Pourquoi l’évolution n’a pas supprimé l’inefficacité de la vieillesse ?

La vie oppose l’ordre et la complexité de la biologie au chaos incessant de la physique. La deuxième loi de la thermodynamique, ou la flèche thermodynamique du temps, stipule que tout système naturel tendra toujours au désordre croissant.

La place de la vieillesse dans le cadre de l’évolution darwinienne

Le vieillissement biologique n’est pas différent, rendant la mort inévitable. Cependant, le paradoxe apparent entre l’optimisation de l’évolution et la dégradation inévitable du corps est l’une des questions du vieillissement les moins traitées. Si l’on considère les 3,5 milliards d’années au cours desquelles nous avons évolué à partir d’organismes monocellulaires, pourquoi la vie n’a-t-elle pas contré l’inefficacité du vieillissement ? Ou plus exactement, comment le vieillissement a-t-il persisté dans le cadre de l’évolution darwinienne ?

Pour que l’évolution se produise, il faut d’abord qu’il y ait une variation génétique, une différence entre les individus d’une population pour une caractéristique mesurable (phénotype) découlant de facteurs génétiques et environnementaux. Ensuite, on a la transmission de ces facteurs génétiques des parents à leur progéniture; et le succès de la reproduction différentielle tel que certains facteurs génétiques se manifestent dans la capacité de survie et de reproduction d’un individu (c.-à-d. la forme physique).

Les facteurs génétiques du vieillissement

Pensez au vieillissement dans ce cadre évolutif. La durée de vie varie considérablement selon les individus, touchée par des facteurs génétiques, mais aussi fortement influencée par des facteurs externes tels que le produit intérieur brut du pays. La durée de vie est également un trait héréditaire, environ 23 à 26 % de la variation de la durée de vie entre individus étant causée par des facteurs génétiques, également appelée héritabilité.

En outre, il est logique qu’une augmentation de la durée de vie ou une amélioration de votre santé entraînant une augmentation de la durée de vie, vous rende plus attrayant pour l’autre sexe et augmente vos chances de succès en matière de procréation. Donc, si ces trois critères d’évolution ont été remplis pour le trait de la longévité, pourquoi ne vivons-nous pas pendant un nombre d’années non déclaré ?

Le modèle de mutation-accumulation

En 1952, le biologiste britannique Peter Medawar a formalisé la première théorie évolutionniste du vieillissement, qu’il a qualifiée de modèle de mutation-accumulation. Cette théorie repose sur le fait que les mutations acquises par un individu peuvent être précoces ou tardives. Les mutations précoces se manifestent pendant la période où les individus sont actifs sur le plan de la reproduction, de sorte que la sélection naturelle aura un effet sur la mutation.

Cependant, la sélection naturelle est aveugle aux mutations tardives. Les mutations qui se manifestent plus tard dans la vie ne peuvent pas être sélectionnées rétroactivement, si la reproduction a déjà eu lieu, et transmises à la génération suivante. Par conséquent, la force de sélection diminue avec l’âge et le déclin de la reproduction. Ce phénomène s’appelle l’ombre de la sélection (Selection Shadow).

L’ombre de sélection est la force de sélection diminuée avec l’âge et le déclin de la reproduction – Crédit : Fabian et Flatt, 2011

Cette théorie explique pourquoi il est si difficile d’élever des animaux en captivité jusqu’à un âge plus avancé que celui qu’ils ont connu à l’état sauvage. Quand leur environnement change et que les risques de survie sont levés, par exemple en captivité, les animaux peuvent vivre jusqu’à un âge où les mutations tardives accumulées peuvent se manifester.

L’exemple des animaux en captivité

Cet effet est exagéré par la concentration de mutation due à la consanguinité dans ces petites populations. Les défenseurs de l’environnement ont beaucoup de difficulté à faire face au niveau élevé de ces maladies liées à l’âge, qui ne sont pas observées à un tel taux dans la nature. Un phénomène similaire a été observé avec la recrudescence des maladies neurodégénératives chez les populations humaines, qui coïncide avec l’augmentation drastique de notre durée de vie au cours du siècle dernier.

Le modèle de mutation-accumulation a été précisé en 1957 par le biologiste américain George C. Williams, biologiste de l’évolution, lorsqu’il a précisé la relation entre les mutations précoces et les mutations tardives. Une mutation peut avoir de multiples effets qui se présentent différemment selon les types de tissus ou les différentes étapes de la vie, un phénomène génétique appelé pléiotropie.

