Azok az állatok, amelyek sok utódot hoznak létre, általában rövid ideig élnek, míg a kevésbé termékeny fajok hosszabb életűek. A csótányok például több száz petét raknak, ugyanakkor kevesebb mint egy évig vannak életben. Az egerek egy-két éves életük alatt több tucatnyi utódot hoznak világra. A hosszúszárnyú bálnák két-háromévente csak egy borjút hoznak világra, cserébe évtizedekig élnek. A háttérben eltérő evolúciós stratégiák állnak: egyes fajok az erőforrásokat a gyors szaporodásra fordítják, míg mások a hosszabb fejlődést és az erősebbé, robusztusabbá válást helyezik előtérbe a hosszú távú előnyök érdekében, és lassabban szaporodnak.

És persze itt is vannak olyan állatok, amelyek minden szabályt felrúgnak. A hangyakirálynők egyes fajok esetében több mint 30 évig élnek, miközben ezerével raknak petéket, amelyekből aztán a fészek dolgozói lesznek. Olyan a dolgozók, amelyek szemben a királynővel csak néhány hónapig élnek. Még furcsább, hogy ha viszont a körülmények úgy kívánják, egyes hangyafajoknál a dolgozók képesek pszeudokirálynőkké előlépni, ami szintén az élettartam jelentős megnyúlásával jár együtt.

Két nemrégiben közzétett tanulmány fontos részleteket tárt fel arról, hogyan mozoghat ilyen széles határok között a hangyák élettartama. A New York-i Egyetem kutatói igazolták, hogy egyes hangyakirálynők egy olyan fehérjét termelnek, amely elnyomja az inzulin öregítő hatását, így elfogyaszthatják a peterakáshoz szükséges összes többlettáplálékot anélkül, hogy életük megrövidülne. Egy nemrégiben közzétett preprintben pedig németországi kutatók számoltak be egy olyan parazitáról, amely antioxidánsok és más vegyületek gazdag keverékét választja ki, és ezzel jelentősen képes meghosszabbítani a fertőzött hangyák életét. Mindkét vizsgálat újabb a bizonyítékokkal szolgál arra vonatkozóan, hogy az élőlények megfigyelt élettartamát bizonyos esetekben csak nagyon mérsékelten korlátozzák a génjeik.

Inzulin és öregedés

Ahogy Lauren Keller, a Lausanne-i Egyetem kutatója mondja, az öregedéssel kapcsolatos vizsgálatokkal több gond is van, a legnagyobb, hogy a legtöbb ilyen kutatást olyan modellorganizmusokon végzik, amelyeknek nagyon rövid az élettartamuk. Holott a hangyákhoz hasonló, kolóniaalkotó rovarok lenyűgöző lehetőséget kínálnak a génkifejeződés öregedésben való jelentőségének tanulmányozására. Hiszen egy kolónia királynője és dolgozói gyakran azonos genommal rendelkeznek, élettartamuk ugyanakkor nagyságrendekkel eltérhet. Az ilyen kutatások ráadásul komoly gyakorlati potenciált is hordoznak, hiszen ha sikerül kitalálni, hogyan lehet a rövid ideig élő dolgozók életét meghosszabbítani, ennek tanulságai esetlegesen más fajoknál is érvényesíthetők lehetnek.

A vizsgálatok évtizedekkel ezelőtt feltárták, hogy az inzulin és az általa aktivált biokémiai jelzőrendszer kulcsszerepet játszik az öregedés szabályozásában. Az inzulin vezérli, hogy a test sejtjei hogyan veszik fel és hasznosítják a glükózt, így alapvető befolyással van a sejtek számára rendelkezésre álló energia mennyiségére, amely a növekedéshez, a szaporodáshoz és a javításokhoz szükséges. És közben szabályozza a potenciálisan káros szabadgyökök és más oxidánsok keletkezését is, amelyek az anyagcsere melléktermékei.

Az inzulin ugyanakkor a jelek szerint a hangyák számára további jelentőséggel is bír. Daniel Kronauer evolúcióbiológus néhány évvel ezelőtt a Rockefeller Egyetemen igazolta, hogy az inzulinra adott reakció módosulása kulcsszerepet játszik a hangyák körében abban, hogy önzetlen kolóniákat képesek kialakítani, amelyekben szaporodó királynők és szaporodni nem képes, a királynőt és utódait ellátó dolgozók élnek együtt.

