壽命長短到底取決於什麼？不要再聽隔壁算命先生瞎説了_風聞

文章來源丨北京大學出版社

2017年世界上第一個自願冷凍的人詹姆斯·貝德福先生，因為沒有後人為其繼續支付冷凍費用，冷凍公司宣稱他將會被解凍。不過詹姆斯先生是否解凍，或者解凍後是否復活了，都沒有後續報道，估計詹姆斯在解凍後肯定直接掛了，否則媒體和冷凍公司怎麼會放過這個時空穿越的好題材。

冷凍是人類所能想象的延長生命的眾多方式之一，從古代的煉丹修仙到今天，延長壽命始終是很多人的渴望。據説本來就以長壽著稱的日本，正在嘗試應用諾獎獲得者山中彌申的研究成果，利用幹細胞誘導技術研製“長壽疫苗”般的幹細胞，將幹細胞注射到人體內，長命百歲就不是個事兒了。

我一直好奇，動物的壽命長短到底是由什麼決定的？

我們人類的壽命到底能有多長？

我們應該永生嗎？

從幾天到萬年，壽命差異為什麼這麼大

但凡人類都有生老病死，不止人類，但凡活物，不管是鳥獸蟲魚，還是細菌病毒，甚至草木都有生死。似乎生死是普遍規律，沒有例外。但如果從微觀看，人的生殖細胞幾乎是不死的，癌症細胞也是如此。全世界所有的生物都從單細胞而來，或許是一顆藻類細胞，從它第一次分裂開始到現在，大約經過了30多億年，這顆細胞的遺傳物質經歷過無數次複製和變異，如今演化成了地球上難以計數的物種和個體。這顆始祖細胞可以説就是永生的。

但體細胞喪失了生殖能力，主要由體細胞組成的多細胞生物也只能活一代，這就是壽命。

世界上有很多生物生命極其短暫，如蚊蠅老鼠，至於細菌、藻類更有短至幾天的。

相比之下， 人們更關注長壽的動物。例如 1777 年，英國探險家庫克船長把一隻陸龜送給湯加國王，這隻叫做 Tu’I Malila 的陸龜直到 1965 年才因自然原因死亡，活了 188 年。冰島北部海岸發現的一隻北極圓蛤 ，根據殼上的“年輪”的方法和碳 -14 測定法，發現它的壽命已經有 507 歲，可惜被船員誤將它扔進冷櫃凍死了。植物的壽命更長，美國加州的一棵芒松（Bristlecone Pine）已經活了 5064 年。歐洲山楊（Aspen）的根可以活8 萬年。

生物壽命長短差異如此之大， 到底是由什麼機制決定的呢？

對於衰老機制的研究，是生命研究的熱門領域，提出的理論不下 10 種。下面我們只討論其中最重要的幾個。

生命速率學説

對於人為什麼會衰老的問題，最樸素，最直觀的想法就是把人的生命比作燈油之類，“火苗”越大，燒得越快。在把人的壽命與其他哺乳動物的壽命相比較時，人們發現，體型越小的動物壽命越短。比如老鼠的壽命只有兩三年，狗可以活十幾年，牛 和馬可以活 30 年左右，大象則可以活到 60 年或更長。1908 年，德國的生理學家Max Rubner（1854—1932）計算了一些動物消耗的能量，發現每克組織在一生中消耗的總能量基本相似。所以代謝快的，生命就短。比如豚鼠的心率為每分鐘 300 次左右，小鼠更高，達每分鐘 500~600 次，貓為每分鐘 110~130 次，而牛每分鐘只有 50~80 次。在這些結果的基礎上，有人提出了生命速率學説（rate of living theory），即動物一生單位質量的組織消耗的總能量大體相近；新陳代謝的速率越高，動物老得越快。

2007年，澳大利亞科學家A. J. Hubert 計算得出哺乳動物體重和基礎代謝率的關係是：

基礎代謝率 = 227× 體重^(-0.31)，這樣計算出來的牛的基礎代謝率就應該是豚鼠的 12% 左右。然後根據 Hubert 計算的結果，哺乳動物的預期壽命和體重的關係是：預期壽命 = 10.2× 體重^0.22

也就是預期壽命按體重的 0.22 次方增加。體重每增 加一倍，預期壽命增加 16%。當然這個規律是很粗略的。動物之間的實際差異可以很大。例如人的體重比牛小得多，壽命卻是牛的好幾倍，但是總的趨勢還是存在的。

