人類為什么會(huì)衰老

1、人類為什么會(huì)衰老？,衛(wèi)劍釩,說(shuō) 明,本文主要內(nèi)容節(jié)選自《三聯(lián)生活周刊》2018年第3期，封面故事“人類到底能活多久-抗衰老科學(xué)指南”主要原作者：袁越（土摩托）本PPT主要是節(jié)選和編排,人均預(yù)期壽命,2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：人均預(yù)期壽命最長(zhǎng)的是日本：83.7歲其他比較長(zhǎng)的國(guó)家：瑞士83.4，新加坡83.1，西班牙82.8，意大利82.7，以色列82.5，韓國(guó)82.3，德國(guó)81.0，古巴79.1，卡塔爾78.22015年。全球人

2、均預(yù)期壽命為71.4歲。中國(guó)人均預(yù)期壽命為76.1歲。有22個(gè)國(guó)家的人均預(yù)期壽命在60歲以下，所有這些國(guó)家都在撒哈拉以南的非洲，最低的國(guó)家是塞拉利昂，只有50.1歲。,人在不同歲數(shù)的死亡率,當(dāng)然，年齡越大，死亡率越高。美國(guó)政府在2010年時(shí)所作的統(tǒng)計(jì)，20歲美國(guó)男性的死亡率是0.001，30歲時(shí)的死亡率是0.002，60歲時(shí)的死亡率一下子提高到了0.01，80歲時(shí)死亡率更是上升到了0.06，而100歲的美國(guó)男性的死亡率則是0.36。

3、死亡率表明在這個(gè)歲數(shù)上的死亡可能性。也就是說(shuō)，100歲的美國(guó)男性當(dāng)中有超過(guò)三分之一的人活不到101歲。,動(dòng)植物的壽命？,其他動(dòng)物和植物就不太一樣。目前地球上還活著的壽命最長(zhǎng)的植物大概是加州的某顆松樹(shù)，據(jù)說(shuō)已經(jīng)活了4850年。壽命最長(zhǎng)的動(dòng)物存在爭(zhēng)議，因?yàn)榇蟛糠謩?dòng)物沒(méi)有類似樹(shù)木年輪的東西，有證據(jù)表明，某些種類的烏龜、鯊魚(yú)、石斑魚(yú)和蛤蜊能活到200歲以上。而像海綿和珊瑚這類低等海洋動(dòng)物甚至可以活成千上萬(wàn)年，幾乎相當(dāng)于永生了。,細(xì)菌知識(shí)

4、,細(xì)菌似乎是不會(huì)死的，只要條件允許，它們會(huì)永遠(yuǎn)分裂下去。而且細(xì)菌的分裂是平均地一分為二，讓人很難分清誰(shuí)是父母誰(shuí)是兒女，因此也就很難定義細(xì)菌的壽命。如果周圍環(huán)境惡劣，細(xì)菌就會(huì)變成孢子，暫停一切生命活動(dòng)，耐心等待重生。這個(gè)循環(huán)可以一直延續(xù)下去，沒(méi)有盡頭。高等動(dòng)植物的細(xì)胞也有可能永遠(yuǎn)不死，比如科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)用的人類細(xì)胞系就具備永生的能力，可以在培養(yǎng)皿里永遠(yuǎn)繁殖下去。這些細(xì)胞系大都取自病人的惡性腫瘤組織。,細(xì)菌知識(shí),目前科學(xué)界公認(rèn)，細(xì)胞之所以會(huì)

5、死亡，源于細(xì)菌時(shí)代，當(dāng)時(shí)整個(gè)地球可以被看成是一鍋細(xì)菌濃湯，里面除了各種細(xì)菌外，還有數(shù)量更多的噬菌體（Bacteriophage）。噬菌體其實(shí)就是細(xì)菌的病毒，本身不具備繁殖能力，必須侵入到細(xì)菌體內(nèi)，利用細(xì)菌自身的DNA復(fù)制系統(tǒng)進(jìn)行繁殖，然后將宿主殺死，自己破壁而出，再去入侵新的細(xì)菌。當(dāng)年的細(xì)菌們進(jìn)化出了很多辦法對(duì)付噬菌體，可都不怎么成功，最終一種細(xì)菌進(jìn)化出了自殺這個(gè)辦法，即在病毒侵入自身后立即自殺，不給噬菌體繁殖的機(jī)會(huì)，從而保住了周圍

6、那些和自己具有相同基因的同伴們。也就是說(shuō)，自殺的細(xì)菌犧牲了自己的身體，保住了自己的基因。,長(zhǎng)生不老,長(zhǎng)生不老并不違反物理定律，單細(xì)胞生物有很多都是長(zhǎng)生不老的。科學(xué)家們?cè)诙嗉?xì)胞復(fù)雜生物中也發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)生不老的例子，這就是水螅（Hydra）。水螅是一種非常簡(jiǎn)單的腔腸動(dòng)物，具有極其強(qiáng)大的修復(fù)能力，只要環(huán)境適宜，水螅便可以一直活下去，永不衰老。,古人能活多長(zhǎng)？,很多人以為古代人能活過(guò)40歲就算萬(wàn)幸。澳大利亞國(guó)立大學(xué)的研究小組日前在《人類考古學(xué)雜

7、志》上發(fā)表論文指出，這可能只不過(guò)是偏見(jiàn)而已。古代女性分娩時(shí)和嬰幼兒的高死亡率，才令現(xiàn)代人產(chǎn)生了古人不長(zhǎng)壽的錯(cuò)覺(jué)。事實(shí)上，大量新的考古證據(jù)顯示，在各個(gè)文化中，在沒(méi)有天災(zāi)人禍打擊的情況下，對(duì)于遵循傳統(tǒng)生活方式的人——尤其是男性——70歲左右才是最常見(jiàn)的死亡年齡。,衰老是否有解藥？,古代的新生兒死亡率很高，大家也習(xí)以為常了，認(rèn)為理應(yīng)如此。當(dāng)時(shí)的醫(yī)生也想不出解決辦法，因?yàn)槊總€(gè)嬰兒的死亡原因似乎都不一樣。最終法國(guó)微生物學(xué)家路易·巴斯

8、德（LouisPasteur）發(fā)現(xiàn)了病菌，一勞永逸地解決了這個(gè)問(wèn)題。衰老問(wèn)題與此類似，一旦有人找到了衰老的生理基礎(chǔ)，解決了這個(gè)問(wèn)題，那么人類的健康長(zhǎng)壽就將成為新的常態(tài)?！?三種典型的老年病,癌癥、心血管疾病和老年癡呆是典型的老年病，也就是說(shuō)，它們的發(fā)病率都隨著年齡的增加而呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。目前全球超過(guò)85歲的人當(dāng)中有至少一半患有阿爾茲海默氏癥（老年癡呆癥），他們?nèi)夹枰腥苏疹櫜拍芑钕氯?。此外，衰老的一個(gè)重要特征是體內(nèi)的炎癥反應(yīng)增

9、多，這個(gè)現(xiàn)象被稱為“炎癥衰老”（Inflamaging）。,不同年齡段阿爾茲海默氏癥患病率,老年病給人帶來(lái)的痛苦,“我周圍經(jīng)常見(jiàn)到這樣的人，65歲得了第一次心臟病，開(kāi)始服用他汀類藥物；兩年后又得了糖尿病，開(kāi)始吃降糖藥；5年之后又得了阿爾茲海默氏癥，生活逐漸不能自理，只能住進(jìn)養(yǎng)老院，在痛苦中勉強(qiáng)活到了85歲?！蓖柖〔┦空f(shuō)。,生命是什么,1943年，著名奧地利量子物理學(xué)家薛定諤在都柏林三一學(xué)院發(fā)表了一個(gè)題為“生命是什么？”的演講。在那次

