形形色色的衰老：塑造壽命的進化產物

圖片：Shane Anderson / wikipedia

《科學宿世界》雜志，唯有經由過程科學方可熟悉宿世界

撰文 / 閔嘉德（Josh Mitteldorf）翻譯 / 汪婕舒

人類的衰老是遲緩的歷程，每過一年，我們都標的目的滅亡的終點邁出一小步。于是，當我們環顧周圍，便認為其他動植物也同我們一樣。但現實上，天然界有著形形色色的衰老，其過程從短短幾小時（好比微生物）到一些動物的幾百年和樹木的數千年不等。一些動物在生命的絕頂會俄然衰老，還有一些底子不會衰老，少數甚至可以逆轉衰老。而植物的衰老模式和壽命長短加倍多樣。

很多衰老理論都是基于“人類的衰老經驗在大天然中必然是遍及存在或至少是典型的”這一設法。然而，一個好的理論應該考慮到衰老模式的多樣性，也應考慮到衰老是從遠古進化而來這一事實。一些對現代動物（包羅人類）的衰老起到調控感化的基因，其根源都能追溯到 10 億年前的微生物。

沒有衰老的生命？

有一種變豆菜（Sanicula）是發展在歐洲牧場里的灌木。在曩昔 65 年中，人們一向在不間斷地研究著瑞典的一片變豆菜。變豆菜的預期壽命與人類差不多，但它卻從不衰老。對人類來說，跟著春秋的增加而逐漸變老，滅亡的幾率便會增加。而對變豆菜而言，每一年，75 株變豆菜中平均就有一株會死去，可這卻與春秋無關，一株 75 歲的變豆菜的滅亡率并不比一株 10 歲的更高。我們人類在出生時的預期壽命大約是 70 年（列國差別很大），到了 60 歲預期壽命可能剩下 18 年，80 歲的白叟可能預期還能活 7 年。而對變豆菜來說，一株幼苗的預期壽命是 75 年，到了 60 歲，它的預期壽命依然還剩 75 年。現實上，有少數變豆菜已經 200 歲了，但它們的預期壽命依然還剩 75 年。按照這個概率，100 萬株變豆菜中約有一株能活到 1000 年，若是我們的詮釋準確的話，這株 1000 歲的變豆菜與滅亡的距離并不比一株幼苗更近。

龍蝦是否會衰老至今仍是一個謎。因為被過度捕撈，龍蝦很少能長到 1 千克以上。但人們依然時常捕撈到跨越 4 千克的龍蝦，汗青記載中最大的龍蝦更是足有 20 千克。大龍蝦凡是會被放回大海，這并非只是因為它們不適合擺上餐桌。龍蝦長得越大，滋生力就越強，它們留下兒女的幾率就越大。一只大龍蝦滋生出的兒女能占有一大片海域。我們并沒有最老龍蝦的記實，因為它們沒豐年輪或近似布局供我們查驗春秋。有人認為 20 千克的龍蝦可能跨越 100 歲，但并不確定。

蛤類也能無限地長大，其滋生力同樣會變得越來越強。幸運的是，蛤類有發展環，可以讓我們數出它的春秋。已知最老的蛤是一只海說神聊極圓蛤（Arctica islandica），足有 507 歲，很可能死于打撈后撬開殼數發展紋的過程。它被稱為“明”，因為在它出生時中國正處于明朝。蛤類有一些天敵，好比說海星會抓住它們的殼，用蠻力將它們撕開。可是，一旦一只蛤長得比海星的腕還長，它就有可能無限地發展下去。重達 350 千克的巨蛤依然連結著它那些迷你親戚們的糊口體例，天天吸入跨越它們自身重量 3 萬倍的海水，濾食浮游生物和海藻，這些生物進入巨蛤肚子里還能繼續滋生。正如大龍蝦一樣，巨蛤也能為整個種群供給兒女。

