L’unité du vieillissement et de l’évolution : pourquoi la durée de vie varie-t-elle autant selon les espèces ?

Nous pouvons comprendre le vieillissement d’un point de vue évolutionniste pour expliquer la question suivante : si l’évolution est la survie du plus apte, alors à quoi s’adapte exactement le processus de dégénérescence progressive du vieillissement et quels avantages présente-t-il ? Pourquoi y a-t-il une telle diversité dans le vieillissement ? Il existe actuellement plusieurs théories qui peuvent expliquer les raisons, telles que la théorie de l’accumulation des mutations et la théorie de la pléiotropie antagoniste, mais il n’existe pas d’hypothèse universelle en biologie du monde réel. Le vieillissement s’apparente davantage à un oubli évolutif, avec différents mécanismes derrière lui.

Écrit par Drew Steele

Traductions | Zhang Wentao et Wang Xi

Le vieillissement nous afflige depuis le début de l’histoire de l’humanité. On retrouve le vieillissement (presque) partout. Des mammifères comme nous aux insectes, aux plantes et même aux organismes unicellulaires comme la levure, tous les âges. Le vieillissement semble être un processus dégénératif universel chez les organismes vivants. Cela n’est pas surprenant : en dehors de la biologie, au fil du temps, les machines s’usent et les bâtiments tombent en panne. Pourquoi la vie peut-elle y être immunisée ?

La question est : comment concilier le vieillissement avec l’évolution ?

Si l’évolution signifie la survie du plus apte, alors à quoi s’adapte exactement le processus dégénératif progressif du vieillissement et quels avantages présente-t-il ? Une autre grande question est de savoir pourquoi il existe une telle diversité dans le vieillissement. L'insecte adulte dont la durée de vie est la plus courte connue est l'éphémère, dont les femelles émergent, s'accouplent, pondent des œufs et meurent en cinq minutes ; tandis que le vertébré ayant la plus longue durée de vie (les animaux dotés d'une colonne vertébrale comme nous) est le requin du Groenland, la plus vieille femelle connue étant estimée à 400 ans. Pourquoi les souris ne vivent que quelques mois, les chimpanzés peuvent vivre des décennies et certaines baleines des centaines d’années ? Si le vieillissement est un processus de perte de vie, pourquoi les échelles de temps du vieillissement varient-elles autant selon les animaux ?

L’« évolution du vieillissement » semble paradoxale, mais heureusement, nous pouvons encore comprendre le vieillissement d’un point de vue évolutif. Comprendre cela est bien plus qu’un simple exercice dans un cours d’évolution (même si c’est une idée attrayante) ou une tentative de concilier deux lois de la biologie apparemment divergentes (même si c’est très important). Plus important encore, cela nous donne un aperçu de ce qu’est le vieillissement, de ce qu’il n’est pas et de la manière dont nous pouvons y faire face.

Définition statistique du vieillissement

Nous devons d’abord redéfinir ce que nous entendons par vieillissement. Plutôt que de présenter une définition biologique du vieillissement, nous tenterons de définir le vieillissement statistiquement : le vieillissement est un risque croissant de décès au fil du temps. Qu’il s’agisse d’animaux, de plantes ou d’autres formes de vie, leur risque de décès augmente avec l’âge, un processus appelé vieillissement ; Cependant, certaines créatures spéciales, comme la tortue géante des Galapagos, ne vieillissent pas car leur risque de décès reste inchangé. Nous voyons clairement que le risque de décès double tous les huit ans, ce qui définit statistiquement la vitesse à laquelle nous vieillissons. Nous pouvons utiliser cette définition statistique pour comprendre le vieillissement à un niveau évolutif. Qu'il s'agisse de rides sur votre visage ou d'un risque accru de maladie cardiaque, tout cela n'est qu'une manifestation ou une forme de ce qui l'accompagne.

