Samenvatting

De evolutie van veroudering is een fundamentele vraag in de biologie. Hoewel er veel theorieën zijn voorgesteld, bestaat er nog steeds geen consensus over de uiteindelijke oorzaak van veroudering. Eén prominente theorie is dat veroudering het resultaat is van natuurlijke selectie, waarbij een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel wordt bevoordeeld. Deze theorie stelt dat individuen die langer leven dan hun reproductieve bloeitijd een afname in fitheid ervaren als gevolg van de accumulatie van schadelijke mutaties, en dat deze afname in fitheid opweegt tegen de eventuele voordelen van voortgezette overleving.

Om deze theorie te testen, hebben we een ruimtelijk model van natuurlijke selectie ontwikkeld dat expliciet de effecten van veroudering omvat. Ons model laat zien dat natuurlijke selectie onder een breed scala aan omstandigheden een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel bevoordeelt. Dit resultaat is robuust tegen veranderingen in de snelheid van mutaties, de snelheid van veranderingen in het milieu en de intensiteit van de concurrentie.

Onze bevindingen bieden krachtige ondersteuning voor de theorie dat veroudering het gevolg is van natuurlijke selectie, waarbij een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel wordt bevoordeeld. Deze theorie heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van de biologie van veroudering en voor de ontwikkeling van interventies om de gezonde levensduur te verlengen.

Introductie

Veroudering is een universeel fenomeen dat alle levende organismen treft. Hoewel het verouderingsproces complex is en nog niet volledig wordt begrepen, is het duidelijk dat veroudering gepaard gaat met een achteruitgang van het fysieke en mentale functioneren en een verhoogd risico op overlijden.

De evolutie van veroudering is een fundamentele vraag in de biologie. Waarom worden we ouder? En waarom verouderen sommige soorten sneller dan andere? Er zijn veel theorieën voorgesteld om de evolutie van veroudering te verklaren, maar er bestaat nog steeds geen consensus over de uiteindelijke oorzaak van veroudering.

Eén prominente theorie is dat veroudering het resultaat is van natuurlijke selectie, waarbij een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel wordt bevoordeeld. Deze theorie stelt dat individuen die langer leven dan hun reproductieve bloeitijd een afname in fitheid ervaren als gevolg van de accumulatie van schadelijke mutaties, en dat deze afname in fitheid opweegt tegen de eventuele voordelen van voortgezette overleving.

Er is enig bewijs dat deze theorie ondersteunt. Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat de mutatiesnelheid bij een verscheidenheid aan organismen toeneemt met de leeftijd. Bovendien hebben onderzoeken aangetoond dat individuen die langer leven dan hun reproductieve bloeiperiode vaak een afname van de vruchtbaarheid en een verhoogd risico op ziekte ervaren.

Er zijn echter ook enkele uitdagingen voor deze theorie. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk waarom natuurlijke selectie bij sommige soorten een genetisch beperkte levensduur zou bevorderen, maar bij andere niet. Bovendien is het niet duidelijk hoe de genetisch beperkte levensduur zou kunnen evolueren in het licht van de sterke selectie op een lang leven.

Om deze uitdagingen aan te pakken, hebben we een ruimtelijk model van natuurlijke selectie ontwikkeld dat expliciet de effecten van veroudering omvat. Ons model laat zien dat natuurlijke selectie onder een breed scala aan omstandigheden een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel bevoordeelt. Dit resultaat is robuust tegen veranderingen in de snelheid van mutaties, de snelheid van veranderingen in het milieu en de intensiteit van de concurrentie.

Model

Ons model is een ruimtelijk model van natuurlijke selectie dat gebaseerd is op het Moran-proces. In het Moran-proces bevinden individuen zich op een raster en planten zich voort door het baren van een enkel nageslacht dat een willekeurig gekozen individu vervangt. De kans dat een individu zich voortplant, is evenredig met zijn geschiktheid.

We hebben het Moran-proces aangepast om de effecten van veroudering te integreren. In ons model hebben individuen een genetisch bepaalde levensduur die is afgeleid van een Weibull-verdeling. De Weibull-verdeling is een flexibele verdeling die kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan levensduur te modelleren.

We hebben ook de effecten van mutatie in ons model opgenomen. Mutaties vinden met een constante snelheid plaats en kunnen de levensduur van een individu veranderen. Mutaties die de levensduur verlengen zijn gunstig, terwijl mutaties die de levensduur verkorten schadelijk zijn.

Ten slotte hebben we de effecten van veranderingen in het milieu in ons model opgenomen. Veranderingen in de omgeving vinden in een constant tempo plaats en kunnen de fitheid van individuen veranderen. Gunstige veranderingen in het milieu vergroten de fitheid van alle individuen, terwijl schadelijke veranderingen in het milieu de fitheid van alle individuen verminderen.

Resultaten

We hebben ons model onder een breed scala aan omstandigheden uitgevoerd. We varieerden de snelheid van mutatie, de snelheid van veranderingen in het milieu en de intensiteit van de concurrentie. In alle gevallen ontdekten we dat natuurlijke selectie een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel bevoordeelde.

Onderstaande figuur toont de resultaten van één van onze simulaties. De figuur toont de gemiddelde levensduur van de bevolking in de loop van de tijd. Zoals je kunt zien, neemt de gemiddelde levensduur van de bevolking aanvankelijk toe naarmate de bevolking evolueert. De gemiddelde levensduur bereikt echter uiteindelijk een plateau en begint vervolgens af te nemen. Deze afname van de gemiddelde levensduur is te wijten aan de accumulatie van schadelijke mutaties.

[Afbeelding van de figuur die de gemiddelde levensduur van de bevolking in de loop van de tijd weergeeft.]

Discussie

Onze resultaten bieden krachtige ondersteuning voor de theorie dat veroudering het resultaat is van natuurlijke selectie, waarbij een genetisch beperkte levensduur als lineair voordeel wordt bevoordeeld. Deze theorie heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van de biologie van veroudering en voor de ontwikkeling van interventies om de gezonde levensduur te verlengen.

Onze bevindingen suggereren dat veroudering geen onvermijdelijk gevolg van het leven is. Veroudering is eerder een product van natuurlijke selectie. Dit betekent dat het mogelijk is om interventies te ontwikkelen die kunnen vertragen of zelfs kunnen vertragen