衰老與進(jìn)化的統(tǒng)一：為什么不同物種的壽命差異如此之大？

我們可以從進(jìn)化的角度來(lái)理解衰老，以解釋如下問(wèn)題：如果進(jìn)化就是適者生存，那么衰老這種漸進(jìn)性的退化過(guò)程究竟適應(yīng)了什么，有什么好處呢？為什么衰老這個(gè)問(wèn)題存在著多樣性？目前有幾種理論可以解釋其中的原因，如突變積累理論、拮抗性多效理論等，但真實(shí)世界中的生物學(xué)并不存在放之四海而皆準(zhǔn)的假設(shè)。衰老更像是一種進(jìn)化上的疏忽，背后有不同的機(jī)制。

撰文 | 德魯·斯蒂爾

翻譯 | 張文韜、王曦

衰老自人類(lèi)誕生以來(lái)就困擾著我們。我們發(fā)現(xiàn)衰老（幾乎）無(wú)處不在。大到類(lèi)似我們的哺乳動(dòng)物，小到昆蟲(chóng)、植物，甚至像酵母那樣的單細(xì)胞生物，都會(huì)衰老。衰老看起來(lái)是生命體一個(gè)普遍的退化過(guò)程。這并不奇怪——在生物學(xué)之外，時(shí)間久了，機(jī)器會(huì)磨損報(bào)廢，建筑會(huì)毀壞倒塌。憑什么生命就能獨(dú)善其身呢？

問(wèn)題是，我們?nèi)绾螌⑺ダ吓c進(jìn)化統(tǒng)一起來(lái)？

如果進(jìn)化就是適者生存，那么衰老這種漸進(jìn)性的退化過(guò)程究竟適應(yīng)了什么，有什么好處呢？另一個(gè)大問(wèn)題是，為什么衰老這個(gè)問(wèn)題存在著多樣性。目前已知壽命最短的成年昆蟲(chóng)是一種蜉蝣，它的雌蟲(chóng)會(huì)在5分鐘內(nèi)完成出現(xiàn)、交配、產(chǎn)卵和死亡的一生；而壽命最長(zhǎng)的脊椎動(dòng)物（像我們?nèi)祟?lèi)一樣有脊椎的動(dòng)物）是格陵蘭鯊，已知年齡最大的雌性估計(jì)有 400 歲。為什么老鼠的壽命只有幾個(gè)月，黑猩猩可以活幾十年， 而一些鯨類(lèi)卻可以活幾百年？如果衰老是一個(gè)生命損耗的過(guò)程，為什么不同動(dòng)物的衰老進(jìn)程的時(shí)間尺度差異如此之大？

“衰老的進(jìn)化”聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)悖論，但幸好我們?nèi)匀豢梢詮倪M(jìn)化的角度理解衰老。理解這一點(diǎn)不僅是進(jìn)化論課程中的小練習(xí)（盡管這是一個(gè)很有吸引力的理念），也不僅是嘗試調(diào)和生物學(xué)上的兩種明顯涇渭分明的不同法則（盡管這非常重要）。更重要的是它讓我們深入了解什么是衰老，什么不是，以及我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)衰老。

衰老的統(tǒng)計(jì)學(xué)定義

我們首先需要重新定義，究竟什么是我們所說(shuō)的衰老。我們不會(huì)先介紹衰老的生物學(xué)定義，而是會(huì)嘗試從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來(lái)定義衰老：衰老是一種隨著時(shí)間推移而增加的死亡風(fēng)險(xiǎn)。不管是動(dòng)物、植物還是其他生命形式，隨著年齡增長(zhǎng)，它們的死亡風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，這個(gè)過(guò)程就是衰老；而某些死亡風(fēng)險(xiǎn)保持不變的特殊生物，如加拉帕戈斯巨龜，則不會(huì)衰老。我們清楚地看到，人類(lèi)年齡每增長(zhǎng) 8 歲，死亡風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加一倍，這從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度定義了我們的衰老速度。我們可以用這個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)定義從進(jìn)化層面來(lái)理解衰老。不管是爬上臉龐的皺紋還是增加的心臟病風(fēng)險(xiǎn)，都是隨之而來(lái)的表象或形式。

