人為什麼沒能長生不老，你還是聽聽科學家怎麼説吧_風聞

文章來源丨北京大學出版社  出處丨生命簡史

從埃及金字塔到秦始皇陵，從煉丹採補到人體冷凍，古往今來有多少人想長壽，想永生。

我們人類，包括所有生命，為什麼會衰老，為什麼會有生死呢？

雖然這似乎是“不言自明”的真理，但其實只是經驗歸納，我們從沒在“科學層面”搞清楚生命為什麼會有衰老和死亡？下面這篇鴻文將會帶你深潛這個終極問題。

四種理論解釋：生物必須死

人和許多動物都有生老病死的過程，狗和貓就是我們熟悉的例子。就連單細胞的生物也會衰老。例如釀酒酵母通過出芽進行繁殖，“母親”細胞在出芽25次左右後，就失去繁殖能力，顯示出衰老跡象，細胞變大，細胞膜上“疤痕”增加，細胞核外的環狀DNA積累，最後死亡。因此衰老是生物界中一個相當普遍的現象。

但是我們又想減緩甚至阻止衰老，以達到延長壽命，甚至永葆青春的目的。為此人類對衰老現象進行了大量的研究，得到了許多實驗結果。這些結果表明，衰老現象總的來説與身體維護和修復能力的衰減有關，這種衰減使得各種生物大分子所受到的損傷因不能被完全修復而逐漸積累，導致各種生理功能下降，生存能力變弱，疾病發生率增加。

這些研究結果告訴我們生物是“如何”衰老的，但是我們並不滿足於知道生物是如何衰老的，還想知道生物“為什麼”會衰老。我們在青春期之前，是看不出衰老跡象的，説明身體有能力把自己保持在青春狀態。在青春期之後，我們仍然擁有同樣的基因，為什麼就不能繼續把身體保持在青春狀態呢？既然衰老與生物維護和修復能力的下降有關，繼續保有身體的這些能力，不就能避免衰老嗎？生物的演化過程為什麼要讓這些能力下降呢？

在這個問題上，美國科學家George Williams (1926-2010)的説法頗有代表性。他質疑道：“令人驚異的是，複雜的多細胞生物，在構建成顯然是神奇的結構之後，竟然不能解決一個簡單得多的問題，即維持已經建成的結構”。這就好像有能力建造一所豪宅，卻沒有能力維護它一樣，是有點説不通，因為“修理總比把身體扔掉，重新造一個要更合算”。是演化過程有什麼缺陷，無法阻止衰老的發生，還是衰老過程有某種必要的功能，以致演化過程要把它發展出來並且保留它呢？

為了解釋為什麼生物不能長期或者永久維持自己的健康狀態，科學家們可謂絞盡腦汁，提出了各種假説，其中主要有Medawar的“外部力量説”、Williams的“基因多重功能説”和Kirkwood的“體細胞和生殖細胞之間的資源分配説”。

外部力量説

英國科學家Peter Medawar（1915-1987）認為，動物的死亡主要是由外部因素引起的，所以動物也不需要發展出對抗衰老的機制，因為動物，尤其是野生動物在有機會衰老之前，就已經基本上死光了。如果有些個體活到一定年齡還沒有因為外部原因而死亡，也是會衰老的，因為在這個年齡，動物已經沒有防止衰老的機制了。

Peter Medawar

Medawar提出的外部條件決定動物是否衰老的説法是有道理的，只是外部條件除了被捕食，疾病和事故外，還有一個重要的因素就是資源，我們會在後面再談這個問題。

但是Medawar認為的動物在野外極少有機會衰老，卻不完全符合事實。2013年，英國科學家彙集了340項對動物野外生活情形的研究，發現至少有175種動物在野外表現出衰老現象。所以許多動物並不是一直保持青春狀態，直到因外部因素導致的死亡，而是在那之前就開始衰老了。

在實驗室條件下飼養的小鼠，吃喝無憂，沒有被捕食的危險，感染疾病的幾率很低，更不太可能因為意外事故而死亡，但是仍然會進入衰老階段，最後多死於癌症，也就是主要死於內部原因。而且實驗室飼養的小鼠的壽命只比在野外的小鼠稍長，在兩年左右。這説明小鼠已經把外部條件所限制的壽命長度以某種方式“記錄”下來，變成自己生活的“程序”，在引起死亡的外部原因被基本排除後，小鼠到時仍然會衰老和死亡，而且由於自身原因（衰老）而決定的壽命和由外部因素決定的壽命基本上符合。