Certaines personnes préfèrent expliquer le vieillissement en utilisant la physique sous-jacente plutôt que les processus biologiques. « C’est la deuxième loi de la thermodynamique, l’entropie a toujours tendance à augmenter. » En d’autres termes, tout dans ce monde deviendra chaotique et finira par s’effondrer avec le temps. Cependant, cet argument est erroné car il ignore une prémisse clé de la deuxième loi de la thermodynamique : elle ne s’applique qu’aux systèmes fermés. Si vous êtes isolé de l’environnement et qu’il n’y a pas d’échange de matière et d’énergie, alors tout ce que vous pouvez faire est de reporter mais pas de changer votre propre destin. À la fin, la poussière redeviendra poussière. Mais si vous n’êtes pas isolé, vous pouvez absorber l’énergie de votre environnement et l’utiliser pour injecter de nouvelles sources d’énergie dans votre vie. Cela peut paraître ésotérique, mais c’est en fait assez simple : parce que les animaux peuvent obtenir de l’énergie en mangeant et que les plantes peuvent convertir la lumière du soleil en nourriture, ils sont libres d’utiliser cette énergie pour une variété de processus biologiques et biochimiques, en recyclant, en supprimant ou en remplaçant les composants clés qui sont dégradés.

Loin d’être liés par des lois simplistes de la thermodynamique, les animaux ont développé d’incroyables capacités à se réparer. Certains animaux, comme les salamandres, sont capables de régénérer complètement un membre après l’avoir perdu. Cela ressemble à un tour de passe-passe, mais à l’échelle microscopique, cela se produit tout le temps dans tous les organismes vivants, y compris vous, même si cela peut ne pas sembler si impressionnant. Lorsque les cellules, les organites qu’elles contiennent et les molécules qui les composent sont endommagés ou décomposés, notre corps élimine rapidement les structures endommagées et crée de nouveaux composants pour les remplacer. D'innombrables machines moléculaires travaillent sans relâche pour maintenir les structures complexes à tous les niveaux des organismes vivants, éliminer les cellules endommagées devenues des « déchets » et ainsi maintenir l'intégrité du corps. Dans le corps humain, ce processus se poursuit jour après jour pendant des décennies sans s’arrêter. Tant que l’apport énergétique est garanti, en théorie, l’efficacité de ce comportement de réparation ne diminuera pas avec le temps.

Alors pourquoi l’évolution ne peut-elle pas continuer à améliorer l’efficacité de cette auto-réparation afin que le corps soit toujours parfait ?

Qu’est-ce qui provoque le vieillissement ?

Alfred Russell Wallace fut probablement la première personne à proposer une théorie évolutionniste du vieillissement. Entre 1865 et 1870, il a écrit dans ses carnets que les vieux animaux « consomment des nutriments... au détriment de leur progéniture », et que dans un environnement où la nourriture est limitée, trop de vieux animaux qui fouillent et consomment des ressources limitées rendraient la survie de leur progéniture plus difficile. « Ainsi », conclut Wallace, « la sélection naturelle élimine les vieux animaux. » Il est plus approprié que les animaux aient une durée de vie limitée, afin de garantir à leur progéniture l’espace nécessaire pour grandir et se reproduire. Un biologiste nommé August Weismann a proposé de manière indépendante une théorie similaire, selon laquelle la durée de vie d'un organisme est limitée par les « besoins de l'espèce dans son ensemble ».

Toute théorie fondée sur la supériorité du bien du groupe sur le bien de l’individu, y compris celle-ci, comporte un défaut fatal. Cette théorie est appelée « sélection de groupe », dans laquelle les animaux se comportent dans le meilleur intérêt de leur groupe (généralement de l’espèce dans son ensemble) plutôt que dans le leur. Mais cet argument est en réalité très problématique car la sélection de groupe nécessite une « trêve » instable. Si tous les animaux comprenaient et acceptaient que le vieillissement est dans le meilleur intérêt de l’espèce dans son ensemble, ce serait une situation gagnant-gagnant. Cependant, si un seul individu naissait avec des gènes qui lui permettent de vivre légèrement plus longtemps, cet équilibre délicat serait perturbé. L’animal « égoïste » doté du gène d’une durée de vie légèrement plus longue surpasserait l’animal altruiste : lorsque la plupart des animaux du groupe meurent, libérant des ressources pour que le reste du groupe puisse survivre, l’animal « égoïste » consommerait ces ressources et vivrait plus longtemps, peut-être assez longtemps pour donner naissance à une progéniture supplémentaire avant de mourir. Cette progéniture supplémentaire entraînera la propagation du gène de longévité dans la population, et finalement les animaux porteurs de ce gène de longévité « égoïste » domineront le groupe. Au fil du temps, cette situation perdurera pendant plusieurs générations, et des individus encore plus « égoïstes » émergeront, avec une durée de vie plus longue et une plus grande compétitivité. À ce stade, le vieillissement n’est plus un avantage évolutif. Bien que l’allongement de la durée de vie des animaux individuels soit préjudiciable à la population dans son ensemble, l’évolution sélectionne activement des stratégies qui combattent le vieillissement.