Vikram Chandra a Rockefeller Egyetem végzős hallgatójaként kezdte vizsgálni a hangyakirálynők és a dolgozók közötti különbségeket. Kollégájával, Ingrid Fetter-Prunedával hét hangyafajnál vizsgálták a génkifejeződést, és arra jutottak, hogy a királynők agyában több inzulinjelzés történik, mint a dolgozókéban. Amikor inzulint adtak a dolgozóknak, az aktiválta petefészkeiket, és beindította a petesejtek fejlődését. Kronauer szerint, aki a kutatást felügyelte, ezek az eredmények igazolták, hogy a hangyák az inzulinjelzés hatására váltak szaporodóképessé.

Claude Desplan és Danny Reinberg, a New York-i Egyetem kutatói új vizsgálatát ez a felfedezés alapozta meg. A szakértők igazolták, hogy az evolúció során olyan módon szerveződtek át a hangyák inzulinjelző útvonalának egyes komponensei, hogy ez magyarázatot adhat a királynők hosszabb életére is.

Sokat enni, de fiatalnak maradni?

Desplan és Reinberg indiai ugróhangyákat (Harpegnathos saltator) tanulmányoztak, amelyek királynői körülbelül öt évig élnek, miközben a dolgozók viszont csak nagyjából hét hónapig. Ennél a fajnál azonban nincs kőbe vésve ez az élettartambeli különbség. Ha egy királynő meghal vagy eltűnik a kolóniából, a dolgozók szinte azonnal megérzik a hiányát. Néhányan közülük ekkor pszeudokirálynő-jelöltekké lépnek elő, akik megküzdenek a királynő helyéért. Végül három-öt egyed marad, akik győznek a küzdelmekben, és ők közösen veszik át a királynő szerepét a kolónia peterakóiként. A többi dolgozó ezután ráncba szedi a felesleges jelölteket, akik visszavedlenek mezei dolgozókká.

Mivel azonban annyira nem termékenyek, mint a tényleges királynők, általában három-öt egyedre van belőlük szükségük ahhoz, hogy a királynő termelékenységét elérjék a peterakásban. A drasztikus változások ellenére az pszeudokirálynőség visszafordítható: ha egy ilyen példányra nincs szükség, vagy az egyed olyan kolóniába kerül, ahol van rendes királynő, a hangya visszaváltozik mezei dolgozóvá, és ezzel az élettartama is lerövidül.

Amikor egy dolgozóból pszeudokirálynő lesz, alapvetően módosul az anyagcseréje. Többet eszik, és az ebből eredő inzulinszint-emelkedés beindítja a petefészkek fejlődését. A táplálékból lipideket állít elő, amelyek a petékbe kerülnek. Az inzulinnal és az öregedéssel kapcsolatos korábbi vizsgálatok alapján ugyanakkor az lett volna várható, hogy az erősebb inzulinjelzés rövidebb élettartamot von maga után.

Az ellentmondásos helyzetre a szakértők szerint az inzulinjelzés részfolyamataiban rejtőzik a válasz. Amikor az inzulin a sejtfelszínen lévő receptorhoz kötődik, reakciók sorát indítja el a sejtben, beleértve két különböző kémiai útvonal aktiválását is. Az egyik útvonal egy MAP-kináz nevű enzimet aktivál, amely kritikus fontosságú az anyagcserében és a petefészek fejlődésében. A másik útvonal elnyom egy transzkripciós faktort, amely a jelek szerint elősegíti a hosszabb élettartamot. A kutatók meglepetésére a petefészek és a rovarok „mája”, a zsírtest vizsgálata alapján a pszeudokirálynőkben, a MAP-kináz útvonal aktív, a másik viszont nem.

További vizsgálatok kimutatták, hogy a pszeudokirálynők petefészkeiben rengeteg képződik az Imp-L2 nevű fehérjéből, amely a MAP-kináz útvonalát nem befolyásolja, a másik molekuláris útvonalat viszont megzavarja. Desplan szerint úgy tűnik, hogy ennek a fehérjének pont az a funkciója, hogy védje az egyik útvonalat, amely lehetővé teszi a fokozott anyagcserét, de gátolja a másikat, amely gyors öregedéshez vezetne. Desplan csapata most azt vizsgálja, hogy meg tudják-e hosszabbítani az ecetmuslicák élettartamát az Imp-L2 kifejeződésének aktiválásával. A kutatók azt remélik, hogy egy nem túl távoli napon egereken is kipróbálhatják a kísérletet.