10、演講中，薛定諤首次提出生命最本質(zhì)的特征就是能夠不斷地從外界獲得能量，以此來(lái)維持自己的負(fù)熵狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程并不違反熱力學(xué)第二定律，因?yàn)樯旧聿皇欠忾]系統(tǒng)，它能夠把正熵作為廢物排出體外。,衰老理論-DNA復(fù)制誤差,波蘭裔美國(guó)核物理學(xué)家里奧·西拉德（LeoSzilard）從原子核裂變的過(guò)程中得到啟發(fā)，認(rèn)為衰老的關(guān)鍵就在于DNA的每一次復(fù)制都會(huì)產(chǎn)生少量誤差，這些誤差會(huì)隨著細(xì)胞分裂而被逐漸放大，整個(gè)過(guò)程和核裂變一樣都是指數(shù)增長(zhǎng)的，總有一

11、天會(huì)讓大部分基因失去功能，從而導(dǎo)致大量細(xì)胞死亡，生命系統(tǒng)就崩塌了。但是干細(xì)胞知識(shí)不支持此理論。,細(xì)胞知識(shí)：干細(xì)胞,干細(xì)胞是1978年被發(fā)現(xiàn)的，生物學(xué)家們意識(shí)到組成人體的體細(xì)胞并不是按照一分為二、二分為四這樣的節(jié)奏分裂而來(lái)的，而是全都來(lái)自少數(shù)干細(xì)胞。這些干細(xì)胞平時(shí)被嚴(yán)密地保護(hù)了起來(lái)，其DNA很難發(fā)生磨損。一旦身體某處有需求，這些干細(xì)胞就會(huì)發(fā)生分裂，產(chǎn)生出的后代被運(yùn)送到指定地點(diǎn)，分化成特定功能的體細(xì)胞，去完成特定的任務(wù)。,器官的老化和替

12、換,人的器官老化了以后，可以采用更換的方式，但健康器官的來(lái)源問(wèn)題始終難以解決，所以這個(gè)方法顯然不適用于所有人。還有一個(gè)解決辦法就是人造器官，但截至目前為止，除了人造髖關(guān)節(jié)和假牙之外，還沒(méi)有哪個(gè)器官可以被大批量地制造出來(lái)。未來(lái)有可能造出人工心臟，因?yàn)檫@是個(gè)純機(jī)械問(wèn)題，但人體器官絕大部分都是化學(xué)問(wèn)題，很難在工廠里制造出可靠的替代品。,干細(xì)胞可否用來(lái)人造器官？,近幾年極為火爆的干細(xì)胞技術(shù)給人造器官領(lǐng)域注入了一針強(qiáng)心劑。其實(shí)用干細(xì)胞來(lái)制造替代

13、器官的想法很早就有了，但干細(xì)胞不是那么容易得到的。此前科學(xué)家們認(rèn)為真正的全能干細(xì)胞只能從胚胎中獲取，這就是為什么有一陣子流行過(guò)保存新生兒的胎盤。但自從日本科學(xué)家山中伸彌發(fā)明了人工誘導(dǎo)干細(xì)胞的方法后，任何體細(xì)胞理論上都可以用這個(gè)方法誘導(dǎo)成全能干細(xì)胞了，這就為干細(xì)胞的應(yīng)用掃清了最大的障礙。目前這項(xiàng)技術(shù)還未發(fā)揮出最大的潛力，原因是從干細(xì)胞到特定器官的發(fā)育過(guò)程尚未完全搞清楚。如果這項(xiàng)技術(shù)成熟的話，一般性的衰老將不再是個(gè)問(wèn)題，人類的壽命將會(huì)大

14、幅度提高。,干細(xì)胞療法,干細(xì)胞療法是通過(guò)利用對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行體外分離、培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)分化等，培養(yǎng)出一種全新的、正常的、更年輕的細(xì)胞、組織、器官等。通過(guò)特殊的移植技術(shù)將其移植到體內(nèi)，干細(xì)胞植入人體后，可替代已損傷的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，從而達(dá)到治療的目的。,衰老理論-生物鐘-甲基化,關(guān)于衰老和基因之間的關(guān)系方面，霍瓦茨提出了甲基化生物鐘理論，他選取其中的幾個(gè)和年齡關(guān)系似乎比較密切的位點(diǎn)，測(cè)出它們甲基化的比例，然后再看這個(gè)比例和年齡到底有何關(guān)系。比如

15、他從某個(gè)組織或器官上取出100個(gè)細(xì)胞，先測(cè)A位點(diǎn)，有35個(gè)被甲基化了，65個(gè)沒(méi)有，那就把A位點(diǎn)記為0.35，然后再測(cè)B位點(diǎn)，得出一個(gè)比例數(shù)值，依次類推。然后他把這些比例數(shù)值合在一起，再和年齡相比較，看看能否找出兩者的關(guān)聯(lián)。,衰老理論-甲基化,最終霍瓦茨推導(dǎo)出了一個(gè)公式，只要把測(cè)出的甲基化比例帶入這個(gè)公式，就可以算出這個(gè)人的實(shí)際年齡，兩者的相關(guān)性高達(dá)96%以上?！捌鋵?shí)這個(gè)公式很容易推導(dǎo)，因?yàn)閮烧叩南嚓P(guān)性實(shí)在是太強(qiáng)了?！被敉叽膶?duì)我說(shuō)。來(lái)自

16、全世界的科學(xué)家們已經(jīng)用這個(gè)方法測(cè)量了很多次，得出的結(jié)論大都和已知的衰老研究相吻合。比如肥胖的人測(cè)出來(lái)的年齡往往要比實(shí)際年齡大，正在嘗試饑餓療法的人測(cè)出來(lái)的年齡往往要比實(shí)際年齡小。,DNA的甲基化,DNA的甲基化，屬于DNA分子的修飾方式。研究DNA修飾方式的學(xué)問(wèn)叫作表觀遺傳學(xué)（Epigenetics），這是最近20多年來(lái)遺傳學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，后面所題的霍瓦茨的甲基化生物鐘就是這門新學(xué)問(wèn)所結(jié)出無(wú)數(shù)個(gè)豐碩成果中的一個(gè)。,DNA知識(shí),眾所周知

17、，DNA是由ATGC這四種核苷酸首尾相連組成的長(zhǎng)鏈，這四個(gè)字母的排列順序決定了不同基因之間的差別。但后人發(fā)現(xiàn)DNA分子上會(huì)有一些核苷酸被連上了一個(gè)甲基，這就是甲基化。通常情況下這個(gè)甲基會(huì)出現(xiàn)在CG位點(diǎn)上，即一個(gè)字母C后面緊跟著一個(gè)字母G的那個(gè)位置。人類基因組中大約有2800萬(wàn)個(gè)這樣的位點(diǎn)，它們都是潛在的甲基化位點(diǎn)。常用的甲基化測(cè)量法只能測(cè)出其中的幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)，但這也已經(jīng)大大超出了普通人的研究能力。,衰老理論-甲基化,“有一點(diǎn)很

