" Alle bekannten Lebewesen, die auf diesem Planeten existieren, wachsen und sich fortpflanzen – die Bäume und die Blumen, die Pilze und Pilze, der außerordentliche Reichtum des Tierlebens, in den Gewässern, in der Luft und an Land, einschließlich Menschen Die Lebewesen, zusammen mit der immens vielfältigen Welt der unsichtbaren Bakterien und Protisten, erhalten und vermehren sich durch die gleichen Mechanismen, ohne Zweifel von einer gemeinsamen Ahnenform geerbt. Die Offenbarung ist ehrfurchtgebietend. So ist die Erkenntnis, dass der unnachgiebige menschliche Drang zu verstehen gerade in unserer Zeit die Geheimnisse des Lebens für uns offenbart hat. "
Christian De Duve, das sich entwickelnde Leben .
Der Ursprung und die Entwicklung des Lebens auf der Erde wurde im Hinblick auf die Entstehung beschleunigender hierarchischer Komplexitätsordnungen beschrieben (Pettersson, 1996). Die Geschichte des Lebens auf der Erde und die relativ kurze Geschichte der menschlichen biologischen und kulturellen Evolution ist eine fastende, die tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis aller Aspekte unserer Lebensspanne hat.
Bemerkenswerterweise besteht alles, was lebt, aus einer oder mehreren Zellen, und jede lebende Zelle entwickelte sich aus Zellen, die vor etwa 3,5 Milliarden Jahren auf unserem Planeten lebten (De Duve, 2002). In einem faszinierenden Bericht über die Evolution definiert Pettersson (1996) neun integrative Ebenen natürlicher Entitäten: drei im physikalischen Bereich (dh fundamentale Partikel, Atome, Moleküle), drei im biologischen Bereich (dh Zwischenelemente, normale Zellen und multizelluläre Organismen) und drei im sozialen Bereich (dh eine Mutter Familien, Mulifamilie Gesellschaft und souveräne Staaten). Nachdem Pettersson das zeitliche Entstehen einer integrativen Ebene von der darunter liegenden Ebene verfolgt und Massenschätzungen verwendet, um die quantitative Verdopplungszeit von innovativen Entitäten zu verfolgen, schloss er folgendes ab:
Die Beschleunigung, die wir jetzt in der kulturellen Evolution beobachten, könnte unseren adaptiven Erfolg als Spezies weiter erleichtern, vorausgesetzt, wir können die zunehmende Zunahme der Komplexität, die diese kulturelle Entwicklung mit sich bringt, bewältigen. In jedem Bereich unseres Lebens auf der Erde wird das Ausmaß, in dem wir mit Komplexität umgehen können, für unseren zukünftigen Erfolg entscheidend sein. Im Folgenden möchte ich über die Entwicklung der Lebensspanne und das Altern sprechen und in einer neueren Studie biologische Marker für die Komplexität untersuchen.
Die Geschichte des menschlichen Lebens auf der Erde ist nicht nur eine Geschichte der Beschleunigung der Komplexität, sondern auch eine Geschichte des Bevölkerungswachstums und des Alterns. Seit die Neandertaler vor etwa 100.000 Jahren von einer Bevölkerungswelle des Homo sapiens überschwemmt wurden (Mayr, 2002), ist die Weltbevölkerung gewachsen, älter geworden und hat länger gelebt. An der Wende zum 19. Jahrhundert betrug die Weltbevölkerung ungefähr eine Milliarde Menschen. Um 1900 lebten 1,7 Milliarden Menschen auf dem Planeten. Die menschliche Bevölkerung überstieg im Jahr 2000 6 Milliarden. Bis zum Jahr 2050 werden voraussichtlich über 9 Milliarden Menschen 148.939.100 km² Land einnehmen. Hier werden sie kooperieren und konkurrieren, um zu überleben, sich anzupassen und zu gedeihen. Die Menschen haben ein beispielloses Wachstum in ihrer Anzahl als Folge der Entwicklungen in der sozialen Infrastruktur und Kultur erlebt – verbesserte sanitäre Bedingungen und Lebensbedingungen, verbesserte medizinische Kenntnisse und Einrichtungen, Veränderungen in der familiären, sozialen, wirtschaftlichen und politischen Organisation (Moore, 1993) .
