Lorsque les animaux atteignent l’âge moyen, leurs habitudes quotidiennes peuvent donner des indications sur la durée probable de leur vie. C’est la conclusion d’une nouvelle étude soutenue par la Knight Initiative for Brain Resilience au Wu Tsai Neurosciences Institute de l’université de Stanford. Les chercheurs ont observé en continu des dizaines de poissons à courte durée de vie tout au long de leur existence afin de mieux comprendre comment le comportement est lié au vieillissement.
Étude avec des poissons
Bien que les poissons présentaient des caractéristiques génétiques similaires et vivaient dans les mêmes conditions contrôlées, ils vieillissaient de manière très différente. Dès le début de l’âge adulte, ces différences apparaissaient dans la manière dont ils nageaient et se reposaient. Ces modèles étaient si prononcés qu’ils permettaient de prédire si un poisson aurait finalement une durée de vie plus courte ou plus longue.
Bien que l’étude se soit concentrée sur les poissons, les résultats suggèrent que l’enregistrement de comportements quotidiens subtils tels que l’exercice et le sommeil – qui sont aujourd’hui souvent enregistrés par des appareils portables – pourrait fournir des informations sur le processus de vieillissement chez l’homme.
L’étude publiée dans Science a été dirigée par les post-doctorants Claire Bedbrook et Ravi Nath du Wu Tsai Neuro. Elle est le fruit d’une collaboration, soutenue par la Knight Initiative, entre les laboratoires de Stanford de la généticienne Anne Brunet et du bio-ingénieur Karl Deisseroth, les auteurs principaux de l’étude.
Suivre le vieillissement en temps réel
La plupart des études sur le vieillissement comparent de jeunes animaux à des animaux plus âgés. Cette approche, bien qu’utile, peut ne pas tenir compte de la manière dont le vieillissement se produit au fil du temps chez les individus individuels et de l’évolution des différences entre les individus. Bedbrook et Nath voulaient suivre le vieillissement de manière continue tout au long de la vie. Même des animaux élevés dans des conditions presque identiques peuvent vieillir différemment et avoir des durées de vie très différentes. L’équipe voulait savoir si le comportement naturel pouvait fournir des informations sur le moment où ces différences commencent.
Pour ce faire, ils ont utilisé le krill africain turquoise, une espèce dont la durée de vie n’est que de quatre à huit mois. Malgré sa courte durée de vie, il partage des caractéristiques biologiques importantes avec l’homme, notamment un cerveau complexe, ce qui en fait un modèle précieux pour la recherche sur le vieillissement. Le laboratoire Brunet a joué un rôle de premier plan dans l’établissement du killifish comme organisme modèle. Cette étude a été la première à suivre des vertébrés individuels en continu, jour et nuit, tout au long de leur vie adulte.
Les chercheurs ont mis au point un système automatisé dans lequel chaque poisson vivait dans son propre bassin sous la surveillance constante d’une caméra. Comme dans une version réelle de « The Truman Show », le système enregistrait chaque moment de la vie de chaque animal. Au total, l’équipe a suivi 81 poissons et a recueilli des milliards d’images vidéo. Sur la base de cet énorme ensemble de données, ils ont analysé la posture, la vitesse, les phases de repos et les mouvements. Ils ont identifié 100 « syllabes comportementales » différentes – des actions courtes et répétitives qui constituent les éléments de base des schémas de mouvement et de repos des poissons. Grâce à cet enregistrement détaillé, les chercheurs ont commencé à se poser de nouvelles questions : Quand les individus commencent-ils à vieillir différemment ? Quelles sont les caractéristiques précoces qui déterminent ces évolutions ? Et le comportement peut-il à lui seul prédire la durée de vie ?
Des signaux comportementaux précoces pour la longévité
L’une des découvertes les plus frappantes a été la précocité avec laquelle les trajectoires de vieillissement commencent à se distinguer. Après avoir suivi chaque poisson tout au long de sa vie, l’équipe les a regroupés par durée de vie, puis a examiné rétrospectivement le moment où les différences de comportement sont apparues pour la première fois. Ils ont constaté que les poissons qui allaient vivre plus ou moins longtemps plus tard se comportaient différemment dès le début de leur vie (entre 70 et 100 jours).
Les habitudes de sommeil sont apparues comme un facteur décisif. Les poissons qui avaient finalement une durée de vie plus courte avaient tendance à dormir non seulement la nuit, mais aussi de plus en plus le jour. En revanche, les poissons qui vivaient plus longtemps dormaient le plus souvent la nuit. Le niveau d’activité a également joué un rôle. Les poissons ayant une durée de vie plus longue nageaient plus vigoureusement et atteignaient des vitesses plus élevées lorsqu’ils se déplaçaient dans le bassin. Ils étaient également plus actifs pendant la journée. Ce type de mouvement spontané a également été associé à la longévité chez d’autres espèces.
