáforas no son inocentes. Podemos sustituir inversión y gasto por el término apuesta evolutiva. Es un término que se refiere a la probabilidad y, por tanto, sería mucho más neutro y mucho más exacto de la realidad que no la inversión o el gasto. De todas formas, tenemos que seguir teniendo cuidad con la personificación de ciertas actitudes.
La teoría evolutiva nos invita a pensar que aumentar la apuesta evolutiva por la parte somática, equivale a una mejor adquisición de la energía necesaria a lo largo de la vida y una probabilidad mayor de mantenerse vivo, incrementándose así la supervivencia. Pongamos una metáfora para comprender mejor esto. Supongamos que nos hemos comprado un coche (soma) con el objetivo de recorrer mundo (reproducción). Con la apuesta evolutiva somática “decidimos” cuidar más el coche: lo sacaremos poco del garaje, yendo solo a sitios seleccionados y gastaremos mucho dinero en repuestos, pero el coche nos durará mucho tiempo (aquí hay que recordar que los biólogos evolutivos hablan utilizando personificaciones de este tipo decidimos, los animales apuestan, luchan, etc. No so más que metáforas del lenguaje útiles para la comprensión, pero siempre es bueno recordar que, quien elige, quien decide es la selección natural, una especie de colador por el que pasan más unas cosas que otras, y así se deciden las cosas en evolución. No hay voluntad). Por su parte, una apuesta evolutiva centrada en la reproducción supone un olvido del soma y, por ende, una disminución del mantenimiento corporal y la búsqueda y obtención de recursos. Bajará así la supervivencia. En el ejemplo del coche, con una apuesta evolutiva reproductiva, hemos “decido” viajar todo lo que podamos, sin gastar dinero en reparaciones. Lo que dure el coche, duró.
Otro elemento a tener en cuenta es el ambiente. Los seres vivos no nacen, viven, se reproducen y mueren en la nada. Hay que ver cómo se comportan los parámetros poblacionales en función del ambiente para poder hacer una correcta comprobación de los modelos de Hamilton. Por ejemplo, Halbach en 1979 (pongo este ejemplo, como se podría poner cualquier otro) estudió los parámetros demográficos de Brachionus calyciflorus (una especie de rotífero planctónico dulceacuícola que, junto con otros congéneres, es muy utilizado en este tipo de trabajos demográficos). Halbach observó cómo cambiaba la fertilidad y la supervivencia en función de la temperatura y de la disponibilidad de recursos. Vio cómo la supervivencia se incrementaba con temperaturas más suaves y cómo existía un óptimo de recursos también para la supervivencia. La fertilidad reaccionaba de forma similar.
Ahora podemos entrar en los tipos de curvas de supervivencia que, primer Pearl en 1928 y Deevey en 1947, consiguieron definir (figura 1):
Curvas de Tipo I: convexa. La mortalidad se concentra al final del tiempo máximo de vida.
Curvas de Tipo II: recta. La probabilidad de muerte permanece constante con la edad.
Curvas de Tipo III: cóncavas. Indican una mortalidad precoz intensa, mientras que los individuos que consiguen sobrevivir tienen una gran probabilidad de hacerlo hasta el tiempo máximo de vida.
Con estos descriptores, podemos entrar ya a analizar, en primer lugar el trabajo de Owen R. Jones y colaboradores y, posteriormente, el raro caso del género Hydra y su extraño comportamiento demográfico. Vamos a clasificar los diferentes comportamientos que tienen los descriptores demográficos utilizados por Owen R. Jones y colaboradores. Podemos distinguir 5 modelos de comportamiento (4).
Combinación de una curva convexa Tipo I de supervivencia con un pico de fecundidad al inicio de la edad fértil.
Combinación de una curva convexa Tipo I de supervivencia y una fecundidad constante o creciente a lo largo de la vida.
Combinación de una curva recta Tipo II de supervivencia y una fecundidad creciente. Aquí podemos distinguir una fecundidad creciente suave o con un ligero pico de fecundidad y una fecundidad creciente de forma exponencial.
Combinación de una curva cóncava Tipo III de supervivencia y una fecundidad asintótica, es decir, que tiende hacia un cierto valor pero sin alcanzarlo nunca, dando lugar a curvas similares a un repecho que cada vez es más fácil de subir
Para el final he dejado el modelo más especial de todos y es, realmente, donde quería venir a parar con este ensayo (estos modelos son de elaboración propia a partir de los datos y gráficas recogidos por Owen R. Jones y colaboradores (4). Ver figura 2a y 2b).
Figura 1. Tipos de curvas de supervivencia según Pearl (1928) y Deevey (1947). En a) vemos los tipos en función del número de sobrevivientes y en b) vemos las curvas en función de la edad en la que se produce la mortalidad.
Después de haber visto, que no siempre la mortalidad se incrementa son la edad (afirmación que solo sería válida en las curvas de supervivencia tipo I) y que no siempre la fecundidad disminuye con la edad, poniendo en serias dudas el modelo evolutivo de la senescencia de Hamilton de 1966, vemos y nos damos cuenta que existen organismo cuya natalidad y mortalidad PERMANECEN CONSTANTES a lo largo de toda la vida (ver figura 2b, con la Hydra magnipapillata, 5ª fila, segunda columna). Si el modelo 1 es típico de vertebrados y algunos invertebrados, el modelo 2 de invertebrados y algún vertebrado y los modelos 3 y 4 son típicos de algas, plantas y algún invertebrado, el modelo 5, con esa curva de supervivencia Tipo II especial con tasas de mortalidad bajísimas y tasas de fecundidad constantes tiene, por el momento, un único pero famoso representante: como ya hemos dicho, el género Hydra.
