Quando gli animali raggiungono la mezza età, le loro abitudini quotidiane possono fornire indizi sulla durata della loro vita. È questa la conclusione di un nuovo studio sostenuto dalla Knight Initiative for Brain Resilience del Wu Tsai Neurosciences Institute dell’Università di Stanford. I ricercatori hanno osservato decine di pesci a vita breve in modo continuativo per tutta la durata della loro vita per capire meglio come il comportamento sia legato all’invecchiamento.
Studio con i pesci
Sebbene i pesci avessero caratteristiche genetiche simili e vivessero nelle stesse condizioni controllate, invecchiavano in modi molto diversi. Già nella prima età adulta, queste differenze erano evidenti nel modo in cui nuotavano e riposavano. Questi modelli erano così pronunciati che era possibile prevedere se un pesce avrebbe avuto una durata di vita più breve o più lunga.
Sebbene lo studio si sia concentrato sui pesci, i risultati suggeriscono che la registrazione di sottili comportamenti quotidiani come il movimento e il sonno – che oggi sono spesso registrati da dispositivi indossabili – potrebbe fornire indicazioni sul processo di invecchiamento negli esseri umani.
Lo studio, pubblicato su Science, è stato guidato dai ricercatori post-dottorato Claire Bedbrook e Ravi Nath del Wu Tsai Neuro. È nato da una collaborazione finanziata dalla Knight Initiative tra i laboratori di Stanford della genetista Anne Brunet e del bioingegnere Karl Deisseroth, autori principali dello studio.
Tracciare l’invecchiamento in tempo reale
La maggior parte degli studi sull’invecchiamento mette a confronto animali giovani con animali più vecchi. Sebbene questo approccio sia utile, può ignorare come l’invecchiamento avvenga nel tempo negli individui e come si sviluppino le differenze tra gli individui. Bedbrook e Nath hanno voluto seguire l’invecchiamento in modo continuo per tutta la durata della vita. Anche animali allevati in condizioni quasi identiche possono invecchiare in modo diverso e avere durate di vita molto diverse. Il team voleva scoprire se il comportamento naturale potesse fornire informazioni sul momento in cui iniziano queste differenze.
Hanno utilizzato il pesce turchese africano, una specie con una durata di vita di soli quattro-otto mesi. Nonostante la sua breve durata di vita, condivide con l’uomo importanti caratteristiche biologiche, tra cui un cervello complesso, che lo rende un modello prezioso per la ricerca sull’invecchiamento. Il laboratorio di Brunet ha svolto un ruolo di primo piano nello stabilire il killifish come organismo modello. Questo studio è stato il primo a seguire singoli vertebrati ininterrottamente, giorno e notte, per tutta la loro vita adulta.
I ricercatori hanno sviluppato un sistema automatizzato in cui ogni pesce viveva nella propria vasca sotto la costante sorveglianza di una telecamera. Simile a una versione reale di “The Truman Show”, il sistema ha registrato ogni momento della vita di ciascun animale. In totale, il team ha seguito 81 pesci e raccolto miliardi di immagini video. Utilizzando questo enorme insieme di dati, hanno analizzato la postura, la velocità, le fasi di riposo e il movimento. Hanno identificato 100 diverse “sillabe comportamentali” – azioni brevi e ripetitive che costituiscono gli elementi di base dei modelli di movimento e di riposo dei pesci. Con questa documentazione dettagliata, i ricercatori hanno iniziato a porsi nuove domande: Quando gli individui iniziano a invecchiare in modo diverso? Quali caratteristiche precoci determinano queste traiettorie? E il comportamento può da solo prevedere la durata della vita?
Segnali comportamentali precoci per la longevità
Una delle scoperte più sorprendenti è stata la precocità con cui le traiettorie di invecchiamento iniziano a differenziarsi. Dopo aver seguito ogni pesce per tutta la sua vita, il team li ha raggruppati in base alla durata della vita e poi ha guardato indietro per vedere quando le differenze comportamentali sono apparse per la prima volta. Hanno scoperto che i pesci che in seguito avrebbero avuto una vita più lunga o più breve si comportavano in modo diverso già all’inizio della vita media (tra i 70 e i 100 giorni di età).
I modelli di sonno si sono rivelati un fattore decisivo. I pesci che avrebbero avuto una vita più breve tendevano a dormire non solo di notte, ma sempre più spesso anche di giorno. Al contrario, i pesci che vivevano più a lungo dormivano soprattutto di notte. Anche il livello di attività ha giocato un ruolo importante. I pesci con una durata di vita più lunga nuotavano più vigorosamente e raggiungevano velocità più elevate quando si muovevano nella vasca. Erano anche più attivi durante il giorno. Questo tipo di movimento spontaneo è stato associato alla longevità anche in altre specie.
