Cuando los animales alcanzan la mediana edad, sus hábitos cotidianos pueden dar pistas sobre su esperanza de vida. Esta es la conclusión de un nuevo estudio respaldado por la Iniciativa Knight para la Resiliencia Cerebral del Instituto de Neurociencias Wu Tsai de la Universidad de Stanford. Los investigadores observaron a docenas de peces de vida corta de forma continuada durante toda su vida para comprender mejor cómo se relaciona el comportamiento con el envejecimiento.
Estudio con peces
Aunque los peces tenían características genéticas similares y vivían en las mismas condiciones controladas, envejecían de formas muy distintas. Incluso en la edad adulta temprana, estas diferencias eran evidentes en su forma de nadar y descansar. Estos patrones eran tan pronunciados que era posible predecir si un pez tendría finalmente una vida más corta o más larga.
Aunque el estudio se centró en los peces, los resultados sugieren que el registro de comportamientos cotidianos sutiles como el movimiento y el sueño -que ahora se registran a menudo mediante dispositivos portátiles- podría aportar información sobre el proceso de envejecimiento en los seres humanos.
El estudio, publicado en Science, fue dirigido por los investigadores postdoctorales Claire Bedbrook y Ravi Nath, de Wu Tsai Neuro. Fue fruto de una colaboración, apoyada por la Iniciativa Knight, entre los laboratorios de Stanford de la genetista Anne Brunet y el bioingeniero Karl Deisseroth, autores principales del estudio.
Seguimiento del envejecimiento en tiempo real
La mayoría de los estudios sobre envejecimiento comparan animales jóvenes con otros más viejos. Aunque este enfoque es útil, puede ignorar cómo se produce el envejecimiento a lo largo del tiempo en los individuos y cómo se desarrollan las diferencias entre ellos. Bedbrook y Nath querían hacer un seguimiento continuo del envejecimiento a lo largo de toda la vida. Incluso los animales criados en condiciones casi idénticas pueden envejecer de forma diferente y tener vidas muy distintas. El equipo quería averiguar si el comportamiento natural podía aportar información sobre cuándo comienzan estas diferencias.
Para ello utilizaron el pez aguja turquesa africano, una especie que sólo vive entre cuatro y ocho meses. A pesar de su corta vida, comparte importantes características biológicas con los humanos, incluido un cerebro complejo, lo que lo convierte en un valioso modelo para la investigación del envejecimiento. El laboratorio de Brunet ha desempeñado un papel destacado en el establecimiento del killifish como organismo modelo. Este estudio fue el primero en seguir a vertebrados individuales de forma continua, día y noche, durante toda su vida adulta.
Los investigadores desarrollaron un sistema automatizado en el que cada pez vivía en su propio tanque bajo la vigilancia constante de una cámara. El sistema, similar a una versión real de «El show de Truman», grababa cada momento de la vida de cada animal. En total, el equipo siguió a 81 peces y recopiló miles de millones de imágenes de vídeo. Con este enorme conjunto de datos, analizaron la postura, la velocidad, las fases de reposo y el movimiento. Identificaron 100 «sílabas de comportamiento» diferentes, acciones breves y repetitivas que constituyen los elementos básicos de los patrones de movimiento y reposo de los peces. Con este registro detallado, los investigadores empezaron a plantearse nuevas preguntas: ¿Cuándo empiezan los individuos a envejecer de forma diferente? ¿Qué características tempranas determinan estas trayectorias? ¿Y puede el comportamiento por sí solo predecir la esperanza de vida?
Señales tempranas de comportamiento para la longevidad
Uno de los descubrimientos más sorprendentes fue lo temprano que comienzan a diferir las trayectorias de envejecimiento. Tras realizar un seguimiento de cada pez a lo largo de su vida, el equipo los agrupó en función de su longevidad y observó cuándo aparecían por primera vez las diferencias de comportamiento. Descubrieron que los peces que más tarde tendrían una vida más larga o más corta ya se comportaban de forma diferente al principio de la mediana edad (entre los 70 y los 100 días de vida).
Los patrones de sueño eran un factor decisivo. Los peces que finalmente tenían una vida más corta tendían a dormir no sólo por la noche, sino también cada vez más durante el día. En cambio, los peces que vivían más tiempo dormían sobre todo de noche. El nivel de actividad también influyó. Los peces más longevos nadaban con más vigor y alcanzaban mayor velocidad al desplazarse por el tanque. También eran más activos durante el día. Este tipo de movimiento espontáneo también se asoció a la longevidad en otras especies.
