Oczywistą prawdą jest, że nasze organizmy zmieniają się w ciągu życia od okresu dzieciństwa, przez dojrzewanie, aż po starzenie się. Wszyscy jesteśmy świadomi oznak starości takich jak zmarszczki czy pojawienie się siwych włosów na głowie (z którymi to niektórzy toczą nierówną walkę). Dlaczego jednak nasze organizmy zmieniają się w określony sposób wraz z wiekiem oraz jakie procesy molekularne i biologiczne stoją za tym zjawiskiem ?
Wśród badaczy toczy się wiele dyskusji na temat mechanizmów, które przyczyniają się do procesu starzenia. Powszechnie przyjmuje się, że uszkodzenia materiału genetycznego, a co za tym idzie komórek i tkanek, które kumulują się z wiekiem i nie są naprawiane przez organizm, są głównymi czynnikami sprawczymi pogorszenia naszego funkcjonowania związanego z wiekiem. To co dokładnie powoduje te uszkodzenia na poziomie molekularnym i dlaczego ich naprawa jest łatwiejsza dla młodszych, ale nie dla starszych organizmów, pozostaje mniej oczywiste. Starzenie się możemy podzielić na dwie kategorie: starzenie fizjologiczne, nieodzownie wpisane w nasze geny oraz starzenie się związane z czynnikami zewnętrznymi, warunkami środowiskowymi oraz naszymi wyborami takimi jak miejsce zamieszkania, poziom stresu oraz nawyki związane ze stylem życia (np. palenie papierosów).
Aby lepiej scharakteryzować proces starzenia, naukowcy zaczęli identyfikować i kategoryzować komórkowe i molekularne zjawiska związane ze starzeniem. Wyróżnia się, dziewięć głównych zjawisk, które przyczyniają się do procesu starzenia i razem wpływają na
jego zauważalne przejawy. Dane zjawisko jest uznane za związane ze starzeniem, jeśli jego pogorszenie powoduje przedwczesne starzenie się oraz jeśli jego poprawa poprawia zdrowie w okresie starzenia i wydłuża żywotność.
Wśród tych zjawisk wyróżnia się:
1. Niestabilność genomową
2. Skrócenie telomerów
3. Zmiany epigenetyczne
4. Utratę homeostazy protein
5. Dysregulację wrażliwości na składniki odżywcze
6. Dysfunkcje mitochondriów
7. Starzenie się komórek
8. Wyczerpanie ilości komórek macierzystych
9. Zaburzoną komunikację międzykomórkową.
Niektóre z tych zjawisk mogą brzmieć tajemniczo, a wytłumaczenie podstaw każdego z nich mogłoby być tematem na osobne dziewięć artykułów, dlatego pokrótce opiszę główne z nich.
W każdej komórce naszego organizmu podczas podziału nici DNA, na których zapisana jest informacja genetyczna, są “upakowane” za pomocą specjalnych białek w tak zwane chromosomy. Każdy z chromosomów ma na zakończeniach dwa obszary ochronne – telomery. Jednak przy każdym podziale komórki telomery się coraz bardziej skracają. Gdy są zbyt krótkie, komórki tracą zdolność do dzielenia się i umierają, zmniejszając zdolność organizmu do odnowy, przez podział.