身體越大，代謝率就越低，壽命就越長。動物實驗表明，把進食中的熱量減少 60%~70% 左右，就可以延長許多實驗動物的壽命，而且和老年有 關的疾病也推遲出現。所以説限食和節食是有些道理的。

**但這種學説的反例非常多。**例如水螅，體重只有 0.1 克左右，卻可以活數年，比體重比它大幾千 倍的小鼠和大鼠的生命還長。在中國東海發現的“玻璃海綿”（glass sponge），高 10~30 釐米，體型並不很大， 卻可以活 11000 年。

​

自由基學説

相信很多80後應該還記得中國曾經有一種婦孺皆知的化妝品叫大寶，大寶的有效成分據説叫什麼SOD蜜。

現在我才知道這個SOD蜜實際上就是模仿人體的一種酶，這種酶可以抵抗體內的自由基，防止自由基來氧化人體組織。

所謂自由基（ free radicals）就是人體內產生的具有高度化學反應性的物質，像手持利刃的微型刺客，時刻攻擊人體內的組織，甚至DNA。美國科學家 Denham Harman（1916 年—）注意到原子彈和 X 射線的輻射能在人和動物的身體內產生自由基，同時縮短人和動物的壽命。當時人們已經知道，富含“抗氧化劑”的食物能減輕放射線的危害，這使他去思考自由基是否與衰老有關。為了驗證他的這個想法，他給受到射線照射的小鼠喂各種“抗氧化劑”，發現小鼠的壽命延長 30% 左右。

隨後的研究發現，自由基是動物正常新陳代謝的“副產品”。只要動物進行“有氧呼吸”，自由基就會產生。自由基是一種“超氧化物”，化學性質極為活潑，如果任其到處破壞，細胞的結構和功能很快就會被摧毀，新陳代謝越旺盛，產生的自由基就越多，這就解釋了為什麼新陳代謝旺盛的動物壽命比較短，而那些著名的長壽生物無一例外都是新陳代謝緩慢的。這這些事實的基礎上，Harman 確信自 由基是人和動物衰老的原因，並且提出衰老的“自由基學説”。

細胞怎麼對付這些超氧化物的自由基呢？細胞可以產生能分解超氧化物的酶，如超氧化物歧化酶（ SOD），過氧化氫酶（CAT）。還有一些非酶的“抗氧化劑”，比如維生素C、維生素E、β-胡蘿蔔素等等。

**雖然自由基學説已經獲得了大量的實驗結果支持，但是在同時，也有另外一些事實與這個理論相矛 盾。**例如運動會增加能量消耗，使新陳代謝加快，增加 活性氧的產生，按説應該縮短人的壽命，而實際結果卻正相反，愛好活動的人身體更健康，壽命更長。這個結 果在小鼠試驗中也得到證實。最活躍，因而消耗能量最多的小鼠，比那些最不活動躍小鼠壽命長36%。所以生命到底是否在於運動，還真不好説呢。

鳥類的能量消耗平均是哺乳動物的 1.44 倍，但是鳥的壽命比重量相同的哺乳動物平均幾乎長一倍。最令人困惑的是對維生素功效的試驗。2007 年，丹麥哥本哈根大學的 Cochrane 機構，2012 年，塞爾維亞的 Cochrane 機構，綜合評定的結果表明，維生素並沒 有預期的延長壽命的效果。對維生素 A、C、E 和 β-胡蘿蔔素的研究也表明對降低死亡率均沒有效果，反而輕度升高死亡率。其他研究也發現“抗氧化劑”沒有預防肝臟疾病、白內障、骨關節炎、感冒、肺癌、皮心血管疾病、老年痴呆症、男性不育等等疾病的功效，甚至有的情況下，抗氧化劑還會顯著增加癌症的發生率。所以，咱們就不要輕易嘗試像很多美國人一樣天天吃複合維生素片（from A to Z）了。