L’idée de sélection de groupe est tombée en disgrâce dans la biologie évolutive moderne car elle se produit inévitablement quel que soit le trait sélectionné. Les gènes égoïstes créent presque toujours des créatures égoïstes, qui s'appuieront sur leurs gènes égoïstes pour vaincre leurs homologues altruistes et finir par occuper une position dominante dans le groupe.

Nous pensons donc aujourd’hui que vieillir n’est pas un acte noble issu d’un calcul utilitaire au bénéfice de l’espèce entière. Ce n’est pas le but de la sélection naturelle, mais le résultat du fait d’être ignoré par la sélection naturelle. Cette régulation de l’évolution est réalisée par le risque de décès causé par des facteurs externes tels que les maladies infectieuses, les prédateurs ou les chutes de falaises (que l’on peut collectivement appeler mortalité exogène). En revanche, la mort endogène est le résultat d’un problème dans le corps de l’animal, comme un cancer. Les biologistes évolutionnistes du milieu du XXe siècle ont reconnu l’importance de la mort extrinsèque, ce qui a jeté les bases de notre compréhension actuelle de l’évolution du vieillissement.

Prenons l’exemple des animaux vivant sur une île. La vie sur une île est risquée. En supposant que les prédateurs et les maladies infectieuses causent 10 % de mortalité exogène chaque année, c'est-à-dire que 10 % des animaux meurent chaque année, alors 90 % de ces animaux ont une chance d'atteindre leur premier anniversaire, et 81 % ont une chance d'atteindre un deuxième anniversaire... mais seulement 35 % vivront jusqu'à l'âge de 10 ans, et moins de 1 % vivront jusqu'à l'âge de 50 ans. Bien qu'il soit peu probable de trouver un animal plus âgé, il n'y a toujours pas de véritable vieillissement dans ce cas. C’est parce que notre définition du vieillissement est que le risque de décès augmente avec le temps, alors que le risque de décès ici est constant à 10 %. Quel que soit l’âge des animaux, leur taux de mortalité endogène est nul.

Nous faisons toujours référence à l’évolution comme à la « survie du plus apte », mais l’évolution concerne bien plus que la simple survie ; la reproduction est encore plus importante. D'un point de vue évolutionniste, il n'y a qu'une seule chose sur la liste de vie d'un être vivant : avoir des enfants. Les animaux qui ont des mutations qui améliorent leur capacité de reproduction auront plus d’enfants, et ces descendants seront également porteurs de la mutation qui améliore leur capacité de reproduction. Au fil des générations, ils auraient plus de descendants que les animaux sans mutation et finiraient progressivement par dominer la population.

Revenons à notre exemple de l’île dangereuse, en considérant cette fois le problème de la reproduction animale. Même si ces animaux sont capables de se reproduire tout au long de leur vie, la plupart de la reproduction a lieu lorsqu'ils sont jeunes, car la plupart des animaux meurent avant d'atteindre un véritable âge physiologique avancé. Étant donné que la reproduction se produit principalement lorsque les animaux sont jeunes, les facteurs qui affectent la reproduction à un âge avancé n’ont pas beaucoup d’importance. Doubler la capacité de reproduction d’un animal à 50 ans ne lui donnerait aucun avantage évolutif, car il pourrait ne pas vivre assez longtemps pour doubler le nombre de descendants qu’il a. À l’inverse, un animal qui acquiert un avantage reproductif à l’âge de 3 ans est susceptible de survivre et de se reproduire en grand nombre pendant les 3 années suivantes. Cet avantage signifie qu’il aura plus de progéniture, ce qui constitue un énorme avantage évolutif.

