形形色色的衰老：塑造寿命的进化产物

图片：Shane Anderson / wikipedia

《科学宿世界》杂志，唯有经由过程科学方可熟悉宿世界

撰文 / 闵嘉德（Josh Mitteldorf）翻译 / 汪婕舒

人类的衰老是迟缓的历程，每过一年，我们都标的目的灭亡的终点迈出一小步。于是，当我们环顾周围，便认为其他动植物也同我们一样。但现实上，天然界有着形形色色的衰老，其过程从短短几小时（好比微生物）到一些动物的几百年和树木的数千年不等。一些动物在生命的绝顶会俄然衰老，还有一些底子不会衰老，少数甚至可以逆转衰老。而植物的衰老模式和寿命长短加倍多样。

很多衰老理论都是基于“人类的衰老经验在大天然中必然是遍及存在或至少是典型的”这一设法。然而，一个好的理论应该考虑到衰老模式的多样性，也应考虑到衰老是从远古进化而来这一事实。一些对现代动物（包罗人类）的衰老起到调控感化的基因，其根源都能追溯到 10 亿年前的微生物。

没有衰老的生命？

有一种变豆菜（Sanicula）是发展在欧洲牧场里的灌木。在曩昔 65 年中，人们一向在不间断地研究着瑞典的一片变豆菜。变豆菜的预期寿命与人类差不多，但它却从不衰老。对人类来说，跟着春秋的增加而逐渐变老，灭亡的几率便会增加。而对变豆菜而言，每一年，75 株变豆菜中平均就有一株会死去，可这却与春秋无关，一株 75 岁的变豆菜的灭亡率并不比一株 10 岁的更高。我们人类在出生时的预期寿命大约是 70 年（列国差别很大），到了 60 岁预期寿命可能剩下 18 年，80 岁的白叟可能预期还能活 7 年。而对变豆菜来说，一株幼苗的预期寿命是 75 年，到了 60 岁，它的预期寿命依然还剩 75 年。现实上，有少数变豆菜已经 200 岁了，但它们的预期寿命依然还剩 75 年。按照这个概率，100 万株变豆菜中约有一株能活到 1000 年，若是我们的诠释准确的话，这株 1000 岁的变豆菜与灭亡的距离并不比一株幼苗更近。

龙虾是否会衰老至今仍是一个谜。因为被过度捕捞，龙虾很少能长到 1 千克以上。但人们依然时常捕捞到跨越 4 千克的龙虾，汗青记载中最大的龙虾更是足有 20 千克。大龙虾凡是会被放回大海，这并非只是因为它们不适合摆上餐桌。龙虾长得越大，滋生力就越强，它们留下儿女的几率就越大。一只大龙虾滋生出的儿女能占有一大片海域。我们并没有最老龙虾的记实，因为它们没丰年轮或近似布局供我们查验春秋。有人认为 20 千克的龙虾可能跨越 100 岁，但并不确定。

蛤类也能无限地长大，其滋生力同样会变得越来越强。幸运的是，蛤类有发展环，可以让我们数出它的春秋。已知最老的蛤是一只海说神聊极圆蛤（Arctica islandica），足有 507 岁，很可能死于打捞后撬开壳数发展纹的过程。它被称为“明”，因为在它出生时中国正处于明朝。蛤类有一些天敌，好比说海星会抓住它们的壳，用蛮力将它们撕开。可是，一旦一只蛤长得比海星的腕还长，它就有可能无限地发展下去。重达 350 千克的巨蛤依然连结着它那些迷你亲戚们的糊口体例，天天吸入跨越它们自身重量 3 万倍的海水，滤食浮游生物和海藻，这些生物进入巨蛤肚子里还能继续滋生。正如大龙虾一样，巨蛤也能为整个种群供给儿女。