Kolejne są zmiany epigenetyczne. Mają one miejsce w procesie ekspresji genów, czyli w procesie gdy informacja z DNA zostaje odczytana i przepisana na produkty: białka oraz RNA. Geny, które są całkowicie wyciszone (czyli nieprzepisywane) lub pozostają o niskiej ekspresji u noworodków, stają się bardzo aktywne u osób starszych, co prowadzi do rozwoju chorób degeneracyjnych, jak np. choroba Alzheimera. Z biegiem czasu w naszych ciałach wzrasta liczba genów z uszkodzeniami DNA. Pojawiają się one naturalnie podczas replikacji DNA, ale również w komórkach nie ulegających podziałowi. Na te uszkodzenia szczególnie narażone są struktury komórkowe zwane mitochondriami. Produkują one ATP, czyli główne źródło energii dla wszystkich procesów komórkowych. Mitochondria odgrywają również ważną rolę w apoptozie czyli zaprogramowanej śmierci komórki. Jeśli przestają działać sprawnie, komórki, a następnie całe organy, również stają się niewydolne. Starzenie związane z komórkami macierzystymi, opiera się na ich malejącej z czasem liczbie orazpotencjale naprawczym. Co bezpośrednio rzutuje na odnowę tkanek i sprawność narządów. Inne zmiany dotyczą fizjologii funkcjonowaniu komórek. Im jesteśmy starsi nasze komórki coraz bardziej tracą kontrolę nad jakością białek w organizmie, gromadzą się uszkodzone oraz potencjalnie toksyczne składniki, co może w konsekwencji prowadzić do śmierci komórki. Spowolnieniu ulega również komunikacja międzykomórkowa, w ostateczności uniemożliwiając funkcjonowanie organizmu.
Długość życia waha się znacznie wśród różnych zwierząt. Począwszy od kilku godzin u jętek, aż do pięciuset lat u małży na Islandii. Wydaje się, że niektóre bardziej prymitywne zwierzęta, takie jak ukwiały i stułbia słodkowodna, wcale się nie starzeją, natomiast najdłużej żyjącym gatunkiem kręgowców jest rekin grenlandzki, który może żyć nawet 400 lat i osiąga dojrzałość płciową dopiero w wieku 150.
Z ewolucyjnego punktu widzenia starzenie się jest paradoksem. Starzenie się czyni nas mniej zdrowymi i bardziej podatnymi na zagrożenia. Dlaczego więc ewolucja miałaby dążyć do tak szkodliwego procesu ? Odpowiedź brzmi: starzenie się ma miejsce nie dlatego,że jest użyteczne, ale jako efekt uboczny innych zjawisk. Wniosek ten wywodzi się z dwóch popularnych teorii starzenia się, zaproponowanych przez biologów ewolucyjnych Petera Medawara i George’a Williamsa już w latach 50. i 60. XX wieku. Jedną z nich jest teoria „akumulacji mutacji” Petera Medawara, która stwierdza, że siła doboru naturalnego utrzymuje się na wysokim poziomie aż do pierwszej reprodukcji. Potem z wiekiem maleje. Dlatego szkodliwe mutacje, których skutki pojawiają się dopiero w późnym okresie życia, mogą się kumulować, ponieważ nie są wyselekcjonowane wcześniej przez dobór naturalny. Ta uwaga jest również określana jako „cień wyboru”. Oznacza to, że najważniejszym celem organizmu jest jego rozmnażanie i do tego momentu dobór naturalny zapewnia utrzymanie niezbędnych do przetrwania procesów komórkowych. Po reprodukcji nie ma presji ewolucyjnej, aby zapewnić dalsze przetrwanie organizmu. Procesy komórkowe zanikają, organizm starzeje się i ostatecznie umiera.
Innym wnioskiem wyprowadzonym z tych teorii jest to, że oczekuje się, że wewnętrzne tempo starzenia się organizmu będzie ewoluować zgodnie z poziomem napotkanego zagrożenia zewnętrznego. Oznacza to, że im bardziej prawdopodobne jest, że zwierzę umrze z powodu drapieżnictwa lub braku pożywienia, tym zwykle jest krótsze. Co za tym idzie zwierzęta, które opracowały strategie unikania zagrożenia, zwykle żyją dłużej.
Podsumowując, starzenie się występuje raczej jako efekt uboczny, aniżeli jest zaprogramowanym procesem, takim jak rozwój. Nie mamy w naszych organizmach genów odpowiedzialnych za powstawanie uszkodzeń lub prowadzących do śmierci. Wyjaśnia to między innymi, dlaczego starzenie się jest tak zmiennym procesem w obrębie różnych osób.