L'augmentation de la capacité de reproduction pourrait prendre de nombreuses formes différentes, comme théoriquement avoir plus de chiots par portée, des intervalles plus courts entre les portées, avoir un bec plus gros pour obtenir plus de nourriture et élever plus de progéniture, ou avoir une plus grande capacité à survivre et à avoir plus d'enfants. Quoi qu’il en soit, l’impact de l’octroi d’un avantage évolutif aux jeunes animaux est énorme, car ils sont susceptibles de survivre et de transmettre ces gènes avantageux à la génération suivante. En revanche, l’évolution a plus de mal à influencer les animaux plus âgés, car leur durée de vie prévue est trop courte et il est peu probable qu’ils aient une progéniture pour transmettre leurs gènes. C’est la véritable cause sous-jacente du vieillissement : l’évolution ne peut pas maintenir les animaux âgés résilients à leur environnement car ils sont moins susceptibles d’avoir des enfants. N’oubliez pas que tout ce qui précède n’a rien à voir avec le vieillissement lui-même, mais simplement avec le fait que les facteurs de mortalité exogènes réduisent le nombre d’animaux âgés. Il est donc un peu contre-intuitif de penser que le facteur clé de l’évolution du vieillissement est que les animaux meurent de risques autres que le vieillissement, mais c’est exactement ce qui se passe.

théorie de l'accumulation des mutations

La question suivante est de savoir comment cette régulation négative évolutive est réalisée. La première chose à mentionner est un mécanisme appelé « théorie de l’accumulation des mutations ». Nous savons tous que l’ADN est le code génétique des organismes vivants et que l’établissement et le maintien des activités vitales dépendent de l’information génétique contenue dans l’ADN. Une mutation est une modification de la séquence d’ADN. D’un point de vue évolutionniste, nous sommes tous des mutants. Bien que la moitié de notre ADN provienne de notre père et l'autre moitié de notre mère, chacun d'entre nous porte généralement 50 à 100 mutations dans sa séquence d'ADN, qui est différente de l'ADN de notre mère et de celui de notre père. La plupart de ces mutations n’ont aucun effet ; ils résident au plus profond de notre ADN génomique et n’ont aucun impact réel sur nos chances de survie. Il existe également très peu de mutations qui auront des effets positifs ou négatifs sur les organismes vivants : les mutations qui produisent des effets positifs augmenteront la probabilité de survie ou la capacité de reproduction, augmentant ainsi les chances d'être transmises à la génération suivante ; tandis que les mutations qui produisent des effets négatifs sont tout le contraire et seront éliminées par l'évolution au fil du temps.

Si une mutation aléatoire provoque la mort spontanée d’un animal à l’âge de 50 ans, cela peut sembler être un très grave désavantage, mais en fait l’impact n’est pas si grand car plus de 99 % des animaux porteurs de cette mutation mourront d’autres facteurs avant que la mutation ne prenne effet. Ce type de mutation est alors susceptible de rester dans la descendance de la population - non pas parce qu'il s'agit d'une bonne mutation, mais parce que les forces de la sélection naturelle à un âge avancé ne sont pas assez fortes pour éliminer la mutation. À l’inverse, si une mutation entraîne la mort d’un animal à l’âge de deux ans, période de survie et de capacité de reproduction élevées, l’évolution éliminera la mutation très rapidement. Parce que le pouvoir de la sélection naturelle est très fort pendant l'âge de reproduction et avant, les animaux avec de telles mutations seront rapidement éliminés par les « chanceux » sans mutations.

Par conséquent, même si certaines mutations ont des effets néfastes sur la vie, elles peuvent s’accumuler dans la population à condition qu’elles ne prennent effet qu’une fois que les animaux sont suffisamment âgés et ont terminé leur reproduction. Selon cette théorie, le vieillissement n’est pas une adaptation d’une population animale à son environnement, mais plutôt le résultat de l’incapacité de l’évolution à répondre à de telles mutations. Un exemple parfait de cette théorie est la maladie de Huntington, qui a inspiré le mathématicien et biologiste JBS Haldane à proposer une explication selon laquelle la « force » de la sélection naturelle diminue à mesure que les individus vieillissent.

La maladie de Huntington est une maladie neurologique causée par une mutation d’un seul gène. Les patients développent généralement des symptômes entre 30 et 50 ans et décèdent environ 15 à 20 ans après le diagnostic. Comme mentionné ci-dessus, l’espérance de vie des humains préhistoriques n’était que de 30 à 35 ans. D'un point de vue évolutif, la maladie de Huntington, qui ne présente des symptômes qu'à 40 ans et entraîne un risque de décès après 55 ans, n'a pas eu beaucoup d'impact sur l'espérance de vie humaine à cette époque. À cette époque, loin de la civilisation moderne, une personne âgée de 30 à 35 ans pouvait déjà avoir plusieurs enfants et sa durée de vie reproductive n’était pas longue. Même dans la société moderne, les personnes atteintes de la maladie de Huntington sont susceptibles d’avoir leurs propres enfants avant de succomber à la maladie. Par conséquent, même si la maladie de Huntington est une maladie neurologique mortelle, elle est encore transmise en très petit nombre dans la population humaine actuelle.