拮抗基因多效性説

前面對衰老現象的存在提出疑問的George Williams，卻不談外部因素，而是從生物內部來尋找衰老的原因。既然動物在生命的早期和晚期都擁有同樣的基因，衰老可能就是由一些具有多重功能的基因引起的，這些基因的功能在生命的早期對身體有利，而到生命的晚期則對身體有害，叫做“拮抗基因多效性”。例如性激素在青春期對生物的繁殖有利，但是在繁殖期過後又能夠誘發卵巢癌（主要由雌激素誘發）和前列腺癌（主要由雄性激素誘發）。生長激素在生物的生長期有非常重要的正面作用，但是在生育期之後卻促進衰老。

Williams的這個説法也是有一定道理的。我們在後文中將加以説明。同樣的信號通路在年輕時對生長有促進作用，但是在生命後期卻縮短生物的壽命。

資源分配説

英國科學家Thomas Kirkwood (1951- )則認為，衰老是生殖和體細胞維護之間資源分配狀況的結果。生殖細胞的任務是繁殖後代，是需要保持在高度完美的狀態的，所需的資源也必須有保證；而體細胞是可以丟棄的，也不必用那麼多資源來將體細胞維持在生殖細胞那樣的完美狀態，只要能夠幫助生殖細胞完成產生下一代的任務就可以了，因此由體細胞組成的生物體會在生殖過程完成後逐漸衰老和死亡。這種理論又叫做“體細胞可丟棄説”。這些思想現在看來也是有道理的。在生殖過程完成之後，由體細胞組成的身體真的會逐漸衰退直至消失。

Thomas Kirkwood

他認為既然生殖細胞需要重點照顧，也就是要資源保證，生殖越多，消耗的資源就會越多，用於體細胞維護的資源就會越少，衰老就越快，也就是壽命更短。按照他的這種説法，生殖是以生物體的壽命為代價的。

為了證明他的這個説法，他和另一位科學家一起，收集了過去幾百年間2,919名英國皇家婦女生育孩子的數量與她們壽命的資料。根據他們對這些資料的分析，他們得出結論説孩子的數量越多，婦女的壽命越短，符合他們的預期。由於這篇文章是發表在《自然》雜誌上的，自1998年發表以來，一直被當作權威文章而被一再引用，作為孩子多的婦女壽命短的證據。

但是當我們去查看這篇文章中的原始數據時，就發現他們的這個結論並不成立。之所以他們能夠得出孩子越多壽命越短的結論，是因為他們使用了一種叫做“泊松迴歸”（Poisson regression）的分析方法，而且已經有人指出，在這裏使用這種分析方法並不恰當。生育並不影響壽命，反而使母親活得更長的結論也得到新近一些研究結果的支持。

反對Kirkwood説法最有力的證據是節食能夠延長動物的壽命，從酵母、線蟲、果蠅和小鼠都是如此。如果説把資源用來重點照顧生殖細胞是體細胞衰老的原因，減少食物供應，應該使得情形更加惡化，壽命應該更短才是，因為總的資源少了，分配給維護體細胞的資源只會更少，但是實際的情形卻是生命延長。線蟲的一些突變種的壽命被顯著延長，但是這些線蟲的繁殖能力卻不受影響，説明生長和生殖是可以分開調控的，生殖不一定要以體細胞的衰老為代價。

衰老和死亡是一種聰明的自然選擇效應

DNA雙螺旋的發現者之一，Francis Crick（1916-2004）説，“生物學家都應該記住一個簡單的規則，就是演化過程總是比你聰明”。經過幾十億年的演化，衰老仍然是生物界中相當普遍的現象，説明衰老過程為生物的生存和繁衍所必須。把衰老看成無可奈何的“壞事”，是低估了演化過程的強大力量。

根據一些人對達爾文“適者生存”的演化理論的解釋，衰老現象本不應該存在。自然選擇只會保留那些使身體更健康，生殖能力更強的基因，而不會保留那些對身體不利的基因，因為這些基因的作用會使具有這個基因的個體競爭力變弱。如果一個羣體中所有的成員都具有促進衰老的基因，而有些個體由於基因突變而使這些基因失活，那麼這個突變體由於身體不會老化，就會擁有更強的競爭優勢，最後取代那些具有促進衰老基因的個體。也就是説，自然選擇會自動消除那些對身體不利的基因。

但是這個解釋有兩個問題。一是認為自然選擇只對動物個體起作用，而對羣體不起作用，所以只會保留對這個個體有利的基因。其實演化對種羣的作用更重要，因為沒有種羣就沒有個體，而種羣選擇就有可能發展出對種羣有利，而對部分個體不利的特性來。二是忽略了環境條件的限制。對於動物個體來説，當然是生存能力越強越好，繁殖能力也越強越好。但是要讓這樣的動物成功生活，必須要有一個前提，就是自然界能夠提供的資源是無限的。但是實際的情形卻恰恰與此相反，即自然界能夠提供的資源是有限的。除了被捕食，疾病和事故，饑荒也是動物種羣面對的嚴重威脅。生存能力極強的動物大量繁殖，早晚會由於超過資源能夠提供的極限而自我毀滅。