A hosszú élet titka: a galandféreg

Érdekes módon úgy tűnik, hogy a természet már véghez vitt egy hasonló kísérletet egy másik fajon. Német kutatók nemrégiben felfedezték, hogy egy parazita galandféreg érdekes módot talált arra, hogy a hangyák élettartamában rejlő változatos lehetőségeket a saját előnyére manipulálja.

A galandféreg életciklusa egy részét a Temnothorax nylanderi hangyák testében kénytelen tölteni. A dolgozók a táplálékkal együtt eszik meg a paraziták petéit, így fertőződnek meg. A galandféreg ezt követően bennük fejlődik, ahhoz azonban, hogy befejezze életciklusát, át kell kerülnie egy harkályba. Erre pedig akkor nyílik lehetősége, ha a harkályok megeszik makkokban fészkelő hangyák „lakásait”.

Sara Beros, a mainzi Johannes Gutenberg Egyetem kutatója néhány évvel ezelőtt azt a különös felfedezést tette a hangyák vizsgálata során, hogy míg a több hónapos megfigyelési időszak alatt az összes nem fertőzött dolgozó elpusztult, a fertőzöttek életben maradtak. (A fertőzött hangyákat könnyű azonosítani, mert a színük barnáról sárgára változik). A jelenséget Beros és Susanne Foitzik alaposabban is vizsgálni kezdte, és nemrégiben tették közzé eredményeiket.

A szakértők igazolták, hogy a galandféreg lárvája olyan fehérjéket juttat a hangyák keringési rendszerébe, amelyek drámaian meghosszabbítják a dolgozók életét. A három évig futó kísérlet során a fertőzött dolgozók ötször annyi ideig éltek, mint a nem fertőzöttek, és a királynőkhöz hasonló halálozási arányt mutattak.

Foitzik és csapata eredményei alapján a galandféreglárvák több mint 250 fehérjét termelnek és juttatnak a fertőzött hangyák keringésébe, ami az összes keringő fehérje mintegy 7%-át teszi ki. A legtöbb fehérjét még nem sikerült elemezni, de kettő közülük antioxidáns hatású, aminek köze lehet az élettartam megnyúlásához.

Amikor szakértők megvizsgálták a génkifejeződést a fertőzött hangyákban, azt találták, hogy maguk a hangyák is több antioxidánst termelnek a mezei dolgozóknál. Ráadásul a királynőkben és a fertőzött dolgozókban erősebben fejeződik ki egy olyan gén, amelyet korábban a tovább élő ecetmuslicák hosszabb élettartamával hoztak összefüggésbe.

Bár az egyértelmű, hogy amikor a dolgozók királynőszerűvé válnak, fejlődési és anyagcsere-változások sorozata következik be, egyelőre nehéz elkülöníteni, hogy a változások közül melyek felelnek az élettartam meghosszabbításáért. Az inzulin és az antioxidánsok bizonyára fontosak ebben, de Keller szerint valószínűleg sok más tényező is szerepet játszik a folyamatokban.

Keller elmondása szerint a parazitával kapcsolatos eredmények azért lenyűgözőek, mert a paraziták jellemzően inkább rövidítik, mintsem hosszabbítják az életet. Ebben az esetben azonban a hangyák élettartamának meghosszabbítása a parazita számára előnyös: a galandféregnek túl kell élnie a fertőzött hangyában ahhoz, hogy a harkály megtalálja a makkot és megehesse. Ha a dolgozó ezt megelőzően elpusztul, a galandféreg vele együtt pusztul. Azzal, hogy a galandféreg akár évekkel meghosszabbítja a gazdatest életét, javítja annak esélyét, hogy a harkály végül felbukkanjon a színen. A rovar keringési rendszerébe juttatott rengeteg antioxidáns egyben abban is segíthet, hogy a galandféreglárvák is olyan sokáig éljenek, mint a gazdatest.

Foitzik szerint az sem véletlen, hogy a parazita egy kolóniaalkotó faj tagjait használja gazdatestként. A magányos gerinctelenek megfertőzésének nem lenne értelme, mert azok sosem lennének képesek ennyi ideig élni. Ahogy mondja: