为什么生命都难逃一死？

图片来源：Unsplash

针对 " 永生是否可能 " 这个问题，水螅和它的近亲已经提供了一些迷人的线索。可大部分生物为什么还是逃不出死亡的命运？

撰文 | 威廉 · 帕克（William Park）

翻译 | 谢汝雨

审校 | clefable

比起海洋和河流中其他光怪陆离的水生生物，水螅（hydra）很容易被忽略。它们生活在淡水之中，是水母、海葵和珊瑚的近亲，长得有点像蒲公英的种子：长长身体的一端是一团触须，本身没什么看头。不过，它惊人的再生能力成为了生物学中一个谜团。即使被切成许多块，每一块都能再生成一个全新、完整的个体。也因为如此，科学家以古希腊神话中可以断头再生的九头蛇海德拉为其命名。

水螅的再生能力激发了生物学家的兴趣——从自然界寻求生物永生的证据，为什么这些物种不会因为自然原因死亡？死亡真的必然会发生吗？

水螅（图片来源：Stephen Friedt via Wikimedia Commons）

20 世纪中期，人们认为衰老是生物在生殖和细胞维护之间做出的一种权衡。最初，生物会利用资源来生长、维持细胞健康。从童年到青春期，生物体的重心就是活下去，并尽可能保持强壮和健康。在性成熟后，重心会转为繁殖。对大多数生物来说，资源是有限的，因此生育后代可能需要以牺牲健康为代价。

以鲑鱼为例，它们通常需要逆流游到上游去产卵，随后很快就会死亡。这种动物付出的一切代价，都是为了有最大的几率游到产卵地，并在那里产卵。对鲑鱼来说，产卵后回到下游、在海里多生存一年后再返回上游并成功产卵的机会太渺茫了，因此自然选择也不会更青睐这样的个体。但无论如何，鲑鱼都成功将自己的基因传递了下去。

而如今，人们对 " 为什么所有生物都会死 " 的理解变得更具体了一些。当生物性成熟时，自然选择的影响会减弱，衰老过程会开始，最终导致死亡。不过，英国东英吉利大学演化生物学和老年学教授阿列克谢 · 马克拉科夫（Alexei Maklakov）认为，这个过程并不是在给下一代铺路。

在生物的生命历程中，基因上会积累突变。这些突变有些是完全随机的，有些则由饮食、紫外光等因素导致。大多数突变要么没用要么有害，只有非常少的一部分是有益的。英国牛津大学人类学系的演化生物学家加布里埃尔 · 坎图里德斯（Gabriella Kountourides）认为，在性成熟前，如果有某些基因突变会降低生物繁殖的几率，或者让生物在繁殖前就死去，这样的突变就会被自然选择摒弃。然而，一旦生物到性成熟阶段，它就有能力将基因传给下一代。从此时起，自然选择的力量便会减弱。

还是说回鲑鱼。它们很擅长让自己活到成年并繁殖，它们的后代也很有机会成功产卵。如果出现了极其罕见的情况，鲑鱼在产卵后发生某种基因突变，让它延长了寿命，可以多活一年，那新产生的后代也不会更有优势。之前生出的那一波已经在了。

图片来源：Jerome Charaoui via Wikimedia Commons

从自然选择的角度来看，生物在繁殖后继续保持健康没有多大好处。所以，与此相关的基因并不会因为自然选择而变得更普遍。坎图里德斯认为，一个个体可能想要活得更久，但自然选择不会朝这个方向努力，因为这样也不会持续给下一代带来好处。

只是，并非所有生物都像鲑鱼这么极端，在产卵后就会死亡，一些生物确实会为了多产一些后代而活得更久一些。生物 DNA 中的大部分突变都是有害或无影响的。机体能够修复其中一部分 DNA 的损伤，但随着年龄的增长，自然选择的力量减弱，机体修复 DNA 的能力也在下降。

不过，衰老和死亡是以两种方式发生的：一是自然选择力量减弱使有害突变积累，二是一些对生殖有利的突变会影响长寿。

BRCA 基因突变可以佐证后一种方式。这些基因突变会显著增加患乳腺癌和卵巢癌的风险，但携带这些突变的女性生育能力也更强。所以，可能是 BRCA 基因突变为前半生提供了生殖优势，但在生命后期会增加健康风险。由于性成熟后，自然选择力量会削弱，所以这些基因突变带来的生殖优势盖过了后期在健康方面的劣势。