有些人習(xí)慣用最底層的物理學(xué)原理而非生物學(xué)過(guò)程來(lái)解釋衰老。“這就是熱力學(xué)第二定律，熵總是傾向于增加”，換言之，這個(gè)世界上的東西都會(huì)隨著時(shí)間推移而變得混亂，最終崩解。然而，這個(gè)論點(diǎn)是有缺陷的，因?yàn)樗雎粤藷崃W(xué)第二定律的一個(gè)關(guān)鍵前提：僅適用于封閉系統(tǒng)。如果你與環(huán)境隔離，沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換，那么你能做的努力只有推遲而無(wú)法改變自己的命運(yùn)，最后塵歸塵，土歸土。但如果你不是孤立的，你就可以從周?chē)h(huán)境攝入能量，并利用能量為生命注入新的動(dòng)力源泉。這聽(tīng)起來(lái)可能很深?yuàn)W，但實(shí)際上很簡(jiǎn)單——因?yàn)閯?dòng)物可以通過(guò)進(jìn)食獲得能量，植物可以將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為食物，它們就可以自由使用這種能量進(jìn)行各種生物和生化過(guò)程，回收利用、移除或取代正在退化的關(guān)鍵成分。

動(dòng)物并沒(méi)有受到過(guò)度簡(jiǎn)化的熱力學(xué)定律的束縛，反倒是進(jìn)化出了不可思議的自我修復(fù)能力。有些動(dòng)物，如蠑螈，在失去部分肢體后能夠完整地再生。這聽(tīng)起來(lái)像聚會(huì)上的魔術(shù)一樣不可思議，但如果我們從微觀尺度上看，包括你在內(nèi)的所有生物體內(nèi)都時(shí)刻發(fā)生著這樣的現(xiàn)象，只是可能看起來(lái)沒(méi)那么引人注目。當(dāng)細(xì)胞、細(xì)胞里的細(xì)胞器以及組成它們的分子損壞或分解的時(shí)候，我們的身體會(huì)及時(shí)清除掉這些被破壞的結(jié)構(gòu)，并制造出全新的元件來(lái)取代它們。無(wú)數(shù)的分子機(jī)器一刻不停地工作，維持生命體里的各級(jí)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，消除已成為“垃圾”的破損細(xì)胞，從而維持機(jī)體的完整性。在人體內(nèi)，這樣的過(guò)程幾十年如一日地持續(xù)，永不停息。只要有攝入能量的保障，理論上這種修復(fù)行為的效率并不會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。

那么，為什么進(jìn)化不能繼續(xù)提高這種自我修復(fù)的效率，讓機(jī)體永遠(yuǎn)完美無(wú)缺呢？

什么驅(qū)動(dòng)了衰老？

阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士可能是第一個(gè)提出衰老的進(jìn)化理論的學(xué)者。1865年至1870年間，他在筆記中寫(xiě)道，年老的動(dòng)物“消耗營(yíng)養(yǎng)……對(duì)它們的后代是一種傷害”，在食物有限的環(huán)境下，過(guò)多的老年動(dòng)物四處尋找并消耗有限的資源，會(huì)使得他們的后代更難以生存。華萊士總結(jié)道，“因此，自然選擇將年老的動(dòng)物淘汰了”。動(dòng)物有生命終結(jié)的期限對(duì)物種來(lái)說(shuō)是更合適的選擇，這樣才能保證后代成長(zhǎng)和不斷繁衍的空間。一位名叫奧古斯特·魏斯曼（August Weismann）的生物學(xué)家也獨(dú)立提出了類(lèi)似的理論，即生物的壽命受到“整個(gè)物種需求”的限制。

任何基于群體利益高于個(gè)體利益的理論，包括這一理論，都存在一個(gè)致命的缺陷。這種論述被稱(chēng)為“群體選擇”，即動(dòng)物的行為不考慮自己的利益，而優(yōu)先保障所在群體（通常是整個(gè)物種）的最佳利益。但這種論述實(shí)際上是很有問(wèn)題的，因?yàn)槿后w選擇需要達(dá)成一種不穩(wěn)定的“休戰(zhàn)協(xié)議”。如果每一個(gè)動(dòng)物都了解并認(rèn)同變老有利于整個(gè)物種的利益，那就將是一個(gè)共贏的局面，然而只要其中一個(gè)個(gè)體出生時(shí)攜帶有稍微長(zhǎng)壽一些的基因，這個(gè)微妙的平衡就會(huì)被打破。那個(gè)具有稍長(zhǎng)壽命基因的“自私”動(dòng)物會(huì)比利他主義的動(dòng)物更具競(jìng)爭(zhēng)力：當(dāng)群體里大多數(shù)動(dòng)物死去，為其他同伴釋放生存資源時(shí)，“自私”的動(dòng)物就會(huì)消耗這些資源，從而活得更長(zhǎng)一些——也許長(zhǎng)到在其死亡前再增加一個(gè)后代。這個(gè)額外的后代會(huì)使得長(zhǎng)壽基因在種群中擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，最終具有這種“自私”的長(zhǎng)壽基因的動(dòng)物將在群體中占主導(dǎo)地位。隨著時(shí)間的流逝，這樣的狀況會(huì)延續(xù)幾代，甚至?xí)霈F(xiàn)更加“自私”的個(gè)體，壽命更長(zhǎng)，競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。這時(shí)，衰老就不再是一種進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。盡管單個(gè)動(dòng)物的壽命更長(zhǎng)不利于整個(gè)種群，但進(jìn)化會(huì)積極選擇對(duì)抗衰老的策略。

