Befolkningsflaskehalse bidrager til akkumuleringen af adskillige skadelige mutationer, der forårsager aldersrelaterede sygdomme hos killifish - et fund, der kan hjælpe med at besvare et nøglespørgsmål om aldring.
Undersøgelsen, offentliggjort i dag i eLife, afslører, hvorfor killifish ophober skadelige mutationer, der forårsager aldersrelaterede tilstande såsom kræft eller neurodegenerative sygdomme, der forkorter levetiden. Dette kan hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan levetiden udvikler sig blandt befolkninger og kan føre til ny indsigt om menneskelig aldring.
Turkis killifishs meget korte levetid - mellem tre og ni måneder - gør dem til en ideel model til at studere aldring. Killifish lever i midlertidige damme i Afrika, der tørrer op en del af året, hvilket betyder, at de skal klækkes, modnes og formere sig, før dette sker. Deres æg overlever de tørre perioder i en dvale-lignende tilstand og klækkes, når regnen fylder dammen igen og starter en ny generation.
"Forskellige vilde turkise killifish-populationer har varierende levetider, og vi ønskede at udforske årsagerne bag dette," forklarer hovedforfatter David Willemsen, postdoc-forsker ved Max Planck Institute for Biology of Ageing, Köln, Tyskland.
Til deres undersøgelse udførte Willemsen og seniorforfatter Dario Riccardo Valenzano feltarbejde i savannebassiner i Zimbabwe for at fange og indsamle genomprøver fra dræberfisken til sekventering og analyse i laboratoriet. Holdet sammenlignede derefter genomerne af killifish, der lever i de tørreste miljøer, som har den korteste levetid, med genomerne af killifish fra vådere miljøer, som lever i flere måneder længere.
De kortlivede dræberfisk har meget små, ofte isolerede populationer, hvilket fører til såkaldte populationsflaskehalse, som, holdet fandt, resulterer i, at skadelige mutationer ophobes i deres populationer. Derimod har de længerelevende killifish større bestande, og nye fisk med nyt genetisk materiale slutter sig ofte til deres populationer. Over tid gør disse større populationer det mere effektivt for naturlig selektion at fjerne skadelige mutationer.
"Begrænsede befolkningsstørrelser forårsaget af habitatfragmentering og gentagne flaskehalse øger chancen for, at skadelige mutationer akkumuleres i befolkningen," siger Willemsen. "Vores arbejde kan hjælpe med at besvare et nøglespørgsmål om aldring ved at antyde, at populationsdynamik, snarere end evolutionær selektion for eller imod specifikke gener, bidrager til denne ophobning af skadelige mutationer, der resulterer i aldring og kortere levetid."
Resultaterne understøtter en model, hvor killifish, givet de korte regnsæsoner, er under stærke selektive begrænsninger for at overleve i fravær af vand som sovende embryoner og for hurtigt at nå kønsmodning og formere sig, før vandet fordamper fuldstændigt. Holdet mener dog, at killifish ikke er udvalgt til at være kortlivede. I stedet akkumuleres skadelige mutationer, der påvirker overlevelse og reproduktion i det sene liv (som tilsammen forårsager ældning hos killifish) over generationer uden at være begrænset af selektion.
"Skadelige mutationer akkumuleres passivt i killifish-populationer, og dette er endnu mere fremtrædende i mindre populationer, som tilfældigvis lever i tørrere miljøer," siger seniorforfatter Dario Riccardo Valenzano, gruppeleder ved Max Planck Institute for Biology and Aging, og Principle Investigator ved CECAD, Cluster of Excellence for Aging Research ved University of Cologne, Tyskland. "Vores resultater fremhæver den rolle, som demografiske begrænsninger spiller i udformningen af levetiden inden for arter og kan potentielt udvides til at give ny indsigt om aldring i andre dyre- og menneskepopulationer."
