郭剛制圖
■本報記者 胡珉琦 在我們生活的世界里,衰老無處不在,它是一個不可阻擋,、不可逆轉(zhuǎn)的過程,。雖然衰老幾乎存在于所有物種當(dāng)中,但它唯獨對人類是種“折磨”,,因為只有人才能意識到,,我們終將老去、死亡,。當(dāng)然,,它還丟給人類更棘手的難題,諸如伴隨老齡化社會而來的種種醫(yī)療,、養(yǎng)老,、人口經(jīng)濟問題,這些都關(guān)乎人類的未來,。 衰老議題如此重要,,衰老科學(xué)研究也是一個異?;钴S的研究領(lǐng)域,。但時至今日,人類關(guān)于衰老的本質(zhì),,它究竟如何演化而來,,都尚未達(dá)成一致的認(rèn)識。關(guān)鍵是,,衰老使生物變得脆弱,、失去生育能力并走向死亡,而它究竟憑什么能在演化過程中存續(xù)下來,? “挑釁”主流衰老說 20世紀(jì)90年代,,沃爾特·隆格還是美國加利福尼亞洛杉磯分校的一名研究生,他在自然界廣泛分布的單細(xì)胞真菌——“酵母菌”中,,發(fā)現(xiàn)了一個很有意思的現(xiàn)象,。 一些酵母細(xì)胞通過出芽的方式進(jìn)行繁殖,當(dāng)芽細(xì)胞長到一定程度時,,就會脫落成為新的個體,。酵母細(xì)胞繁殖的頻率高達(dá)每小時兩次。一旦從環(huán)境中得到豐富的營養(yǎng),,它們就會瘋長,。它們在熟透的果實中迅速繁殖,使成熟的蘋果膠化,,最后變成果脯,。當(dāng)周圍環(huán)境中的糖用完時,大部分酵母細(xì)胞會餓死,,少部分形成孢子,,等待下一次快速繁殖的機會,。 隆格發(fā)現(xiàn),在食物短缺期,,細(xì)胞并不會餓著等死,,而會提前采取行動:一旦發(fā)現(xiàn)食物短缺,95%的酵母菌會通過細(xì)胞凋亡程序犧牲自己,。它們分解軀體,,消化自身的蛋白質(zhì),把自己變成兄弟姐妹的食物,。它們提供的能量讓剩余5%的細(xì)胞得以形成孢子,,獲得更好的保護(hù),并有機會開啟新生命,。 這是大自然十分古老的一種“自殺機制”,,個體的自我犧牲是因為對群體的健康有好處。美國理論生物學(xué)家,、賓夕法尼亞大學(xué)博士約什·米特爾多夫和科普作家,、生態(tài)哲學(xué)家多利安·薩根認(rèn)為,理解了這一過程,,就對衰老的本質(zhì)有所把握了,。 米特爾多夫與薩根在他們合著的Cracking the Aging Code(《破解衰老密碼》)一書中,提出了一種有關(guān)衰老與演化的全新的闡釋,,并引發(fā)了有關(guān)衰老和死亡對于生命意義的重新思考,。 他們用了大量生命的案例來顯示,到了一定時限,,有的生物會隨即衰老,,一個接一個以“自殺”的方式死去。只為說明,,衰老雖然不利于個體的健康長壽,,但在整個進(jìn)化史上具有重要的作用。 他們解釋,,衰老維持了不同時期的死亡率的穩(wěn)定,,通過使種群數(shù)量在一定范圍內(nèi)波動,不僅維持了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,,也使得物種得以持續(xù)發(fā)展,,避免走向崩潰與滅絕。因為,,不受約束的生態(tài)系統(tǒng)往往是“失控”的,。 通過降低繁殖能力或縮短壽命,都能限制種群數(shù)量,但自然選擇更偏向于選擇縮短壽命,,而不是降低繁殖能力,。因為保持相對較高的繁殖能力另有好處,能為種群帶來多樣性和可演化性,,有助于保持種群的新老更迭,,為物種提供更多的進(jìn)化方向。 5億年前就有的衰老進(jìn)化,,維持了種群內(nèi)部的世代更替,,個體出生、死亡,,但群落會繼續(xù)存在,,這是生命的循環(huán)。