宿世界上的長命之王非樹莫屬。一株 19 宿世紀死于風暴的龍血樹（Dracaena draco）可能已經活了 6000 年；美國加利福尼亞州白山上的刺果松（Pinus longaeva）中最古老的大約已有 5000 歲，平均壽命跨越千年。這是因為樹在發展上投入龐大精神，老是試著讓本身的葉片逃離其他樹木的暗影，從而搶到最好的陽光。叢林中最古老的樹老是能傲視群雄，獲得第一縷陽光的能量。

那么，樹木到底會不會衰老呢？有些會，有些不會。當然了，若是一棵樹當作長為樹林中最高的一棵，也會有懊惱——它將是第一個被閃電擊中的方針。而且，當樹林扎根的泥土被侵蝕，它也是最頭重腳輕、最輕易被風吹倒的那一個。此外，有些樹木似乎也擁有一個“特征春秋”，一旦過了這個年數，滅亡率會逐年增添。有證據表白，大哥的樹木更輕易受到真菌和疾病的損害。不外，在大大都時辰，老樹凡是是因為尺寸過大而受到機械危險，最終垮塌致死的。也就是說，恰是持續發展的能力終致其磨滅。

俄然滅亡

有一種怪異的性狀被稱為“終生一胎”（semelparous），是指那些在平生中只會滋生一次的動植物。滋生后，它們凡是會敏捷滅亡，包羅蜉蝣、章魚、大麻哈魚，還有當作千上萬種一年生開花植物。

終生一胎生物的死因是什么？科學家曾認為，這是因為滋生過程中耗盡了營養。可事實上，這種設法并無幾多依據，爆發的滋生與俄然的滅亡似乎是兩個分歧且自力的順應事務。若是你在花圃里種著一年生植物，就能親目睹證這一點：凡是，植物先開花，后結出種子，隨后死去。可是，若是你掐失落花朵，它就又會長出一朵新的來。若是每次在花釀成種子之前都把花剪失落，這株植物就能一向活下去，綻放整個炎天。很顯然，是種子發出了旌旗燈號，告訴植物滅亡的時刻到了。

大鱗大麻哈魚（Onocorhynchus tschawytscha，俗稱奇努克鮭）凡是在距離大海幾百千米的河道上游里孵化。出生后的一兩年，它們會糊口在河水的庇護中，這里糊口安閑，鮮有大型捕食者。當長到足以互相競爭的巨細時，它們就會標的目的下流遷移，前去茫茫大海中餬口。它們會在大海里糊口 2～7 年的時候。其間，它們越長越大，但并不會跟著春秋的增加而變得虛弱。當它們籌辦好滋生下一代，就會找到來時的路——絕非隨便挑一條河口，而是回到當初孵化的那個河塘。它們接下來的旅途就是奮力標的目的前沖，而終點就是滋生和滅亡。

當當作年大麻哈魚達到產卵地后便不再進食，新陳代謝敏捷崩潰。腎上腺泵出糖皮質激素，導致衰老加快。糖皮質激素也激發免疫系統的解體，致其全身覆滿真菌傳染。腎臟萎縮，同時臨近的細胞（腎間質細胞）變得膨大。輪回系統也遭到了傳染，動脈隨之呈現毀傷，這些毀傷看起來與導致老年人心臟病的毀傷十分相似。逆流而受騙然是吃力的，可是，給它們身體帶來致命危險的，并非肉體上的損耗，而是一系列嚴重的生化反映。這些反映發生的機會是由基因心猿意馬好的，在產卵完當作后即刻發生。這種癥狀不分牝牡，固然絕大部門新陳代謝的壓力都落在雌魚身上，在生命的最后階段，卵可能占有了它們身體重量的 1/3。