18、有趣，那就是所有干細(xì)胞測(cè)出來(lái)的年齡幾乎都是零，這說(shuō)明人工誘導(dǎo)干細(xì)胞就相當(dāng)于生命的重啟。”霍瓦茨說(shuō)，“這個(gè)結(jié)果很好理解，因?yàn)闆Q定一個(gè)細(xì)胞狀態(tài)的不是基因組本身，而是基因的甲基化。”我們身體內(nèi)的細(xì)胞有千千萬(wàn)萬(wàn)，每個(gè)細(xì)胞的基因組序列都是一樣的，為什么細(xì)胞會(huì)分化成好多種不同的類型呢？答案就是每個(gè)基因的活躍程度有差異。這個(gè)差異是由DNA的甲基化控制的。,衰老理論-甲基化,霍瓦茨說(shuō)，“我相信每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA分子上都會(huì)有一個(gè)普適的衰老時(shí)鐘，控制著這

19、個(gè)細(xì)胞的衰老過(guò)程，這才是衰老的本質(zhì)所在。”“我的計(jì)算表明，衰老過(guò)程不是從40歲才開(kāi)始的，而是從人剛一生下來(lái)就開(kāi)始了。事實(shí)上我認(rèn)為衰老和發(fā)育是同一個(gè)過(guò)程，兩者受同一個(gè)甲基化程序所控制?！?衰老理論-甲基化,“從某種意義上說(shuō)，發(fā)育和衰老都是依靠甲基化來(lái)完成的，而整個(gè)甲基化過(guò)程都是在基因控制下才能實(shí)現(xiàn)的。”“不過(guò)我不敢肯定衰老是基因故意這么做的，因?yàn)榇笞匀粵](méi)有理由進(jìn)化出衰老這個(gè)功能，所以我傾向于認(rèn)為衰老是發(fā)育的一個(gè)副產(chǎn)品。任何人都需要發(fā)育

20、，否則你就沒(méi)法長(zhǎng)大成人，沒(méi)法繁殖后代了。但當(dāng)你結(jié)婚生子，完成了繁殖任務(wù)后，這個(gè)過(guò)程卻仍然在繼續(xù)，可惜結(jié)果卻正相反，從發(fā)育變成了衰老?！?衰老理論-基因控制說(shuō),三文魚(yú)費(fèi)盡千辛萬(wàn)苦逆流而上，產(chǎn)卵之后便迅速死亡，看上去似乎是死于心力衰竭。但研究發(fā)現(xiàn)，三文魚(yú)其實(shí)是自殺的，它們?cè)诋a(chǎn)卵后體內(nèi)的腎上腺會(huì)分泌一種激素，觸發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，不但將自己的血管堵住，而且還會(huì)破壞自身的免疫系統(tǒng)，把自己的身體變成微生物們的食堂。如果用手術(shù)割除三文魚(yú)的腎上腺，那么

21、這條魚(yú)就不會(huì)死了，說(shuō)明它的能量并沒(méi)有耗盡。三色堇在開(kāi)花后會(huì)很快死亡，但如果把花掐掉，三色堇就會(huì)在原來(lái)位置再開(kāi)出一朵新的花，這個(gè)過(guò)程可以一直繼續(xù)下去，說(shuō)明它還是有潛力的。這些案例進(jìn)一步證明，衰老和死亡都是由基因所控制的自殺行為。,衰老理論-基因控制說(shuō),霍勒迪發(fā)現(xiàn)，人類的身體由各種不同的組織構(gòu)成，它們的新陳代謝模式各異，細(xì)胞分裂的形式更是多種多樣，但卻都遵循著幾乎相同的衰老時(shí)間表，在幾乎相同的時(shí)間段內(nèi)一起老去。這說(shuō)明衰老是在一個(gè)“總負(fù)責(zé)

22、人”的管理下按部就班進(jìn)行的生理過(guò)程，因?yàn)橹挥羞@樣才能最大限度地節(jié)約能量。,自私基因理論,英國(guó)生物學(xué)家理查德·道金斯（RichardDawkins）撰寫的《自私的基因》一書家喻戶曉。自私基因理論很好地解釋了遍及動(dòng)物界的利他主義行為。比如，工蜂之所以甘愿犧牲自己成全蜂王，是因?yàn)榉渫蹩梢愿玫貍鬟f自己的一部分基因；再比如，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)敵情的猴子之所以甘愿冒著生命危險(xiǎn)向同伴發(fā)出警告，是因?yàn)橥閭円矓y帶有自己的一部分基因……,衰老理論-

23、基因控制說(shuō),群體選擇學(xué)說(shuō)認(rèn)為衰老就是為了照顧群體的利益而被進(jìn)化出來(lái)的，因?yàn)樗ダ系氖芤嬲咧荒苁侨后w，這是顯而易見(jiàn)的事實(shí)，有無(wú)數(shù)野外觀察到的案例為證。反對(duì)者認(rèn)為衰老是不可能被進(jìn)化出來(lái)的，因?yàn)閿?shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果不支持這個(gè)想法：假如一個(gè)由“衰老者”組成的正常群體中出了個(gè)不會(huì)衰老的“作弊者”，其后代的數(shù)量肯定要比“衰老者”更多，“衰老者”就會(huì)慢慢變少，直到消失。,衰老理論-體細(xì)胞不重要,1951年，英國(guó)著名的免疫學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者彼得·梅

24、達(dá)瓦（PeterMedawar）在倫敦大學(xué)學(xué)院所做的一次演講中指出：我們之所以會(huì)死，原因是當(dāng)我們完成了繁殖后代的任務(wù)后，自然選擇就不再搭理我們了，任由我們老去。其結(jié)果就是這些“年輕基因”的質(zhì)量會(huì)越來(lái)越好，這就是為什么我們年輕時(shí)身體都那么好的原因。但當(dāng)我們完成了繁殖后代的任務(wù)之后，再出什么毛病就無(wú)所謂了。,衰老理論-體細(xì)胞可拋棄,“可拋棄體細(xì)胞”（DisposableSoma），該假說(shuō)的核心思想就是生物的可支配能量是有限的，繁殖需求肯定

25、是排第一位的，這是自然選擇理論所導(dǎo)致的必然結(jié)果，于是其他需求就被犧牲掉了，比如保持身體永遠(yuǎn)健康。顯然，這個(gè)假說(shuō)的思想鼻祖就是魏斯曼，當(dāng)初正是他提出為了保證生殖細(xì)胞的健康，體細(xì)胞是可以被犧牲掉的。,衰老理論-突變累計(jì),“突變累計(jì)”（MutationAccumulation），大意是說(shuō)，在進(jìn)化的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多基因突變，大部分突變都是不好的，注定將會(huì)被自然選擇所淘汰。凡是影響生物發(fā)育早期性狀的壞基因肯定會(huì)最先被淘汰掉，因?yàn)樗鼈冇绊懥朔敝场?/p>

26、但那些只影響中后期性狀的壞基因遇到的選擇壓力就會(huì)小一些，生命體來(lái)不及將其清除出去，就是它們導(dǎo)致了衰老和死亡。,衰老理論-基因多效性,“拮抗基因多效性”（AntagonisticPleiotropy），這個(gè)假說(shuō)的關(guān)鍵詞是“基因多效性”，意思是說(shuō)有一類基因具備多種功能，年輕時(shí)能提高生育能力，年老時(shí)則會(huì)導(dǎo)致衰老和死亡。因?yàn)樽匀贿x擇只關(guān)心繁殖的效率，因此這樣的基因在進(jìn)化上具備優(yōu)勢(shì)，很容易被選中。但當(dāng)個(gè)體進(jìn)入中老年之后，這些基因便顯示出不好的