因此,,衰老是生物受基因控制的主動行為,,并非演化過程中的一個巨大的瑕疵。 有評論認(rèn)為,,米特爾多夫和薩根的想法是具有“挑釁性”的,。目前,主流的觀點是,,衰老是基因的多效性在生物繁衍過程中產(chǎn)生的副作用,。 這種說法指的是,,大多數(shù)基因起作用的方式不止一種,,一個基因能影響許多性狀,一個基因既能產(chǎn)生正面效果,,也能產(chǎn)生負(fù)面效果,。有一類基因的特點就是如此,年輕時有利于繁殖,,年老時不利于長壽,。在這種情況下,自然選擇只有兩條路,,要么徹底放棄這個基因帶來的好處,,要么妥協(xié)權(quán)衡。最終,,自然選擇傾向于選擇提高生命早期的繁殖能力實現(xiàn)自我復(fù)制,,從而導(dǎo)致衰老的出現(xiàn)。 現(xiàn)在,,已知的和衰老相關(guān)的基因就有數(shù)百個,,但這個理論并不能做到天衣無縫。米特爾多夫和薩根積累的證據(jù)顯示,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的許多衰老基因與繁殖能力是無關(guān)的,,它們只是衰老基因,,并沒有為個體提供好處。而且,,他們還找到很多實驗證實,,有些物種中越是長壽的,繁殖力反而越強,。 不僅如此,,米特爾多夫和薩根還對其他兩種也受到支持的衰老理論——“基因突變積累假說”“一次性體細(xì)胞理論”進(jìn)行了反駁。 衰老科學(xué)研究是一個非?;钴S的研究領(lǐng)域,,人類對于衰老原理的探索幾乎已經(jīng)涉及了生命科學(xué)的所有層次,然而,,衰老的本質(zhì)卻仍是一個懸而未決的問題,,現(xiàn)有的衰老理論也都并不完善,它還帶著科學(xué)家許多的困惑,。因此,,米特爾多夫和薩根的闡釋盡管不是一種被廣泛接受的主流觀點,但至少提供了新的思索方向,。 基因一定是自私的嗎,? 其實,米特爾多夫和薩根想法的背后,,還與科學(xué)史上有關(guān)自然選擇學(xué)說的重要爭論有關(guān),,這場爭論直到現(xiàn)在也并未結(jié)束。 1859年,,達(dá)爾文發(fā)表《物種起源》,,按照他的思想,生物為了在生存斗爭中勝出,,絕不會作出損己利他的行為,。那么,衰老必然是達(dá)爾文所稱的“適應(yīng)性”的對立面,。不斷衰弱,、疾病纏身直至死亡的衰老個體怎么可能被自然選擇留下,并且這種特征還被擴散到無數(shù)物種中,? 其實這樣的悖論早就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了,。20世紀(jì)60年代初,生物學(xué)家瓦恩-愛德華茲通過大量自然觀察,,發(fā)現(xiàn)很多動物都存在利他行為,。 古生物學(xué)家,、美國堪薩斯大學(xué)自然歷史博物館暨生物多樣性研究所教授苗德歲舉例,比如鳴禽在看到天敵出現(xiàn)的時候,,會冒著自身吸引天敵的危險,,發(fā)出警告聲,通知其他鳴禽趕快離開,;非洲野狗不但像狼一樣,,在捕捉獵物時相互合作,而且會跟同一群里沒有參加捕獲獵物的成員分享獵物,。 愛德華茲把這種現(xiàn)象稱作“群體選擇”,。群體選擇的一個觀點是,當(dāng)可獲取的資源有限,,或受到其他生存限制時,,物種會把自身的數(shù)量控制在可持續(xù)發(fā)展的范圍內(nèi)。這才是米特爾多夫和薩根解釋衰老機制誕生的背景環(huán)境,。 但是,,“群體選擇”理論自出現(xiàn)之日起就受到了強烈的質(zhì)疑。 