Il est important de noter que ces différences de comportement n’étaient pas seulement descriptives, mais aussi prédictives. À l’aide de modèles d’apprentissage automatique, les chercheurs ont montré que quelques jours de données comportementales sur des poissons d’âge moyen suffisaient pour estimer leur longévité.
Le vieillissement se déroule en phases clairement délimitées
L’étude a également montré que le vieillissement ne se déroule pas lentement et régulièrement. Au lieu de cela, la plupart des poissons ont connu deux à six changements de comportement rapides, qui n’ont duré que quelques jours chacun. Ces transitions ont été suivies par des phases de stabilité plus longues, qui ont duré des semaines. Les poissons traversaient généralement ces phases l’une après l’autre, au lieu de passer de l’une à l’autre.
« Nous nous attendions à ce que le vieillissement soit un processus lent et graduel », a déclaré Bedbrook. « Au lieu de cela, les animaux restent stables pendant de longues périodes, puis passent très rapidement à une nouvelle phase. Voir comment cette structure progressive se dessine à partir du seul comportement continu a été l’une des découvertes les plus passionnantes ». Ce schéma progressif coïncide avec les conclusions d’études menées chez l’homme, qui indiquent que les changements moléculaires se produisent par vagues au cours de la vieillesse, en particulier au milieu de la vie et à un âge avancé. Les résultats obtenus chez les poissons killies fournissent une perspective comportementale sur ce phénomène.
Les chercheurs suggèrent que le vieillissement pourrait inclure de longues périodes de stabilité relative, entrecoupées de changements brefs et rapides. Ils comparent ce phénomène à une tour de Jenga, où de nombreux blocs peuvent être enlevés sans grand impact jusqu’à ce qu’un changement décisif déclenche un déplacement soudain. Pour étudier la biologie derrière ces schémas, l’équipe a examiné l’activité des gènes dans huit organes à un stade où le comportement pouvait prédire de manière fiable la durée de vie. Au lieu de se concentrer sur des gènes individuels, ils ont considéré des changements coordonnés à travers des groupes de gènes impliqués dans des processus communs.
Les différences les plus frappantes ont été observées dans le foie. Les gènes liés à la production de protéines et à l’entretien des cellules étaient plus actifs chez les poissons ayant une durée de vie plus courte. Cela indique que des changements biologiques internes apparaissent avec l’âge, en plus des différences de comportement.
Le comportement donne un aperçu du processus de vieillissement
« Le comportement se révèle être un indicateur incroyablement sensible du vieillissement », a déclaré Nath. « On peut considérer deux animaux du même âge chronologique et voir, rien qu’à leur comportement, qu’ils vieillissent très différemment ». Cette sensibilité se manifeste dans de nombreux aspects de la vie quotidienne, notamment le sommeil. Chez l’homme, la qualité du sommeil et le rythme veille-sommeil diminuent souvent avec l’âge, et ces changements sont liés au déclin cognitif et aux maladies neurodégénératives. Nath prévoit d’étudier si une amélioration du sommeil pourrait favoriser un vieillissement plus sain et si des interventions précoces pourraient influencer le processus de vieillissement. Les chercheurs veulent également étudier si les processus de vieillissement peuvent être influencés par des stratégies ciblées, y compris des changements alimentaires et des interventions génétiques qui pourraient influencer le rythme du vieillissement.
Pour Bedbrook, ces résultats soulèvent des questions plus vastes : Qu’est-ce qui motive la transition entre les différents stades de vieillissement, et est-il possible de retarder ou d’inverser ces changements ? Elle est également intéressée par le passage à des environnements plus naturels, dans lesquels les animaux peuvent interagir socialement et faire l’expérience de conditions plus réalistes. « Nous disposons désormais des moyens d’enregistrer en continu le processus de vieillissement chez un vertébré », a-t-elle déclaré, « compte tenu de la généralisation des wearables et du suivi à long terme chez l’homme, je suis curieuse de voir si les mêmes principes – prédicteurs précoces, vieillissement par étapes, évolutions divergentes – s’appliquent aux humains ».
Un autre domaine de recherche important concerne le cerveau. Le laboratoire de Deisseroth développe des outils de surveillance continue de l’activité neuronale sur de longues périodes, ce qui pourrait permettre de comprendre comment les changements dans le cerveau sont liés au vieillissement dans le reste du corps ou peuvent éventuellement influencer son rythme. En fin de compte, ces recherches visent à expliquer pourquoi le vieillissement se déroule de manière si différente et à trouver de nouveaux moyens de permettre une vie plus saine et plus longue.