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为什么生命难逃一死?

为什么生命难逃一死?

作者: 优泥匠 | 来源:发表于2023-01-07 01:35 被阅读0次

    针对“永生是否可能”这个问题,水螅和它的近亲已经提供了一些迷人的线索。可大部分生物为什么还是逃不出死亡的命运?

    比起海洋和河流中其他光怪陆离的水生生物,水螅(hydra)很容易被忽略。它们生活在淡水之中,是水母、海葵和珊瑚的近亲,长得有点像蒲公英的种子:长长身体的一端是一团触须,本身没什么看头。不过,它惊人的再生能力成为了生物学中一个谜团。即使被切成许多块,每一块都能再生成一个全新、完整的个体。也因为如此,科学家以古希腊神话中可以断头再生的九头蛇海德拉为其命名。

    水螅的再生能力激发了生物学家的兴趣——从自然界寻求生物永生的证据,为什么这些物种不会因为自然原因死亡?死亡真的必然会发生吗?

    20世纪中期,人们认为衰老是生物在生殖和细胞维护之间做出的一种权衡。最初,生物会利用资源来生长、维持细胞健康。从童年到青春期,生物体的重心就是活下去,并尽可能保持强壮和健康。在性成熟后,重心会转为繁殖。对大多数生物来说,资源是有限的,因此生育后代可能需要以牺牲健康为代价。

    以鲑鱼为例,它们通常需要逆流游到上游去产卵,随后很快就会死亡。这种动物付出的一切代价,都是为了有最大的几率游到产卵地,并在那里产卵。对鲑鱼来说,产卵后回到下游、在海里多生存一年后再返回上游并成功产卵的机会太渺茫了,因此自然选择也不会更青睐这样的个体。但无论如何,鲑鱼都成功将自己的基因传递了下去。

    而如今,人们对“为什么所有生物都会死”的理解变得更具体了一些。当生物性成熟时,自然选择的影响会减弱,衰老过程会开始,最终导致死亡。不过,英国东英吉利大学演化生物学和老年学教授阿列克谢·马克拉科夫(Alexei Maklakov)认为,这个过程并不是在给下一代铺路。

    在生物的生命历程中,基因上会积累突变。这些突变有些是完全随机的,有些则由饮食、紫外光等因素导致。大多数突变要么没用要么有害,只有非常少的一部分是有益的。英国牛津大学人类学系的演化生物学家加布里埃尔·坎图里德斯(Gabriella Kountourides)认为,在性成熟前,如果有某些基因突变会降低生物繁殖的几率,或者让生物在繁殖前就死去,这样的突变就会被自然选择摒弃。然而,一旦生物到性成熟阶段,它就有能力将基因传给下一代。从此时起,自然选择的力量便会减弱。

    还是说回鲑鱼。它们很擅长让自己活到成年并繁殖,它们的后代也很有机会成功产卵。如果出现了极其罕见的情况,鲑鱼在产卵后发生某种基因突变,让它延长了寿命,可以多活一年,那新产生的后代也不会更有优势。之前生出的那一波已经在了。

    从自然选择的角度来看,生物在繁殖后继续保持健康没有多大好处。所以,与此相关的基因并不会因为自然选择而变得更普遍。坎图里德斯认为,一个个体可能想要活得更久,但自然选择不会朝这个方向努力,因为这样也不会持续给下一代带来好处。

    只是,并非所有生物都像鲑鱼这么极端,在产卵后就会死亡,一些生物确实会为了多产一些后代而活得更久一些。生物DNA中的大部分突变都是有害或无影响的。机体能够修复其中一部分DNA的损伤,但随着年龄的增长,自然选择的力量减弱,机体修复DNA的能力也在下降。

    不过,衰老和死亡是以两种方式发生的:一是自然选择力量减弱使有害突变积累,二是一些对生殖有利的突变会影响长寿。

    BRCA基因突变可以佐证后一种方式。这些基因突变会显著增加患乳腺癌和卵巢癌的风险,但携带这些突变的女性生育能力也更强。所以,可能是BRCA基因突变为前半生提供了生殖优势,但在生命后期会增加健康风险。由于性成熟后,自然选择力量会削弱,所以这些基因突变带来的生殖优势盖过了后期在健康方面的劣势。

    美国俄勒冈州立大学的生物学家凯特琳·麦克休(Kaitlin McHugh)认为,生命早期发生的事情显然比繁殖后的要重要。因为繁殖潜力才是真正重要的。

    细胞衰老(cell senescence),就是细胞停止分裂,可能也是对生物早期生活有利、而对后期生活有害的一个例子。细胞衰老可以阻止DNA受损的细胞增殖,进而预防癌症。然而在生命后期,衰老的细胞会在组织中积累,导致损伤和炎症,这些都是出现衰老相关疾病的预兆。