數(shù)學(xué)生物家喬治·克里斯托弗·威廉斯在隨后出版的《適應(yīng)與自然選擇》一書中指出了愛德華茲在數(shù)學(xué)和邏輯層面的模糊性,。 的確,,當(dāng)時愛德華茲沒有對群體選擇理論建立有效的預(yù)測和驗證的數(shù)學(xué)模型,不具備科學(xué)理論應(yīng)有的可檢驗性,。 且威廉斯認(rèn)為,,自然選擇每次都是發(fā)生在個體身上。個別基因的增殖或消亡比周圍世界的變化更為迅速,。群體的自然選擇是一個相對緩慢,、低效的過程,與個體層次的選擇強度比較起來可以忽略不計,。 苗德歲在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示,,達(dá)爾文倒并不一味反對“群體選擇”,但也只是在討論原始人類不同部落之間的競爭時,,偶爾承認(rèn)“群體選擇”起著一定的作用。 除此之外,,當(dāng)時還給了“群體選擇”理論當(dāng)頭一棒的,,就是理查德·道金斯那本著名的《自私的基因》。 根據(jù)苗德歲的解釋,,道金斯引入了兩個新的概念,,一是把生物稱作“運載器”,二是把基因稱為“復(fù)制品”,。依照他的觀點,,只有基因才是不朽的,,每個生物體只是基因的載體,基因可以通過復(fù)制從一個載體傳到另一個載體,,歷經(jīng)無數(shù)世代,。因此,自然選擇是在基因水平上起作用的,。 關(guān)鍵是,,道金斯很好地解釋了動物的利他性行為。他認(rèn)為,,在進(jìn)化過程中物種(或群體)的利益比個體(或基因)的利益更重要是一種人為的錯誤猜測,,“這些行為背后隱藏著出于自私的偽裝”。以工蜂為例,,它們之所以甘愿犧牲自己成全蜂王,,是因為蜂王可以更好地傳遞自己的一部分基因。 “群體選擇”理論也因此陷入長時間的沉寂,。在那一時期,,新達(dá)爾文主義穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)上風(fēng),它是達(dá)爾文進(jìn)化論的現(xiàn)代版本,,是對達(dá)爾文自然選擇學(xué)說,、孟德爾遺傳學(xué)說的一種綜合。這一主流理論將遺傳基因具體化,,堅信基因是獨立參與自然選擇的,,競爭只存在于個體間。 不過,,生物進(jìn)化論的發(fā)展并未就此停止,。苗德歲表示,到如今,,很多科學(xué)家已經(jīng)傾向于認(rèn)為,,生物演化的機制不只限于自然選擇,盡管自然選擇是主要的,,但還有很多其他機制,,而且作用的水平也不限于個體,還有群體的,。 這也意味著,,進(jìn)化論發(fā)展面臨著更多、更深,、更廣的論題,。盡管基于群體選擇的對衰老本質(zhì)的探索目前仍是小眾,但它還是可能獲得比過去更多的討論空間,。 抗衰老研究的熱與慢 除該領(lǐng)域的研究者之外,,抗衰老研究也頗受廣大公眾的關(guān)注,,這是因為人們常常會對死亡過度恐懼,寄希望于科學(xué)能理清衰老的機理,、有的放矢地解決延緩衰老的問題,。 目前在學(xué)界,有關(guān)衰老機理的學(xué)說五花八門,,不下幾十種,。北京大學(xué)衰老研究中心童坦君院士和張宗玉教授在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示,比較重要的機理有諸如基因損傷,。DNA是遺傳信息的攜帶者,,它在內(nèi)環(huán)境如氧自由基、外環(huán)境如紫外線與化學(xué)物質(zhì)等影響下,,可受到損傷斷裂,。單細(xì)胞里有一整套DNA修復(fù)酶,能夠徹底修復(fù)損傷的DNA鏈,,保證遺傳信息傳遞下去,。