Модель зависимости возраста и структурированных мутаций согласуется со многими механистическими описаниями старения, включающими повышенное клеточное повреждение с возрастом.
Есть эмпирические данные исследований на людях и других организмах, содержащих свободные радикалы в концентрации, которая может вызывать мутационные изменения.
Теория старения организмов по причине свободных радикалов
Главная проксимальная теория старения, которая является высокоэффективной, связана с эволюцией скорости мутаций.
Теория старения от радикалов гласит, что старение проистекает из возрастающей вероятности заболевания и смерти организма по сравнению с их сроком службы вследствие химических изменений, происходящих в результате реакций молекул клеточной составляющей с радикалами.
СР могут вырабатываться самим организмом (например, в результате обмена веществ) или внешних сил (например, ионизирующее излучение).
Свободные радикалы являются причиной мутаций. Организмы как предотвращают, так и смягчают последствия внутренних и внешних причин старения. Эта способность контролируется генетическими факторами, и, таким образом, организмы имеют наследственные различия в том, как они стареют и с какой скоростью.
Известно, что производство свободных радикалов увеличивается у многих млекопитающих с ростом хронологического возраста. Концентрации СР также могут увеличиваться в других организмах.
Обнаружили, что пероксид водорода является свободным радикалом. Также обнаружили, что когда старение замедлилось из-за ограничительных режимов питания, увеличение содержания пероксида водорода тоже замедлилось. Увеличивающееся содержание пероксида приводит к старению многих организмов.
Повреждения свободными радикалами
Концентрация СР в организме с течением жизни может накапливаться или снижаться. Например, повреждения радикалами сравнивались у молодых ягнят и взрослых - окислительные повреждения выше у ягнят.
Это противоречит предположению, что чем старше организм, тем выше уровень СР. Неизвестно, почему это происходит эволюционно.
В связи с изменениями концентраций свободных радикалов и вариаций в экспрессии свободных радикалов, скорость мутационных изменений может существенно различаться в жизни.
Было проведено немало исследований о переменных скоростях мутаций на протяжении всей жизни, и как это влияет на организм. Когда организм имеет репродуктивный период, связь между скоростью мутаций для каждого из них зависит от предыдущих этапов жизни, а также численности населения и состояния окружающей среды.
Было предсказано, что в статической среде скорость мутационных изменений в идеале равна нулю, поскольку нет необходимости в адаптации. В изменяющихся условиях скорость мутаций будет разной между жизненными этапами, чтобы сбалансировать необходимость адаптации с вредными мутациями.
Стохастическая модель для моделирования эволюции скорости мутаций
Стохастические модели обеспечивают способ моделирования биологической эволюции через использование генераторов псевдослучайных чисел, имитирующих многие из частично случайных элементов, составляющих эволюцию населения.
Эти случайные элементы включают в себя мутации, мутационные эффекты, изменения окружающей среды и последствия выживания. Стохастические модели могут использоваться для облегчения экспериментов, в которых непосредственно конкурируют различные генотипы.
Предполагается, что стохастические модели гораздо сложнее анализировать, чем детерминированные. Также Шампаньо, Феррье и Мелеард (2006) упоминают, что детерминированные и стохастические модели могут иметь различное поведение и результаты.
Почему кишечная палочка — идеальный объект для исследования возрастных мутаций
По ряду причин кишечная палочка оказалась полезной моделью для исследователей. Кишечная палочка очень легко поддается экспериментам. Она является одноклеточной и в основном бесполой.
Мутантные гены в бесполостных организмах легче поддаются исправлению из-за отсутствия значительной рекомбинации. Кишечная палочка имеет большие размеры популяции и короткое время жизни поколения; и может быстро размножаться.
Быстрое размножение с мутациями, происходящими во время репликации ДНК, означает более быструю потенциальную адаптацию. В отсутствие отбора это также привело бы к еще большему увеличению числа кандидатов накопления в популяции вредных мутаций.