端粒：細胞裏的喪鐘

端粒與壽命的關係是壽命研究領域的新進展。

什麼是端粒？我們知道染色體(DNA)就像兩股絲線編在一起的繩子，在兩端如果沒有扣，就會散開解體。所以端粒就像鞋帶兩頭的扣。這是保持DNA 分子的穩定性所必須的。細胞分裂時，染色體要複製，每複製一次，端粒就要磨損一點，這種現象是 1961年美國科學家海弗裏克（Leonard Hayflick）發現的。他發現**人的成纖維細胞在體外培養的條件下只能分裂 50 次左右，然後就停止分裂，進入衰老狀態。**人在受精卵階段時，端粒大概是 15000 個鹼基對長。受精卵發育成嬰兒時，到出生時，端粒的長度就已經減少到 10000 個鹼基對左右。嬰兒出生後，體細胞每分裂一次，端粒就要損失大約 100 個鹼基對，這樣分裂 50 次之後，端粒就只剩5000 個鹼基對左右，進入不穩定狀態。這就相當於喪鐘敲響，細胞到了衰老死亡的時候了。

在多細胞生物出現以後，體細胞就始終處於倒計時之中。但生殖細胞和幹細胞卻可以不受此限，能夠永遠分裂繁殖。這是因為生殖細胞中有端粒酶，可以修復端粒每次的磨損。可惜的是端粒酶在體細胞中不表達，所以體細胞會死。

海弗裏克也發現，癌細胞能夠無限制地分裂繁殖，因此他認為體細胞之所以不能無限制地繁殖，是人體為了防止它們變成癌細胞的緣故。他的這個想法 現在也被認為是正確的。

如果體細胞壽命有限的原因是它們缺少端粒酶活性，那麼讓這些細胞表達端粒酶是不是就可以延長體 細胞的壽命呢？1998 年，美國 科學家 Bodnar 等人實驗發現，接受了端粒酶的細胞能夠多分裂 20 次左右。

但端粒長度並不能解釋所有與衰老有關的現象，也有許多事實是與端粒酶學説矛盾的。並非細胞中端粒越長，動物壽命就越長。例如有兩種小鼠，Mus musculus的端粒長度大於 25000 個鹼基對， Mus spretus則只有 5000~15000 個鹼基對，但是它們的壽命卻基本一致。小鼠的端粒普遍長於人的端粒，在體外培養的情況下小鼠的只能分裂 5~10 次，而人的細胞卻可以分裂 50 次。這些事實説明體細胞衰老的原因是非常複雜的，不能用單一的機制來解釋。

生與死的開關

前面討論了生物衰老的三種學説，它們都不能解釋所有關於衰老的現象。

隨着對細胞研究的深入，科學家發現許多例子都表明，生物的死亡是由“程序”決定的。

最明顯的例子是一些生物交配後不久就死亡。許多 昆蟲，包括許多人熟悉的家蠶，交配後雄性蛾子幾乎立即死亡，而雌性蛾子要在產卵以後才死亡。雄蛾子從交配完畢到死亡，常常還不到一天的時間，什麼自由基的作用也沒有這麼快啊。這段時間裏雄蛾子的體細胞也沒有必要分裂，端粒又怎麼起作用呢？

更好的解釋是蛾子體內有一個生死的“開關”，蛾子完成繁殖任務“，不需要” 再活下去的時候，死亡開關就啓動，讓蛾子死亡。其他許多昆蟲，例如蝴蝶、蟋蟀、蜉蝣，也只繁殖一次，然後死亡。

鮭魚在海洋中可以活許多年，但是在河裏產卵後也 幾乎立即死亡，一般的解釋都是由於鮭魚產卵時要從大 海洄游到河流上游，一路上體力耗盡了。但是並不洄游產卵的章魚也是繁殖任務完成後很快死亡，又該如何 解釋呢？

雄章魚交配，不到一個月就死亡，而雌章魚要照顧產下的卵，在這段時間內停止進食，不斷吹出水流保持卵清潔，直到卵孵化才死亡。這段時間可以長達幾個月。既然雌章魚和雄章魚都要受到自由基的傷害，也有端粒的問題，為什麼雌章魚要比雄章魚活得久呢？

更好的解釋是鮭魚和章魚也有死亡程序，到時候就啓動。

為了研究章魚的“死亡開關”，美國科學家Jerome Wodinsky 把 14 條產卵後不久的雌章魚兩眼之間的一對腺體摘除。Wodinsky把這對腺體叫做“視腺”（optical gland），其實它們和章魚的視覺沒有關係，而是章魚唯一的內分泌腺。有趣的是，在這些腺體被摘除後，章魚又開始進食，體重增加，而且可以比對照組多活 9 個月。這説明這些腺體是章魚的“自殺開關”，到時候就會分泌“自殺化合物”，讓章魚死亡，而不是什麼自由基或者端粒的作用。

