21億年前，生物選擇了性，從此不得永生?

有人問：既然人和山公都不克不及長生不老，進化還有什么意義？也有人問：地球生命已經進化38億年，人類也有200多萬年的汗青，為什么仍是沒有進化出長生能力？這代表了公共對進化和滅亡存在的遍及曲解。良多人覺得滅亡是生命的宿命，但事實上，長生才是生命的原本屬性，而滅亡是進化的產品。

△最長命的多細胞生物：海說神聊極蛤

長生不老的生物

絕大大都生命體的壽命都有極限，人最多活120多歲，東部箱龜可以活到138歲，巨紫球海膽和阿留申平鲉可跨越200歲，格陵蘭睡鯊能活到400歲，海說神聊極蛤的壽命極限是507歲。

生物的衰老和海弗利克極限有關。海弗利克的嘗試證實了體外培育的人體細胞至多只能割裂50-70次，之后就會遏制割裂，并衰老和滅亡。此刻我們知道，海弗利克極限是由端粒長度決議的。端粒是真核生物染色體結尾一段不編碼任何卵白質的DNA序列，細胞每次割裂城市丟掉一小段端粒。比及端粒長度小于臨界長度，細胞就遏制割裂，生命體也就走標的目的衰老和滅亡。

△端粒長度跟著細胞割裂的次數增多而縮短

唯有癌細胞能沖破海弗利克極限。因為癌細胞內高活性的端粒酶能填補因細胞割裂而丟掉的端粒。然而，因為癌細胞不克不及分化當作組織器官介入機體扶植，它的無限增值還會篡奪正常細胞所需的養料，是以癌細胞的長生是以生物體的敏捷滅亡為價格的。

在抱負發展前提下，對稱割裂的細菌和酵母能實現生物學上的長生。它們以二割裂體例滋生，每次割裂城市使細胞重回年青狀況。因為每個子細胞都與親代完全不異，它們都可以視為是親代生命的延續。若是情況適宜，它們的割裂將一向持續下去。

△細菌的割裂生殖

高檔生物夢寐以求的長生不老，低等的細菌和酵母卻可以等閑實現。這告訴我們一個奧秘：原始生命原本是可以或許長生的，但它們卻拋卻了長生能力，進化出了衰老和滅亡。

生命何時拋卻了長生？

在高檔生物的有性生殖中，怙恃發生后代需顛末基因重組，后代無法再延續怙恃的生命。是以，從生命選擇有性生殖的那一刻起，就掉去了長生能力。最早的有性生殖化石證據發現于巴芬島的巖層中，可追溯至10-12億年前。然而，科學家遍及認為，有性生殖的進化和真核生物的發生是同步發生的，這一時候點大約在距今21億年前。

△最早的有性生殖證據是一種名叫Bangiomorpha pubescens的紅藻，發現于加拿大巴芬島

除了掉去長生能力以外，有性生殖的其他短處也是顯而易見的。無性生殖中任何一個個別都可以繁衍兒女，而有性生殖中只有一半個別能滋生，這大大降低了滋生速度。并且在有性生殖中，生物只能將自身的一半基因傳遞給兒女，這似乎與基因延續的目標相悖。

這兩個“一半”，就組成了有性生殖的“兩倍當作本”，然而，有性生殖的價格不止這兩倍當作本。生物的性行為需要華侈大量的時候和能量，這些華侈對保存和滋生自己毫無益處，反而還會帶來麻煩，如招來天敵的捕殺。然而，有性生殖能在當此生物界中占有本家兒導地位，證實它所帶來的順應性優勢遠遠跨越了當作本。

△雄虎和雌虎正在交配

有性生殖的一個較著優勢是阻止有害突變的堆集。顛末怙恃雙親的基因重組，在基因程度上供給了兩種容錯機制：一是在減數割裂發生配子的過程中，同源染色體要顛末配對和復制，受毀傷的基因得以修復；二是在合子形當作之后，兩邊的有害突變彼此袒護，優勢得以互補，這就是我們說的雜種優勢。

有性生殖在基因延續上的優勢，具體地表示在以下三個方面。一是將兩個有益突變連系在一個個別身上，使有益性狀更普遍地傳布。二是將兩個有害突變堆積在一路，將有害基因更快地從種群中剔除。三是經由過程基因重組，締造出比以往存在的基因型加倍順應情況的新個別。

△雄孔雀開屏與性選擇有關

有性生殖不成避免地涉及到性選擇，即多個雄性爭奪一個雌性。最終的成果是：優勢雄性三妻四妾，留下更多兒女，優勢基因獲得更普遍的傳布；而劣勢雄性很少或底子得不到交配機遇，劣勢基因在種群中削減甚至消逝。這是在無性的種群中所不存在的壯大進化動力。

“生命誠可貴，戀愛價更高”。20億年前的原始生命似乎做出了匈牙利大詩人裴多菲詩句中的選擇。然而，這里面有個細思極恐的事實——進化的素質在于基因的延續，而生命體不外是個容器而已。對自私的基因來說，在復雜多變的情況中，時不時改換新容器，要比持久利用統一種容器，更有利于它們的傳布和延續。