群體選擇這種論述在現(xiàn)代進(jìn)化生物學(xué)中已經(jīng)失寵，因?yàn)闊o(wú)論你選擇什么特質(zhì)，這種狀況都會(huì)不可避免地出現(xiàn)。自私的基因幾乎總會(huì)創(chuàng)造自私的生物，它們會(huì)依靠自私的基因戰(zhàn)勝利他主義的同類(lèi)，最終占據(jù)群體里的優(yōu)勢(shì)地位。

所以，我們現(xiàn)在認(rèn)為衰老并不是為了整個(gè)物種的利益而進(jìn)行功利主義計(jì)算后的高尚舉動(dòng)，它并不是自然選擇的目的，而是被自然選擇忽略的結(jié)果。這種對(duì)進(jìn)化的調(diào)控是通過(guò)傳染病、捕食者或從懸崖上墜落等外在因素引起的死亡風(fēng)險(xiǎn)（可以被統(tǒng)一稱(chēng)為外源性死亡）實(shí)現(xiàn)的。與之相對(duì)，內(nèi)源性死亡是動(dòng)物自身身體出錯(cuò)的結(jié)果，比如癌癥。20 世紀(jì)中葉的進(jìn)化生物學(xué)家意識(shí)到了外源性死亡的重要性，這也奠定了我們現(xiàn)在對(duì)老齡化如何演變的理解的基礎(chǔ)。

讓我們拿生活在一個(gè)島上的動(dòng)物舉例。島上的生活是有風(fēng)險(xiǎn)的，假設(shè)每年捕食者和傳染病會(huì)造成 10% 的外源性死亡率，即每年會(huì)有 10% 的動(dòng)物死亡，那么，這些動(dòng)物中的 90% 有機(jī)會(huì)過(guò)一歲生日，而 81% 的動(dòng)物有過(guò)第二次生日的機(jī)會(huì)……但只有35%會(huì)活到 10 歲，只有不到 1% 能活到 50 歲。盡管你不太可能找到年紀(jì)更老的動(dòng)物，但在這種情況下仍然沒(méi)有出現(xiàn)真正意義上的衰老。這是因?yàn)槲覀儗?duì)衰老的定義是死亡風(fēng)險(xiǎn)隨著時(shí)間推移而增加，而這里的死亡風(fēng)險(xiǎn)是恒定的 10%。這里的動(dòng)物不管出生了多久，它們的內(nèi)源性死亡率都是零。

我們總是把進(jìn)化稱(chēng)為“適者生存”，但進(jìn)化關(guān)注的遠(yuǎn)不止生存，繁衍更為重要。從進(jìn)化的角度看，一個(gè)生命體的人生清單里只有一件事情：生孩子。動(dòng)物擁有增強(qiáng)繁衍能力的突變，意味著它們會(huì)有更多的孩子，而這些后代也攜帶著增強(qiáng)繁殖能力的突變。這樣經(jīng)過(guò)幾代的繁衍，它們會(huì)比那些沒(méi)有突變的動(dòng)物生更多的孩子，從而逐漸在種群中占據(jù)主導(dǎo)地位。

讓我們?cè)倩氐角懊嫖ｋU(xiǎn)島嶼的例子上，這次我們將考慮動(dòng)物的繁衍問(wèn)題。哪怕這些動(dòng)物終生具有繁殖能力，但到目前為止，大多數(shù)繁殖都會(huì)在動(dòng)物年輕的時(shí)候進(jìn)行，因?yàn)榇蠖鄶?shù)動(dòng)物在到達(dá)真正生理意義上的衰老之前就已經(jīng)死亡了。由于繁殖大多在動(dòng)物年輕時(shí)進(jìn)行，影響動(dòng)物在老年時(shí)期繁殖的因素就沒(méi)有太大意義了。在動(dòng)物50歲時(shí)將其繁殖能力提高一倍并不會(huì)讓其獲得任何進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗赡芑畈坏綄⑵浜蟠鷶?shù)量翻倍的時(shí)間。反過(guò)來(lái)，一個(gè)3歲時(shí)就獲得生殖優(yōu)勢(shì)的動(dòng)物可能在未來(lái) 3 年里仍然生存并大量繁殖。這種優(yōu)勢(shì)意味著它將擁有更多的后代，這是一種在進(jìn)化上的巨大優(yōu)勢(shì)。

