نظرية تراكم الطفرات

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
رجل مسن من فريد آباد، هاريانا، الهند

طُرحت نظرية تراكم الطفرات للشيخوخة لأول مرة من قِبل بيتر ميداوار عام 1952 كتفسير تطوري للشيخوخة البيولوجية وما يصاحبها من تراجع في اللياقة. [ 1 ] استخدم ميداوار مصطلح " الشيخوخة " للإشارة إلى هذه العملية. تشرح النظرية أنه في حالة ظهور الطفرات الضارة في مراحل متأخرة من العمر، عندما يتوقف التكاثر ويصبح البقاء على قيد الحياة في المستقبل أقل احتمالاً، فمن المرجح أن تنتقل هذه الطفرات دون علم إلى الأجيال القادمة. [ 2 ] في هذه الحالة، ستكون قوة الانتقاء الطبيعي ضعيفة، وبالتالي غير كافية للقضاء على هذه الطفرات بشكل دائم. افترض ميداوار أن هذه الطفرات ستتراكم بمرور الوقت بسبب الانحراف الوراثي ، مما يؤدي إلى تطور ما يُعرف الآن بالشيخوخة.

الخلفية والتاريخ

على الرغم من إتمام تشارلز داروين لنظريته في التطور البيولوجي في القرن التاسع عشر، لم يظهر الإطار المنطقي الحديث لنظريات الشيخوخة التطورية إلا بعد قرن تقريبًا. ورغم أن أوغست وايزمان قد اقترح نظريته عن الموت المبرمج، إلا أنها قوبلت بالنقد ولم تحظَ باهتمام واسع النطاق. [ 3 ] وفي عام 1930، أشار رونالد فيشر لأول مرة إلى الفكرة المفاهيمية التي حفزت تطوير نظريات الشيخوخة الحديثة. هذا المفهوم، أي أن قوة الانتقاء الطبيعي على الفرد تتضاءل مع تقدمه في السن، حلله جيه بي إس هالدين بشكل أعمق ، واقترحه كتفسير لارتفاع معدل انتشار مرض هنتنغتون نسبيًا على الرغم من طبيعة الطفرة السائدة. وبالتحديد، بما أن مرض هنتنغتون لا يظهر إلا بعد سن الثلاثين، فإن قوة الانتقاء الطبيعي ضده كانت منخفضة نسبيًا في المجتمعات ما قبل الحديثة. [ 2 ] استنادًا إلى أفكار فيشر وهالدين، تمكن بيتر ميداوار من وضع أول نموذج كامل يشرح سبب حدوث الشيخوخة، والذي قدمه في محاضرة عام 1951 ثم نشره عام 1952. [ 1 ]

آلية العمل

(أ) ينخفض ​​معدل البقاء على قيد الحياة داخل الجماعة مع التقدم في العمر، بينما يظل معدل التكاثر ثابتًا. (ب) يبلغ احتمال التكاثر ذروته في وقت مبكر من الحياة، عند النضج الجنسي، ثم يتناقص تدريجيًا مع تقدم الفرد في العمر، مع انخفاض النسبة المتبقية من الجماعة مع التقدم في العمر عند دخولهم في فترة الحضانة .

في معظم المجتمعات، يرتبط احتمال إنجاب الفرد ارتباطًا مباشرًا بعمره. [ 1 ] يبدأ الاحتمال من الصفر عند الولادة، ثم يرتفع إلى أقصى حد له في مرحلة الشباب بعد بلوغ النضج الجنسي، قبل أن يتناقص تدريجيًا مع التقدم في السن. ويعود هذا التناقص إلى ازدياد احتمال الوفاة نتيجة ضغوط خارجية كالافتراس أو المرض، فضلًا عن الضغوط الداخلية المتأصلة في الكائنات الحية التي تمر بمرحلة الشيخوخة. في مثل هذه الحالات، تُستبعد الطفرات الضارة التي تظهر في وقت مبكر بشدة نظرًا لتأثيرها الكبير على عدد النسل الذي ينتجه الفرد. [ 3 ] في المقابل، لا تتأثر الطفرات التي تظهر في مراحل لاحقة من العمر بضغط الانتقاء بشكل كبير، إذ يكون حاملوها قد نقلوا جيناتهم بالفعل، بافتراض أنهم يعيشون لفترة كافية لظهور الطفرة من الأساس. والنتيجة، كما تنبأ بها ميداوار، هي تراكم الطفرات الضارة في المراحل المتأخرة من العمر، مما يؤدي إلى تطور الشيخوخة كما هو معروف. [ ٢ ] يُصوّر ميداوار هذا المفهوم بيانيًا من خلال مفهوم " ظل الانتقاء ". تمثل المنطقة المظللة "ظل" الزمن الذي لا يكون فيه للضغط الانتقائي أي تأثير. [ ٤ ] ستبقى الطفرات التي تظهر ضمن ظل الانتقاء هذا طالما بقي احتمال التكاثر منخفضًا ضمن تلك الفئة العمرية.