每種動物也不是單獨演化的，而是和環境中的其他物種相互依存，共同演化。捕食者要有足夠的被捕食者才能存活，所以不能數量太大。老虎獅子都有自己的“領地”（即限制單位面積中老虎的數量）就説明了這一點。被捕食者的數量不能太多，以免自己由於食物不足而使種羣陷入危機，也不能數量太少，以致最後被捕食者全部消滅。是壽命（由衰老控制）和繁殖能力控制着捕食者和被捕食者的相對數量。現在我們看到的動物的壽命和繁殖能力就是在這種相互依存的情況下，長期共同演化所形成的最佳值。任何一方的數量太高或太低都會造成生態系統的崩潰。

德國科學家August Weismann (1834-1914) 是第一個用種羣（而不是個體）的演化來解釋衰老現象的人。他認為衰老是為種羣，而不是個體的利益而演化出來的。種羣中年老的個體應該通過特殊的機制死亡，這樣他們就不再會與種羣中年輕的個體爭奪食物和其它資源。在控制壽命的問題上，種羣的利益，而不是個體的利益，才是唯一具有重要性的事情。種羣中的個體活得長點或者短點並不重要，重要的是個體必須為種羣的生存做出貢獻。

August Weismann

Weismann學説的核心是羣體選擇，而不是個體選擇，這是理解衰老過程的關鍵。他的這些想法是在1891年提出的，在128年後的今天仍然是解釋衰老現象最好的理論。

按照Weismann的學説，衰老可以有至少以下三個方面的正面作用：

第一是避免種羣過度擴張（overpopulation)。由於自然界能夠提供的資源有限，每個物種都必須限制個體的數量，否則就會遭遇到饑荒。衰老導致的死亡就是羣體限制個體數量的有效方法。

第二去是去除已經完成生殖任務的個體，是把資源讓給更年輕的個體。年輕（生育期前和生育期中）的個體負擔着繼續繁衍物種的任務，代表着種羣的未來。讓年老的個體通過衰老而死亡，這些個體就不會與年輕的個體爭奪食物和其它資源。

第三是使得自然選擇過程能夠有效發生。自然選擇只能通過不斷換代來實現，因為只有不斷換代，新的個體才能不斷產生，給自然選擇提供可以選擇的對象。換代不僅是產生新的個體，還會通過有性生殖過程中的基因重組增加新個體基因組合的多樣性，使得物種能夠更好地適應不斷變化的環境。

饑荒和傳染病是每個物種面臨的兩個最大的威脅，而過度擁擠（因而是高密度），基因組合又單調的羣體不僅容易遭遇饑荒，在傳染病面前受到的威脅也最大，因為高密度有利於疾病傳播，而基因組合單調又使得羣體中缺乏能夠抵抗疾病的個體。衰老過程使得物種能夠更有效地應對這兩個威脅。

因此，與對衰老過程的負面看法相反，衰老其實在生物的生存和演化中扮演着正面的，必不可少的作用，這是衰老過程不但不被演化過程所消滅，反而在生物中普遍存在的原因。年老的個體必須為羣體的利益犧牲自己，也就是通過衰老過程讓自己或快或慢地死亡。

不過Weismann的這些想法並不被許多人接受，主要理由還是自然選擇只能對生物個體起作用，對羣體要麼不起作用，要麼作用很弱。既然自然選擇只對個體起作用，它又怎麼可能發展出對個體不利的功能來呢？ 

6星期與60年，衰老的快與慢

如果我們比較各種生物的死亡方式，就可以發現有些生物能夠在生命的特定階段（通常是完成繁殖任務之後）快速結束自己的生命，但是多數生物採取的是慢性衰老的方式，即讓肌體的功能在一個相對長的時期內逐漸降低，最後才導致死亡。

由於生物之間壽命差別極大，“快速”和“慢性”都不能用時間的絕對長度來定義，而是要看衰老過程的時間（一般是從生殖完成到死亡的時間）和該生物總的壽命比較的相對值。例如線蟲在生殖過程完成後還能夠活大約兩個星期，是很短的，但是線蟲的壽命總共也只有大約19天，所以線蟲有一個相對漫長的衰老期，佔壽命的60-70%。人的壽命大約是80歲，而衰老期大約是40年，比線蟲兩個星期的衰老期長得多，也屬於慢性衰老，但是衰老期佔總壽命的比例還不如線蟲，在50%左右。蟬從卵孵化、幼蟲入土、出土、上樹、蜕變、交配、產卵，死亡，總壽命可以長達17年，但是從交配、產卵到死亡，大約只有6個星期，雖然比線蟲兩個星期的衰老期長得多，但只佔總壽命的1%，所以屬於快速衰老。