章魚的故事也值得一提。它們的壽命很短，按照種類的分歧，從幾個月到幾年不等，但城市在一次滋生之后死去。雌章魚會守護和顧問它產下的卵，如果情況對孵化晦氣，就會吃失落它們。這樣，雌章魚就獲得了重頭再來一次的機遇。若是它認為機會當作熟適合孵化，不僅不會吃本身的卵，甚至會完全遏制進食。雌章魚為了庇護本身的卵不受捕食者損害，會一動不動、專心守護長達幾個月的時候。可是，一旦卵孵化，它就會在幾天內死去。它的死因并非饑餓。我們知道這一點，是因為它們有兩個內排泄腺，稱為“視腺”，排泄的物質節制著章魚的交配行為、親子顧問和滅亡。視腺可以經由過程手術去除，去除之后的雌章魚就能活得更久。若是只去除一個視腺，雌章魚會遏制進食，但可以多活 6 個禮拜。若是兩個視腺都去失落，雌章魚就不會完全掉去進食能力，在卵孵化之后，還可以恢復進食。接著，它們還可以重振旗鼓，恢復之前的力量和體格，并繼續存活 40 個禮拜甚至更久。

2007 年，美國蒙特雷灣水族館研究所的布魯斯·羅比遜（Bruce Robison）發現，一只雌性深海章魚（Graneledone boreopacifica）正在加州海岸四周冰涼的深海中顧問 160 枚卵。他每隔一段時候就回到統一個位置的統一塊石頭去不雅察它。從 2007 年到 2011 年，它不吃不喝，一動不動，只是輕細地扇動著卵上方的海水，包管卵獲得新穎的營養物質。過了 4 年半，卵終于孵化了，但他只看到一無所有的卵殼，再也沒有見到這只雌章魚，它應該是死去了。這是有史以來不雅察到的最長的懷胎。

逆轉衰老

1905 年，荷蘭生物學家弗里德里克·斯多皮布林克（Friederich Stoppenbrink）研究了真渦蟲（Planaria）的生命周期。這是一種扁蟲，凡是呈現在淡水水池里。他注重到，當這種動物食物不足時，會有打算地吃失落本身。從最可耗損的器官（性器官）起頭，慢慢吃到消化系統（在饑饉年月歸正用處也不大），接著是肌肉。在這個過程中，真渦蟲變得越來越小，直到只剩下最貴重的部門——大腦和神經細胞。斯多皮布林克稱，當他再次喂食時，它們又從頭發展，敏捷長回了之前吃失落的部門。此外，它們的外表和行為看起來都像年青的真渦蟲一樣。當那些沒有履歷過饑饉的同齡真渦蟲因衰老而逐漸滅亡時，這些履歷了饑餓和更生的真渦蟲依然活蹦亂跳。這個嘗試可以反復一遍又一遍，只要斯多皮布林克一向讓它們履歷挨餓和更生的過程，它們就會一向活下去，涓滴沒有衰老的跡象。

2010 年，燈塔水母（Turritopsis nutricula）一夜當作名，只因它在科學新聞中被捧上了“長生”的寶座。燈塔水母的生命周期分為水螅體與水母體，幼體以水螅體的形式固著糊口，當作年后以水母體的形式泅水糊口。但一旦碰到情況惡化，當作年的燈塔水母能倒退為水螅形態，從頭再活一次。這是經由過程將分化細胞變回干細胞來完當作的，與正常的發育偏向（干細胞到分化細胞）截然相反。從素質上說，就是在生命的單行線上逆標的目的行駛。

腐尸甲蟲（Trogoderma glabrum）也有一個近似的絕招，但只有挨餓的時辰才用。它們的平生都在樹林中的尸身上渡過，當作長中會持續履歷 6 個分歧的幼蟲階段—先像蛆、接著像馬陸、然后像水黽，最后才釀成六足的甲蟲。1972 年，美國威斯康辛大學的兩名蟲豸學家在試管中將處于第 6 階段的幼蟲（即將釀成當作蟲之前）分手了出來。他們發現，若是食物欠缺，它們可以或許退回幼蟲的第 5 階段；若是幾天都吃不到食物，它們會逐漸縮小和倒退，直到釀成剛孵出來的蛆蟲的樣子；若是恢復喂食，它們又能再次標的目的前發展，履歷正常的發育階段，釀成當作蟲，并擁有正常的壽命。他們一次又一次地反復這個周期，讓它們先長到幼蟲的第 6 階段，然后讓它們挨餓，退回第一階段。這樣，這些甲蟲的壽命從 8 周耽誤到了兩年多。