美国俄勒冈州立大学的生物学家凯特琳 · 麦克休（Kaitlin McHugh）认为，生命早期发生的事情显然比繁殖后的要重要。因为繁殖潜力才是真正重要的。

细胞衰老（cell senescence），就是细胞停止分裂，可能也是对生物早期生活有利、而对后期生活有害的一个例子。细胞衰老可以阻止 DNA 受损的细胞增殖，进而预防癌症。然而在生命后期，衰老的细胞会在组织中积累，导致损伤和炎症，这些都是出现衰老相关疾病的预兆。

尽管绝大多数物种会衰老，但总有一些例外。比如，许多植物的衰老可以 " 忽略不计 "，还有一些物种可以活数千年。比如美国犹他州鱼湖国家森林公园的潘多树。这棵树实际上是一个基因相同的雄性颤杨树群体，之间通过单一根系相连，占地面积超过 40 万平方米，重量估计超过 6613 吨。据估算，它可能已经活了 1 万多年。

" 潘多 " 是由一株雄性颤杨无性繁殖出的一整片树林，根系相互连接，且拥有相同 DNA（图片来源：Wikimedia Commons）

水螅的近亲灯塔水母，有 " 永生水母 " 的称号，它也有一个保障长寿的妙招——如果受到伤害、疾病或压力影响，灯塔水母可以从成年阶段恢复到早期阶段。麦克休说：" 虽然某种程度上，我们会思考，这还是不是同一个个体？"

马克拉科夫说，还有一种观点认为，一些物种会随着年龄增长而变得更成功，也被称为 " 负衰老 "（negative senescence），但这方面的证据还并不充分。

马克拉科夫认为，" 如果由于某种原因，物种繁殖能力普遍较低，或者根本无法在生命早期繁殖，就会改变自然选择的运作方式。" 这样的例子常出现在一夫多妻制的动物中，如海象或鹿，一只雄性可能控制着一群雌性。这个群体的规模，以及它可能拥有的后代数量，可能会随着雄性的年龄和体型而增加。因此，雄性的繁殖能力也会不断增加。

他还指出，虽然有些物种确实可以随着年龄的增长而保持繁殖能力，但并不是真正的 " 负衰老 " ——已经发表的一些研究很可能存在缺陷。比如，雄性海象其实不能无限期地拥有众多配偶。

不过，在衰老过程中，性可能发挥着奇特的作用。根据英国伦敦大学学院梅根 · 阿诺特（Megan Arnot）和露丝 · 梅斯（Ruth Mace）的一项研究，拥有规律性生活的女性更年期会开始得较晚。其中也体现出了一种权衡——如果没有怀孕的机会，排卵所消耗的能量可能被身体的其他部位更好地利用。

但在其他动物中，较强的生育能力似乎会加速衰老。例如，后代多的蝙蝠通常寿命更短。如果有机会繁殖，蝙蝠也许会放弃一切，包括生命。麦克休表示，这是一种时间上的权衡，在早期生活中能很好地繁殖的生物，后期不会再过得那么好。 ( 不过，水螅是这个规则中的例外，在一生中，它们的生育率似乎没有下降。 )

有一些物种中，两性之间的寿命会有巨大差异。几个典型的例子是，蚂蚁、白蚁群和蜜蜂都有一个蚁后或蜂王。相比于没有生殖能力的工蚁或工蜂，蚁后或蜂王的生育能力会更高，寿命也更长。为什么繁殖的成本不会减少蚁后或蜂王的寿命？可能是因为蚁后或蜂王并不会面对工蚁或工蜂所面临的许多威胁，并且生活方式不同，因此在这类物种中，衰老理论无法等效适用于两性。

那么，如果繁殖对寿命的影响这么大，为什么许多人在生完孩子后还能活这么久呢 ?

图片来源：Unsplash

"祖母假说"（grandmother hypothesis）认为，繁殖是一项耗能且充满风险的活动，而年长的亲戚能提供一些帮助，这对繁殖是很重要的。祖母可以通过抚养孙辈来确保自己的部分基因存活下来，而从自然选择的角度来看，长寿可以带来一些优势。坎图里德斯（Kountourides）表示，拥有祖母的家庭的繁殖适应度（reproductive fitness，用来评估特定基因型个体在繁殖上的成功率）也会更高，可能是因为母亲能够专注于生更多的孩子，而祖母能帮助抚养已经出生的孩子。

但由于孙辈与祖母只共享 25% 的基因，因此祖母与孙辈的关系与和侄女、侄子的亲缘关系一样。

马克拉科夫表示，也可能只是因为在过去，没有足够多的女性活到 50 岁，就很少在那个年龄段生育。因此，自然选择对女性 50 岁时生殖的影响非常非常小。回到衰老的核心原则——繁殖后自然选择力量减弱。所以，人们在晚年生活中经历的很多事情可能并不愉快，但自然选择也没有足够强大的力量来保护我们不受伤害了。