La maladie de Huntington est un exemple de mutation d’un seul gène provoquant des effets indésirables très graves au cours des années post-reproductives d’un individu, et constitue un bon exemple de la manière dont des mutations aux effets mortels peuvent s’accumuler de manière inattendue dans une population humaine. Mais si l'exemple d'un seul gène est plus facile à illustrer, ce qui est plus susceptible de se produire au cours du vieillissement normal est l'effet cumulatif de plusieurs gènes différents, qui peuvent agir seuls ou en combinaison pour affaiblir nos chances de survie après la reproduction. Certaines mutations mortelles se produisent de manière aléatoire dans le patrimoine génétique, nous permettant simplement de nous reproduire avant de jouer un rôle de fin de vie, échappant ainsi à la sélection naturelle évolutive. Pris ensemble, ces gènes imparfaits qui ont été négligés par l’évolution sont les véritables facteurs déterminants de certains des processus qui nous font vieillir.

Cependant, le vieillissement n’est pas un événement aléatoire. En plus d’être indifférente à votre santé une fois que vous aurez terminé la reproduction, l’évolution fera quelque chose d’encore plus cruel : échanger votre santé future contre une plus grande capacité de reproduction. L’évolution peut échanger la capacité de course, la taille, la couleur des cheveux et tout le reste contre plus de progéniture. L'évolution ne se soucie pas de savoir si vous êtes plus rapide ou plus lent, plus grand ou plus petit, plus gris ou plus coloré, ou si vous vivez plus longtemps ou moins longtemps. Tant que cela augmente le succès reproductif global, l’évolution l’acceptera.

L'équilibre entre la vie et la mort

Alors, comment l’évolution concilie-t-elle le compromis entre le déclin de la capacité de survie des animaux, voire leur mort, et leur capacité à se reproduire ? La réponse est que les gènes eux-mêmes ont souvent de multiples propriétés. La génétique moderne a découvert que les gènes n’existent pas dans une sorte de « splendide isolement » et ne codent pas une seule caractéristique d’un organisme vivant. Ils ont souvent des fonctions différentes à différents moments du développement et dans différentes parties du corps, et interagissent les uns avec les autres pour former des réseaux complexes. Lorsque vous entendez quelqu’un parler d’un seul gène produisant plusieurs traits complexes, vous pourriez être sceptique. Même un trait aussi simple que la couleur des yeux est en réalité contrôlé par de nombreux gènes différents. Ces gènes ont également de nombreuses autres fonctions, comme celle d’influencer la couleur des cheveux et de la peau, et peuvent même jouer un rôle dans d’autres activités de la vie d’une manière dont nous n’avons pas conscience. En biologie, la multifonctionnalité d’un seul gène est appelée « pléiotropie ».

Une autre théorie sur l’évolution et le vieillissement est appelée « pléiotropie antagoniste ». Les gènes ont de multiples rôles, aidant à la reproduction au début de la vie mais déclenchant des effets néfastes à mesure que l’animal vieillit. Supposons qu’un animal vivant sur une île développe une mutation qui augmente le risque de mourir à 30 ans ou plus, mais qui l’amène à atteindre la maturité reproductive un an plus tôt qu’il ne le ferait autrement. Ensuite, le nombre de porteurs de cette mutation augmentera rapidement par rapport aux animaux sans cette mutation. Comparé à une plus grande capacité de reproduction, le risque accru de survie après 30 ans ne mérite pas d’être mentionné. Cet avantage reproductif s’accumulerait chez les jeunes animaux, donnant à la plupart d’entre eux une année supplémentaire pour se reproduire alors qu’ils étaient encore en vie. Les mutations qui se produisent par hasard peuvent avoir des effets négatifs plus tard dans la vie et, selon la théorie de l’accumulation des mutations, elles s’accumulent génétiquement dans une population, mais il y a plus que cela. Si cette mutation peut favoriser la reproduction de l’ensemble de la population, elle sera activement sélectionnée par l’évolution. Combien d’années de vie dans la vieillesse souhaiteriez-vous échanger contre la vitalité de la jeunesse ? L’évolution ne se soucie pas de la naïveté des jeunes ou de la sagesse des vieux ; sa réponse est d’optimiser sur plusieurs générations de vie pour maximiser le taux de réussite de la reproduction du groupe.