△雄獅富強的鬃毛是健康、有活力的指標

真核生物為什么選擇了性？

要想知道真核生物為什么拋卻長生而選擇有性生殖，必需先搞清晰在真核生物發生之際，即距今20多億年前，地球情況是什么樣子的，正在履歷哪些轉變。

從原始生命最初發生的距今38億年前起頭，前后持續了14億年，地球情況沒有太大轉變。古細菌和真細菌不竭割裂，在淺海中無憂無慮地糊口著。

然而，到距今24億年前，藍藻發生的氧氣起頭在大氣中堆積，這就是“大氧化事務”，對厭氧的原始生命來說，氧氣是有劇毒的。同時，氧氣耗損失落大氣中的溫室氣體甲烷，使地球在幾萬年間下降了70℃，整個地球被凍住，這就是休倫冰期。

△大氧化事務的遺產：龐大的鐵礦床

對割裂生殖的古細菌來說，進化的獨一動力是基因突變，何況突變還多是有害的。它們因無法順應如斯劇變的情況而紛紛滅亡。我們今天只能在海底火山噴口等極端情況下，才能看到古細菌的蹤跡。到頭來，長生當作了永滅。

有一支古細菌活了下來，它們成長出了基因重組機制，每一代的性狀都各不不異，總有個別能順應復雜多變的新情況。它們的兒女有個清脆的名字，叫做真核生物，這種新的滋生體例就是有性生殖。今天所有的動物、植物和真菌都是這些原始真核生物的兒女。

△雌性水母排出卵子，為基因重組做籌辦

久遠來看，有性生殖是生命延續和發揚光大的獨一機遇。盡管有性生殖的生物注定無法長生，但它們的兒女卻可以活得更久、更出色。顛末20億多年的進化大戰，裂殖的細菌仍是老樣子，有性生殖的真核生物卻以極具多樣化的形態占領地球的各大生態位，還演化出了我們人類這樣的高聰明生物，當作為地球的統治者。

細菌和癌細胞在生物學上是長生的，但它們長生的前提前提是情況一向不變、一向適宜——這個前提在瞬息萬變的地球上是不成能當作立的。在實際情況中，細菌的一個細胞系能活幾年就不錯了，終免不了三軍覆沒的命運。

△海拉細胞的免疫熒光圖

海拉細胞系（取自一名配偶女的宮頸癌細胞）已經存活68年了，但這是在嘗試室培育的抱負前提下，實際中癌細胞的壽命不會跨越宿本家兒，它在殺死宿本家兒后本身也就死光臨頭了。是以，在生物學上長生的生物，在實際中活得更短，這是個半斤八兩嘲諷的事實。

衰老和滅亡是若何進化的？

經由過程上面的闡發，我們得知生命進化的素質在于基因延續，我們這個容器只要將基因傳遞給兒女，就算完當作了使命。然而，在世是生命的固有屬性，我們的長生雖稱不上對基因延續有利，但也絕稱不上有害，為什么會進化出衰老和滅亡呢？

有人說，只有個別生命衰老并滅亡，才能給種群新生力量的成長騰出空間，有利于整個種群的繁榮。這話貌似很有事理，但并沒有從科學上揭示衰老和滅亡發生的素質。

△印度海德拉邦的白叟

1951年，彼得·梅達瓦爾提出了衰老的突變堆集理論。他指出，天然選擇的感化跟著個別春秋的增加而下降。當有害突變在生命早期表達的時辰，因為會對個別發生的兒女數目發生重大影響，天然選擇的感化很是強烈，能很快將這些有害突變剔除。

然而，有些有害突變是在生命晚期表達的，尤其是在個別滋生遏制之后，天然選擇底子不起感化，因為這些有害突變早就在不知不覺中傳遞給兒女了。跟著時候流逝，這些在晚期表達的有害突變會因遺傳漂變而堆集起來，最終導致生命體的衰老和滅亡。

例如，亨廷頓氏病可致患者癡呆，罹患各類并發癥并最終滅亡，風險極大。并且它是一種常染色體顯性遺傳病，能代代遺傳并表達。但這個病仍然得以傳播至今，因為它多在30歲今后發病，患者早就在30歲之前的生育中把致病基因傳遞給子代了。

△“選擇暗影”模子

為了更好地表達突變堆集理論，梅達瓦爾繪制了“選擇暗影”模子。個別生育力在剛當作年的時辰達到岑嶺，之后連結不變或下降。而因為內部（疾病）和外部（不測和天敵捕食）的各種保存壓力，個別存活率跟著春秋增加而下降。二者加在一路的成果就是，生物到晚年滋生幾率很低，天然選擇對這一階段表達的有害突變幾乎不起感化。梅達瓦爾用“選擇暗影”概念暗示天然選擇缺席的春秋規模，這就是生物體的老年階段。

按照“選擇暗影”模子，經由過程耽誤生物的生育期，能提高天然選擇缺席的春秋，從而促進延緩衰老和長命的進化。在天然界，會飛的動物因為天敵較少，生育期也較長，是以有利于長命的進化。動物學家發現，蝙蝠的壽命可達30多年，而體型、代謝率均相似的老鼠壽命卻只有幾年，這一事實證實了突變堆集理論的合理性。

△果蝠壽命可達35歲