宿世界上的长命之王非树莫属。一株 19 宿世纪死于风暴的龙血树（Dracaena draco）可能已经活了 6000 年；美国加利福尼亚州白山上的刺果松（Pinus longaeva）中最古老的大约已有 5000 岁，平均寿命跨越千年。这是因为树在发展上投入庞大精神，老是试着让本身的叶片逃离其他树木的暗影，从而抢到最好的阳光。丛林中最古老的树老是能傲视群雄，获得第一缕阳光的能量。

那么，树木到底会不会衰老呢？有些会，有些不会。当然了，若是一棵树当作长为树林中最高的一棵，也会有懊恼——它将是第一个被闪电击中的方针。而且，当树林扎根的泥土被侵蚀，它也是最头重脚轻、最轻易被风吹倒的那一个。此外，有些树木似乎也拥有一个“特征春秋”，一旦过了这个年数，灭亡率会逐年增添。有证据表白，大哥的树木更轻易受到真菌和疾病的损害。不外，在大大都时辰，老树凡是是因为尺寸过大而受到机械危险，最终垮塌致死的。也就是说，恰是持续发展的能力终致其磨灭。

俄然灭亡

有一种怪异的性状被称为“终生一胎”（semelparous），是指那些在平生中只会滋生一次的动植物。滋生后，它们凡是会敏捷灭亡，包罗蜉蝣、章鱼、大麻哈鱼，还有当作千上万种一年生开花植物。

终生一胎生物的死因是什么？科学家曾认为，这是因为滋生过程中耗尽了营养。可事实上，这种设法并无几多依据，爆发的滋生与俄然的灭亡似乎是两个分歧且自力的顺应事务。若是你在花圃里种着一年生植物，就能亲目睹证这一点：凡是，植物先开花，后结出种子，随后死去。可是，若是你掐失落花朵，它就又会长出一朵新的来。若是每次在花酿成种子之前都把花剪失落，这株植物就能一向活下去，绽放整个炎天。很显然，是种子发出了旌旗灯号，告诉植物灭亡的时刻到了。

大鳞大麻哈鱼（Onocorhynchus tschawytscha，俗称奇努克鲑）凡是在距离大海几百千米的河道上游里孵化。出生后的一两年，它们会糊口在河水的庇护中，这里糊口安闲，鲜有大型捕食者。当长到足以互相竞争的巨细时，它们就会标的目的下流迁移，前去茫茫大海中餬口。它们会在大海里糊口 2～7 年的时候。其间，它们越长越大，但并不会跟着春秋的增加而变得虚弱。当它们筹办好滋生下一代，就会找到来时的路——绝非随便挑一条河口，而是回到当初孵化的那个河塘。它们接下来的旅途就是奋力标的目的前冲，而终点就是滋生和灭亡。

当当作年大麻哈鱼达到产卵地后便不再进食，新陈代谢敏捷崩溃。肾上腺泵出糖皮质激素，导致衰老加快。糖皮质激素也激发免疫系统的解体，致其全身覆满真菌传染。肾脏萎缩，同时临近的细胞（肾间质细胞）变得膨大。轮回系统也遭到了传染，动脉随之呈现毁伤，这些毁伤看起来与导致老年人心脏病的毁伤十分相似。逆流而受骗然是吃力的，可是，给它们身体带来致命危险的，并非肉体上的损耗，而是一系列严重的生化反映。这些反映发生的机会是由基因心猿意马好的，在产卵完当作后即刻发生。这种症状不分牝牡，固然绝大部门新陈代谢的压力都落在雌鱼身上，在生命的最后阶段，卵可能占有了它们身体重量的 1/3。

