Hemmeligheden bag lang levetid? Spørg en gulbuget murmeldyr

Det opdagede et hold af UCLA-biologer og kolleger, der studerede gulbugede murmeldyr. Disse store jordegern er i stand til praktisk talt at standse aldringsprocessen i løbet af de syv til otte måneder, de tilbringer i dvale i deres underjordiske huler, rapporterer forskerne i dag i tidsskriftet Nature Ecology and Evolution .

Undersøgelsen, den første til at analysere ældningshastigheden blandt murmeldyr i naturen, viser, at dette anti-aldringsfænomen træder i kraft, når dyrene når 2 år gamle, deres seksuelle modne alder.

Forskerne studerede murmeldyrblodprøver indsamlet over flere sommersæsoner i Colorado, når dyrene er aktive over jorden, for at bygge statistiske modeller, der gjorde det muligt for dem at estimere, hvad der skete under dvale. De vurderede den biologiske ældning af murmeldyrene baseret på det, der er kendt som epigenetiske ændringer - hundredvis af kemiske modifikationer, der sker i deres DNA.

"Vores resultater fra forskellige statistiske tilgange afslører, at epigenetisk aldring i det væsentlige går i stå under dvale," sagde hovedforfatter Gabriela Pinho, der udførte undersøgelsen som UCLA doktorand, rådgivet af Daniel Blumstein og Robert Wayne, professorer i økologi og evolutionær biologi. "Vi fandt ud af, at murmeldyrens epigenetiske alder stiger i løbet af den aktive sæson, stopper under dvale og fortsætter med at stige i den næste aktive sæson."

Denne proces, sagde forskerne, hjælper med at forklare, hvorfor den gennemsnitlige levetid for en gulbuget murmeldyr er længere, end man ville forvente ud fra dens kropsvægt.

Hibernation, en evolutionær tilpasning, der gør det muligt for dyr at overleve i barske sæsonbestemte miljøer, hvor der ikke er mad og temperaturer er meget lave, er almindelig blandt mindre pattedyr, som murmeldyr, hjemmehørende i de bjergrige vestlige regioner i USA og Canada.

Murmeldyrenes dvale veksler mellem perioder med metabolisk undertrykkelse, der varer en uge eller to, og kortere perioder med øget stofskifte, som generelt varer mindre end et døgn. Under metabolisk undertrykkelse bliver deres vejrtrækning langsommere, og deres kropstemperatur falder dramatisk, til det punkt, at "de føles som uklare, kolde sten," sagde Blumstein.

Derudover bruger de en minimal mængde energi og forbrænder omkring et enkelt gram fedt om dagen. "Det er i bund og grund ikke noget for et dyr på 5.000 til 6.000 gram (11-13 lbs.)," bemærkede Pinho. Dette giver dem mulighed for at spare energi og overleve lange perioder uden mad.

I løbet af deres aktive sommersæson spiser murmeldyr meget og fordobler deres vægt, så de har tilstrækkeligt fedt til at overleve den næste dvaleperiode.

Alle disse dvale-relaterede tilstande - nedsat madforbrug, lav kropstemperatur og reduceret stofskifte - er kendt for at modvirke aldringsprocessen og fremme lang levetid, sagde forskerne. Denne forsinkede aldring vil sandsynligvis forekomme hos andre pattedyr, der går i dvale, sagde de, fordi de molekylære og fysiologiske ændringer ligner hinanden.

"Denne undersøgelse er det tætteste videnskabsmænd er kommet på at vise, at biologiske processer involveret i dvale er vigtige bidragydere til deres længere end forventet levetid baseret på deres kropsvægt," sagde Pinho, nu forsker ved nonprofit Institute of Ecological Research's Lowland Tapir Conservation Initiative i Brasilien.

"Det faktum, at vi er i stand til at opdage denne reducerede aldring under dvale i en vild befolkning betyder, at virkningen af ​​dvale på at bremse aldring er virkelig stærk," sagde Blumstein, medlem af UCLA Institute of the Environment and Sustainability og en seniorforfatter til Studiet. "Denne undersøgelse var kun mulig, fordi vi havde adgang til blodprøver fra fritlevende dyr, hvis alder er kendt. Ikke mange vilde populationer har detaljerede oplysninger om individuel kronologisk alder, og dette forstærker vigtigheden af ​​langsigtede feltprojekter."

Der kan være biomedicinske fordele ved at inducere dvaletilstande hos mennesker eller menneskelige celler, sagde forskerne - for at bevare organer til for eksempel transplantation eller som en del af langsigtede rummissioner.

Til den aktuelle publikation undersøgte Pinho og hendes kolleger 73 hunlige gulbugede murmeldyr gennem hele deres liv og indsamlede blodprøver hver anden uge over 14 aktive sæsoner og analyserede dem regelmæssigt. Murmeldyrenes kronologiske alder blev beregnet ud fra den dato, hvor ungdyrene først kom ud af deres fødselsgrave. (Alder på murmeldyrhanner er svær at bestemme, sagde forskerne, fordi de ofte migrerer fra et område til et andet.)

Forskningen er en del af en 60-årig undersøgelse af gulbugede murmeldyr baseret på nonprofit Rocky Mountain Biological Laboratory i Colorado og blev finansieret af Brasiliens Science Without Borders-program, en del af landets National Counsel of Technological and Scientific Development, og National Geographic Society, et Rocky Mountain Biological Laboratory-forskningsstipendium og National Science Foundation.

Andre seniorundersøgelsesforfattere er Robert Wayne; Matteo Pellegrini, en UCLA-professor i molekylær-, celle- og udviklingsbiologi; Steve Horvath, professor i human genetik og biostatistik ved UCLA's Fielding School of Public Health, der udviklede det "epigenetiske ur" i 2013; Julien Martin fra Canadas University of Ottawa; og Sagi Snir fra Israels Universitet i Haifa. Forfatterne modtog indsigt fra UCLA's Statistical Consulting Group.