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为什么生命都难逃一死?

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小馨馨Lv.6 显示全部楼层 发表于 2023-7-2 11:55:27 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
图片来源:Unsplash
针对“永生是否可能”这个问题,水螅和它的嫡亲已经提供了一些迷人的线索。可大部门生物为什么照旧逃不出殒命的命运?
比起海洋和河道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、海葵和珊瑚的嫡亲,长得有点像蒲公英的种子:长长身材的一端是一团触须,自己没什么看头。不过,它惊人的再生能力成为了生物学中一个谜团。纵然被切成很多块,每一块都能再生成一个全新、完备的个体。也由于云云,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定名。
水螅的再生能力激发了生物学家的爱好——从自然界寻求生物永生的证据,为什么这些物种不会由于自然缘故原由殒命?殒命真的必然会发生吗?
水螅(图片来源:Stephen Friedt via Wikimedia Commons)
20世纪中期,人们认为朽迈是生物在生殖和细胞维护之间做出的一种衡量。最初,生物会使用资源来生长、维持细胞康健。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康健。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,因今生育子女可能必要以牺牲康健为代价。
以鲑鱼为例,它们通常必要逆流游到上游去产卵,随后很快就会殒命。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乐成产卵的机会太渺茫了,因此自然选择也不会更青睐如许的个体。但无论怎样,鲑鱼都乐成将自己的基因传递了下去。
而现在,人们对“为什么全部生物都会死”的明白变得更具体了一些。当生物性成熟时,自然选择的影响会削弱,朽迈过程会开始,终极导致殒命。不过,英国东英祥瑞大学演化生物学和老年学传授阿列克谢·马克拉科夫(Alexei Maklakov)认为,这个过程并不是在给下一代铺路。
在生物的生命进程中,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,只有非常少的一部门是有益的。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低沉生物繁殖的几率,或者让生物在繁殖前就死去,如许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削弱。
照旧说回鲑鱼。它们很擅长让自己活到成年并繁殖,它们的子女也很有机会乐成产卵。如果出现了极其稀有的环境,鲑鱼在产卵后发生某种基因突变,让它延伸了寿命,可以多活一年,那新产生的子女也不会更有优势。之宿世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康健没有多大利益。所以,与此相关的基因并不会由于自然选择而变得更广泛。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积极,由于如许也不会持续给下一代带来利益。
只是,并非全部生物都像鲑鱼这么极端,在产卵后就会殒命,一些生物确实会为了多产一些子女而活得更久一些。生物DNA中的大部门突变都是有害或无影响的。机体能够修复此中一部门DNA的损伤,但随着年事的增长,自然选择的力量削弱,机体修复DNA的能力也在下降。
不过,朽迈和殒命是以两种方式发生的:一是自然选择力量削弱使有害突变积累,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。这些基因突变会显着增长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,但在生命后期会增长康健风险。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康健方面的劣势。
美国俄勒冈州立大学的生物学家凯特琳·麦克休(Kaitlin McHugh)认为,生命早期发生的变乱显然比繁殖后的要重要。由于繁殖潜力才是真正重要的。
细胞朽迈(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。细胞朽迈可以制止DNA受损的细胞增殖,进而防备癌症。然而在生命后期,朽迈的细胞会在组织中积累,导致损伤和炎症,这些都是出现朽迈相关疾病的预兆。
只管绝大多数物种会朽迈,但总有一些例外。比如,很多植物的朽迈可以“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。这棵树现实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,占地面积高出40万平方米,重量估计高出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树林,根系相互连接,且拥有相同DNA(图片来源:Wikimedia Commons)
水螅的嫡亲灯塔水母,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规复到早期阶段。麦克休说:“虽然某种程度上,我们会思考,这照旧不是同一个个体?”
马克拉科夫说,还有一种观点认为,一些物种会随着年事增长而变得更乐成,也被称为“负朽迈”(negative senescence),但这方面的证据还并不充实。
马克拉科夫认为,“如果由于某种缘故原由,物种繁殖能力广泛较低,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。”如许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,以及它可能拥有的子女数量,可能会随着雄性的年事和体型而增长。因此,雄性的繁殖能力也会不停增长。
他还指出,虽然有些物种确实可以随着年事的增长而保持繁殖能力,但并不是真正的“负朽迈”——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穷期地拥有浩繁配偶。
不过,在朽迈过程中,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。此中也体现出了一种衡量——如果没有有身的机会,排卵所斲丧的能量可能被身材的其他部位更好地使用。
但在其他动物中,较强的生育能力似乎会加速朽迈。例如,子女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,包罗生命。麦克休表现,这是一种时间上的衡量,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。几个典范的例子是,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淘汰蚁后或蜂王的寿命?可能是由于蚁后或蜂王并不会面对工蚁或工蜂所面对的很多威胁,而且生活方式不同,因此在这类物种中,朽迈理论无法等效实用于两性。
那么,如果繁殖对寿命的影响这么大,为什么很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,繁殖是一项耗能且布满风险的运动,而年长的亲戚能提供一些资助,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门基因存活下来,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)表现,拥有祖母的家庭的繁殖顺应度(reproductive fitness,用来评估特定基因型个体在繁殖上的乐成率)也会更高,可能是由于母亲能够专注于生更多的孩子,而祖母能资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。
马克拉科夫表现,也可能只是由于在过去,没有充足多的女性活到50岁,就很少在那个年事段生育。因此,自然选择对女性50岁时生殖的影响非常非常小。回到朽迈的核心原则——繁殖后自然选择力量削弱。所以,人们在晚年生活中经历的很多变乱可能并不愉快,但自然选择也没有充足强盛的力量来保护我们不受伤害了
撰文 | 威廉·帕克(William Park)
翻译 | 谢汝雨
审校 | clefable
原文链接:
https://www.bbc.com/future/article/20220805-why-do-we-die
封面来源:Unsplash
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