21亿年前，生物选择了性，从此不得永生?

有人问：既然人和山公都不克不及长生不老，进化还有什么意义？也有人问：地球生命已经进化38亿年，人类也有200多万年的汗青，为什么仍是没有进化出长生能力？这代表了公共对进化和灭亡存在的遍及曲解。良多人觉得灭亡是生命的宿命，但事实上，长生才是生命的原本属性，而灭亡是进化的产品。

△最长命的多细胞生物：海说神聊极蛤

长生不老的生物

绝大大都生命体的寿命都有极限，人最多活120多岁，东部箱龟可以活到138岁，巨紫球海胆和阿留申平鲉可跨越200岁，格陵兰睡鲨能活到400岁，海说神聊极蛤的寿命极限是507岁。

生物的衰老和海弗利克极限有关。海弗利克的尝试证实了体外培育的人体细胞至多只能割裂50-70次，之后就会遏制割裂，并衰老和灭亡。此刻我们知道，海弗利克极限是由端粒长度决议的。端粒是真核生物染色体结尾一段不编码任何卵白质的DNA序列，细胞每次割裂城市丢掉一小段端粒。比及端粒长度小于临界长度，细胞就遏制割裂，生命体也就走标的目的衰老和灭亡。

△端粒长度跟着细胞割裂的次数增多而缩短

唯有癌细胞能冲破海弗利克极限。因为癌细胞内高活性的端粒酶能填补因细胞割裂而丢掉的端粒。然而，因为癌细胞不克不及分化当作组织器官介入机体扶植，它的无限增值还会篡夺正常细胞所需的养料，是以癌细胞的长生是以生物体的敏捷灭亡为价格的。

在抱负发展前提下，对称割裂的细菌和酵母能实现生物学上的长生。它们以二割裂体例滋生，每次割裂城市使细胞重回年青状况。因为每个子细胞都与亲代完全不异，它们都可以视为是亲代生命的延续。若是情况适宜，它们的割裂将一向持续下去。

△细菌的割裂生殖

高档生物梦寐以求的长生不老，低等的细菌和酵母却可以等闲实现。这告诉我们一个奥秘：原始生命原本是可以或许长生的，但它们却抛却了长生能力，进化出了衰老和灭亡。

生命何时抛却了长生？

在高档生物的有性生殖中，怙恃发生后代需颠末基因重组，后代无法再延续怙恃的生命。是以，从生命选择有性生殖的那一刻起，就掉去了长生能力。最早的有性生殖化石证据发现于巴芬岛的岩层中，可追溯至10-12亿年前。然而，科学家遍及认为，有性生殖的进化和真核生物的发生是同步发生的，这一时候点大约在距今21亿年前。

△最早的有性生殖证据是一种名叫Bangiomorpha pubescens的红藻，发现于加拿大巴芬岛

除了掉去长生能力以外，有性生殖的其他短处也是显而易见的。无性生殖中任何一个个别都可以繁衍儿女，而有性生殖中只有一半个别能滋生，这大大降低了滋生速度。并且在有性生殖中，生物只能将自身的一半基因传递给儿女，这似乎与基因延续的目标相悖。

这两个“一半”，就组成了有性生殖的“两倍当作本”，然而，有性生殖的价格不止这两倍当作本。生物的性行为需要华侈大量的时候和能量，这些华侈对保存和滋生自己毫无益处，反而还会带来麻烦，如招来天敌的捕杀。然而，有性生殖能在当此生物界中占有本家儿导地位，证实它所带来的顺应性优势远远跨越了当作本。

△雄虎和雌虎正在交配

有性生殖的一个较着优势是阻止有害突变的堆集。颠末怙恃双亲的基因重组，在基因程度上供给了两种容错机制：一是在减数割裂发生配子的过程中，同源染色体要颠末配对和复制，受毁伤的基因得以修复；二是在合子形当作之后，两边的有害突变彼此袒护，优势得以互补，这就是我们说的杂种优势。

有性生殖在基因延续上的优势，具体地表示在以下三个方面。一是将两个有益突变连系在一个个别身上，使有益性状更普遍地传布。二是将两个有害突变堆积在一路，将有害基因更快地从种群中剔除。三是经由过程基因重组，缔造出比以往存在的基因型加倍顺应情况的新个别。

△雄孔雀开屏与性选择有关

有性生殖不成避免地涉及到性选择，即多个雄性争夺一个雌性。最终的成果是：优势雄性三妻四妾，留下更多儿女，优势基因获得更普遍的传布；而劣势雄性很少或底子得不到交配机遇，劣势基因在种群中削减甚至消逝。这是在无性的种群中所不存在的壮大进化动力。

“生命诚可贵，恋爱价更高”。20亿年前的原始生命似乎做出了匈牙利大诗人裴多菲诗句中的选择。然而，这里面有个细思极恐的事实——进化的素质在于基因的延续，而生命体不外是个容器而已。对自私的基因来说，在复杂多变的情况中，时不时改换新容器，要比持久利用统一种容器，更有利于它们的传布和延续。