الأدلة التي تدعم نظرية تراكم الطفرات

الافتراس والشيخوخة المتأخرة

في المجتمعات التي تنخفض فيها معدلات الوفيات الخارجية، يكون انخفاض احتمالية التكاثر بعد البلوغ أقل حدةً مقارنةً بالحالات الأخرى. ولذلك، تتوقع نظرية تراكم الطفرات أن تتطور في هذه المجتمعات خاصية الشيخوخة المتأخرة. [ 5 ] ومن الأمثلة على هذا السيناريو مقارنة الطيور بالكائنات الحية ذات الحجم المماثل. فقد أشير إلى أن قدرتها على الطيران، وبالتالي انخفاض خطر الافتراس النسبي، هو سبب طول عمرها عن المتوقع. [ 6 ] ويتأكد هذا الاستنتاج، القائل بأن الطيران، وبالتالي انخفاض خطر الافتراس، يزيد من متوسط ​​العمر، من خلال حقيقة أن الخفافيش تعيش في المتوسط ​​ثلاثة أضعاف عمر الثدييات ذات الحجم المماثل ومعدلات الأيض المماثلة. [ 7 ] ومن الأدلة الأخرى، أن مجتمعات الحشرات معروفة بارتفاع معدلات الوفيات الخارجية فيها، وبالتالي يُتوقع أن تعاني من شيخوخة سريعة وعمر قصير. إلا أن الاستثناء لهذه القاعدة يكمن في طول عمر ملكات الحشرات الاجتماعية. كما هو متوقع عند تطبيق نظرية تراكم الطفرات، فإن الملكات الراسخة لا تتعرض تقريبًا لخطر الافتراس أو غيره من أشكال الوفيات الخارجية، وبالتالي تتقدم في العمر بشكل أبطأ بكثير من غيرها من أفراد نوعها. [ 8 ]

النجاح التناسلي الخاص بالعمر لذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر)

سعياً لإيجاد أدلة محددة تدعم نظرية تراكم الطفرات، بمعزل عن الأدلة التي تدعم فرضية التعدد الجيني المتضاد ، أُجريت تجربة شملت تهجين أجيال متتالية من ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوغاستر) . تتوقع النماذج الوراثية أنه في حالة تراكم الطفرات، ستُظهر عناصر اللياقة، مثل النجاح التناسلي والبقاء، زيادات مرتبطة بالعمر في السيادة ، والتباين الوراثي المتماثل، والتباين الإضافي. كما سيزداد انخفاض اللياقة الناتج عن التزاوج الداخلي مع التقدم في العمر. ويعود ذلك إلى أن هذه المتغيرات تتناسب مع ترددات التوازن للأليلات الضارة، والتي من المتوقع أن تزداد مع التقدم في العمر في حالة تراكم الطفرات، ولكن ليس في حالة فرضية التعدد الجيني المتضاد. وقد تم اختبار ذلك تجريبياً بقياس النجاح التناسلي الخاص بكل عمر في 100 نمط وراثي مختلف من ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوغاستر)، حيث دعمت النتائج في نهاية المطاف نظرية تراكم الطفرات للشيخوخة. [ 9 ] اختبرت دراسات لاحقة تأثيرات الطفرات الفردية المرتبطة بالعمر على النجاح الإنجابي، ووجدت دعماً لنسخة معدلة من تراكم الطفرات حيث يزداد التأثير الضار للطفرات الفردية مع التقدم في العمر. [ 10 ] [ 11 ]

انتقادات نظرية الطفرة والتراكم

وفقًا لمعظم الافتراضات، تتوقع نظرية تراكم الطفرات أن تصل معدلات الوفيات إلى ما يقارب 100% بعد فترة وجيزة من بلوغ سن الإنجاب. [ 12 ] ومع ذلك، تُظهر مجموعات تجريبية من ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر)، وغيرها من الكائنات الحية، معدلات وفيات مرتبطة بالعمر تستقر قبل بلوغها 100%، مما يجعل تراكم الطفرات وحده تفسيرًا غير كافٍ. يُقترح بدلًا من ذلك أن تراكم الطفرات ليس سوى عامل واحد من بين عوامل عديدة، تُشكل مجتمعةً أسباب الشيخوخة. على وجه الخصوص، يُعتقد أن نظرية تراكم الطفرات، وفرضية التعدد الجيني المتضاد ، ونظرية الجسد القابل للاستهلاك للشيخوخة، تُساهم جميعها بطريقة أو بأخرى في الشيخوخة. [ 13 ] كما تم اقتراح نسخة مُعدلة من نظرية تراكم الطفرات حيث يزداد التأثير الضار للطفرات الفردية مع التقدم في العمر (التعدد الجيني الإيجابي). [ 14 ]