Das Studium einzelliger und vielzelliger Organismen lehrt uns, dass das Leben als ein empfindliches Energiesystem funktioniert, ein System, dessen Energie teilweise dazu verwendet wird, sich selbst zu erhalten, zum Beispiel durch Ernährung, Wachstum, Ausscheidung, Massenbewegung seiner Teile und Fortpflanzung (Sherrington , 1955). In jedem lebenden System finden unaufhörliche Bauarbeiten aller Art statt – es muss Energie gewonnen werden, damit die Arbeit des Lebens aufrechterhalten werden kann – eine Arbeit, die den fortschreitenden und veränderlichen Zerfall des Systems kompensiert. Das Gleichgewicht zwischen dem Gewinn und dem Verlust von Energie über die Zeit kann als dynamisches Gleichgewicht beschrieben werden (Bertalanffy, 1968). Lebende Systeme unterstützen ihr Leben, indem sie externe Energieformen ausnutzen. Indem ein lebendes System Energie sammelt und auf eine Art und Weise verwendet, die sich selbst aufrechterhält, kann es die erforderliche Stabilität und Konsistenz in Mustern funktioneller Beziehungen erreichen, die für die Anpassung in einer veränderlichen Umgebung notwendig sind. Mit anderen Worten, das System kann die Vielfalt der Systemziele, die es am Leben erhalten, konsequent verfolgen. In diesem Sinne können lebende Systeme als selbstorganisierende, selbstregulierende, dynamisch stabile Systeme beschrieben werden (Bertalanffy, 1968; Kauffman, 1993).
Im Zusammenhang mit der Verfolgung der Systemziele ist es nicht überraschend, dass die kognitive Komplexität in vielen Aspekten des Lebens adaptiv ist. Im Rahmen der weiteren evolutionären Dynamik zeigt die kognitive Komplexität, die fluide Intelligenz, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und die exekutive Kontrolle beim Homo sapiens ein normatives Muster, das vom Säuglingsalter bis ins Erwachsenenalter zunimmt und später abnimmt (Fischer, 2006; Hogan, 2004). Vor allem altersbedingte Erkrankungen wie Demenz gehen mit einer Abnahme der kognitiven Funktionen einher (Anderson und Craik, 2000; Grady und Craik, 2000; Hogan, 2004; Hogan et al., 2003) und einige Forscher argumentieren, dass dieser Rückgang erklärt werden kann zum Teil durch einen generellen Komplexitätsverlust mit Alterung und Krankheit (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002). Forscher waren daran interessiert, mögliche biologische Marker für die Komplexität zu identifizieren, um die Entwicklungslinien der Lebensspanne besser zu verstehen, und wir haben kürzlich Messungen der EEG-Entropie als potenzielle Kandidaten für biologische Komplexität betrachtet.
EEG ist eine bildgebende Methode, bei der Elektroden an bestimmten Punkten auf der Kopfhaut platziert werden. Diese Elektroden ermöglichen die Messung der elektrischen Aktivität über verschiedene Regionen des Gehirns. Die Entropie von EEG-Signalen ist ein Index der Unregelmäßigkeits- oder Unvorhersagbarkeitseigenschaften solcher Signale. Es wurde argumentiert, dass komplexere oder nicht mehr verwertbare Biosignale ein anpassungsfähigeres, flexibleres biologisches System anzeigen, das gesünder und widerstandsfähiger ist und eine große Gesamtkapazität besitzt, um verschiedene Systemziele zu verfolgen (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002).
Wir führten eine Studie durch, bei der wir die EEG-Entropie bei jüngeren Erwachsenen, älteren Erwachsenen und älteren kognitiv abgelehnten Erwachsenen gemessen haben, die 1 SD unter alters- und bildungsbezogenen Gleichaltrigen durchgeführt hatten (Hogan et al., 2012). Wir maßen die elektrophysiologische Entropie jeder Person in vier Versuchsbedingungen: Augen geschlossen (5 Minuten), Augen offen (5 Minuten), während sie eine Liste von Wörtern lernten, die auf einem Computerbildschirm und später während eines Gedächtniserkennungstests präsentiert wurden. Entropie Metriken wurden über sechs verschiedene kortikale Regionen berechnet: frontal links, frontal rechts, temporal links, temporal rechts, parietal links und parietal rechts.