Figura 2a. Primera parte de las especies analizadas por Owen R. Jones y colaboradores (4). En el eje de la izquierda se representa la tasa de fecundidad y mortalidad estandarizadas. Fundamentalmente, observamos modelos 1 y 2.
En el estudio de Owen R. Jones y colaboradores del 2014 se presentan datos estimados de la especie Hydra magnipapillata, y digo estimados porque la esperanza de vida estimada es de 14.000 años. Nadie ha podido observar a tanta distancia y, además, las mortalidades que ocurren en Hydra se deben más al proceso científicos (manipular acuarios, conteo de individuos, etc.) que a muertes naturales. En el trabajo de 2015, publicado por PNAS, de Ralf Schaible y colaboradores se demuestra fehacientemente la constancia de estos valores. Es decir, realmente la tasa de mortalidad de Hydra es, estadísticamente, 0 y, la tasa de natalidad, es constante. Esto supone una inmortalidad teórica. En palabras de los autores:
“Nuestros datos muestran que, 2.256 Hydras de 2 especies estrechamente emparentadas, en 2 laboratorios, divididas en 12 cohortes, y edades comprendidas entre 0 y 41 años, tienen ratios constantes de mortalidad extremadamente bajos. Los ratios de fertilidad sistemáticamente permanecen constantes con el avance de la edad. Esto falsaría la universalidad de las teorías de la evolución del envejecimiento” (1).
Figura 2b. Segunda parte de las especies analizadas por Owen R. Jones y colaboradores (4). La leyenda se muestra en la figura 2a. Aquí observamos modelos 2, 3 y 4, además del modelo 5 de la Hydra, y algunos modelos que se le acercan ligeramente.
¿Qué puede hacer posible una tasa de fertilidad y mortalidad constantes? ¿Puede esto evolucionar? Volvemos a la distinción entre causa próxima y causa última. Ralf Schaible y colaboradores se atreven a dar hipótesis para ambas explicaciones. La explicación próxima:
“La no senescencia de Hydra implica niveles de mantenimiento y reparación que son suficientes para prevenir la acumulación del daño de décadas tras la maduración; mucho más allá de la corta esperanza de vida de Hydra en la naturaleza. Una alta proporción de células madre, un constante y rápido reciclaje celular, pocos tipos celulares, un plan corporal sencillo y el hecho de que la línea germinal no esté separada del soma, son características de la Hydra que pueden hacerla no senescente” (1).
Y en cuanto a la explicación última:
“La no senescencia puede ser óptima porque el tiempo de vida reproductivo puede ser mejorado mejor mediante la extensión de la vida adulta que por el incremento diario de la fertilidad” (1).
Esta explicación enlaza con el equilibrio que existe entre la apuesta evolutiva por el mantenimiento somático y la apuesta evolutiva por la reproducción que ya he explicado. Un mantenimiento corporal adecuad puede ser más eficiente aportando a la siguiente generación que una apuesta reproductiva muy fuerte. En otras palabras, más vale una baja tasa de fertilidad durante mucho tiempo que una muy elevada durante poco. Para este corolario hay que tener en cuenta las características únicas, citadas por los autores, que tiene el género Hydra. Pero, una vez más, esto son hipótesis que hay que comprobar. ¿Existen otros animales con características biológicas similares? Las esponjas y otras especies de medusas y corales serían buenos candidatos para comparar dentro de los animales pero, ¿Existen otros organismos con estas características? Las algas pluricelulares, tipo talófita, o los musgos, podrían ser buenos ejemplos. ¿Estos organismos tienen o no tienen este comportamiento vital?, y si no lo tienen ¿A qué es debido? ¿Realmente las características de número elevado de células madre, elevada tasa de renovación celular, línea germinal y somática unidas, pocos tipos celulares y plan corporal sencillo son características que favorecen tasas de mortalidad y natalidad constantes? Y una cuestión importante, y que polemiza un poco con el artículo de Rald Schaible y colaboradores: si las Hydra tienen una supervivencia en la naturaleza tan baja ¿Cómo es posible que evolucione en esa situación un sistema de reparación que le permita la inmortalidad teórica? Si la tasa de mortalidad por depredación o por el ambiente es alta, la ventaja evolutiva de una vida larga con tasas de fecundidad relativamente bajas, pero constantes, desaparece.
Son, todas ellas, cuestiones a investigar, dificultadas por la complejidad de mantener ciclos de vida de estos organismos en el laboratorio (a excepción de la propia Hydra), pero hay que intentarlo. Hay que hacerlo.
REFERENCIAS
Schaible, Ralf et al.,(2015). Constant mortality and fertility over age in Hydra. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(51), 15701-15706.
Hamilton, W. D. (1966). The moulding of senescence by natural selection. Journal of theoretical biology, 12(1), 12-45.
Lakoff, G. & Johnson, M. (1991). Metáforas de la vida cotidiana. Alianza. Pág. 281
Jones, Owen R. et al., (2014). Diversity of ageing across the tree of life. Nature, 505(7482), 169-173.