مراجع

  1. 1 2 3 ميداوار، بيتر برايان (1952). مشكلة غير محلولة في علم الأحياء . لندن: إتش كيه لويس وشركاه المحدودة.
  2. 1 2 3 فابيان، دانيال (2011). "تطور الشيخوخة". مجلة نيتشر للتعليم والمعرفة . 3 : 1-10 .
  3. 1 2 غافريلوف، ليونيد أ.؛ غافريلوفا ، ناتاليا س. (2002). "النظريات التطورية للشيخوخة وطول العمر" . مجلة العالم العلمي . 2 : 339-356 . doi : 10.1100/tsw.2002.96 . ISSN 1537-744X . PMC 6009642. PMID 12806021 .   
  4. ↑ فلات، توماس؛ شميدت، بول س. (2009). "دمج علم الوراثة التطوري والجزيئي للشيخوخة" . مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - مواضيع عامة . 1790 (10): 951-962 . doi : 10.1016/ j.bbagen.2009.07.010 . ISSN 0304-4165 . PMC 2972575. PMID 19619612 .   
  5. ↑ هيوز، كيمبرلي أ.؛ رينولدز، روز م. (2005). "النظريات التطورية والآلية للشيخوخة". المراجعة السنوية لعلم الحشرات . 50 (1): 421-445 . doi : 10.1146/annurev.ento.50.071803.130409 . ISSN 0066-4170 . PMID 15355246 .  
  6. ↑ هولمز، دونا جيه؛ أوستاد، ستيفن إن. (1995). "تطور أنماط شيخوخة الطيور: دلالات لفهم عمليات الشيخوخة الأولية" . عالم الحيوان الأمريكي . 35 (4): 307-317 . doi : 10.1093/icb/35.4.307 . ISSN 0003-1569 . 
  7. ↑ أوستاد، إس إن؛ فيشر، كي إي (1991-03-01). "شيخوخة الثدييات، الأيض، والبيئة: أدلة من الخفافيش والجرابيات". مجلة علم الشيخوخة . 46 (2): B47– B53. doi : 10.1093/geronj/46.2.b47 . ISSN 0022-1422 . PMID 1997563 .  
  8. ↑ كيلر، لوران؛ جينو، ميشيل (أكتوبر 1997). "أعمار استثنائية لدى النمل: اختبار لنظريات التطور في الشيخوخة" . مجلة نيتشر . 389 (6654): 958-960 . Bibcode : 1997Natur.389..958K . doi : 10.1038/40130 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4423161 .  
  9. ↑ هيوز، ك.أ.، أليباز، ج.أ.، درنيفيتش، ج.م.، ورينولدز، ر.م. (2002). اختبار النظريات التطورية للشيخوخة. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 99 (22)، 14286-14291.
  10. ↑ برينغدال، مارتن آي.؛ كيمبر، كريستوفر إم.؛ إلياس، فيبي؛ طومسون، جوزفين؛ فريبيرغ، أوربان (ديسمبر 2020). "تُظهر الطفرات الضارة آثارًا سلبية متزايدة مع التقدم في العمر في ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوغاستر)" . بي إم سي بيولوجي . 18 (1). doi : 10.1186/s12915-020-00858-5 . PMC 7526172 . 
  11. ↑ برينغدال، مارتن آي؛ كيمبر، كريستوفر إم؛ شينوي، فينيش ناريش؛ دوميا، ميرونا؛ ميتال، أفاني؛ فريبيرغ، أوربان (23 يناير 2023). "التأثيرات العمرية المحددة للحذف: دلالات على نظريات الشيخوخة". التطور . 77 (1): 254-263 . doi : 10.1093/evolut/qpac027 .
  12. ↑ بليتشر، سكوت د.؛ كورتسينجر، جيمس و. (أبريل 1998). "استقرار معدلات الوفيات وتطور الشيخوخة: لماذا معدلات وفيات كبار السن منخفضة جدًا؟". التطور . 52 ( 2): 454-464 . doi : 10.2307/2411081 . ISSN 0014-3820 . JSTOR 2411081. PMID 28568338 .   
  13. ↑ لو بورغ، إريك (8 فبراير 2001). "مراجعة موجزة لنظريات التطور في الشيخوخة" . بحث ديموغرافي . 4 : 1-28 . doi : 10.4054/demres.2001.4.1 . ISSN 1435-9871 . 
  14. ↑ ماكلاكوف، أليكسي أ.؛ رو، لوك؛ فريبيرغ، أوربان (يوليو 2015). "لماذا تشيخ الكائنات الحية: تطور الشيخوخة في ظل تعدد التأثيرات الجينية الإيجابية؟". مقالات بيولوجية . 37 (7): 802-807 . doi : 10.1002/bies.201500025 .