27、一面，最終導(dǎo)致個(gè)體死亡。,衰老理論-衰老細(xì)胞理論,2011年出版的《自然》雜志刊登了一篇重磅論文，主要作者是美國(guó)著名的私立醫(yī)院梅奧診所（MayoClinic）的伊安·范德森（JanvanDeursen）教授，他在文章中提出了一個(gè)全新的理論，認(rèn)為“衰老細(xì)胞”（SenescentCells）是導(dǎo)致多細(xì)胞生物衰老的罪魁禍?zhǔn)住＿@里所說(shuō)的“衰老細(xì)胞”指的是一種失去了分裂能力，但卻沒(méi)有死的細(xì)胞。人體內(nèi)幾乎所有的組織都有這樣的細(xì)胞，科學(xué)家

28、也早就知道了它們的存在，但卻一直不明白它們到底有何危害。,衰老理論-衰老細(xì)胞理論,眾所周知，細(xì)胞內(nèi)的DNA每時(shí)每刻都在發(fā)生基因突變，大部分突變都是中性的，不好不壞。但如果發(fā)生了壞的突變，導(dǎo)致這個(gè)細(xì)胞無(wú)法完成本職工作，它就會(huì)停止分裂，變成“衰老細(xì)胞”，防止這個(gè)壞突變進(jìn)一步擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。這些壞突變當(dāng)中有很多都是致癌突變，所以“衰老細(xì)胞”機(jī)制最初被進(jìn)化出來(lái)的一個(gè)主要目的就是防癌。,衰老理論-衰老細(xì)胞理論,正常情況下，進(jìn)入“衰老”狀態(tài)的細(xì)胞都會(huì)被執(zhí)

29、行“安樂(lè)死”，即通過(guò)一種名為“細(xì)胞凋亡”（Apoptosis，也有人翻譯成“細(xì)胞自殺”）的程序自動(dòng)分解，轉(zhuǎn)化為其他健康細(xì)胞的養(yǎng)料。但是，隨著年齡的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的細(xì)胞因?yàn)楦鞣N原因沒(méi)有自殺成，而是繼續(xù)活了下去，導(dǎo)致體內(nèi)衰老細(xì)胞的數(shù)量越來(lái)越多，問(wèn)題就來(lái)了。,衰老理論-衰老細(xì)胞理論,衰老細(xì)胞會(huì)不斷向周圍環(huán)境釋放化學(xué)信號(hào)，告訴大家自己出了問(wèn)題，馬上就要啟動(dòng)自殺程序了，周圍的健康細(xì)胞收到這個(gè)信號(hào)后立刻就會(huì)加速分裂，生產(chǎn)出新的細(xì)胞去接班。正常情況

30、下衰老細(xì)胞很快就會(huì)自殺，新的細(xì)胞順利地來(lái)接班，不會(huì)有問(wèn)題，但如果衰老細(xì)胞沒(méi)有自殺，而是越積越多，它們釋放的求救信號(hào)就會(huì)越來(lái)越強(qiáng)烈，導(dǎo)致周圍健康細(xì)胞加速分裂，直至失去控制，變成癌細(xì)胞，這就是老年人為什么更容易得癌癥的原因之一。除此之外，這些求救信號(hào)還會(huì)把免疫細(xì)胞召集過(guò)來(lái)進(jìn)行清理，這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了炎癥反應(yīng)。這就是為什么老年人炎癥很多的原因。,細(xì)胞知識(shí)：體細(xì)胞與生殖細(xì)胞,魏斯曼是第一個(gè)意識(shí)到多細(xì)胞生物體內(nèi)的所有細(xì)胞可以分成體細(xì)胞（Somati

31、cCell）和生殖細(xì)胞（GermCell）這兩大類的，后者才是不朽的存在，前者只是為了促成后者的不朽而被進(jìn)化出來(lái)的工具而已。進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是生殖細(xì)胞的延續(xù)。相比之下，生命個(gè)體本身是不重要的，是可以被拋棄的。,細(xì)胞知識(shí)：分裂上限,正常的脊椎動(dòng)物體細(xì)胞存在分裂上限，后人將這個(gè)上限命名為海佛烈克極限（HayflickLimit）。實(shí)驗(yàn)證明，不同脊椎動(dòng)物的海佛烈克極限都不一樣，人體細(xì)胞的上限大約為40～60代，再也多不了了。這個(gè)計(jì)數(shù)是從受精卵

32、開(kāi)始算起的，也就是說(shuō)，如果從年輕人身上取出來(lái)的細(xì)胞，在培養(yǎng)皿里活的時(shí)間就會(huì)更長(zhǎng)一些。相反，從老年人身體里取出來(lái)的細(xì)胞就會(huì)死得更早，仿佛細(xì)胞內(nèi)部有一個(gè)生命時(shí)鐘，從一生下來(lái)就開(kāi)始不停地走，直到大限將至。,細(xì)胞知識(shí)：基因變異,“人體細(xì)胞里的DNA每時(shí)每刻都在復(fù)制，出錯(cuò)是難免的，再加上很多環(huán)境因素也會(huì)導(dǎo)致DNA發(fā)生突變，比如一個(gè)人只要去海灘上曬會(huì)兒太陽(yáng)，皮膚細(xì)胞就會(huì)發(fā)生4萬(wàn)個(gè)基因突變?！睖靥卣f(shuō)，“正常情況下，我們的DNA復(fù)制系統(tǒng)會(huì)修正一部分基因

33、突變，我們的免疫系統(tǒng)也會(huì)清除剩下的突變細(xì)胞，問(wèn)題不大，可一旦修復(fù)的速度趕不上突變的速度，衰老就出現(xiàn)了?！?細(xì)胞知識(shí)：大腦神經(jīng)細(xì)胞,根據(jù)目前的研究結(jié)果，大腦神經(jīng)細(xì)胞從生下來(lái)開(kāi)始就基本固定了，不大會(huì)再更新。任何不會(huì)分裂的細(xì)胞壽命都不可能是無(wú)限的，所以一個(gè)人只要活得足夠長(zhǎng)，就一定會(huì)得老年癡呆癥。這個(gè)病本質(zhì)上就是神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量減少造成的，但人工補(bǔ)充神經(jīng)細(xì)胞的做法卻不可行，因?yàn)橐粋€(gè)人一輩子積累下來(lái)的所有記憶，學(xué)習(xí)到的所有知識(shí)，以及培養(yǎng)成的獨(dú)特人格

34、，全都保存在這些神經(jīng)細(xì)胞以及它們獨(dú)特的連接方式當(dāng)中，很難被替代。,細(xì)胞知識(shí)：不會(huì)分裂的細(xì)胞,人腦是由一大群不會(huì)分裂的神經(jīng)細(xì)胞組成的，神經(jīng)元總數(shù)從一生下來(lái)就固定了，此后只減不增。心臟也是由一大群不會(huì)分裂的心肌細(xì)胞組成的，它們要不停地工作一輩子，直到死亡。按理說(shuō)，任何不會(huì)分裂的細(xì)胞的壽命都是有限的，不可能永遠(yuǎn)活下去，所以一個(gè)人只要年紀(jì)足夠大，一定會(huì)得老年癡呆，因?yàn)檫@種病的本質(zhì)就是神經(jīng)細(xì)胞的丟失。,細(xì)胞知識(shí)：不會(huì)分裂的細(xì)胞,與此類似的還有