Y lo que es más importante, estas diferencias de comportamiento no sólo eran descriptivas, sino también predictivas. Utilizando modelos de aprendizaje automático, los investigadores demostraron que bastaban unos pocos días de datos de comportamiento de peces de mediana edad para estimar la esperanza de vida.
El envejecimiento se produce en fases claramente definidas
El estudio también demostró que el envejecimiento no progresa lenta y uniformemente. Por el contrario, la mayoría de los peces experimentaban entre dos y seis cambios rápidos de comportamiento, cada uno de los cuales duraba sólo unos días. Estas transiciones iban seguidas de fases más largas de estabilidad que duraban semanas. Los peces solían pasar por estas fases una tras otra, en lugar de alternar entre ellas.
«Esperábamos que el envejecimiento fuera un proceso lento y gradual», explica Bedbrook. «En cambio, los animales permanecen estables durante largos periodos de tiempo y luego pasan muy rápidamente a una nueva fase. Ver surgir esta estructura gradual sólo a partir del comportamiento continuo fue uno de los descubrimientos más emocionantes.» Este patrón gradual concuerda con los hallazgos de estudios en humanos que sugieren que los cambios moleculares se producen en oleadas con la edad, sobre todo en la mediana edad y la vejez. Los resultados en killis ofrecen una perspectiva conductual de este fenómeno.
La hipótesis de los investigadores es que el envejecimiento puede implicar largos periodos de relativa estabilidad interrumpidos por cambios breves y rápidos. Lo comparan con una torre de Jenga, en la que se pueden quitar muchos bloques sin gran impacto hasta que un cambio crucial desencadena un cambio repentino. Para explorar la biología que subyace a estos patrones, el equipo estudió la actividad génica en ocho órganos en una fase en la que el comportamiento podía predecir con fiabilidad la duración de la vida. En lugar de centrarse en genes individuales, observaron cambios coordinados en grupos de genes implicados en procesos comunes.
Las diferencias más llamativas se encontraron en el hígado. Los genes relacionados con la producción de proteínas y el mantenimiento celular eran más activos en los peces de vida más corta. Esto sugiere que, además de las diferencias de comportamiento, también se producen cambios biológicos internos con la edad.
El comportamiento permite comprender el proceso de envejecimiento
«El comportamiento resulta ser un indicador increíblemente sensible del envejecimiento», afirma Nath. «Se puede observar a dos animales de la misma edad cronológica y ver sólo por su comportamiento que envejecen de forma muy diferente». Esta sensibilidad es evidente en muchos aspectos de la vida cotidiana, sobre todo en el sueño. En los seres humanos, la calidad del sueño y los ciclos sueño-vigilia suelen disminuir con la edad, y estos cambios están asociados al deterioro cognitivo y las enfermedades neurodegenerativas. Nath planea investigar si la mejora del sueño podría contribuir a un envejecimiento más saludable y si las intervenciones tempranas podrían influir en el proceso de envejecimiento. Los investigadores también quieren investigar si los procesos de envejecimiento pueden verse influidos por estrategias específicas, como cambios en la dieta e intervenciones genéticas que podrían influir en el ritmo de envejecimiento.
Para Bedbrook, los resultados plantean cuestiones más amplias: ¿Qué impulsa la transición entre las distintas etapas del envejecimiento y puede retrasarse o invertirse? También le interesa trasladarse a entornos más naturales donde los animales puedan interactuar socialmente y experimentar condiciones más realistas. «Con la proliferación de los dispositivos portátiles y la monitorización a largo plazo en humanos, me entusiasma ver si los mismos principios (predictores tempranos, envejecimiento por etapas, trayectorias divergentes) se aplican en los humanos».
Otro importante campo de investigación es el cerebro. El laboratorio de Deisseroth está desarrollando herramientas para monitorizar continuamente la actividad neuronal durante largos periodos de tiempo, lo que podría arrojar luz sobre cómo los cambios en el cerebro se relacionan o influyen potencialmente en el ritmo de envejecimiento del resto del cuerpo. En última instancia, esta investigación pretende explicar por qué el envejecimiento se produce de forma tan diferente y encontrar nuevas formas de hacer posible una vida más sana y larga.