Le comportement des gènes « pléiotropes antagonistes » est un peu abstrait. Pourquoi le fait d’atteindre plus rapidement la maturité reproductive entraînerait-il la mort prématurée d’un organisme ? Pour mettre cela en contexte, nous présentons notre troisième et dernière théorie du vieillissement pertinente sur le plan évolutif, la soi-disant « théorie du soma jetable ». Cela découle d’un principe universel dans la nature et dans la vie quotidienne : il n’y a pas de repas gratuit dans le monde. Rappelons comment nous avons réfuté l’explication thermodynamique du vieillissement : les animaux et les plantes peuvent obtenir de l’énergie pour réparer et entretenir leur corps à partir de l’environnement. D'un point de vue purement physique, nous n'avons pas besoin de vieillir du tout, à condition que nous soyons prêts à sacrifier une partie de l'énergie que nous gagnons (par exemple, grâce à de longues périodes de chasse et de cueillette) pour lutter contre la consommation de temps et d'entropie.

Qu’il s’agisse d’« immortalité » en biologie ou en mythologie, il y a toujours un prix à payer. En biologie, l’immortalité ne nécessite pas de sacrifices insensés aux dieux, mais plutôt un entretien constant du corps. Entretenir son corps nécessite de l’énergie, mais il en va de même pour développer ses muscles afin d’échapper aux prédateurs, renforcer son système immunitaire pour lutter contre les maladies ou atteindre la maturité sexuelle plus rapidement pour se reproduire avant de mourir.

L’idée derrière la « théorie des cellules corporelles jetables » est que l’énergie est limitée et doit être répartie entre différentes tâches, notamment la reproduction et la lutte contre le vieillissement. Les cellules somatiques sont le terme général utilisé par les biologistes pour désigner les cellules du corps autres que les cellules reproductrices telles que les ovules et les spermatozoïdes. D’un point de vue évolutionniste, l’idée que votre corps n’est qu’un contenant pour les cellules reproductrices, ou la progéniture, comme le sperme, peut être frustrante, mais le thème en question est le suivant : le succès reproductif équivaut au succès évolutif. Les cellules de votre corps peuvent être consommées car votre progéniture est la plus importante.

Cela signifie que prendre soin des cellules reproductrices est une priorité absolue, c'est pourquoi tous les organismes vivants leur accordent une grande priorité en matière de consommation d'énergie. On ne sait pas exactement quelle quantité d’énergie est dépensée pour entretenir les cellules du corps. Comme pour les théories précédentes, ce qui intéresse vraiment l’évolution, c’est de savoir si vous pouvez persister suffisamment longtemps pour transmettre vos gènes aux générations futures.

Si l’énergie qu’un organisme vivant peut consommer est limitée, l’évolution préférerait-elle dépenser cette énergie pour maintenir la condition physique de l’organisme ou pour reproduire rapidement une progéniture ? L’évolution calculera le risque extrinsèque de décès pour l’ensemble de la population. Si ce nombre est suffisamment élevé, l’évolution aura tendance à sélectionner cette dernière option, garantissant que vos enfants vous survivront tandis que votre corps inutile se décomposera avec le temps (en supposant que vous viviez assez longtemps pour voir ce jour). Ainsi, l’une des façons dont fonctionne la pléiotropie antagoniste est de dégrader la hiérarchie de l’entretien des cellules somatiques par le biais de mutations, ce qui vous permet de grandir plus vite lorsque vous êtes jeune, mais à mesure que votre corps imparfait vieillit, les problèmes d’entretien des cellules somatiques commencent à apparaître un par un.

Comparer les durées de vie et les stratégies de reproduction très différentes de différents animaux peut nous aider à mieux comprendre comment fonctionnent ces théories. Étant donné la relation étroite entre le vieillissement pertinent sur le plan évolutif et le risque de mortalité extrinsèque, on pourrait s’attendre à ce que les animaux vivant dans des environnements plus dangereux se reproduisent plus rapidement et plus efficacement, et qu’une fois leur reproduction terminée, ils vieillissent plus rapidement.