È importante notare che queste differenze comportamentali non erano solo descrittive ma anche predittive. Utilizzando modelli di apprendimento automatico, i ricercatori hanno dimostrato che pochi giorni di dati comportamentali di pesci di mezza età erano sufficienti per stimare la durata della vita.
L’invecchiamento avviene in fasi ben definite
Lo studio ha anche dimostrato che l ‘invecchiamento non procede in modo lento e uniforme. Al contrario, la maggior parte dei pesci ha subito da due a sei rapidi cambiamenti comportamentali, ciascuno della durata di pochi giorni. Queste transizioni erano seguite da fasi più lunghe di stabilità che duravano settimane. Di solito i pesci attraversavano queste fasi una dopo l’altra, piuttosto che passare da una all’altra.
“Ci aspettavamo che l’invecchiamento fosse un processo lento e graduale”, ha detto Bedbrook. “Invece, gli animali rimangono stabili per lunghi periodi di tempo e poi passano molto rapidamente a una nuova fase. Vedere questa struttura graduale emergere proprio dal comportamento continuo è stata una delle scoperte più entusiasmanti”. Questo schema graduale è coerente con i risultati di studi sull’uomo che suggeriscono che i cambiamenti molecolari avvengono a ondate con l’età, in particolare nella mezza età e nella vecchiaia. I risultati ottenuti nel pesce azzurro forniscono una prospettiva comportamentale su questo fenomeno.
I ricercatori ipotizzano che l’invecchiamento possa comportare lunghi periodi di relativa stabilità interrotti da brevi e rapidi cambiamenti. Lo paragonano a una torre di Jenga, dove molti blocchi possono essere rimossi senza grande impatto fino a quando un cambiamento cruciale innesca uno spostamento improvviso. Per esplorare la biologia alla base di questi modelli, il team ha studiato l’attività genica in otto organi in una fase in cui il comportamento poteva prevedere in modo affidabile la durata della vita. Invece di concentrarsi su singoli geni, hanno esaminato i cambiamenti coordinati tra gruppi di geni coinvolti in processi comuni.
Le differenze più evidenti sono state riscontrate nel fegato. I geni legati alla produzione di proteine e al mantenimento delle cellule erano più attivi nei pesci con una durata di vita più breve. Ciò suggerisce che, oltre alle differenze comportamentali, con l’avanzare dell’età si verificano anche cambiamenti biologici interni.
Il comportamento fornisce una visione del processo di invecchiamento
“Il comportamento si sta rivelando un indicatore incredibilmente sensibile dell’invecchiamento”, ha detto Nath. “Si possono osservare due animali della stessa età cronologica e vedere dal solo comportamento che invecchiano in modo molto diverso”. Questa sensibilità è evidente in molti aspetti della vita quotidiana, in particolare nel sonno. Negli esseri umani, la qualità del sonno e i cicli sonno-veglia spesso diminuiscono con l’età e questi cambiamenti sono associati al declino cognitivo e alle malattie neurodegenerative. Nath intende studiare se il miglioramento del sonno possa favorire un invecchiamento più sano e se gli interventi precoci possano influenzare il processo di invecchiamento. I ricercatori intendono inoltre verificare se i processi di invecchiamento possono essere influenzati da strategie mirate, tra cui cambiamenti nella dieta e interventi genetici che potrebbero influenzare il ritmo dell’invecchiamento.
Per Bedbrook, i risultati sollevano domande più ampie: Cosa guida la transizione tra le diverse fasi dell’invecchiamento e si possono ritardare o invertire questi cambiamenti? La ricercatrice è anche interessata a spostarsi in ambienti più naturali, dove gli animali possano interagire socialmente e sperimentare condizioni più realistiche. “Con la proliferazione degli indossabili e del monitoraggio a lungo termine negli esseri umani, sono entusiasta di vedere se gli stessi principi – predittori precoci, invecchiamento a tappe, traiettorie divergenti – si applicano agli esseri umani”.
Un’altra importante area di ricerca riguarda il cervello. Il laboratorio di Deisseroth sta sviluppando strumenti per il monitoraggio continuo dell’attività neuronale per lunghi periodi di tempo, che potrebbero far luce sul modo in cui i cambiamenti nel cervello sono correlati o potenzialmente influenzano il tasso di invecchiamento nel resto del corpo. In definitiva, questa ricerca mira a spiegare perché l’invecchiamento avviene in modo così diverso e a trovare nuovi modi per consentire una vita più sana e più lunga.