35、眼睛的晶狀體，其主要成分晶狀體球蛋白也是不會(huì)再更新了，于是白內(nèi)障就成為老年人最常見(jiàn)的疾病，甚至可以說(shuō)是一個(gè)人衰老的標(biāo)志。與此相反，皮膚則是由一大群極為活躍的皮膚細(xì)胞組成的，幾乎每時(shí)每刻都在更新，每隔一個(gè)月就全部換一遍。但皮膚到了一定年紀(jì)也會(huì)衰老，事實(shí)上很多人就是根據(jù)皮膚的狀況來(lái)判斷陌生人年齡的。,細(xì)胞知識(shí)：細(xì)胞凋亡,比如我們的手在胚胎發(fā)育早期就是一團(tuán)均勻的肉球，然后肉球表面的四個(gè)細(xì)胞團(tuán)開(kāi)啟了自殺模式，其余部分則繼續(xù)生長(zhǎng)，這才長(zhǎng)出了五根

36、手指。如果這個(gè)過(guò)程沒(méi)控制好，開(kāi)啟自殺模式的細(xì)胞團(tuán)多了一個(gè)，最終就會(huì)生出來(lái)一個(gè)六指兒。成年后的多細(xì)胞生物也經(jīng)常需要依靠細(xì)胞凋亡功能來(lái)清除掉不合格的細(xì)胞，大部分癌細(xì)胞就是這樣被清除出去的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)成年人每天都有600億個(gè)細(xì)胞是通過(guò)細(xì)胞凋亡被清除掉的，約占人體細(xì)胞總數(shù)的千分之一。,衰老理論-端粒說(shuō),一個(gè)名叫伊麗莎白·布萊克本（ElizabethBlackburn）的澳大利亞生物學(xué)家，她發(fā)現(xiàn)海佛烈克極限存在的原因是染色體上的一個(gè)

37、叫作端粒（Telomere）的東西。DNA分子的復(fù)制需要用到DNA合成酶，這種酶有個(gè)致命的缺點(diǎn)，使得染色體無(wú)法百分百地被復(fù)制到下一代，而是每次都會(huì)剩下那么一小段復(fù)制不了。大自然進(jìn)化出了這個(gè)名叫端粒的東西，解決了這個(gè)難題。雖然名字里有個(gè)“?！弊?，其實(shí)這玩意兒就是位于染色體末端的一小段DNA而已。但這段DNA基本上就是一大堆重復(fù)序列，不攜帶任何信息，它唯一的功能就是成為DNA合成酶的“抓手”，每次復(fù)制時(shí)丟掉的那一小段DNA都是從端粒里丟

38、出去的。,衰老理論-端粒說(shuō),那干細(xì)胞是如何無(wú)限制地分裂下去的呢？這個(gè)問(wèn)題同樣是被布萊克本博士解決的，她發(fā)現(xiàn)了端粒酶（Telomerase），能夠把缺失的端粒補(bǔ)齊。負(fù)責(zé)編碼這種酶的基因是人類基因組的一部分，任何一個(gè)細(xì)胞里都有一份拷貝，但是正常情況下人類體細(xì)胞中的端粒基因不會(huì)被表達(dá)，也就不會(huì)有端粒酶。只有受精卵和干細(xì)胞的端粒酶基因才是活躍的，因此也只有這兩類細(xì)胞的端粒能夠被及時(shí)地修復(fù)，保證它們可以一直分裂下去。,衰老理論-端粒說(shuō),大家都期

39、盼著科學(xué)家們能夠發(fā)明出激活端粒酶的辦法，似乎只要這件事能成功，人類就可以長(zhǎng)生不老了?？上У氖?，大家都高興得太早了。激活端粒酶確實(shí)可以讓細(xì)胞長(zhǎng)生不老，但卻會(huì)誘發(fā)癌癥，得不償失。事實(shí)上，正常細(xì)胞之所以會(huì)發(fā)生癌變，就是因?yàn)檫@些細(xì)胞發(fā)生了基因變異，激活了原本一直沉睡著的端粒酶，從而讓自己具備了無(wú)限分裂的能力。,衰老理論-端粒說(shuō),隨著研究的進(jìn)一步深入，端粒長(zhǎng)度和年齡之間的關(guān)系也變得模糊起來(lái)，反面的案例越來(lái)越多。比如小鼠最多只能活三年，但小鼠細(xì)胞

40、的端粒遠(yuǎn)比人類的要長(zhǎng)。再比如，父親年紀(jì)越大，生下來(lái)的孩子端粒就越長(zhǎng)。這兩件事很難用端粒理論加以解釋，說(shuō)明這個(gè)理論肯定有哪里不對(duì)。這個(gè)理論聽(tīng)上去簡(jiǎn)單優(yōu)美，但毛病恰恰就出在“簡(jiǎn)單”二字上。衰老是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)組織或者器官的衰老程序都不一樣，不能期望用一個(gè)簡(jiǎn)單的端粒理論來(lái)解釋一切。最終的答案，似乎還得從DNA分子攜帶的信息中去尋找。,衰老理論-自由基,美國(guó)化學(xué)家德納姆·哈曼（DenhamHarman），他本來(lái)是研究放射化

41、學(xué)的，在一次實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)現(xiàn)接觸過(guò)輻射的小鼠會(huì)未老先衰。他在研究這一現(xiàn)象的過(guò)程中逐漸意識(shí)到細(xì)胞內(nèi)的線粒體同樣會(huì)產(chǎn)生大量具有氧化作用的自由基，其破壞力和放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子是類似的，兩者都會(huì)攻擊細(xì)胞中的有機(jī)大分子，包括蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能的喪失。,衰老理論-自由基,新陳代謝是生命的核心，氧氣則是這一過(guò)程的主角。這是一種化學(xué)性質(zhì)極為活躍的氣體，它最擅長(zhǎng)干的事情就是從其他分子那里奪取電子，這個(gè)過(guò)程被稱為“氧化”（Oxida

42、tion）。我們吃進(jìn)去的食物當(dāng)中含有很多富含能量的有機(jī)化合物，主要成分就是碳和氫，氧氣會(huì)從這些有機(jī)大分子中奪走電子，并在這一過(guò)程中釋放能量供人體使用。失去了電子的碳原子和氫原子則會(huì)分別和氧原子結(jié)合，變成二氧化碳和水。,衰老理論-自由基,氧化還原反應(yīng)是生命的能量之源，但生命最終卻會(huì)毀于氧化還原反應(yīng)之手。在所有真核生物中，氧化還原反應(yīng)主要發(fā)生在線粒體內(nèi)，所以說(shuō)線粒體是真核細(xì)胞的能量來(lái)源。氧化還原反應(yīng)的過(guò)程非常復(fù)雜，很多步驟都像是在走鋼

43、絲，稍有不慎就會(huì)出岔子。線粒體是專門進(jìn)化出來(lái)干這個(gè)的，其效率已經(jīng)高到科學(xué)家至今都無(wú)法在試管里模仿出來(lái)的程度，但即便如此仍然會(huì)發(fā)生誤差，導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的效率降低，食物分子中的電子沒(méi)有被氧氣抓牢，從線粒體中跑了出來(lái)，這就是自由基（FreeRadical）。,衰老理論-自由基,自由基是一種破壞力極強(qiáng)的負(fù)離子，對(duì)DNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜的傷害非常大，所以線粒體一定會(huì)盡全力不讓自由基跑出來(lái)。線粒體也是有DNA的，但線粒體DNA的復(fù)制精度不如核D