持續再生與性

水螅是一種放射對稱的無脊椎動物，在身體上方有一個口，四周包抄著觸手。若是觸手被切失落，還可以或許長回來——就像希臘神話中的勒拿九頭蛇一樣，因而共享著不異的英文名（Hydra）。它們用觸手抓住水蚤等浮游生物，并以此為食。也有些水螅是綠色的，依靠著在它們透明肌膚下的共生藻類。曾經有人對水螅開展了 4 年的研究，從野外捕獲了各類春秋的樣本，發現它們似乎不會天然滅亡，跟著春秋增加被捕食者吃失落或生病的幾率也不會增添。在人體內，有些細胞（好比血細胞、皮膚細胞和胃黏膜細胞）會不竭滅亡和更生。而水螅似乎全身都是這樣，每隔幾天便能從干細胞基底中自我更新。一些細胞會失落落和滅亡；但還有一些，假如體積足夠大，就能像萌芽一樣從本來那只水螅的身體上伸出來，長當作一只克隆的水螅。這是一種古老的滋生體例，完全不需要性就可以完當作。對水螅來說，有性滋生似乎并不是必需的，而只是偶然的縱容。

近期一篇文章聲稱，水螅其實是會衰老的，其表示是它克隆的速度會變慢。研究者認為，克隆體味擔當“怙恃”的春秋。他的假說是，只有有性滋生才能“重置”衰老的時鐘。若是這是真的，那么，水螅衰老的體例就回到了單細胞的原生生物，好比草履蟲。

草履蟲的衰老我們在此前的專欄中已經介紹過。對它們而言，克隆的次數記實在端粒中。當端粒短到必然水平時，細胞便衰老而無法割裂。只有有性滋生可以重置端粒上的“時鐘”。這一古老的衰老體例迫使個別必需與群體分享本身的基因。高檔生物（包羅你和我）也有端粒，而且，端粒在我們的平生中凡是會越來越短，直到我們死去（癌細胞則逃離了端粒的束厄局促）。只有在滋生時，兩個分歧親代的配子細胞形當作新的個別時，端粒才會重置。

衰老的開關

蜂后和工簇擁有不異的基因，它們的壽命卻相去甚遠。對蜂后來說，是蜂王漿（更切當地說是蜂后漿）關失落了衰老的開關。當一個新的蜂群形當作時，育幼工蜂會選擇—就今朝所知是隨機選擇— 一只幼蟲，喂以蜂王漿。蜂王漿中某些具備心理活性的當作分促使這只幸運的幼蟲當作長為一只蜂后，而不是一只工蜂。蜂王漿付與了蜂后過度發育的生殖腺，使其長出了獨具一格的體型。蜂后在職業生活生計的初步會飛出去一次，在這過程中，她會與十幾只分歧的雄峰進行交配，并將精子存儲起來，以備此后數年利用。

工蜂只能活幾個禮拜，然后會因衰老而滅亡。固然蜂后的基因與工蜂完全不異，卻沒有一點衰老的跡象。蜂后可以保存和產卵很多年，若是蜂群足夠健康且不變，甚至可以延續幾十年。她們是不老的古跡，只有在用盡婚飛時存儲的精子之后才會死去。直到那一刻，她仍是可以或許產卵的，可是這些卵未能受精，只能長當作無刺的雄峰。接著，曩昔盡心侍奉蜂后的工蜂就會殺死這個衰敗的皇后：團團圍住并將它刺死。

這意味著什么?

衰老的體例和持續時候八門五花。很多人認為，衰老是物理心猿意馬律造當作的，任何工具用久了城市磨損，只不外有些工具比其他工具更經久一些。其實，衰老與磨損的相似性只是一個幻覺，衰老與熵增心猿意馬律并無關系。我們看到，大天然讓生命體擁有了八門五花的衰老形式。與生命體的所有特征一樣，衰老也來自于進化。它塑造了壽命的長短，使其可以或許順應它們所處的生態系統。

本文頒發于《科學宿世界》2017 年 12 月