Om de dood te verslaan en onsterfelijk te worden, moeten we eerst de entropie verslaan

Onsterfelijkheid is de zeldzame superkracht die klinkt als een vloek. En toch is er iets heel aanlokkelijks aan de mogelijkheid om nooit dood te gaan. Er moet iets hardwired in ons zijn om de dood in welke context dan ook te vermijden, ongeacht hoe irrationeel een beslissing is voor onszelf of voor de soort in het algemeen.

Dit is echt altijd de heilige graal van de biologische wetenschappen geweest. Onderzoek naar en behandeling van ziekten heeft altijd tot doel gehad het leven te verlengen en te verbeteren. De nieuwste technologie heeft bijgedragen aan hernieuwde interesse in het idee dat onsterfelijkheid daadwerkelijk haalbaar is. Sommige onderzoekers willen het ouder worden behandelen als elke andere ziekte (of verzameling ziekten), zoals onlangs werd benadrukt in de nieuwe show van Ron Howard Doorbraak.

Deze onderzoekers hopen het idee te bevorderen dat een medicijn kan worden onderzocht met het doel de leeftijd zelf te behandelen. Hoewel de medicijnen waar ze naar kijken al jaren op de markt zijn om ziekten zoals diabetes te behandelen, is de hoop om het denken te veranderen en medicijnen te onderzoeken voor de behandeling van leeftijd in de eerste plaats. Welke betere preventieve behandeling zou er immers kunnen zijn dan eeuwige jeugd?

Omdat het niet mogelijk is om een ​​medicijn te krijgen dat veroudering behandelt die is goedgekeurd door de FDA, hebben onderzoekers beweerd dat niemand in de privésector serieus heeft geprobeerd om een ​​remedie tegen veroudering aan te pakken. Maar als de FDA eenmaal rond is, dus het denken gaat, zullen de sluizen open zijn en zal de vrije markt ons allemaal nog 24 en viriel maken voor de komende eeuwen.

Dit is een inspirerende gedachte. Voordat we echter te opgewonden raken, laten we ons verdiepen in wat het betekent om ouder te worden.

Het leven is fundamenteel een onstabiel proces (ja, proces). Het leven lijkt de voorkeur te geven aan hogere, meer instabiele energietoestanden voor de laagste energietoestand, wat het zo intrigerend maakt. Alles in het universum lijkt te neigen naar hogere entropie of wanorde. Inderdaad, de wetenschapper Nicolas Carnot heeft een principe bedacht om die neiging te beschrijven die uiteindelijk een 'wet' werd. Dus wanneer iets lijkt het tegenovergestelde te doen, voelt het vreemd en op de een of andere manier opzettelijk door iets of iemand.

Het is echter vermeldenswaard dat zwaartekracht ook een wet is. Met voldoende energie kan het, net als de Tweede Wet van de thermodynamica, tijdelijk worden weerstaan ​​(merk op dat de wetten nog steeds erg veel van kracht zijn, maar worden overwonnen door werk, geen fysieke wetten worden geschonden). Het voor de hand liggende voorbeeld is een door mensen gemaakt raketschip, maar er bestaan ​​ook voorbeelden in de natuur. De oppervlaktespanning in water is bijvoorbeeld in staat de zwaartekracht te overwinnen. (Ik moet er rekening mee houden dat dit alles mogelijk is omdat we een "open systeem" zijn, dus er is iets dat onze vermindering van entropie compenseert. Concreet verdwijnt de Zon naar evenwicht. een deel van de energie die door de zon wordt gegenereerd in dit proces, maar de algemene tendens in het systeem is nog steeds in de richting van verhoogde entropie.)

Dus, meer duidelijk, terwijl alles in het universum neigt naar evenwicht, betekent evenwicht de dood. Equilibrium betekent een gelijkmatige verdeling van alle samenstellende elementen in de hoogste staat van entropie - totale stoornis, maar totale stabiliteit. Het leven doet het tegenovergestelde. Het spaart bepaalde moleculen in cellen en reguleert ze. Het leven neigt in de richting van een energie-gebalanceerde versie van stabiliteit: homeostase. Door dit te doen, moet het dwars op de natuurlijke richting van de rest van het universum staan.