章鱼的故事也值得一提。它们的寿命很短，按照种类的分歧，从几个月到几年不等，但城市在一次滋生之后死去。雌章鱼会守护和顾问它产下的卵，如果情况对孵化晦气，就会吃失落它们。这样，雌章鱼就获得了重头再来一次的机遇。若是它认为机会当作熟适合孵化，不仅不会吃本身的卵，甚至会完全遏制进食。雌章鱼为了庇护本身的卵不受捕食者损害，会一动不动、专心守护长达几个月的时候。可是，一旦卵孵化，它就会在几天内死去。它的死因并非饥饿。我们知道这一点，是因为它们有两个内排泄腺，称为“视腺”，排泄的物质节制着章鱼的交配行为、亲子顾问和灭亡。视腺可以经由过程手术去除，去除之后的雌章鱼就能活得更久。若是只去除一个视腺，雌章鱼会遏制进食，但可以多活 6 个礼拜。若是两个视腺都去失落，雌章鱼就不会完全掉去进食能力，在卵孵化之后，还可以恢复进食。接着，它们还可以重振旗鼓，恢复之前的力量和体格，并继续存活 40 个礼拜甚至更久。

2007 年，美国蒙特雷湾水族馆研究所的布鲁斯·罗比逊（Bruce Robison）发现，一只雌性深海章鱼（Graneledone boreopacifica）正在加州海岸四周冰凉的深海中顾问 160 枚卵。他每隔一段时候就回到统一个位置的统一块石头去不雅察它。从 2007 年到 2011 年，它不吃不喝，一动不动，只是轻细地扇动着卵上方的海水，包管卵获得新颖的营养物质。过了 4 年半，卵终于孵化了，但他只看到一无所有的卵壳，再也没有见到这只雌章鱼，它应该是死去了。这是有史以来不雅察到的最长的怀胎。

逆转衰老

1905 年，荷兰生物学家弗里德里克·斯多皮布林克（Friederich Stoppenbrink）研究了真涡虫（Planaria）的生命周期。这是一种扁虫，凡是呈现在淡水水池里。他注重到，当这种动物食物不足时，会有打算地吃失落本身。从最可耗损的器官（性器官）起头，慢慢吃到消化系统（在饥馑年月归正用处也不大），接着是肌肉。在这个过程中，真涡虫变得越来越小，直到只剩下最贵重的部门——大脑和神经细胞。斯多皮布林克称，当他再次喂食时，它们又从头发展，敏捷长回了之前吃失落的部门。此外，它们的外表和行为看起来都像年青的真涡虫一样。当那些没有履历过饥馑的同龄真涡虫因衰老而逐渐灭亡时，这些履历了饥饿和更生的真涡虫依然活蹦乱跳。这个尝试可以反复一遍又一遍，只要斯多皮布林克一向让它们履历挨饿和更生的过程，它们就会一向活下去，涓滴没有衰老的迹象。

2010 年，灯塔水母（Turritopsis nutricula）一夜当作名，只因它在科学新闻中被捧上了“长生”的宝座。灯塔水母的生命周期分为水螅体与水母体，幼体以水螅体的形式固着糊口，当作年后以水母体的形式泅水糊口。但一旦碰到情况恶化，当作年的灯塔水母能倒退为水螅形态，从头再活一次。这是经由过程将分化细胞变回干细胞来完当作的，与正常的发育偏向（干细胞到分化细胞）截然相反。从素质上说，就是在生命的单行线上逆标的目的行驶。

腐尸甲虫（Trogoderma glabrum）也有一个近似的绝招，但只有挨饿的时辰才用。它们的平生都在树林中的尸身上渡过，当作长中会持续履历 6 个分歧的幼虫阶段—先像蛆、接着像马陆、然后像水黾，最后才酿成六足的甲虫。1972 年，美国威斯康辛大学的两名虫豸学家在试管中将处于第 6 阶段的幼虫（即将酿成当作虫之前）分手了出来。他们发现，若是食物欠缺，它们可以或许退回幼虫的第 5 阶段；若是几天都吃不到食物，它们会逐渐缩小和倒退，直到酿成刚孵出来的蛆虫的样子；若是恢复喂食，它们又能再次标的目的前发展，履历正常的发育阶段，酿成当作虫，并拥有正常的寿命。他们一次又一次地反复这个周期，让它们先长到幼虫的第 6 阶段，然后让它们挨饿，退回第一阶段。这样，这些甲虫的寿命从 8 周耽误到了两年多。