生殖能力的提高可能有許多不同的表現(xiàn)形式，比如理論上每胎生出的崽更多、生每一胎的間隔時(shí)間更短，有更大的喙去獲取更多食物、撫育更多后代，或者擁有更強(qiáng)的生存能力從而生出更多的孩子。不管是哪種形式，在幼年動(dòng)物身上賦予進(jìn)化優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的影響都是巨大的，因?yàn)樗鼈兒苡锌赡艽婊钕氯?，并將這些優(yōu)勢(shì)基因傳給下一代。相比之下，進(jìn)化很難影響年長(zhǎng)的動(dòng)物，因?yàn)樗鼈冾A(yù)計(jì)的存活時(shí)間太短，不太可能生育后代傳遞基因。這才是衰老真正的根本原因——進(jìn)化無(wú)法保持年老動(dòng)物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力，因?yàn)樗鼈儾惶赡苌⒆?。?qǐng)記住，上述這一切其實(shí)與機(jī)體衰老本身是無(wú)關(guān)的，單純只是因?yàn)橥庠葱运劳鲆蛩厥沟美夏陝?dòng)物的數(shù)量更少。因此，驅(qū)動(dòng)衰老進(jìn)化的關(guān)鍵因素竟然是動(dòng)物因衰老以外的其他風(fēng)險(xiǎn)而死亡，這有點(diǎn)兒違背我們的直覺(jué)，但事實(shí)恰是如此。

突變積累理論

接下來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，這種進(jìn)化的負(fù)向調(diào)控是如何實(shí)現(xiàn)的。首先要提到一種被稱(chēng)為“突變積累理論”的機(jī)制。我們都知道，DNA 是生物體內(nèi)的遺傳密碼，生命活動(dòng)的建立和維護(hù)都依賴(lài)DNA 中的遺傳信息。突變是對(duì)DNA 序列的改變。從進(jìn)化的角度說(shuō)，我們都是突變的個(gè)體。雖然我們的DNA一半來(lái)自父親，一半來(lái)自母親，但我們每個(gè)人的DNA 序列里一般都攜帶 50~100 個(gè)突變，既不同于母親的DNA，也不同于父親的DNA。這些突變中的大多數(shù)都沒(méi)有產(chǎn)生任何效果，它們存在于我們基因組DNA 的內(nèi)部，不會(huì)對(duì)我們的生存概率產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響。也有極少數(shù)的突變會(huì)對(duì)生命體產(chǎn)生積極或消極的影響：產(chǎn)生積極效應(yīng)的突變會(huì)提高生存概率或繁殖能力，從而更有機(jī)會(huì)被傳遞到下一代中；而產(chǎn)生消極效應(yīng)的突變則恰好相反，隨著時(shí)間推移會(huì)被進(jìn)化淘汰。

假如有一些隨機(jī)出現(xiàn)的突變會(huì)讓動(dòng)物在50歲時(shí)就自發(fā)死亡，這看起來(lái)是非常糟糕的不利因素，但實(shí)際上的影響并沒(méi)有那么大，因?yàn)閿y帶這種突變的動(dòng)物里有 99% 以上都在突變發(fā)揮致死作用前就由于別的因素死亡了。于是，這類(lèi)型的突變就很可能留在群體的后代中——并不是因?yàn)樗呛玫耐蛔?，而是因?yàn)閯?dòng)物高齡時(shí)進(jìn)行的自然選擇力量不夠強(qiáng)大，無(wú)法剔除這種突變。相反，如果突變導(dǎo)致動(dòng)物在兩歲這種具有高存活率和生殖能力的時(shí)期死亡，進(jìn)化就會(huì)非常迅速地剔除這種突變。因?yàn)樽匀贿x擇的力量在動(dòng)物的生殖年齡及之前的時(shí)期非常強(qiáng)大，所以具有這類(lèi)突變的動(dòng)物很快就會(huì)被沒(méi)有突變的“幸運(yùn)兒”所淘汰。