    尽管绝大多数物种会衰老,但总有一些例外。比如,许多植物的衰老可以“忽略不计”,还有一些物种可以活数千年。比如美国犹他州鱼湖国家森林公园的潘多树。这棵树实际上是一个基因相同的雄性颤杨树群体,之间通过单一根系相连,占地面积超过40万平方米,重量估计超过6613吨。据估算,它可能已经活了1万多年。

    “潘多”是由一株雄性颤杨无性繁殖出的树林,根系相互连接,且拥有相同DNA(图片来源:Wikimedia Commons)

    水螅的近亲灯塔水母,有“永生水母”的称号,它也有一个保障长寿的妙招——如果受到伤害、疾病或压力影响,灯塔水母可以从成年阶段恢复到早期阶段。麦克休说:“虽然某种程度上,我们会思考,这还是不是同一个个体?”

    马克拉科夫说,还有一种观点认为,一些物种会随着年龄增长而变得更成功,也被称为“负衰老”(negative senescence),但这方面的证据还并不充分。

    马克拉科夫认为,“如果由于某种原因,物种繁殖能力普遍较低,或者根本无法在生命早期繁殖,就会改变自然选择的运作方式。”这样的例子常出现在一夫多妻制的动物中,如海象或鹿,一只雄性可能控制着一群雌性。这个群体的规模,以及它可能拥有的后代数量,可能会随着雄性的年龄和体型而增加。因此,雄性的繁殖能力也会不断增加。

    他还指出,虽然有些物种确实可以随着年龄的增长而保持繁殖能力,但并不是真正的“负衰老”——已经发表的一些研究很可能存在缺陷。比如,雄性海象其实不能无限期地拥有众多配偶。

    不过,在衰老过程中,性可能发挥着奇特的作用。根据英国伦敦大学学院梅根·阿诺特(Megan Arnot)和露丝·梅斯(Ruth Mace)的一项研究,拥有规律性生活的女性更年期会开始得较晚。其中也体现出了一种权衡——如果没有怀孕的机会,排卵所消耗的能量可能被身体的其他部位更好地利用。

    但在其他动物中,较强的生育能力似乎会加速衰老。例如,后代多的蝙蝠通常寿命更短。如果有机会繁殖,蝙蝠也许会放弃一切,包括生命。麦克休表示,这是一种时间上的权衡,在早期生活中能很好地繁殖的生物,后期不会再过得那么好。(不过,水螅是这个规则中的例外,在一生中,它们的生育率似乎没有下降。)

    有一些物种中,两性之间的寿命会有巨大差异。几个典型的例子是,蚂蚁、白蚁群和蜜蜂都有一个蚁后或蜂王。相比于没有生殖能力的工蚁或工蜂,蚁后或蜂王的生育能力会更高,寿命也更长。为什么繁殖的成本不会减少蚁后或蜂王的寿命?可能是因为蚁后或蜂王并不会面对工蚁或工蜂所面临的许多威胁,并且生活方式不同,因此在这类物种中,衰老理论无法等效适用于两性。

    那么,如果繁殖对寿命的影响这么大,为什么许多人在生完孩子后还能活这么久呢?

    “祖母假说”(grandmother hypothesis)认为,繁殖是一项耗能且充满风险的活动,而年长的亲戚能提供一些帮助,这对繁殖是很重要的。祖母可以通过抚养孙辈来确保自己的部分基因存活下来,而从自然选择的角度来看,长寿可以带来一些优势。坎图里德斯(Kountourides)表示,拥有祖母的家庭的繁殖适应度(reproductive fitness,用来评估特定基因型个体在繁殖上的成功率)也会更高,可能是因为母亲能够专注于生更多的孩子,而祖母能帮助抚养已经出生的孩子。

    但由于孙辈与祖母只共享25%的基因,因此祖母与孙辈的关系与和侄女、侄子的亲缘关系一样。

    马克拉科夫表示,也可能只是因为在过去,没有足够多的女性活到50岁,就很少在那个年龄段生育。因此,自然选择对女性50岁时生殖的影响非常非常小。回到衰老的核心原则——繁殖后自然选择力量减弱。所以,人们在晚年生活中经历的很多事情可能并不愉快,但自然选择也没有足够强大的力量来保护我们不受伤害了。

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