44、NA那么高，隨著年齡的增長(zhǎng)，線粒體累積的有害突變會(huì)越來(lái)越多，導(dǎo)致其工作效率逐年下降，于是自由基早晚會(huì)被泄露出來(lái)，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害，衰老就是這么發(fā)生的。研究發(fā)現(xiàn)，自由基很可能不是衰老的原因，而是衰老的結(jié)果。,細(xì)胞知識(shí)：真核與原核,眾所周知，生命的基本單元是細(xì)胞，所有的生物都可以按照細(xì)胞的不同分成原核和真核兩大類，其中真核生物（Eukaryote）包括原生生物（阿米巴）、真菌、植物和動(dòng)物這四界，雖然旗下物種形態(tài)各異，但細(xì)胞內(nèi)部的構(gòu)造卻出奇地

45、相像，其生化反應(yīng)類型也極其單一，幾乎可以肯定是源自同一個(gè)祖先，而且之后就再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)大的改變了。原核生物（Prokaryote）曾經(jīng)被認(rèn)為只有細(xì)菌這一類，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)還有一類古細(xì)菌（Archaea），其DNA復(fù)制機(jī)理和蛋白質(zhì)合成機(jī)制均和細(xì)菌有很大的不同，反而更像真核細(xì)胞，所以應(yīng)該單獨(dú)算一類。,細(xì)胞知識(shí)：真核與原核,換句話說(shuō)，地球上的所有生命雖然看上去千奇百怪，但實(shí)際上僅有細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物這三大類，這是很不尋常的事情。要知道，生物

46、進(jìn)化的一個(gè)最大特征就是復(fù)雜多樣，很多我們能夠想到的功能都不止一次地被進(jìn)化出來(lái)過(guò)。比如多細(xì)胞生物至少獨(dú)立地進(jìn)化出了5次，飛行能力至少獨(dú)立地進(jìn)化出了6次，眼睛更是獨(dú)立地進(jìn)化出了幾十次，為什么細(xì)胞本身反而只是獨(dú)立進(jìn)化出了3次呢？,細(xì)胞知識(shí)：真核與原核,細(xì)胞知識(shí)：能量從何而來(lái),具體來(lái)說(shuō)，目前已知的所有細(xì)胞的能量全都來(lái)自跨膜質(zhì)子梯度，即細(xì)胞膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度差異。這個(gè)差異導(dǎo)致了細(xì)胞膜兩側(cè)產(chǎn)生了電壓差，驅(qū)使質(zhì)子從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)移，能量

47、就是在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的。,細(xì)胞知識(shí)：能量從何而來(lái),這個(gè)過(guò)程的學(xué)名叫作化學(xué)滲透偶聯(lián)（Chemiosmo-ticCoupling），其本質(zhì)就是前文提到過(guò)的氧化還原反應(yīng)，只不過(guò)中間加了個(gè)膜而已。最早發(fā)現(xiàn)此機(jī)理的是英國(guó)生化學(xué)家皮特·米切爾（PeterMitchell），他因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)而獲得了1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)原則，單位體積的細(xì)胞所能分配到的細(xì)胞膜表面積和細(xì)胞直徑成反比，也就是說(shuō)，細(xì)胞的體積越大，細(xì)胞內(nèi)部每個(gè)細(xì)胞

48、器所能分到的能量就越少，這就限制了原始細(xì)胞在進(jìn)化上的想象力。,細(xì)胞知識(shí)：?jiǎn)渭?xì)胞與多細(xì)胞,根據(jù)最新研究，細(xì)菌早在40億年前就誕生了，但直到今天細(xì)菌仍然是一種極為簡(jiǎn)單的單細(xì)胞微生物，無(wú)論是細(xì)胞體積還是基因組都非常小。已知最大的細(xì)菌基因組只有1200萬(wàn)個(gè)核苷酸（ATCG），這么小的基因組是很難支撐起任何復(fù)雜的生命形態(tài)的。轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在距今大約20億年前，地球上首次出現(xiàn)了真核細(xì)胞，突破了細(xì)胞膜帶來(lái)的能量限制，從此地球生命發(fā)生了翻天覆地的變化，不但

49、很快就進(jìn)化出了多細(xì)胞生物，而且還首次出現(xiàn)了有性生殖方式。最重要的是，衰老終于登上了歷史舞臺(tái)，成為只有真核生物才有的新性狀。,線粒體知識(shí),原核向真核的轉(zhuǎn)變關(guān)鍵在于線粒體，這是專門為真核細(xì)胞提供能量的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，食物中的能量分子在線粒體中被氧化，產(chǎn)生的能量以三磷酸腺苷（ATP）的形式被釋放出來(lái)供細(xì)胞使用。這個(gè)過(guò)程仍然需要用到化學(xué)滲透偶聯(lián)反應(yīng)，因此線粒體所產(chǎn)生的能量同樣是和線粒體膜的表面積成正比的，但因?yàn)槊總€(gè)細(xì)胞內(nèi)都含有成百上千個(gè)線粒體，這

50、就大大增加了膜的總面積，所產(chǎn)生的能量要比僅靠細(xì)胞膜產(chǎn)生能量的原核生物多得多。,線粒體知識(shí)：線粒體的來(lái)源,關(guān)于線粒體的來(lái)源曾經(jīng)有過(guò)很多理論，目前是馬古利斯提倡的內(nèi)共生學(xué)說(shuō)占了上風(fēng)。1998年，美國(guó)生物學(xué)家威廉·馬?。╓illiamMartin）在此基礎(chǔ)上又提出了一個(gè)更加具體的方案，被稱為氫氣假說(shuō)（HydrogenHypothesis）。該假說(shuō)認(rèn)為第一個(gè)真核細(xì)胞是由一個(gè)古細(xì)菌吞噬了一個(gè)細(xì)菌而產(chǎn)生的，這個(gè)古細(xì)菌是依靠氫氣生活的，而

51、它吞進(jìn)去的細(xì)菌能夠生產(chǎn)氫氣，正好為宿主提供了最需要的東西。一個(gè)細(xì)胞吞噬另一個(gè)細(xì)胞并不是什么新鮮事，但被吞進(jìn)去的細(xì)胞居然沒(méi)有死，還被宿主“招安”，成為宿主生命的一部分，則是極為罕見(jiàn)的事情。這導(dǎo)致了真核細(xì)胞的誕生。,線粒體知識(shí)：線粒體的來(lái)源,那個(gè)被古細(xì)菌吞進(jìn)去的細(xì)菌進(jìn)入了一個(gè)非常安全的環(huán)境，迅速地繁殖起來(lái)。作為宿主的古細(xì)菌是樂(lè)見(jiàn)其成的，因?yàn)樗枰?xì)菌產(chǎn)生的氫氣為自己提供能量。漸漸地，這個(gè)細(xì)菌進(jìn)化成了原始線粒體，繼續(xù)為宿主提供能量。但這樣一來(lái)

52、，宿主細(xì)胞內(nèi)便同時(shí)有了兩套基因組，一套負(fù)責(zé)細(xì)胞本身，一套負(fù)責(zé)線粒體，這就相當(dāng)于一個(gè)帝國(guó)內(nèi)部有了兩套領(lǐng)導(dǎo)班子，早晚要出事。果然，處于劣勢(shì)的原始線粒體基因組首先投降了，線粒體內(nèi)部的基因片段不斷地跑出來(lái)，并被一一整合進(jìn)了宿主的基因組內(nèi)。這是一件對(duì)雙方都有利的轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@樣一來(lái)線粒體在自我復(fù)制的時(shí)候就不必每次都復(fù)制一大堆基因了，這就加快了自身的繁殖效率，同時(shí)宿主也減少了線粒體的維護(hù)成本。,線粒體知識(shí)：真核細(xì)胞的誕生,隨著越來(lái)越多的線粒體基因被