對於那些不照顧後代的生物，如一些昆蟲和鮭魚， 產卵完成後就死亡是符合物種的繁衍的，因為這樣可以減少父母和子女競爭有限的資源，讓後代有更好的機會。而對於那些要照顧新生後代的生物如雌章魚，它們產卵後就不立即死亡，而是要到後代能夠自己獨立生活後才死亡。

一些昆蟲一生也繁殖多次，例如蚊子、蟑螂，它 們就不是“產卵即死”。更高級的生物，包括大多數魚 類、兩棲類、鳥類，在一生中都不止繁殖一次，而是 多次。這就要求這些生物的壽命大大長於第一次生育完成後的年齡。

到了哺乳動物，哺育後代的時間更長，常常長達數年，而且一生中要繁殖多次，所以這些生物的壽命也大大長於性成熟的年齡，一般認為是性成熟年齡的 5 到 7 倍。多年生的植物一生也繁殖許多次，壽命可以更長。所有這些年齡上的差別與其説是自由基或者端粒決定的，不如説是生物為繁衍後代的需要決定的。在生物演化的過程中和相互作用中，逐漸形成了各種生物的“最佳壽命”，比這個最佳壽命更長或更短都不利於物種的繁衍。各種生物壽命的長短，是根據它的生活方式決定的，是長期演化過程中與環境（包括其他有關的生物）相互作用的結果。自由基、端粒、體型大小、代謝速率等都起一定的作用，但是各種生物的平均壽命還是程序控制的。

這個決定死亡時間的程序，現在還是個謎。

我們只能説基因能夠讓生殖細胞永生，它們也應該能夠讓體細胞，或者通過幹細胞的更新，讓生物體活到任何需要的年齡，決定因素只是每一代壽命的長短對物種的生存是不是最佳值。

布封係數：人類壽命並不算短

作為人類，我們自然會對自己的壽命感興趣。有一 種説法，認為比起其他哺乳動物來，人好像沒有活到“應該有”的年齡，人的年齡“應該是”120—150 歲。這種説法的根據是 18 世紀的法國科學家布封（G.De Buffon）提出 的一個説法。布封根據31 種哺乳動物的生長期，第一次生育時的年齡以及這些動物的壽命，提出哺乳動物的壽命應該是生長期的 7 倍。由於生長期大約是第一次生育的年齡的 2 倍，所以哺乳動物的壽命是第一次生育年齡的13 倍。這個説法被稱為布封係數。例如狗的生長期為2 年，性成熟期是 1 年左右，壽命是 10~15 年；牛在生長期 2~4 年，壽命為20~30 年。人在12~13 歲就具有生育能力，生長期是 20~25 年，所以壽命應該是 140 歲或者更長。

但是這並不是一個準確的公式，也沒有已經證明的理論來支持這些説法。如果我們考察一下人類的三種近親，就會發現這個“係數”並不準確。黑猩猩性成熟在 8—10 歲，按照布封係數計算，黑猩猩的壽命應該至少是56歲，但是實際上黑猩猩的年齡只有 30 多歲。大猩猩性成熟大約在 10—13 歲，按照布封係數計算，大猩猩的壽命應該至少 70 歲，實際上大猩猩的壽命只有 35—40 歲。長臂猿性成熟在 6-15歲，但是長臂猿都只能活 30 多歲。相比之下，人類的性 成熟年齡，生長期和其他三種靈長類差不多，但是活過 90、100 歲的大有人在與其他靈長類動物相比應該算是想當長的了。

儘管“布封係數”在互聯網上被引用得很多，但是在科學文獻中幾乎沒有被提及。

問題是我們是否可以活得更長。在上一段中，我們 談到一個物種的壽命是由生物演化過程所決定的該物種的最適壽命，過長或過短都不利於該物種的生存。換句話説，一個物種的壽命是由身體裏面的程序決定的，自由基、端粒等引起衰老的機制只不過是這個程序的執行者，而不是決定者。這對於動物來説是難以改變的，但是人類卻有可能干預這個程序，使我們活得更長。當然目前，人類對於這個程序和它的工作機制還了解甚少，想靠一兩種化合 物來延長壽命的希望更有可能落空。

但即便是未來真有希望研製出一種長壽疫苗，可以讓你像陸龜或者龍血樹一樣長壽，你願意嗎？

出處：《生命通史》 作者丨朱欽士