L’effort sur la jeunesse avant tout pour favoriser la reproduction

Lorsque la mutation a des effets opposés sur la condition physique à différents stades de la vie, par exemple au début et à la fin de la vie, on parle de pléiotropie antagoniste. Williams a postulé que si une mutation avait un effet bénéfique sur la survie et la reproduction au début de la vie, mais qu’elle avait un impact négatif sur le vieillissement plus tard dans la vie, la sélection agirait sur le bénéfice précoce et enrichirait cette mutation dans la population. Ce modèle de pléiotropie antagoniste présente le vieillissement comme un sous-produit mésadapté de sélection pour la survie et la reproduction pendant la jeunesse.

Il a donc été établi que certains traits de vie précoces qui amélioraient la survie et la reproduction présentaient un compromis évolutif contre les troubles liés à l’âge. Cependant, en 1977, le biologiste anglais Thomas Kirkwood a avancé ce concept avec le modèle soma jetable (disposable soma model), qui propose un compromis évolutif entre la survie et la reproduction elles-mêmes. Kirkwood a fait valoir que, dans un environnement aux ressources limitées, chaque individu doit budgétiser des ressources pour la survie ou la reproduction.

Le coût exorbitant de la reproduction

Pensez-y comme à votre choix lorsque vous achetez une nouvelle voiture. Vous pouvez acheter une nouvelle voiture de sport bling bling qui va de 0 à 100 km/h en 2,7 secondes pour profiter du frisson, et peut-être attirer l’attention de certains partenaires potentiels dans le processus. Mais cette voiture est chère et son accélération et sa vitesse pourraient ne pas être sûres.

Le même concept de coûts et de risques de reproduction est observé dans toute la nature. Ce sont les facteurs que les espèces doivent soupeser et affronter dans leurs efforts pour trouver un partenaire adéquat:

• Coûts de recherche – Trouver un partenaire dans l’aspect sauvage de la reproduction peut coûter du temps et de l’argent ou, dans la nature, cela coûterait de l’énergie métabolique et le risque de prédation.
• Coûts de portage et d’élevage – La gestation et l’élevage de la progéniture sont énergiquement coûteux, tout en augmentant la vulnérabilité du parent à la prédation.
• Risques de maladie – L’interaction avec un partenaire peut entraîner des maladies de contact.
• Risques sexuels – Les êtres humains sont davantage exposés aux violences domestiques que les hommes, mais les rôles peuvent être inversés. La femelle de certaines espèces consommant le mâle peu méfiant après la copulation (par exemple, la mante religieuse cannibalise son partenaire après l’accouplement ).

Le rôle important de l’environnement

Bien que la reproduction puisse être coûteuse, si vous réussissez, la fin justifie les moyens. Mais pour déterminer lesquelles de de ces stratégies sont employés par les individus, l’environnement peut avoir une grande importance. Dans une expérience de 2004, des grillons des champs mâles ont été élevés en captivité et nourris avec des niveaux de protéines faibles à élevés dans le cadre de leur régime alimentaire.

Pour attirer les partenaires potentiels, les grillons mâles frottent leurs pattes arrières contre leur abdomen pour produire le son des grillons que nous entendons parfois le soir. Ce n’est pas seulement coûteux sur le plan métabolique, mais alerte leur présence aux prédateurs. Les mâles nourris avec un régime riche en énergie et riche en protéines ont affecté ces ressources à des visites nocturnes au détriment de la maintenance cellulaire. Cela a entraîné une réduction de la longévité, même en l’absence de prédateurs.

En fin de compte, la reproduction est le point central de l’action de l’évolution. L’évolution humaine permet l’apparition d’effets tardifs sur la santé après cette fenêtre de reproduction, en particulier si elle profite aux individus qui en sont au début de leur vie.

Dans le contexte de contraintes environnementales, l’individu doit allouer efficacement ses ressources, en créant des compromis entre reproduction, sécurité et santé à long terme. Dans le cadre de la recherche d’un remède contre le vieillissement, la médecine évolutive peut nous aider à mieux comprendre pourquoi les maladies humaines se déclarent et à élucider les coûts imprévus du renversement de ce processus biologique intrinsèque.

Traduction d’un article sur Aeon par Jordan Pennells, étudiant PhD en bioingénierie et nanotechnologie à l’université du Queensland à Brisbane.

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