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人体衰老随影而行
http://www.100md.com 2019年1月25日 科普时报 2019.01.25
     撰文\ J·V 沙马里

    在野外环境中,生物通常会因捕食者、疾病或意外伤害等环境因素而死亡。而那些侥幸逃脱了这些“外因”而幸存下来的个体,接下来又不得不面对“内因”年老而亡。然而,不同的物种有着不同的最高寿限,这就引出了一个问题:我们为什么会变老?

    或者问:为什么衰老会存在?在1951年的一次讲座中,动物学家彼得·梅达沃提出了两个关键洞见。

    首先,他区分了衰老过程与他所谓的“生物学衰老”,后者是导致身体机能下降和死于外因,其次,他指出自然选择的效果随着个体年龄的增长而下降,所以它无法作用于那些导致致命疾病,比如影响中老年的癌症和心血管疾病的突变。
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    一个遗传突变除非产生了可见的表型,否则它不会被自然选择注意到。一个降低青壮年期身体机能的突变可能会导致一个个体被适者生存法则所淘汰,但一个在老年期导致生物学衰老的突变,实际上对自然选择而言是不可见的。如果一个突变基因在个体繁殖前就降低了它的生物机能,突变就不会被传递下去,但如果一个突变导致个体在繁殖后出现生物学衰老,这就已经太晚了——基因已经被遗传。因此导致生物学衰老的因素可以在演化过程中逐渐积累,这就是衰老的“突变积累”理论。

    身体组织可分为生殖细胞和体细胞。生殖细胞将基因传递给下一代,体细胞则在生物死亡后被抛弃。这成为了汤姆·柯克伍德在1977年提出的“可抛弃体细胞”理论的基础。这个理论将衰老视为演化适合度的两个方面的一个权衡,即在生存与繁殖之间的权衡。柯克伍德的理论认为,由于像食物这样的生态资源是有限的,所以代谢产生的能量也是有限的。因此, 生物需要做出经济决策,在生理过程之间合理分配资源,在时世艰难时优先考虑生存,在有额外资源时才考虑奢侈的繁殖。

, 百拇医药     生命的指令都被编码在基因中,那么死亡也是DNA编程的吗?初看上去, 情况似乎是这样的。1961年,解剖学家莱昂纳德·海弗利克发现,培养在培养皿中的细胞在分裂约50次后便会停止,这在后来被称为“海弗利克极限”。20世纪80年代,分子生学家伊丽莎白·布莱克本发现端粒在细胞分裂过程中缩短了,这意味着端粒缩短是细胞“退休”的倒计时器。动物研究还发现与长寿相关的基因。比如在1993年生物老年学家辛西娅·凯尼恩确定了一种突变,它能使线虫的寿限延长一倍。

    但就像许多由基因决定的表型一样,生物学衰老也受环境的影响。雌蜂到底会发育成蜂后还是工蜂取决于它在幼虫期所获得的食物,但蜂后的平均期望寿命为两年,工蜂则仅为数月,尽管它们的DNA没有区别。在人类中,先天和后天的相对贡献可通过比较双胞胎加以度量。双胞胎拥有几乎等同的基因组,但很少在同一年离世。2004年,一项针对超过2700对双胞胎的调查发现,遗传因素仅能解释与年龄相关的病损中的20%,剩下80% 都来源于环境影响。

    我们为什么会变老? 因为维护和修复细胞需要消耗能量,因而根据“可抛弃体细胞”理论,生物学衰老是在繁殖与生存之间分配资源的一种权衡结果。这帮助解释了为什么限食能够延长寿限,因为当食物缺乏时,生存就成为优先事项。这也契合了老年学家琳达·帕特里奇的研究结果,她发现通过胰岛素和“胰岛素样生长因子”传递的信号能够感知营养物质,并调节诸如生长和代谢这样的过程。

    现如今,现代医学和技术能够保护人类对抗诸如疾病和捕食者等外因,所以我们大多死于内因。而人类忧虑衰老,单纯是因为我们活得足够长久能够体验到它。, 百拇医药