因此，有些突變即便對(duì)生命會(huì)造成不良的影響，但它們只要在動(dòng)物年齡足夠大、完成繁殖后才發(fā)揮作用，就能夠在群體里累積下去。根據(jù)這個(gè)理論，衰老并不是動(dòng)物群體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，只是進(jìn)化對(duì)這類(lèi)突變無(wú)能為力的結(jié)果。這種理論有一個(gè)完美的例子就是亨廷頓病，它啟發(fā)了數(shù)學(xué)家和生物學(xué)家J. B. S. 霍爾丹提出了這個(gè)有關(guān)自然選擇的“力量”會(huì)隨著個(gè)體年齡增長(zhǎng)而減弱的解釋。

亨廷頓病是一種由單基因突變引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，患者通常在 30~50 歲間出現(xiàn)癥狀，大概在確診 15~20 年后死亡。正如前述，史前人類(lèi)的預(yù)期壽命也就在 30~35 歲間。從進(jìn)化的角度來(lái)看，40歲才出現(xiàn)癥狀、55歲后引發(fā)死亡風(fēng)險(xiǎn)的亨廷頓病，對(duì)那時(shí)的人類(lèi)壽命并沒(méi)有太大的影響。在那樣一個(gè)遠(yuǎn)離現(xiàn)代文明的時(shí)期，30~35歲的人可能早已有了幾個(gè)孩子，他具有的生殖壽命也已經(jīng)不長(zhǎng)了。即便是在現(xiàn)代社會(huì)，亨廷頓病患者在死于這種疾病前也很可能已經(jīng)生下了自己的孩子。因此，就算亨廷頓病是一種致命的神經(jīng)疾病，它至今仍然在人類(lèi)群體以很少的數(shù)量遺傳下去。

亨廷頓病是單基因突變導(dǎo)致個(gè)體在生殖以后的年歲里遭遇非常糟糕的不良效應(yīng)的例子，可以很好地說(shuō)明具有致死效應(yīng)的突變?nèi)绾卧谌祟?lèi)群體里意外累積。不過(guò)，雖然單基因的例子比較容易說(shuō)明問(wèn)題，但在正常衰老進(jìn)程中，更可能發(fā)生的是多個(gè)不同基因的累積效應(yīng)，這些基因可能是單獨(dú)發(fā)揮作用，也可能是打組合拳，在我們完成生殖以后削弱我們的生存概率。一些致命突變?cè)诨驇?kù)中隨機(jī)發(fā)生，只是讓我們先完成繁殖后再發(fā)揮終結(jié)生命的作用，從而逃脫了進(jìn)化的自然選擇。綜合起來(lái)，這些被進(jìn)化忽視的不完美基因，正是讓我們衰老的部分過(guò)程背后真正的決定性因素。

但是，衰老也不是偶然的隨機(jī)事件。進(jìn)化除了對(duì)你完成生殖繁衍以后的健康漠不關(guān)心外，還會(huì)去做一些更殘酷的事情：用你未來(lái)的健康換取更強(qiáng)的生殖能力。進(jìn)化可以用奔跑能力、身高、毛發(fā)顏色等一切去交換更多的后代。無(wú)論是行動(dòng)更快還是更慢、身高更高還是更矮、外觀更灰暗還是更艷麗、壽命更長(zhǎng)還是更短，進(jìn)化都無(wú)所謂，只要能提高整體生殖的成功率，進(jìn)化就會(huì)欣然接受。

生存與死亡的平衡

那么，進(jìn)化如何協(xié)調(diào)動(dòng)物生存能力的下降乃至死亡與繁殖能力間的權(quán)衡呢？答案是基因本身通常具有多重特性。現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)，基因并不是一種類(lèi)似“光榮孤立”（splendid isolation）的存在，它并不會(huì)只編碼生命體的一種特征。它們往往在生命體發(fā)育的不同時(shí)間和身體的不同部位具有不同的功能，并相互作用，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)聽(tīng)到有人談?wù)撘粋€(gè)基因會(huì)產(chǎn)生多種復(fù)雜特性時(shí)，你可能會(huì)不太相信。即使是像眼睛顏色這樣簡(jiǎn)單的特征，實(shí)際上也受到許多不同基因的控制。這些基因同時(shí)也具有其他多種功能，比如影響頭發(fā)和皮膚的顏色，甚至很可能以我們未知的方式在其他生命活動(dòng)中發(fā)揮作用。生物學(xué)把單個(gè)基因的多功能性稱(chēng)為“基因多效性”。