持续再生与性

水螅是一种放射对称的无脊椎动物，在身体上方有一个口，四周包抄着触手。若是触手被切失落，还可以或许长回来——就像希腊神话中的勒拿九头蛇一样，因而共享着不异的英文名（Hydra）。它们用触手抓住水蚤等浮游生物，并以此为食。也有些水螅是绿色的，依靠着在它们透明肌肤下的共生藻类。曾经有人对水螅开展了 4 年的研究，从野外捕获了各类春秋的样本，发现它们似乎不会天然灭亡，跟着春秋增加被捕食者吃失落或生病的几率也不会增添。在人体内，有些细胞（好比血细胞、皮肤细胞和胃黏膜细胞）会不竭灭亡和更生。而水螅似乎全身都是这样，每隔几天便能从干细胞基底中自我更新。一些细胞会失落落和灭亡；但还有一些，假如体积足够大，就能像萌芽一样从本来那只水螅的身体上伸出来，长当作一只克隆的水螅。这是一种古老的滋生体例，完全不需要性就可以完当作。对水螅来说，有性滋生似乎并不是必需的，而只是偶然的纵容。

近期一篇文章声称，水螅其实是会衰老的，其表示是它克隆的速度会变慢。研究者认为，克隆体味担当“怙恃”的春秋。他的假说是，只有有性滋生才能“重置”衰老的时钟。若是这是真的，那么，水螅衰老的体例就回到了单细胞的原生生物，好比草履虫。

草履虫的衰老我们在此前的专栏中已经介绍过。对它们而言，克隆的次数记实在端粒中。当端粒短到必然水平时，细胞便衰老而无法割裂。只有有性滋生可以重置端粒上的“时钟”。这一古老的衰老体例迫使个别必需与群体分享本身的基因。高档生物（包罗你和我）也有端粒，而且，端粒在我们的平生中凡是会越来越短，直到我们死去（癌细胞则逃离了端粒的束厄局促）。只有在滋生时，两个分歧亲代的配子细胞形当作新的个别时，端粒才会重置。

衰老的开关

蜂后和工簇拥有不异的基因，它们的寿命却相去甚远。对蜂后来说，是蜂王浆（更切当地说是蜂后浆）关失落了衰老的开关。当一个新的蜂群形当作时，育幼工蜂会选择—就今朝所知是随机选择— 一只幼虫，喂以蜂王浆。蜂王浆中某些具备心理活性的当作分促使这只幸运的幼虫当作长为一只蜂后，而不是一只工蜂。蜂王浆付与了蜂后过度发育的生殖腺，使其长出了独具一格的体型。蜂后在职业生活生计的初步会飞出去一次，在这过程中，她会与十几只分歧的雄峰进行交配，并将精子存储起来，以备此后数年利用。

工蜂只能活几个礼拜，然后会因衰老而灭亡。固然蜂后的基因与工蜂完全不异，却没有一点衰老的迹象。蜂后可以保存和产卵很多年，若是蜂群足够健康且不变，甚至可以延续几十年。她们是不老的古迹，只有在用尽婚飞时存储的精子之后才会死去。直到那一刻，她仍是可以或许产卵的，可是这些卵未能受精，只能长当作无刺的雄峰。接着，曩昔尽心侍奉蜂后的工蜂就会杀死这个衰败的皇后：团团围住并将它刺死。

这意味着什么?

衰老的体例和持续时候八门五花。很多人认为，衰老是物理心猿意马律造当作的，任何工具用久了城市磨损，只不外有些工具比其他工具更经久一些。其实，衰老与磨损的相似性只是一个幻觉，衰老与熵增心猿意马律并无关系。我们看到，大天然让生命体拥有了八门五花的衰老形式。与生命体的所有特征一样，衰老也来自于进化。它塑造了寿命的长短，使其可以或许顺应它们所处的生态系统。

本文颁发于《科学宿世界》2017 年 12 月