許多一生只繁殖一次的生物都用快速衰老的方式在生殖完成後很快結束自己的生命，例如昆蟲中的家蠶、蜉蝣、軟體動物中的章魚、哺乳動物中的澳大利亞袋鼬。

這些生物的衰老過程都非常迅速。例如鮭魚（salmon）的壽命約3-4年，但是洄游到繁殖地產卵後就會在幾個星期內死亡。整個衰老過程就像一部快速放映的電影，皮膚變薄，肌肉萎縮，骨質疏鬆，腫瘤發生，所有這些和人類衰老非常相似的現象在幾個星期內就完成了。

這些快速的衰老過程常常是由體內特殊的自殺機制引起的，因此和單細胞生物的自殺情形相似。例如雌章魚在產卵後就停止進食，但是繼續照顧卵，到卵孵化後就會死亡。如果把產卵後不久的雌章魚兩眼之間的一對腺體摘除，雌章魚又開始進食，體重增加，而且可以比對照組（沒有摘除腺體的雌章魚）多活9個月之久。因此是內分泌腺分泌物質的變化促使雌章魚衰老和死亡。

這些事實説明， “常規”的破壞機制，例如活性氧、端粒縮短、電離輻射引起的DNA的突變等，對於生物的快速衰老已經不夠了，還必須啓動額外的機制來大大加速衰老過程。而對於那些慢性衰老的生物來講，活性氧和DNA突變等因素就可以在長時期中逐漸實現它們的破壞作用，所需要的只是把修復機制“放鬆”到一定程度，使得生物按照需要的速率衰老。由於多數動物，包括我們人類，是通過慢性衰老死亡的，我們在這篇文章中討論的，也主要是慢性衰老。

慢性衰老不涉及急性自殺，衰老過程佔總壽命的相當部分，所以對於慢性衰老的生物來講，壽命也可以用來作為衰老速度的一個指標。

既然生育期之後的生物個體已經不再能夠產生下一代，為什麼許多生物不像上面談到的生物一樣，在完成生育任務後立即死亡，而要有一個漫長的衰老期呢？這可能是因為生育期後的個體對羣體仍然能夠發揮一些正面的作用。

多數生物採取慢性衰老，而不是在生殖任務完成後急性自殺的方式，説明保留生殖期後的個體一段時間，對於羣體的生存仍然有好處。

一是照顧下一代或者第三代。哺乳動物出生時都不能獨立生活，而要靠母親餵奶，在斷奶後也還需要父母或祖父母的照顧。在人類中，爺爺奶奶照顧孫兒孫女是很常見的。鳥類在幼鳥孵化出來以後，也有餵食階段。企鵝還有“幼兒園”，由企鵝羣體，而不只是幼鳥的父母，來照顧孩子。在魚類和兩棲類中，也有父母照顧後代的情形，例如羅非魚讓幼魚在有危險時躲入自己口中；一些青蛙和蟾蜍會給蝌蚪提供食物和開闢水道。

二是傳授知識和經驗。人類自不用説，靈長類動物的孩子都要從父母那裏學習生活經驗。就連螞蟻都有傳授經驗的能力，在找尋新窩時，有經驗的螞蟻會帶領沒有經驗的螞蟻。

三是增大羣體的防衞能力。在細菌中，老年個體在一定程度的存在可以幫助羣體抵禦其它物種的細菌進入這個羣體的範圍。獵豹父母的存在使得剛長成的獵豹免受其它捕獵者，例如土狼（hyena）的威脅。

我們能夠活500年嗎？需要活500年嗎？

人類已經脱離了動物的生存環境，創造了自己的生存環境，所承受的演化壓力也和我們的祖先不同。現在人類的壽命已經明顯高於其他靈長類動物，也許就是人類演化，特別是智力的發展帶來的自身生活條件的變化的結果。

特別是到了現代，人類創造出來的物質條件更是其他動物完全無法比擬的。多數人已經生活在自己創造的環境（如大城市）中，和我們的祖先曾經生活過的環境有極大的差異。在這種情況下，人類擺脱過去在自然界中演化的壓力，根據需要調節自己的壽命，在理論上已經有可能。

但是人類仍然生活在地球上，仍然受到地球資源的限制。城市也不能獨立存在，城市外廣大的地區仍然為大自然。在這樣的情況下，什麼是人類新的最佳壽命？

是一些人希望的500歲嗎？如果是那樣，人類就需要把生育年齡延後到250歲左右。如果人類仍然在20歲時就開始生殖，生下來的人又都活500歲，就不可避免地會造成人口數量的不斷增長，最後超出地球能夠供給的極限。想象一下在幾百年中每天都看見同樣的面孔，在250歲之前都不能戀愛結婚的日子，真的是我們想要的嗎？

至少在目前，通過改變DNA的序列而大幅度改變人壽命還是一個可望而不可即的目標。這樣做相當於是在DNA的水平上對人類的壽命重新進行“編程”，風險是極大的。