另一種有關(guān)進(jìn)化和衰老的理論被稱(chēng)為“拮抗性多效”。基因具有多種作用，在生命的早期幫助生殖，但隨著動(dòng)物年齡的增長(zhǎng)卻引發(fā)了壞的效果。做一個(gè)假設(shè)，島上棲息的動(dòng)物發(fā)生突變，增加了動(dòng)物在 30 歲以上死亡的風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)使它比原來(lái)提前一年達(dá)到生殖成熟期。那么，與沒(méi)有發(fā)生這種突變的動(dòng)物相比，這種突變的攜帶者的數(shù)量將迅速增加。與更強(qiáng)大的生殖能力相比，30 歲后增加的存活風(fēng)險(xiǎn)實(shí)在不值得一提。這種繁殖上的優(yōu)勢(shì)將累積到幼年動(dòng)物身上，使得它們中的絕大多數(shù)在還活著的時(shí)候就多了一年繁殖時(shí)間。偶然發(fā)生的突變?cè)谏笃跁?huì)引發(fā)負(fù)面影響，根據(jù)突變積累理論，它們會(huì)在群體中遺傳積累，但還不止如此。這種突變?nèi)绻軌虼龠M(jìn)整個(gè)群體的繁殖，則會(huì)被進(jìn)化主動(dòng)地選擇。你會(huì)希望用年邁時(shí)的多少年壽命換取年輕時(shí)所具有的活力？進(jìn)化可不管幼時(shí)的少不經(jīng)事和老年人的睿智，它對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答是，在生命的世代中進(jìn)行優(yōu)化，最大限度地提高群體繁衍的成功率。

“拮抗性多效”基因的行為有點(diǎn)兒抽象。為什么更快地達(dá)到生殖成熟會(huì)導(dǎo)致生物體更早死亡？為了更形象地描述，我們引入了第三個(gè)也是最后一個(gè)與進(jìn)化相關(guān)的衰老理論，即所謂的“一次性體細(xì)胞理論”。它源于一個(gè)在自然界和日常生活中都普適的原則：世界上沒(méi)有免費(fèi)的午餐?；叵胍幌挛覀兪侨绾畏瘩g用熱力學(xué)解釋衰老的：動(dòng)物和植物可以從環(huán)境中獲得修復(fù)和維持機(jī)體的能量。單純從物理學(xué)來(lái)看，只要愿意犧牲一些我們獲取的能量（比如通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的狩獵和采集）去對(duì)抗時(shí)間和熵的消耗，我們完全不需要經(jīng)歷衰老。

無(wú)論是生物學(xué)里還是神話(huà)里的“不死之身”，總是要付出代價(jià)的。在生物學(xué)中，要長(zhǎng)生不老不需要愚昧地對(duì)神做出犧牲，而是需要一直維護(hù)身體。維護(hù)身體需要能量，而增長(zhǎng)肌肉以從掠食者口中逃脫，建立免疫系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗疾病，或者更快地性成熟以在死亡前繁衍后代同樣需要能量。

“一次性體細(xì)胞理論”的觀點(diǎn)是能量是有限的，需要在包括生殖和對(duì)抗衰老在內(nèi)的不同任務(wù)之間分配。體細(xì)胞是生物學(xué)家對(duì)除卵子和精子等生殖細(xì)胞以外的身體細(xì)胞的總稱(chēng)。從進(jìn)化的角度來(lái)看，你的身體只是精子這類(lèi)生殖細(xì)胞或后代的容器，這種視角可能會(huì)令人沮喪，但目前的主題是：繁殖上的成功等同于進(jìn)化上的成功。你的體細(xì)胞是可以被消耗的，因?yàn)槟愕暮蟠攀亲钪匾摹?/p>

這意味著，對(duì)生殖細(xì)胞的關(guān)照是頭等重要的大事，所以所有生命體都將它們置于能量消耗的最優(yōu)先層級(jí)。目前還不清楚有多少能量被消耗在維護(hù)體細(xì)胞上。和之前的理論一樣，進(jìn)化真正關(guān)心的是你能否堅(jiān)持到足以把你的基因傳遞給后代的時(shí)候。

如果一個(gè)生命體可被消耗的能量是有限的，進(jìn)化是更愿意把能量花在保持生命體的身體狀況還是快速繁衍后代上呢？進(jìn)化將計(jì)算整個(gè)群體的外在死亡風(fēng)險(xiǎn)。如果這個(gè)數(shù)字相當(dāng)高，進(jìn)化往往會(huì)選擇后者，確保你的孩子比你活得久，而你的無(wú)用軀體將隨著時(shí)間逐漸衰退（假設(shè)你活到了那一天）。因此，拮抗性多效實(shí)現(xiàn)的一種方法是通過(guò)突變降低了體細(xì)胞維持的層級(jí)，讓你在年輕時(shí)生長(zhǎng)得更快，但是當(dāng)你不完美的軀體進(jìn)入老年時(shí)，體細(xì)胞維持中的問(wèn)題就會(huì)一一出現(xiàn)。