可惜,,這種修復(fù)能力會隨著年齡的增加逐步下降,,導(dǎo)致?lián)p傷DNA累積,有些基因不能正常表達(dá),,最終導(dǎo)致衰老,。目前,國際上已發(fā)現(xiàn)幾十種DNA修復(fù)基因,,其中,,p53抑癌基因就是一種重要的損傷修復(fù)的關(guān)卡控制基因。 第二種是氧自由基學(xué)說,。氧是人類生存所必需的,,但也具有潛在的毒性。氧自由基主要來自人體內(nèi)部,,它可以損傷DNA,,還可以損害蛋白質(zhì)與細(xì)胞膜。 第三種是端粒假說,。端粒是細(xì)胞核內(nèi)染色體末端的一段特殊的結(jié)構(gòu),,由端粒酶合成。端粒的長度已經(jīng)被證實與重要臟器的健康有關(guān),,端粒長度會隨年齡的增長而縮短,使細(xì)胞變得衰老并毒害周圍的細(xì)胞,。 “衰老這個生命現(xiàn)象太過復(fù)雜,,每種學(xué)說都只能解釋這種現(xiàn)象的一部分,。”張宗玉認(rèn)為,,目前針對種種機理進(jìn)行的抗衰老研究多數(shù)仍在基礎(chǔ)階段,,基因干預(yù)、端粒修復(fù),、端粒酶活化,、干細(xì)胞注射等手段的研究亦是如此。 而當(dāng)前最有成效的抗衰老療法,,也并不是什么新發(fā)現(xiàn),,就是適度限食,限制熱量,。張宗玉解釋,,這一方法可以減少內(nèi)源性氧自由基的生成,減少對DNA等大分子物質(zhì)的氧化損傷,。還能降低代謝速率,,增加代謝潛力,提高非正常細(xì)胞的凋亡,,以及免疫應(yīng)答能力增強,,減慢免疫功能的衰退。除此之外,,老年醫(yī)學(xué)研究者能給出的確切建議,,暫時也就是保持健康的生活方式了。 重新認(rèn)識衰老的意義 如此看來,,抗衰老研究的速度似乎尚不能滿足人們對延長健康生命全盛時期的期待,。然而,從某個角度看,,如果人們愿意思考米特爾多夫和薩根所說的,,衰老所帶來的益處遠(yuǎn)超個體的失去健康,或許可以重新認(rèn)識衰老和死亡對于生命的意義,。 這并非讓人們歌頌衰老或者死亡,,而是調(diào)整面對人生最后時光的態(tài)度,并懂得反思大規(guī)模干預(yù)衰老機制可能帶來的影響,。 米特爾多夫和薩根支持抗衰老藥物和技術(shù)的研發(fā),,但他們同時也表達(dá)了對未來的擔(dān)憂。因為抗衰老關(guān)乎個體利益和集體風(fēng)險,,它比人們想象得更錯綜復(fù)雜,。 在苗德歲看來,抗衰老并不僅僅是科學(xué)問題,,也關(guān)系到倫理,、哲學(xué),、社會學(xué)?!俺藗€體的利益,,也要考慮群體利益?!?/p> 在這一點上,,北京大學(xué)哲學(xué)系教授劉華杰的看法也類似?!笆冀K有人幻想萬壽無疆,,這違背演化論也侵害了子孫后代的利益?!痹谒磥?,單純延長壽命沒有意義。好的醫(yī)生和醫(yī)學(xué)家,,應(yīng)當(dāng)告訴人們,,如何規(guī)劃人生,把極其有限的一生安排好,,健康而生,,把有限的生命活精彩。 苗德歲說,,正如羅素在他的一篇美文《如何老去》中所寫:一個人的個體存在,,應(yīng)當(dāng)像一條河流:初時涓涓細(xì)流,狹隘地囿于兩岸之間,,歡快地躍過巖石,、飛身瀑布。繼而,,河流漸漸變寬,、兩岸退去、水流愈發(fā)平靜,,最終波瀾不驚地匯入大海,,毫無痛苦地失去其個體的存在。一個人倘若在暮年之際對自己的生命能作如是觀,,便不會為怕死而痛苦,,因為他所鐘愛的東西將會繼續(xù)存在
《中國科學(xué)報》 (2018-08-31 第1版 要聞)
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