△雄狮富强的鬃毛是健康、有活力的指标

真核生物为什么选择了性？

要想知道真核生物为什么抛却长生而选择有性生殖，必需先搞清晰在真核生物发生之际，即距今20多亿年前，地球情况是什么样子的，正在履历哪些转变。

从原始生命最初发生的距今38亿年前起头，前后持续了14亿年，地球情况没有太大转变。古细菌和真细菌不竭割裂，在浅海中无忧无虑地糊口着。

然而，到距今24亿年前，蓝藻发生的氧气起头在大气中堆积，这就是“大氧化事务”，对厌氧的原始生命来说，氧气是有剧毒的。同时，氧气耗损失落大气中的温室气体甲烷，使地球在几万年间下降了70℃，整个地球被冻住，这就是休伦冰期。

△大氧化事务的遗产：庞大的铁矿床

对割裂生殖的古细菌来说，进化的独一动力是基因突变，何况突变还多是有害的。它们因无法顺应如斯剧变的情况而纷纷灭亡。我们今天只能在海底火山喷口等极端情况下，才能看到古细菌的踪迹。到头来，长生当作了永灭。

有一支古细菌活了下来，它们成长出了基因重组机制，每一代的性状都各不不异，总有个别能顺应复杂多变的新情况。它们的儿女有个清脆的名字，叫做真核生物，这种新的滋生体例就是有性生殖。今天所有的动物、植物和真菌都是这些原始真核生物的儿女。

△雌性水母排出卵子，为基因重组做筹办

久远来看，有性生殖是生命延续和发扬光大的独一机遇。尽管有性生殖的生物注定无法长生，但它们的儿女却可以活得更久、更出色。颠末20亿多年的进化大战，裂殖的细菌仍是老样子，有性生殖的真核生物却以极具多样化的形态占领地球的各大生态位，还演化出了我们人类这样的高聪明生物，当作为地球的统治者。

细菌和癌细胞在生物学上是长生的，但它们长生的前提前提是情况一向不变、一向适宜——这个前提在瞬息万变的地球上是不成能当作立的。在实际情况中，细菌的一个细胞系能活几年就不错了，终免不了三军覆没的命运。

△海拉细胞的免疫荧光图

海拉细胞系（取自一名配偶女的宫颈癌细胞）已经存活68年了，但这是在尝试室培育的抱负前提下，实际中癌细胞的寿命不会跨越宿本家儿，它在杀死宿本家儿后本身也就死光临头了。是以，在生物学上长生的生物，在实际中活得更短，这是个半斤八两嘲讽的事实。

衰老和灭亡是若何进化的？

经由过程上面的阐发，我们得知生命进化的素质在于基因延续，我们这个容器只要将基因传递给儿女，就算完当作了使命。然而，在世是生命的固有属性，我们的长生虽称不上对基因延续有利，但也绝称不上有害，为什么会进化出衰老和灭亡呢？

有人说，只有个别生命衰老并灭亡，才能给种群新生力量的成长腾出空间，有利于整个种群的繁荣。这话貌似很有事理，但并没有从科学上揭示衰老和灭亡发生的素质。

△印度海德拉邦的白叟

1951年，彼得·梅达瓦尔提出了衰老的突变堆集理论。他指出，天然选择的感化跟着个别春秋的增加而下降。当有害突变在生命早期表达的时辰，因为会对个别发生的儿女数目发生重大影响，天然选择的感化很是强烈，能很快将这些有害突变剔除。

然而，有些有害突变是在生命晚期表达的，尤其是在个别滋生遏制之后，天然选择底子不起感化，因为这些有害突变早就在不知不觉中传递给儿女了。跟着时候流逝，这些在晚期表达的有害突变会因遗传漂变而堆集起来，最终导致生命体的衰老和灭亡。

例如，亨廷顿氏病可致患者痴呆，罹患各类并发症并最终灭亡，风险极大。并且它是一种常染色体显性遗传病，能代代遗传并表达。但这个病仍然得以传播至今，因为它多在30岁今后发病，患者早就在30岁之前的生育中把致病基因传递给子代了。

△“选择暗影”模子

为了更好地表达突变堆集理论，梅达瓦尔绘制了“选择暗影”模子。个别生育力在刚当作年的时辰达到岑岭，之后连结不变或下降。而因为内部（疾病）和外部（不测和天敌捕食）的各种保存压力，个别存活率跟着春秋增加而下降。二者加在一路的成果就是，生物到晚年滋生几率很低，天然选择对这一阶段表达的有害突变几乎不起感化。梅达瓦尔用“选择暗影”概念暗示天然选择缺席的春秋规模，这就是生物体的老年阶段。

按照“选择暗影”模子，经由过程耽误生物的生育期，能提高天然选择缺席的春秋，从而促进延缓衰老和长命的进化。在天然界，会飞的动物因为天敌较少，生育期也较长，是以有利于长命的进化。动物学家发现，蝙蝠的寿命可达30多年，而体型、代谢率均相似的老鼠寿命却只有几年，这一事实证实了突变堆集理论的合理性。

△果蝠寿命可达35岁