Die Ergebnisse der Studie zeigten einen signifikanten Anstieg der Entropie von geschlossenen Augen zu offenen Augen, im Einklang mit der Idee, dass Entropie-Indizes für steigende Anforderungen an die Informationsverarbeitung empfindlich sind. Es gab auch einen Trend, bei dem ältere adulte Erwachsene eine niedrigere Entropie zeigten als ältere Erwachsene im Frontallappen, wobei dieser Unterschied in der linken Hemisphäre während der Codierungsphase des Experiments am größten war. Darüber hinaus zeigten junge Erwachsene eine größere Hemisphärenasymmetrie, genauer gesagt eine höhere Entropie in der rechten Hemisphäre im Temporallappen und eine höhere Entropie in der linken Hemisphäre im Parietallappen. Ältere Kontrollen zeigten ebenfalls einen Grenzlinienunterschied zwischen beiden Hemisphären im Temporallappen in der gleichen Richtung wie die jüngeren Erwachsenen, was wiederum ein Muster der Hemisphärenasymmetrie in Entropiemessungen nahelegt. Ältere kognitiv abgesetzte Erwachsene zeigten jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen der Entropie der linken und rechten Hemisphäre. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der kognitive Rückgang im Alter nicht einfach mit niedrigeren Entropiewerten in den Hirnregionen zusammenhängt, sondern eher eine Kombination aus einem Level und einem differenzierten Bereich von Entropiezuständen im Gehirn (siehe auch O'Hora et al., 2013) ).
Es ist wichtig, die Mechanismen zu verstehen, die helfen, den alters- und krankheitsbedingten kognitiven Verfall und den damit verbundenen Verlust der Anpassungsfähigkeit zu erklären. Wir glauben, dass Messungen der Entropie uns einzigartige Einblicke in die Natur des alters- und krankheitsbedingten kognitiven Verfalls geben können. Weitere Forschung ist erforderlich, um die dynamischen Verbindungen zwischen biologischer Komplexität und unserem adaptiven Erfolg und Wohlbefinden über die Lebensspanne hinweg zu verstehen. Das Verständnis von Faktoren, die die Komplexität fördern und aufrechterhalten und vor alters- und krankheitsbedingten kognitiven Beeinträchtigungen schützen, wird ein wichtiger Schwerpunkt zukünftiger Forschung sein.
Die größere Frage für uns alle ist, ob die Beschleunigung, die wir jetzt in der kulturellen Evolution beobachten, unseren globalen Anpassungserfolg und die anhaltende Gesundheit und das Wohlergehen unserer wachsenden älteren erwachsenen Bevölkerung erleichtern kann. Unsere Hoffnung ist, dass wir bis 2050 nicht nur 9 Milliarden Menschen auf 148.939.100 km² Land sehen, sondern eine globale Gemeinschaft, in der die Menschen länger, glücklicher und gesünder leben – eine Gemeinschaft, in der sich Menschen zunehmend gegenseitig unterstützen und arbeiten kooperativ, um unser kontinuierliches Überleben, Anpassung und Blüte zu fördern. Obwohl die Menschen als Folge der Entwicklungen in der sozialen Infrastruktur und Kultur ein beispielloses Wachstum erfahren haben, muss die nächste Phase unserer kulturellen Entwicklung sicherlich größere und ausgewogenere Investitionen in unsere Lebensentwicklung und die Gesundheit und das Wohlergehen unseres Landes beinhalten wachsende ältere erwachsene Bevölkerung. Vielleicht gibt es eine zehnte integrative Ebene natürlicher Entitäten jenseits der neun, die Pettersson definiert. Wie sollte das zehnte Level aussehen?
Michael Hogan (Twitter) und Nicola Hohensee (Twitter).
Verweise
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