Узкие места в популяции способствуют накоплению нескольких вредных мутаций, вызывающих возрастные заболевания у киллифишей - открытие, которое может помочь ответить на ключевой вопрос о старении.
Исследование, опубликованное сегодня в eLife, показывает, почему киллифиш накапливают вредные мутации, которые вызывают возрастные состояния, такие как рак или нейродегенеративные заболевания, которые сокращают продолжительность жизни. Это может помочь ученым лучше понять, как меняется продолжительность жизни среди населения, и может привести к новому пониманию процессов старения человека.
Очень короткая жизнь бирюзовых киллифишей - от трех до девяти месяцев - делает их идеальной моделью для изучения старения. Киллифиши живут во временных прудах в Африке, которые пересыхают в течение части года, а это означает, что они должны вылупиться, созреть и размножиться, прежде чем это произойдет. Их яйца переживают засушливые периоды в состоянии, похожем на спячку, и вылупляются, когда дожди снова наполняют пруд, создавая новое поколение.
«У разных популяций диких бирюзовых киллифишей разная продолжительность жизни, и мы хотели изучить причины этого», - объясняет ведущий автор Дэвид Виллемсен, научный сотрудник Института биологии старения им. Макса Планка, Кельн, Германия.
Для своего исследования Виллемсен и старший автор Дарио Риккардо Валенсано провели полевые работы в бассейнах саванны в Зимбабве, чтобы поймать и собрать образцы генома килли для секвенирования и анализа в лаборатории. Затем команда сравнила геномы рыб-киллифиев, живущих в самой засушливой среде и имеющих самую короткую жизнь, с геномами рыб-киллифи из более влажной среды, которые живут на несколько месяцев дольше.
У короткоживущих киллифи очень маленькие, часто изолированные популяции, что приводит к так называемым узким местам популяции, которые, как обнаружила команда, приводят к накоплению вредных мутаций в их популяциях. Напротив, долгоживущие киллифи имеют большую популяцию, и новые рыбы с новым генетическим материалом часто присоединяются к их популяциям. Со временем эти более крупные популяции делают процесс естественного отбора более эффективным для удаления вредных мутаций.
«Ограниченный размер популяции, вызванный фрагментацией среды обитания и повторяющимися узкими местами в популяции, увеличивает вероятность накопления вредных мутаций в популяции», - говорит Виллемсен. «Наша работа может помочь ответить на ключевой вопрос о старении, предполагая, что динамика популяции, а не эволюционный отбор в пользу или против определенных генов, способствует накоплению вредных мутаций, которые приводят к старению и сокращению жизни».
Результаты подтверждают модель, в которой, учитывая короткие дождливые сезоны, киллифиш находятся под сильными селективными ограничениями, чтобы выжить в отсутствие воды в виде спящих эмбрионов и быстро достичь полового созревания и размножаться до того, как вода полностью испарится. Тем не менее, команда считает, что киллифиши не выбираются для того, чтобы жить недолго. Вместо этого вредные мутации, влияющие на выживание и размножение в позднем возрасте (вместе вызывая старение киллифишей), накапливаются в поколениях, не ограничиваясь отбором..
«Вредные мутации пассивно накапливаются в популяциях киллифов, и это еще более заметно в небольших популяциях, которые живут в более засушливой среде», - говорит старший автор Дарио Риккардо Валенцано, руководитель группы в Институте биологии и старения им. Макса Планка. и главный исследователь CECAD, Кластера передового опыта в области исследований старения Кельнского университета, Германия. «Наши результаты подчеркивают роль демографических ограничений в формировании продолжительности жизни внутри видов и потенциально могут быть расширены, чтобы дать новое представление о старении в других популяциях животных и людей».