對(duì)比不同動(dòng)物截然不同的壽命和繁殖策略，能讓我們更好地理解上述這些理論如何發(fā)揮作用?？紤]到進(jìn)化相關(guān)的衰老和外在死亡風(fēng)險(xiǎn)間的密切關(guān)系，可以預(yù)期那些生活在更危險(xiǎn)環(huán)境中的動(dòng)物能夠更快、更高效地繁殖，一旦完成繁殖，它們就會(huì)快速地步入衰老。

小鼠（野外活不過(guò)兩年）和鯨（最長(zhǎng)壽的哺乳動(dòng)物之一）的比較也展現(xiàn)了衰老生物學(xué)里最著名的發(fā)現(xiàn)之一：動(dòng)物的體積越大，它的壽命往往越長(zhǎng)。為什么“大塊頭”的壽命更長(zhǎng)？我們已經(jīng)找到了許多不同的解釋?zhuān)ɑ蛘呶覀冾嵉沽艘蚬?，畢竟長(zhǎng)成“大塊頭”需要更長(zhǎng)的時(shí)間），但是一個(gè)簡(jiǎn)單卻重要的因素是，“大塊頭”更難被殺死或吃掉。

實(shí)際上，研究不符合這種體積–壽命相關(guān)性的物種，更有助于明確衰老與外在死亡風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。為了保持盡可能公平，我們選取了體型類(lèi)似的哺乳動(dòng)物：體重約 20 克的小家鼠和成年體重接近30克的鼠耳蝙蝠。圈養(yǎng)的小鼠能活 3 到 4 年，而鼠耳蝙蝠有記錄的最長(zhǎng)壽命是 37 歲。巨大的壽命差異背后有什么秘密？一個(gè)明顯的區(qū)別是，蝙蝠會(huì)飛而小鼠不會(huì)飛。并不是飛翔的樂(lè)趣讓蝙蝠活得更長(zhǎng)，而是遠(yuǎn)離地面使得它們遠(yuǎn)離掠食者的傷害。在空中，生存環(huán)境的威脅少很多，蝙蝠的外在死亡風(fēng)險(xiǎn)自然比小鼠要低得多。這意味著在進(jìn)化過(guò)程中，突變更難被積累，拮抗性多效基因被自然選擇的力量淘汰，損耗一次性體細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)也逐漸喪失。

因此，與進(jìn)化相關(guān)的衰老沒(méi)有那么復(fù)雜，生物學(xué)家可以松一口氣了。**生活在危境下的動(dòng)物逃脫了自然選擇對(duì)優(yōu)化后半生的基因的篩選，反而進(jìn)化出了衰老，這聽(tīng)起來(lái)有些諷刺。**這里只有一個(gè)小問(wèn)題沒(méi)有解決：簡(jiǎn)單地了解上述這些理論讓我們感覺(jué)，所有物種都應(yīng)該變老。那么，像加拉帕戈斯巨龜這種對(duì)衰老好像不敏感的動(dòng)物如何解釋呢？我們好不容易完成了一個(gè)閉環(huán)的推理：進(jìn)化和衰老是可以相容的，那怎么會(huì)有不衰老的動(dòng)物呢？

為什么有些物種幾乎不會(huì)衰老？

物種不同的進(jìn)化策略有可能會(huì)帶來(lái)意想不到的衰老軌跡。雌性的魚(yú)類(lèi)隨著年齡增長(zhǎng)變得更大、更強(qiáng)壯，繁殖能力更強(qiáng)。大魚(yú)比小魚(yú)更容易逃脫捕食者天敵，這意味著魚(yú)類(lèi)的外在死亡風(fēng)險(xiǎn)不是恒定的，而是會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而降低。與此同時(shí)，年長(zhǎng)的魚(yú)類(lèi)能產(chǎn)更多、更好的卵，在某些極端情況下，年長(zhǎng)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵量可達(dá)幼魚(yú)的幾十倍。這些水下生活的雌性魚(yú)類(lèi)被稱(chēng)為BOFFFF：又大（big）又老（old）又胖（fat）還繁殖力強(qiáng)（fertile）的雌性（female）魚(yú)類(lèi)（Fish）。BOFFFF 在許多類(lèi)型的魚(yú)類(lèi)種群中都至關(guān)重要，因?yàn)榉N群的繁衍往往不是靠一條幼魚(yú)產(chǎn)下的那幾個(gè)卵來(lái)維持，而是要依靠少數(shù)BOFFFF 快速產(chǎn)下大量的卵。