53、整合進(jìn)宿主的基因組，一些細(xì)菌病毒也跟了進(jìn)去，并最終進(jìn)化進(jìn)化成了內(nèi)含子（Intron）。內(nèi)含子的概念解釋起來(lái)比較復(fù)雜，只需知道它們是殘存的病毒片段就行了。內(nèi)含子的出現(xiàn)逼得宿主細(xì)胞進(jìn)化出了一層新的保護(hù)膜，把自己的基因組保護(hù)起來(lái)，這就是細(xì)胞核的由來(lái)。從此，真核細(xì)胞誕生了。因?yàn)橛芯€粒體提供充足的能量，所以真核細(xì)胞終于可以養(yǎng)得起一個(gè)龐大的基因組了，于是真核細(xì)胞的基因組便越來(lái)越大了。比如人類基因組包含30億個(gè)核苷酸，是細(xì)菌基因組的數(shù)百倍。,線粒

54、體知識(shí)：真核細(xì)胞的誕生,由于線粒體是在細(xì)胞內(nèi)部活動(dòng)的，這就打破了細(xì)胞膜總面積對(duì)能量生成的限制，于是真核細(xì)胞的體積也迅速膨脹起來(lái)。如今真核細(xì)胞的平均體積已經(jīng)達(dá)到了原核細(xì)胞平均體積的1.5萬(wàn)倍！這是個(gè)巨大的變化，再像細(xì)菌細(xì)胞那樣“無(wú)組織無(wú)紀(jì)律”就不行了，于是真核細(xì)胞進(jìn)化出了很多不同類型的細(xì)胞器，比如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體和中心體等等，它們就像是細(xì)胞內(nèi)部的微器官，大大提高了真核細(xì)胞的組織性和紀(jì)律性，工作效率也大大增加。換句話說(shuō)，線粒體的誕

55、生導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生了一系列連鎖反應(yīng)，為復(fù)雜生命的出現(xiàn)做好了準(zhǔn)備。,線粒體知識(shí)：線粒體基因組,線粒體也并沒(méi)有把全部基因都轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，自己仍然保留了一部分DNA，這是因?yàn)椤盎瘜W(xué)滲透偶聯(lián)”是一個(gè)極其精細(xì)的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)的精確度要求特別高，這就要求線粒體基因組內(nèi)專門負(fù)責(zé)編碼這幾個(gè)酶的基因盡可能地靠近線粒體膜，以便能隨時(shí)針對(duì)外部環(huán)境的變化而迅速做出反應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，人類的線粒體基因組包含大約1.6萬(wàn)個(gè)核苷酸，不到原來(lái)那個(gè)細(xì)菌基因組的

56、百分之一，但卻包括13個(gè)重要基因，負(fù)責(zé)編碼能量生產(chǎn)過(guò)程所需的那幾個(gè)最重要的蛋白酶。,線粒體知識(shí)：有性生殖,也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)這么多年的進(jìn)化，如今的真核細(xì)胞內(nèi)包含有兩套各自獨(dú)立的基因組，其中核基因組負(fù)責(zé)編碼組成線粒體的絕大部分蛋白質(zhì)，線粒體基因組則負(fù)責(zé)編碼線粒體中最重要的那幾個(gè)蛋白質(zhì)，兩者必須結(jié)合在一起才能組裝成一個(gè)完整的線粒體。眾所周知，基因突變無(wú)法避免，這是生命進(jìn)化的原動(dòng)力，沒(méi)有基因突變就沒(méi)有我們的今天。但是，絕大多數(shù)基因突變都是負(fù)面的

57、，生物體必須通過(guò)自然選擇將其淘汰。,線粒體知識(shí)：有性生殖,細(xì)菌很容易解決解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榧?xì)菌的基因組都非常小，而且細(xì)菌相互之間經(jīng)常交換基因，術(shù)語(yǔ)稱之為“基因水平轉(zhuǎn)移”（HorizontalGeneTransfer），這就保證了細(xì)菌基因組的流動(dòng)性，便于“老天爺”看到單個(gè)基因的表現(xiàn)，然后從中篩選。但是，真核生物的基因組都非常大，即使分成了一個(gè)個(gè)染色體也都嫌太大了，再加上細(xì)胞核的保護(hù)，真核生物便沒(méi)法通過(guò)“基因水平轉(zhuǎn)移”來(lái)交換基因，于是基因

58、的流動(dòng)性就不存在了。如果真核細(xì)胞再像原核細(xì)胞那樣采取一分為二（即有絲分裂）的方式進(jìn)行繁殖，問(wèn)題就來(lái)了。,線粒體知識(shí)：有性生殖,假設(shè)有一條染色體，上面有個(gè)非常重要的基因，哪怕變一點(diǎn)都不行，這個(gè)基因后面跟著一個(gè)次要的基因，雖有好壞之分但卻沒(méi)那么重要，于是這個(gè)次要基因就相當(dāng)于攀了門高親，它再怎么差都不會(huì)被淘汰了。長(zhǎng)此以往，染色體上的那些次要基因就會(huì)變得越來(lái)越差，這顯然是不行的。真核細(xì)胞如何解決這個(gè)難題呢？答案是有性生殖。有性生殖過(guò)程當(dāng)中最重

59、要的一步就是基因重組，也就是來(lái)自父母雙方的染色體兩兩配對(duì)，然后相互交換基因片段，這就相當(dāng)于打破了基因之間固有的綁定關(guān)系，讓基因“流動(dòng)”了起來(lái)，只有這樣才能讓“老天爺”看到單個(gè)基因的表現(xiàn)，從而把表現(xiàn)差的基因清除。,線粒體知識(shí)：有性生殖,有性生殖雖然降低了繁殖的效率，但卻大大提高了核基因組的質(zhì)量，所以當(dāng)真核細(xì)胞出現(xiàn)之后，很快就進(jìn)化出了有性生殖。目前地球上所有的真核生物都會(huì)在生命的某個(gè)階段采取有性生殖的方式繁殖后代，沒(méi)有例外。線粒體基因組的

60、情況比較復(fù)雜。這是個(gè)很小的基因組，所以它肯定只能跟在核基因組后面走，逼著自己學(xué)會(huì)適應(yīng)有性生殖方式，沒(méi)有其他選擇。,線粒體知識(shí)：有性生殖,照理說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)性細(xì)胞彼此融合之后，線粒體肯定也會(huì)混雜在一起，如果一方帶來(lái)了不好的線粒體，就會(huì)被稀釋，從而躲過(guò)“老天爺”的篩選，于是包括人類在內(nèi)的絕大部分真核生物采取了一種極端的方式，即受精卵內(nèi)的線粒體全部由卵子提供，精子只負(fù)責(zé)提供核染色體，一個(gè)線粒體也不貢獻(xiàn)，這就避免了彼此遮掩的情況，便于大自然淘汰壞的

