olliulli/Shutterstock
We vinden het vanzelfsprekend dat mensen het moeilijker vinden om zwanger te raken naarmate ze ouder worden. Maar onze recente studie, waarin gegevens van 157 diersoorten werden geanalyseerd, ontdekte dat veroudering van de mannelijke voortplanting veel minder lijkt voor te komen bij andere mannelijke dieren.
Nu de vruchtbaarheid van mannen wereldwijd afneemt, kan inzicht in de veroudering van sperma bij andere dieren nieuwe inzichten geven in onze eigen vruchtbaarheid.
De vruchtbaarheid van de mens neemt af met de leeftijd omdat sperma en eicellen van oudere mensen meer aangetast of minder in aantal zijn dan die van jonge mensen. Reproduceren op oudere leeftijd heeft niet alleen invloed op je vruchtbaarheid, maar kan ook de vruchtbaarheid, overlevingskans en fysieke en cognitieve prestaties van de kinderen die je verwekt verminderen.
Mensen versus andere dieren
Mensen leven aanzienlijk langer dan een eeuw geleden. Deze recente, snelle verlenging van onze levensduur zou een van de redenen kunnen zijn waarom mensen sneller verouderen dan andere dieren. Onze reproductieve veroudering is nog niet vertraagd om overeen te komen met onze langere levensduur.
Dieren zouden ook te maken kunnen hebben met een grotere evolutionaire druk om hun voortplantingspotentieel op alle leeftijden te maximaliseren, omdat de meeste dieren zich hun hele leven lang voortplanten. Maar dit is niet het geval bij mensen. Wij planten ons zelden voort op latere leeftijd.
Bovendien hebben we minder nakomelingen dan onze voorouders. Dit maakt het moeilijker voor natuurlijke selectie om genen te selecteren die de menselijke voortplanting verbeteren, omdat er minder variatie is in de vruchtbaarheid van de populatie.
Vrouwtjes versus mannetjes
Mannetjes en vrouwtjes verouderen bij veel soorten op een verschillende manier.
Bij rode wolven bijvoorbeeld neemt het voortplantingssucces van mannetjes af met de leeftijd, maar dat geldt niet voor vrouwtjes. Bij vrouwelijke killifish neemt de vruchtbaarheid echter sterker af met de leeftijd dan bij mannetjes. Ondanks het feit dat vrouwtjes bij mensen langer leven dan mannetjes, worden ze eerder onvruchtbaar dan mannen en gaan ze eerder door de menopauze.
Bij sommige soorten, waaronder mensen, waar vrouwtjes helpen bij de opvoeding van hun kleinkinderen (zoals mensen en walvissen), leven vrouwtjes veel langer dan de leeftijd waarop ze zich kunnen voortplanten. Een evolutionaire verklaring hiervoor is dat oudere vrouwtjes hun genen beter kunnen doorgeven door hun verwanten te helpen overleven en jongen groot te brengen dan door zich zelf voort te planten.
Er zijn enkele hypotheses die deze seksespecifieke verschillen in reproductieve veroudering proberen te verklaren.
Sperma wordt continu geproduceerd bij mannetjes, maar eitjes worden bij veel soorten, waaronder mensen, vroeg in het leven van vrouwtjes geproduceerd. Dit zou ertoe kunnen leiden dat eicellen meer schade oplopen omdat ze langer in oudere vrouwtjes worden bewaard dan sperma in oude mannetjes.
Een andere hypothese suggereert dat mannetjes sneller verouderen omdat sperma DNA meer mutaties ophoopt dan ei-DNA. Sperma heeft slechtere DNA-herstelmechanismen dan eicellen, waardoor mannetjes meer mutaties doorgeven aan de volgende generatie dan vrouwtjes naarmate ze ouder worden, een patroon dat wordt waargenomen bij alle gewervelde dieren.
Seksen hebben ook te maken met verschillende omgevingsdruk. Bij veel zoogdieren bijvoorbeeld verspreiden mannetjes, maar niet vrouwtjes, zich weg van de familiegroep als ze volwassen zijn. Dit soort omgevingsdruk leidt tot verschillen in de strategieën die mannetjes en vrouwtjes gebruiken om hun genen door te geven, wat kan leiden tot verschillen in de mate van reproductieve veroudering tussen de seksen.
Vrouwelijke walvissen leven nog lang na hun voortplantingsperiode.