Het leven is dus in wezen de weerstand van de laagste energietoestand, de staat van maximale entropie waar alles in het systeem naartoe wil. Weerstand tegen deze natuurlijke neiging maakt het systeem inherent onstabiel en wordt mogelijk gemaakt met precies de juiste hoeveelheid energie. Te veel energie en alles wordt te onstabiel en smelt gewoon (of verdampt). Te weinig energie en alles blijft gewoon in de laagste energietoestand. Er is echter een klein venster waar de entropie kan worden verminderd en de complexiteit spontaan kan worden gegenereerd.

(Een terzijde: deze tweede wet wordt onomkeerbaar geacht, een ei kan niet uitbreken, om een ​​klassiek voorbeeld te noemen. Maar merk op dat er een verschil is tussen een vermindering van de entropie en de pijl van de tijd. Het klopt - het ei kan niet uitbreken, maar dat komt omdat we niet terug in de tijd kunnen gaan. Een ei kan inderdaad worden hervormd, als de bestanddelen van het ei worden gerecycled door de functie van het leven, alsof de componenten worden gecomposteerd tot mulch voor een maïsplant die op zijn beurt voedt een kip, de cirkel van het leven is zogezegd voor reden.)

Terwijl de natuur neigt naar evenwicht, weerstaat het leven weerstand tegen evenwicht en neigt het naar homeostase. Maar nogmaals, dit alles heeft energie nodig. We gebruiken energie om ons evenwicht te weerstaan, net zoals een raket energie gebruikt om de zwaartekracht te weerstaan. Maar energieverbruik is kostbaar en veroorzaakt slijtage van de componenten in het systeem. Uiteindelijk werken de pompen en membranen niet zo goed als ooit. Het leven is noodzakelijkerwijs een destructief proces!

Dit destructieve proces is waarschijnlijk wat ouder worden eigenlijk is. Dus als we het ouder worden willen aanpakken, moeten we eerst de vraag stellen: is het zelfs mogelijk? De componenten van ons systeem willen neigen naar de laagste energietoestand, net zoals de componenten van een raket naar het oppervlak van de aarde willen neigen. Om dat te weerstaan, hebben beide energie nodig, maar het energieverbruik verbruikt juist die componenten. Als we in leven willen blijven, moeten we de componenten in ons systeem gebruiken, wat betekent dat we ouder moeten worden.

Toch is het niet duidelijk waarom het niet mogelijk zou moeten zijn om dit te omzeilen door op de een of andere manier de componenten te vervangen. Zouden we niet in staat moeten zijn om cellen die verslijten eenvoudig te vervangen en daardoor onstabiel te worden? Of is er iets inherent onstabiels aan de groep van cellen, ook? Tenslotte wordt gedacht dat cellen in de loop van de tijd al hun samenstellende moleculen vervangen, dus waarom sterven ze? Het is een open vraag, maar één blik op de onsterfelijke kwal suggereert dat het inderdaad mogelijk zou kunnen zijn om eenvoudig alles te vervangen.

Een van mijn collega-onderzoekers genaamd Jack Davis heeft me ooit een interessante gedachte hierover voorgesteld: misschien is veroudering een evolutionaire aanpassing. Omdat evolutie alleen werkt als er continu omzet is van biologisch materiaal, moet de omzet zelf ergens vandaan zijn gekomen, waardoor de evolutie efficiënter is. Deze omzet is noodzakelijk om nieuwe eigenschappen te genereren en voort te bouwen op die reeds ontwikkelde, a.k.a. evolutie. Nog eenvoudiger gezegd: als niemand sterft, heeft niemand nog baby's en zijn baby's nodig om de evolutie te stimuleren.

Het lijkt mij meer waarschijnlijk dat veroudering een natuurlijk fenomeen is dat niet hoeft te worden aangepast. Maar Jack's redenering kan zijn waarom veroudering aanhoudt. Er kunnen inderdaad manieren zijn om door de natuur te geraken, maar ouder worden is sterk de voorkeur. Evolutie heeft een groot voordeel bij het constant genereren van nieuwe biomassa, maar het heeft geen enkel voordeel om organismen in leven te houden nadat ze hebben bijgedragen aan de volgende generatie (in feite blijven ze gewoon middelen gebruiken als ze blijven rondhangen), dus er is een selectieve druk om te blijven verouderen. En dieren die afsterven, hebben waarschijnlijk een stimulans om zich voort te planten. Dit alles kan verklaren waarom we niet meer voorbeelden in de aard van onsterfelijke dieren zien.