Les comparaisons entre les souris (qui ne vivent pas plus de deux ans dans la nature) et les baleines (l’un des mammifères les plus longévifs) révèlent également l’une des découvertes les plus célèbres de la biologie du vieillissement : plus un animal est grand, plus il a tendance à vivre longtemps. Pourquoi les « grands » vivent-ils plus longtemps ? Nous avons proposé de nombreuses explications différentes (ou peut-être avons-nous inversé la cause et l'effet, car il faut plus de temps pour grandir), mais un facteur simple mais important est que les gros gars sont plus difficiles à tuer ou à manger.

En effet, l’étude des espèces qui ne suivent pas cette corrélation taille-durée de vie pourrait aider à clarifier la relation entre le vieillissement et le risque de mortalité extrinsèque. Pour que les choses soient aussi équitables que possible, nous avons sélectionné des mammifères de taille similaire : la souris domestique, qui pèse environ 20 grammes, et la chauve-souris à oreilles de souris, qui pèse près de 30 grammes à l'âge adulte. Les souris en captivité peuvent vivre de 3 à 4 ans, tandis que la durée de vie la plus longue enregistrée pour une chauve-souris à oreilles de souris est de 37 ans. Quel est le secret de cette énorme différence d’espérance de vie ? Une différence évidente est que les chauves-souris peuvent voler et les souris non. Ce n’est pas la joie de voler qui fait vivre les chauves-souris plus longtemps, mais le fait d’être au-dessus du sol les protège des prédateurs. Dans l’air, les menaces pour le milieu vivant sont bien moindres et le risque externe de décès pour les chauves-souris est naturellement bien inférieur à celui des souris. Cela signifie qu'au cours du processus évolutif, les mutations sont moins susceptibles de s'accumuler, les gènes pléiotropes antagonistes sont éliminés par le pouvoir de la sélection naturelle et les avantages du gaspillage de cellules somatiques jetables sont progressivement perdus.

Les biologistes peuvent donc pousser un soupir de soulagement : le vieillissement pertinent sur le plan évolutif n’est pas si compliqué. **Il semble ironique que les animaux vivant dans des conditions menacées échappent à la sélection naturelle des gènes qui optimisent la seconde moitié de la vie et évoluent plutôt vers le vieillissement. **Il reste juste un petit problème non résolu : la simple compréhension des théories ci-dessus nous fait penser que toutes les espèces devraient vieillir. Alors comment expliquer que des animaux comme la tortue géante des Galapagos semblent insensibles au vieillissement ? Nous avons enfin terminé un raisonnement en boucle fermée : l’évolution et le vieillissement sont compatibles, alors comment peut-il y avoir des animaux qui ne vieillissent pas ?

Pourquoi certaines espèces vieillissent à peine ?

Différentes stratégies évolutives parmi les espèces peuvent conduire à des trajectoires de vieillissement inattendues. Les poissons femelles deviennent plus grands, plus forts et plus capables de se reproduire à mesure qu’ils vieillissent. Les gros poissons sont plus susceptibles d’échapper aux prédateurs que les petits poissons, ce qui signifie que le risque externe de mortalité pour les poissons n’est pas constant mais diminue avec l’âge. Dans le même temps, les poissons plus âgés peuvent produire plus d’œufs et de meilleure qualité. Dans certains cas extrêmes, le nombre d’œufs produits par les poissons plus âgés peut être des dizaines de fois supérieur à celui des jeunes poissons. Ces poissons femelles sous-marins sont appelés BOFFFF : gros poissons femelles vieux, gras et fertiles. Les BOFFFF sont essentiels dans de nombreux types de populations de poissons car la reproduction d'une population n'est souvent pas maintenue par les quelques œufs pondus par un jeune poisson, mais par un petit nombre de BOFFFF pondant rapidement un grand nombre d'œufs.