61、線粒體。,衰老理論-線粒體理論,在萊恩看來(lái)，衰老的核心就是核基因組和線粒體基因組的不匹配，這就是為什么只有真核生物才有衰老，原核生物都是永生的。幾乎永不衰老的海綿（Sponge）是世界上結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞動(dòng)物，其體細(xì)胞的分化程度非常低。海綿平時(shí)不需要行動(dòng)，所以海綿細(xì)胞內(nèi)的線粒體數(shù)量很少，工作效率也不高，因此海綿線粒體的突變率很低，不太容易出現(xiàn)壞的突變。如果真核生物都是像海綿這樣的簡(jiǎn)單生物，那么衰老也許就不會(huì)出現(xiàn)了。,衰老理論-線粒體理

62、論,而高等動(dòng)物高度分化的身體結(jié)構(gòu)對(duì)胚胎的早期發(fā)育提出了很高的要求，胚胎中的任何一個(gè)細(xì)胞都不能掉鏈子，否則就會(huì)影響整個(gè)器官，然后波及到全身。于是高等動(dòng)物進(jìn)化出了超大體積的卵子，里面含有超多的線粒體，這就解決了胚胎發(fā)育的線粒體質(zhì)量控制問(wèn)題。另外，像人類這樣的陸地動(dòng)物是需要滿地亂跑的，這種生活方式需要大量的能源，于是人類線粒體的工作效率非常高，繁殖速度非?？欤蛔兟室搽S之大大提升。已知人類線粒體基因組的突變率達(dá)到了核基因組的10～50倍，

63、遠(yuǎn)高于海綿，于是人類體細(xì)胞中的線粒體出現(xiàn)壞變異的可能性變得非常大。,衰老理論-線粒體理論,于是，為了保證后代的線粒體的健康，人類進(jìn)化出了專門的生殖細(xì)胞系，在出生后不久便將它們凍結(jié)起來(lái)，不再參與任何生理活動(dòng)，盡可能降低基因突變的可能性。比如人類的卵母細(xì)胞在女性胚胎發(fā)育的早期就被保護(hù)起來(lái)，成年后每次排出的卵都是從這幾個(gè)被保護(hù)起來(lái)的卵母細(xì)胞分裂出來(lái)的，其中的線粒體質(zhì)量有保證。萊恩把這個(gè)現(xiàn)象總結(jié)成了一句話，叫作“不死的生殖細(xì)胞，短命的身體細(xì)胞

64、”（Immortal germline，mortal body）。,衰老理論-線粒體理論,研究發(fā)現(xiàn)，所有真核生物的細(xì)胞凋亡全都遵循同一個(gè)模式，其核心就是線粒體工作效率下降，然后自由基泄露出去，然后觸發(fā)一系列生化反應(yīng)，導(dǎo)致呼吸作用停止，跨膜電壓消失，細(xì)胞徹底失去了能量來(lái)源，很快就被餓死了。根本原因是：真核細(xì)胞內(nèi)存在兩套基因組，它們共同為線粒體編碼，這就相當(dāng)于同一個(gè)線粒體卻有兩張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙，彼此之間必須配合得嚴(yán)絲合縫才能組裝成一個(gè)高質(zhì)量的線

65、粒體。如果雙方因?yàn)槟撤N原因不再匹配了，生命體就必須將這個(gè)細(xì)胞除去，免得連累其他細(xì)胞，這就是為什么自由基泄露會(huì)啟動(dòng)細(xì)胞自殺程序，因?yàn)檫@是線粒體質(zhì)量下降的標(biāo)志。,衰老理論-線粒體理論,卵子的每一次受精都是撞大運(yùn)，碰上合適的精子皆大歡喜，碰上不合適的就會(huì)倒霉一輩子，所以大多數(shù)高等動(dòng)物都學(xué)會(huì)了對(duì)受精卵進(jìn)行預(yù)篩，即把不合格的胚胎剔除出去，這樣就不會(huì)浪費(fèi)資源了。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，這就是流產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類有大約40%的妊娠是以流產(chǎn)告終的，很多流產(chǎn)就連母親

66、都覺(jué)察不出來(lái)。萊恩認(rèn)為，其中很多流產(chǎn)的原因就是線粒體基因組和核基因組不匹配，導(dǎo)致線粒體質(zhì)量出了問(wèn)題。但是，基因組之間的匹配沒(méi)有最好只有更好，線粒體的質(zhì)量究竟要達(dá)到什么樣的標(biāo)準(zhǔn)才能不被篩除呢？答案必須依照動(dòng)物的生活方式來(lái)決定。,衰老理論-線粒體理論,比如，飛行需要耗費(fèi)大量的能量，因此所有會(huì)飛的動(dòng)物對(duì)線粒體質(zhì)量的要求都非常高，這就是為什么絕大多數(shù)鳥(niǎo)類對(duì)于配偶都極為挑剔。很多進(jìn)化生物學(xué)家都對(duì)雄鳥(niǎo)為什么會(huì)進(jìn)化出如此艷麗的羽毛感到不解。原因是

67、：雄鳥(niǎo)羽毛上的色素是很難合成的，需要高質(zhì)量的線粒體提供能量，所以萊恩認(rèn)為雄鳥(niǎo)羽毛其實(shí)就是展示自己線粒體質(zhì)量的一個(gè)廣告牌。還有一點(diǎn)也很重要，那就是雄鳥(niǎo)的性染色體是ZZ，雌鳥(niǎo)是ZW，和人類正相反。很多和線粒體有關(guān)的基因都在Z染色體上，所以雌鳥(niǎo)的線粒體基因大都來(lái)自父親，這就是為什么鳥(niǎo)媽媽在擇偶時(shí)必須十分挑剔，否則她的女兒就會(huì)遭殃。不過(guò)，挑剔的結(jié)果就是鳥(niǎo)類的生殖能力相對(duì)較低，一只雌鳥(niǎo)一年往往只能生一窩。,衰老理論-線粒體理論,再來(lái)看看小鼠的情

68、況。小鼠的生活范圍很小，也不用飛，不需要特別優(yōu)質(zhì)的線粒體就能活得很好，如果母鼠也像鳥(niǎo)媽媽那樣挑剔的話，就沒(méi)有必要了。于是，小鼠對(duì)于胚胎質(zhì)量的要求要比鳥(niǎo)類低很多，其結(jié)果就是小鼠的體力雖然不如鳥(niǎo)類，但繁殖力比鳥(niǎo)類強(qiáng)。為什么鴿子和小鼠的體重差不多，新陳代謝速率也相近，但絕對(duì)壽命卻相差10倍，原因就在于鳥(niǎo)類的線粒體質(zhì)量高，其自由基泄露速度是同等體重的哺乳動(dòng)物的十分之一。有趣的是，唯一會(huì)飛的哺乳動(dòng)物蝙蝠的線粒體質(zhì)量和鳥(niǎo)類更相似，壽命也相應(yīng)地比

69、同樣體重的小鼠長(zhǎng)很多。,衰老理論-線粒體理論,這套理論還解釋了為什么饑餓療法、鍛煉身體和低碳水化合物飲食會(huì)延緩衰老，原因都是自由基。研究結(jié)果證明，人在饑餓、運(yùn)動(dòng)和低碳飲食時(shí)，其線粒體的工作效率會(huì)更高，自由基就更不容易泄露?，F(xiàn)代智人誕生于非洲大草原，祖先們的絕對(duì)速度不如獵豹，絕對(duì)力量不如獅子，雖然學(xué)會(huì)了使用工具，但原始工具的作用有限，他們憑什么稱霸非洲？答案就是長(zhǎng)跑。我們的祖先是非洲草原上長(zhǎng)跑成績(jī)最好的選手，這項(xiàng)技能對(duì)線粒體的質(zhì)量提出