Voor mensen met een bewust bewustzijn die gevangen zitten in dit systeem, is dat niet erg geruststellend. De menselijke evolutie kan hiervan profiteren wanneer we allemaal op 80-jarige leeftijd vervallen, maar sterven aan ouderdom is nog steeds beperkt.

Dus hier zijn we weer. Hoe kunnen we gaan over het bestrijden van leeftijd? Een mogelijkheid is om naast zuurstof zuurstof te vinden om te ademen. Zuurstof is een redelijk reactief element. In feite is het verantwoordelijk voor een enorme hoeveelheid schade aan zowel organische als anorganische structuren door het proces van oxidatie. Als we iets minder reactief zouden kunnen vinden, zou dit minder schadelijk kunnen zijn voor ons lichaam en zouden we niet zoveel energie in antioxidanten hoeven te investeren om deze effecten te bestrijden.

De keerzijde hiervan is dat het de reactiviteit van zuurstof is die het zo geweldig maakt in wat het doet. Alles wat minder reactief is, zou de elektronentransportketen enorm vertragen, wat betekent dat we de niveaus van activiteit die we nodig hebben om te overleven niet zouden kunnen volhouden. Dus misschien lopen we allemaal rond in zoete hyperbare kamers die ons beschermen tegen atmosferische zuurstof en slechts een klein beetje aan onze longen leveren.

Een andere mogelijkheid is om meer algemeen ons energieverbruik te vertragen, omdat dit proces de slijtage van cellen veroorzaakt. Velen van ons in het Westen eten veel meer dan we, hoe dan ook, toch? Hoewel controversiële calorie-restrictie inderdaad het leven lijkt te kunnen verlengen, blijkt uit onderzoek.

Hoewel een dergelijke gedisciplineerde aanpak veel voordelen kan opleveren (zelfs na langzamer ouder worden), is het nog steeds een tijdelijke oplossing die de dood alleen maar uitschakelt. Een langer leven leiden, is alleen zinvol als het leuk is. En bovendien is het leuker om andere mogelijkheden te bedenken. Dus waarom probeer je de kwal niet te hacken?

Hoewel dit niet onmogelijk is, heeft deze aanpak grote hindernissen. Men denkt dat de kwal onsterfelijkheid bereikt door "transdifferentiatie", of de cellen terug in stamcellen veranderen en opnieuw beginnen, zodat ze andere celtypen worden. Hoewel we technisch hebben bedacht hoe menselijke cellen terug in stamcellen kunnen worden omgezet, hebben mensen veel cellen die een soort onvervangbaar zijn. Onze neuronen laten ons bijvoorbeeld doen wat we doen door de juiste contacten te leggen met andere neuronen en een complex web te vormen. In theorie, als die cellen terug in een stamceltoestand worden gedwongen, zouden al deze contacten worden verbroken, omdat stamcellen niet in staat zijn om neuronale verbindingen te vormen. We zouden in theorie teruggaan naar de kindertijd en in wezen niets weten, wat ongeveer lijkt op wat een kwal weet. Om zo lang als een kwal te leven, moeten we misschien ook zo slecht leven.

Misschien kunnen we dit op een dag omzeilen door een soort continu proces te hebben dat door de hersenen rolt, kennis neemt van elk contact dat een cel heeft, transdifferentieert die cel en laat de nieuw gegenereerde cel eromheen groeien als een stellage om alle eerdere verbindingen opnieuw tot stand te brengen, waarbij elk contact behouden blijft. Herinneringen die betrekking hebben op die cel zouden daarom alleen tijdelijk offline zijn.

Voor nu zullen onze benaderingen moeten leiden tot het richten van genen of medicijnen die efficiënter gebruik maken van onze energie, of onze lichamen hercompileren uit meer duurzame componenten. Het beste dat we tot dan toe kunnen doen, is de willekeur weerstaan ​​die het universum voor ons allen heeft opgelegd.