這種繁殖策略顛覆了我們的思想實(shí)驗(yàn)中自然選擇進(jìn)化產(chǎn)生衰老的前提，年長(zhǎng)魚(yú)類(lèi)的存活率和生育能力被同時(shí)提高，使得這類(lèi)BOFFFF有極大的優(yōu)勢(shì)把基因傳遞下去。它們的存活就有了在進(jìn)化上非常重要的意義，從而使自然選擇的影響力更長(zhǎng)久，覆蓋到成年魚(yú)類(lèi)。也許進(jìn)化經(jīng)過(guò)冷靜的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，維護(hù)好魚(yú)的體細(xì)胞是一筆劃算的買(mǎi)賣(mài)，突變的累積或“拮抗性多效”對(duì)BOFFFF 的傷害就不那么容易接受了。因此，魚(yú)類(lèi)進(jìn)化可能的結(jié)果是，其死亡的總體風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而上升——換句話(huà)說(shuō)，衰老可以忽略不計(jì)。但這也表明過(guò)度捕撈對(duì)BOFFFF 的傷害尤為嚴(yán)重，會(huì)造成了一些嚴(yán)重的非自然選擇。群體里年長(zhǎng)的處于繁殖期的雌性的減少將刺激幼年魚(yú)類(lèi)的早期繁殖，這可能導(dǎo)致基因突變，讓該物種開(kāi)始衰老。

海龜和魚(yú)類(lèi)抵抗衰老的道理可能是相似的，年長(zhǎng)的雌龜避免了很多外部威脅的傷害（其堅(jiān)硬的外殼不無(wú)功勞），而且生育能力很強(qiáng)。自然選擇有充分的理由讓它們活下來(lái)，結(jié)果就是它們似乎并不會(huì)變老。

實(shí)際上，衰老更像是一種進(jìn)化上的疏忽，背后有不同的機(jī)制：從自然選擇手下逃脫的突變積累使生物在步入老年后的健康狀況惡化；拮抗性多效基因只顧最大限度地提高青年期的繁殖成功率，并不在意繁殖后可能遭遇不幸；我們的身體把繁衍后代當(dāng)作最優(yōu)先的事項(xiàng)，而非維持體細(xì)胞的健康。因此，我們不能期望衰老背后一定有一個(gè)單一的原因。事實(shí)上，我們應(yīng)該把衰老看作一組同步發(fā)生但僅有部分關(guān)聯(lián)的復(fù)雜過(guò)程。

作者/譯者簡(jiǎn)介

作者簡(jiǎn)介：

安德魯·斯蒂爾（Andrew Steele），計(jì)算機(jī)生物學(xué)家，物理學(xué)博士，倫敦弗朗西斯·克里克研究所研究員。從物理學(xué)的研究轉(zhuǎn)向生物學(xué)，因?yàn)樗庾R(shí)到，人類(lèi)的終極痛苦來(lái)自于衰老，而他想改變這一切。

譯者簡(jiǎn)介：

張文韜，微生物學(xué)博士，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心高級(jí)工程師。中國(guó)科學(xué)院官方科普微平臺(tái)“科學(xué)大院”高級(jí)主管，中國(guó)科學(xué)院科普云平臺(tái)“中國(guó)科普博覽”資深編輯，長(zhǎng)期從事科普內(nèi)容策劃創(chuàng)作、科普平臺(tái)運(yùn)營(yíng)等工作。

王曦，生物化學(xué)與分子生物學(xué)博士，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所副研究員。中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員，在蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)與人類(lèi)健康領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，曾獲第六屆中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)（青年短篇科普佳作類(lèi)）銀獎(jiǎng)。

本文經(jīng)授權(quán)選自《老而不衰的科學(xué)》（中信出版社·鸚鵡螺，2023年4月）第二章《衰老問(wèn)題的由來(lái)》，有刪節(jié)，小標(biāo)題為編者所加。

特 別 提 示

1. 進(jìn)入『返樸』微信公眾號(hào)底部菜單“精品專(zhuān)欄“，可查閱不同主題系列科普文章。

2. 『返樸』提供按月檢索文章功能。關(guān)注公眾號(hào)，回復(fù)四位數(shù)組成的年份+月份，如“1903”，可獲取2019年3月的文章索引，以此類(lèi)推。

版權(quán)說(shuō)明：歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)，任何形式的媒體或機(jī)構(gòu)未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載和摘編。轉(zhuǎn)載授權(quán)請(qǐng)?jiān)凇阜禈恪刮⑿殴娞?hào)內(nèi)聯(lián)系后臺(tái)。