Los productos elegantes y de alta calidad, como los relojes Rolex y las botas Red Wing, a menudo cuestan más pero duran más. Este es un principio con el que los fabricantes y los clientes están familiarizados. Sin embargo, si bien esto también se aplica a la biología, los científicos rara vez discuten sobre ello.
Los investigadores saben desde hace décadas que el Cuanto más rápido crece un animal, más corta es su esperanza de vidaal menos entre los mamíferos. Esto se aplica a especies de diferentes tamaños. Ecofisiólogos como yo Han estado estudiando las compensaciones entre la asignación de energía para el crecimiento o el mantenimiento y cómo esas compensaciones afectan el envejecimiento y la esperanza de vida.
Una explicación es que, dado que los animales tienen una cantidad limitada de energía disponible, invertir más energía en el crecimiento reducirá la energía que les queda para mantener su salud, lo que conducirá a un envejecimiento más rápido.
Otra explicación se basa en la observación de que metabolismo (todos los procesos físicos y químicos que convierten o utilizan energía) impulsan el crecimiento. Algunos investigadores han sugerido que El crecimiento rápido está asociado con un alto metabolismo.lo que, a su vez, provoca estrés que acelera el envejecimiento.
Sin embargo, estas dos explicaciones puede que no capture la imagen completa del equilibrio entre crecimiento y longevidad. Por ejemplo, ciertas especies asignan una fracción mayor de su energía al mantenimiento pero no tienen mejor resistencia al estrés que las especies que asignan menos energía a esos procesos. Este hallazgo indica que la cantidad de energía asignada al mantenimiento puede no ser lo único que determina su calidad.
Mientras tanto, encontré que esta asociación negativa todavía se mantiene firmemente incluso después de tener en cuenta la tasa metabólica. Eso significa que el metabolismo más elevado asociado con un crecimiento más rápido no puede explicar completamente un envejecimiento más rápido. Tenían que faltar otros eslabones que considerar.
¿Qué han pasado por alto los científicos? Mi investigación recientemente publicada sugiere que el costo de energía que se necesita para producir materiales biológicos, o el costo biosintéticotambién afecta la esperanza de vida.
Costo de producir biomasa.
Él cuesta energía para producir materiales biológicos o biomasa, como ensamblar aminoácidos individuales en proteínas completas. También cuesta energía comprobar si hay errores en los materiales recién sintetizados, descomponer y reconstruir materiales con errores y transportar los materiales terminados a donde deben estar.
Para medir la inversión energética en la construcción de biomasa entre especies, deduje una relación matemática entre el costo biosintético y las tasas de crecimiento y metabolismo. Basé mi ecuación en el primer principio de conservación de energíaque afirma que la energía no se crea ni se destruye, y otros investigadores en el campo miden de forma rutinaria los datos sobre las tasas de crecimiento y metabolismo de diferentes mamíferos.
Si bien los investigadores creían anteriormente que el costo de sintetizar nueva biomasa era el mismo en todas las especies, mi análisis de datos de 139 animales diferentes encontró que existe un gran diferencia en el costo biosintético entre especies. Por ejemplo, una rata topo desnuda tiene un coste biosintético tres veces mayor que el de un ratón con la misma masa corporal. Mientras que la rata topo desnuda tiene una vida útil de 30 años, la del ratón es de sólo dos o tres años.
Mis hallazgos sugieren que algunas especies gastan más energía que otras para producir una unidad de biomasa. Quizás esto se deba en parte a vivir en un entorno más peligroso. Los animales que crecen más rápido tienen más probabilidades de alcanzar la madurez reproductiva que los animales que crecen más lentamente, pero el precio a pagar son los biomateriales de baja calidad.
Costo biosintético y envejecimiento.
Si todo lo demás se mantiene igual, cuanto más caro sea el crecimiento, menor será la tasa de crecimiento. Pero, ¿cómo contribuye este coste energético al proceso de envejecimiento?
Usé lo que yo llamo un hipótesis costo-calidad para responder a esta pregunta. A nivel celular, el coste biosintético está determinado en parte por la tolerancia de la célula a los errores en la fabricación de materiales. Tomemos como ejemplo las proteínas. Las investigaciones han sugerido repetidamente que homeostasis de las proteínas (los procesos colectivos que mantienen el nivel, la estructura y la función de las proteínas) desempeñan un papel clave en el proceso de envejecimiento. En términos simples, la acumulación de proteínas con errores conduce al envejecimiento.
La síntesis y el plegamiento de proteínas son imperfectos. Los investigadores han estimado que Del 20 al 30 por ciento de las nuevas proteínas se degradan rápidamente después de que se hayan realizado debido a errores. Diferentes especies tienen diferentes grados de tolerancia al error y control de calidad de las proteínas. Por ejemplo, el proteoma del ratón tiene de dos a diez veces mayor niveles de proteínas con aminoácidos incorrectos en relación con el proteoma de ratas topo desnudas.
Consideremos dos especies, una de las cuales es exigente con los errores de proteínas y la otra no tanto. La especie quisquillosa descompone y rehace una proteína cuando encuentra un error, utilizando constantemente mecanismos de control de calidad de la proteína para corregirla, desplegarla y replegarla rápidamente, degradarla o resintetizarla. Estos procesos no sólo cuestan energía, sino que también ralentizan la tasa de crecimiento general de la biomasa de un animal. Una especie más exigente gastaría más energía por una unidad de nueva biomasa neta sintetizada que una especie con alta tolerancia, creciendo más lentamente en general.
Por otro lado, una especie con mayor tolerancia a los errores tendría un coste biosintético menor porque simplemente incorporaría la proteína defectuosa a su nueva biomasa. Debido a que esta especie porta más proteínas defectuosas, es menos resistente al estrés y, por tanto, vive menos tiempo.
Hacer que las cosas duren
La capacidad de un animal para mantener la homeostasis no sólo depende de la cantidad de energía que destina al mantenimiento sino también de la calidad del tejido que produce. Y la calidad de ese tejido se debe, al menos en parte, a la energía que invierte en producir biomasa.
En otras palabras, las cosas elegantes cuestan más pero duran más.
Mi esperanza es que estos resultados puedan usarse como marco para investigar cómo las diferencias en el desarrollo y la tasa de crecimiento de una persona afectan su salud, el riesgo de enfermedades relacionadas con el envejecimiento y su esperanza de vida. También abre una puerta a una nueva área de investigación: ¿podríamos manipular los mecanismos que determinan el coste energético de la biosíntesis y el envejecimiento lento?
Artículo actualizado para aclarar que las especies con más proteínas defectuosas tienen una esperanza de vida más corta.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Chen Ho en Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri. Lea el artículo original aquí.