Cette stratégie de reproduction renverse la prémisse de notre expérience de pensée selon laquelle la sélection naturelle et l’évolution produisent le vieillissement. Le taux de survie et la fertilité des poissons plus âgés sont améliorés en même temps, ce qui donne à ce type de BOFFFF un grand avantage dans la transmission de ses gènes. Leur survie serait alors importante sur le plan évolutif, permettant à l’influence de la sélection naturelle de durer plus longtemps et d’atteindre les poissons adultes. Peut-être que l'évolution a calmement calculé que le maintien des cellules somatiques du poisson est une bonne affaire, et les dommages causés au BOFFFF par l'accumulation de mutations ou la « pléiotropie antagoniste » ne sont pas si faciles à accepter. Il est donc possible que les poissons aient évolué de telle manière que leur risque global de mourir n’augmente pas avec l’âge – en d’autres termes, la sénescence est négligeable. Mais cela suggère également que la surpêche est particulièrement dommageable pour le BOFFFF, provoquant une sélection non naturelle grave. Une réduction du nombre de femelles reproductrices plus âgées dans une population stimulerait une reproduction plus précoce chez les jeunes poissons, ce qui pourrait conduire à des mutations génétiques qui entraîneraient le vieillissement de l’espèce.

Les tortues et les poissons peuvent résister au vieillissement de manière similaire : les tortues femelles plus âgées sont protégées de nombreuses menaces extérieures (grâce à leur carapace dure) et sont très fertiles. La sélection naturelle a de bonnes raisons de les maintenir en vie et, par conséquent, ils ne semblent pas vieillir.

En fait, le vieillissement s’apparente davantage à un oubli évolutif, avec différents mécanismes derrière lui : l’accumulation de mutations qui échappent à la sélection naturelle provoque une détérioration de la santé des organismes lorsqu’ils entrent dans la vieillesse ; les gènes pléiotropes antagonistes ne se soucient que de maximiser le taux de réussite reproductive chez les jeunes et ne se soucient pas des malheurs possibles après la reproduction ; Notre corps fait de la reproduction sa priorité absolue plutôt que de maintenir la santé des cellules somatiques. On ne peut donc pas s’attendre à ce qu’il y ait une cause unique derrière le vieillissement. En fait, nous devrions considérer le vieillissement comme un ensemble complexe de processus qui se produisent de manière synchrone mais qui ne sont que partiellement connectés.

À propos de l'auteur/traducteur

À propos de l'auteur :

Andrew Steele est biologiste computationnel, docteur en physique et chercheur au Francis Crick Institute de Londres. Il s’est tourné vers la biologie, passant de la physique à la biologie, car il a réalisé que la souffrance ultime des êtres humains vient du vieillissement, et il voulait changer tout cela.

À propos du traducteur :

Zhang Wentao, docteur en microbiologie, est ingénieur principal au Centre d'information sur les réseaux informatiques de l'Académie chinoise des sciences. Il est cadre supérieur de la micro-plateforme officielle de vulgarisation scientifique de l'Académie chinoise des sciences, « Science Academy », et rédacteur en chef de la plateforme cloud de vulgarisation scientifique de l'Académie chinoise des sciences, « China Science Expo ». Il est depuis longtemps engagé dans la planification et la création de contenu scientifique populaire et dans l’exploitation de plateformes de vulgarisation scientifique.

Wang Xi, docteur en biochimie et biologie moléculaire, est chercheur associé à l'Institut de biophysique de l'Académie chinoise des sciences. Il est membre de l'Association pour la promotion de l'innovation des jeunes de l'Académie chinoise des sciences. Il mène des recherches dans le domaine de l’homéostasie des protéines et de la santé humaine. Il a remporté la médaille d'argent du sixième prix des œuvres scientifiques exceptionnelles de l'Association des écrivains scientifiques de Chine (catégorie des œuvres scientifiques courtes pour jeunes).

Cet article est autorisé à être sélectionné à partir du chapitre 2 « L'origine des problèmes de vieillissement » de « La science du vieillissement » (CITIC Press·Nautilus, avril 2023), avec quelques suppressions et sous-titres ajoutés par l'éditeur.

Conseils spéciaux

1. Accédez à la « Colonne en vedette » en bas du menu du compte public WeChat « Fanpu » pour lire une série d'articles de vulgarisation scientifique sur différents sujets.

2. « Fanpu » offre la fonction de recherche d'articles par mois. Suivez le compte officiel et répondez avec l'année à quatre chiffres + le mois, comme « 1903 », pour obtenir l'index des articles de mars 2019, et ainsi de suite.

Déclaration de droits d'auteur : Les particuliers sont invités à transmettre cet article, mais aucun média ou organisation n'est autorisé à le réimprimer ou à en extraire des extraits sans autorisation. Pour obtenir une autorisation de réimpression, veuillez contacter les coulisses du compte public WeChat « Fanpu ».