Tomas Kotouc/Shutterstock
Patronen van reproductieve veroudering bij dieren
In ons onderzoek toonden we aan dat de snelheid van voortplanting bij mannetjes enorm varieert in het dierenrijk. We ontdekten dat ongewervelde dieren zoals schaaldieren en insecten het langzaamst verouderen, terwijl laboratoriumknaagdieren het snelst verouderen.
Over het algemeen vertoonden mannelijke dieren echter weinig tekenen van leeftijdsgerelateerde achteruitgang in hun ejaculateigenschappen (zoals spermakwaliteit en -hoeveelheid).
We ontdekten ook dat verschillende eigenschappen van het ejaculaat, zoals levensvatbaarheid, aantal, beweeglijkheid of snelheid van het sperma, met verschillende snelheden verouderden.
Bij soorten die hun hele leven groeien, zoals sommige vissen en schaaldieren, hebben oude dieren een lager sterfterisico en grotere geslachtsklieren dan jonge mannetjes. Dit kan ervoor zorgen dat oude mannetjes in dergelijke soorten langzamer verouderen, waarbij oudere mannetjes grotere ejaculaten produceren dan jongere mannetjes.
Bij dieren zoals laboratoriumknaagdieren, die een aantal genetische lijnen hebben die geselecteerd zijn op versnelde veroudering, was reproductieve veroudering universeel over ejaculatoreigenschappen. Laboratoriumknaagdieren worden over het algemeen gehouden in zeer gecontroleerde omgevingen waar veroudering gemakkelijker te detecteren is – vanwege minder verstorende effecten die veroudering zouden kunnen maskeren. Dit suggereert dat veel van de variatie in veroudering van de mannelijke voortplanting tussen verschillende soorten te wijten zou kunnen zijn aan hun omgeving.
We ontdekten ook dat nauw verwante soorten een vergelijkbare afname in ejaculaat lieten zien met de leeftijd, wat suggereert dat veroudering ook wordt gevormd door de evolutionaire geschiedenis van een dier.
Sommige van de patronen die we hierboven noemden, weerspiegelden ook methodologische verschillen tussen studies. Bijvoorbeeld, wanneer studies mannelijke dieren als maagd hielden, kunnen oude mannetjes meer sperma verzamelen dan jonge mannetjes, wat ertoe leidt dat oude mannetjes grotere ejaculaten produceren.
Bovendien vertoonden studies die alleen jonge tot middelbare mannetjes bemonsterden een toename in spermakwaliteit en -kwantiteit met de leeftijd, vergeleken met studies die mannetjes van middelbare tot oude leeftijd bemonsterden, wat suggereert dat de vruchtbaarheid van mannelijke dieren in het algemeen rond de middelbare leeftijd piekt.
Reproductieve veroudering
Reproductieve veroudering treedt op omdat naarmate individuen ouder worden, hun sperma en eicellen schade ophopen. Organismen zijn geëvolueerd om zich eerder in het leven voort te planten in plaats van wanneer ze oud zijn, wat leidt tot een zwakker vermogen van natuurlijke selectie om slechte genen te verwijderen die tot expressie komen in oude maar niet in jonge organismen, wat op zijn beurt veroudering bevordert.
Er zijn echter tegengestelde krachten die bepalen of oude individuen meer kopieën van hun genen zullen nalaten aan opeenvolgende lijnen in vergelijking met jonge dieren, en reproductieve veroudering is slechts één proces dat dit bepaalt.
Een alternatieve hypothese is dat ouders die op oudere leeftijd zwanger worden, meer genvarianten zouden hebben voor een langere levensduur, wat hun nakomelingen ten goede zou kunnen komen. Dit zou kunnen leiden tot langer levende nakomelingen van ouders die op oudere leeftijd zwanger worden. Het bewijs voor deze hypothese is echter nog beperkt.
Hoewel de meeste wetenschappers accepteren dat ten minste sommige reproductieve eigenschappen afnemen met de leeftijd, zijn biologen nog steeds aan het ontdekken wat de exacte mechanismen en evolutionaire redenen voor deze afname zijn. Maar door naar andere soorten te kijken om de oorzaken van veroudering van de voortplanting te onderzoeken, kunnen we onze eigen achteruitgang in voortplanting met het ouder worden begrijpen en misschien zelfs proberen te verzachten.
Krish Sanghvi ontvangt financiering van de Society for the study of evolution (Rosemary grant award).
Irem Sepil ontvangt financiering van de Royal Society, BBSRC en Wellcome Trust.
Regina Vega-Trejo ontvangt financiering van de Biotechnology and Biological Sciences Research Council.