我們為什麼會衰老？丨腦智擘未來_風聞

編者按：腦科學對各種腦功能的解析、腦疾病的診斷治療、類腦智能和腦機接口的技術開發，都具有非常重要的意義，中科院之聲與中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心聯合開設“腦智擘未來”專欄，為大家解讀視覺、學習記憶、注意力、抉擇、意識、語言、共情、合作等日常生活中常見行為和現象的研究方式和科學發現。

絕大多數人都想要健康長壽，但是，人上了年紀，總是有各種毛病找上門來。衰老，是不是命中註定？為什麼有些古木可以存活千年，歷經滄海桑田。動物則大都短命。比如我們可愛的寵物，或者，我們自己。每當對着鏡子注意到臉上皺紋，或者面對親人垂垂老去，我們會本能地對衰老產生困惑。不可避免的衰老，究竟是為什麼？

你可能看過一些解釋。比如，代謝率高活動量大的生物，不斷地消耗自我，就會更快地衰老死亡。果真如此嗎？自然界中有一些反例：袋鼠等有袋類哺乳動物，比有胎盤型哺乳動物有着平均更低的代謝率，但它們卻衰老得更快。另外，像蝙蝠這樣有着很高代謝率的動物，卻衰老得很慢。

另一個解釋：在我們的日常經驗裏，物品往往都會折舊。手機越用越慢，菜刀越用越鈍。身體是不是也一樣？用久了便會因為消耗磨損，不可避免地壞掉，這樣的理論也很侷限，不能隨便拿來套用。比如，鋒利的菜刀劈在堅硬的骨頭上，刀刃會崩，當機體受到的嚴重的損傷，也會留下烙印。然而，嚴重損傷並不是經常發生的事，常常出現在運動系統上的損傷也不應影響人的衰老，中學時期球場上的一次崴腳，不會顯著地縮短你的壽命。在我們每個人的經歷中，很多損傷，都是被機體修復的。要知道，很多組織器官會自發地不斷更新。對於一部手機或者一輛汽車，零件都是從出廠一直用到壞。而對於一個成年人，身上的器官卻大都不是出生時的那套原配。構成機體的細胞會不停地生出新的細胞來，比如，腸道上皮細胞約4-5天就會換一次，舌頭上的味蕾細胞，約10天就更新一次。我們不禁要追問，為什麼有不斷再生修復能力的器官，也會走向衰亡？

中學生物課本上提過一個解釋：位於染色體上的端粒，在不斷地分裂後就會變短。細胞每分裂一次，端粒的長度就會損失一點。當端粒無法再縮短時，細胞就會因為無法分裂而死亡。但這只是換了個層面，從分子生物學的角度闡釋了一個衰老的現象，卻並沒有真正説清衰老的本質原因，我們可以繼續問下去，端粒為什麼要縮短？很多微生物就不會受到端粒問題的困擾，一團細菌，真的可以像“忒休斯之船”那樣，永遠更新下去，不會變老。所以，為什麼動物難逃衰老的命運？

要想從本質上解開這個疑惑，也許要換一個思路，演化發生的角度給提供了一種解釋。

我們來做一個假想，如果現在有這樣一種海洋動物，它們發育到成體後，可以保持青春，還能不斷繁殖，不會衰老，更不會因為衰老而死亡。造成其死亡的原因只有——遭遇不測，比如被其他生物吃了，或者被潮水衝上陸地乾死。由於洶湧的大海充滿危險，我們假設一下，每一年中這種生物因遭遇意外而終結的概率是5%。這意味着，一個假想生物要活到90歲，概率是0.95^90，不到1%。

接着，來考慮一下遺傳突變的作用，我們知道，由於細胞內分子之間的偶然性，基因突變總是在發生，而且是隨機發生的。突變可能產生有利性狀，有害性狀，也有可能沒有明顯作用。造成有害性狀的突變，會引起生存功能異常，不能產生後代，所以這些有害突變會在種羣繁衍的過程中，被自然選擇所淘汰。

重點來了，基因突變產生性狀並不是隨着新生命一下子全部發生，而是具有時效性，或早或晚。我們假想的生物也在產生突變，如果新產生的突變在早期階段就造成有害效果，那會很容易影響繁殖，被自然選擇篩掉。而如果是潛伏很久才起有害作用，這些個體就會持續攜帶有害突變，並在年輕時進行繁殖，把有害突變傳給下一代。然而，到了一定年齡以後，不管是晚期有害突變的效果，還是遭遇不測，一個生物活着的概率都很小。這就造成了：不攜帶晚期有害突變的個體在生命的旅程中並不具備更強的繁殖優勢，難以被自然選擇所青睞。可想而知，自然選擇對於晚期效果和早期效果並不是公平的，它很容易篩除早期有害的突變，卻難以篩掉晚期有害的突變。如此一來，我們假設的這種本不會衰老的海洋生物，在突變和自然選擇的作用下會逐漸演化出衰老。

這已經是很精妙的解釋，但還有一個補充。

基因突變的作用可能還不止簡單地發生一次。假若一個突變在生命早期就起有害作用，無論後期效果有利還是有害，都很容易被篩掉。假如一個突變，前期產生有利作用，後期也是有利作用，那它毫無疑問會被自然選擇保留。但是，假如一個突變前期有利，後期有害，又會怎樣？結果是，這種突變會被自然選中。因為在前期的有利效果，會讓攜帶這種突變的個體有機會生出更多的後代，倒黴的是，到了晚期，糟糕的有害效果就會出現。當以上這些有害突變多了，生物就會產生一種程序性的衰老，不可避免地走向死亡。

以上兩個演化上對衰老的闡釋，就是Medawar-Williams理論（Medawar-Williams Theory），分別由英國學者PeterMedawar和美國學者George Williams提出。你也許會問，那古樹是怎麼回事，為什麼有的樹成百上千年不倒？以上假説也可以用來解釋這一現象：這是因為動物個體的繁殖方式跟樹有極大的區別。對於動物來説，由於繁殖力低，在假想的高齡狀態下，自然選擇對含或不含有害突變的個體後代，做不出有效的篩選。但樹木則大不一樣。一些樹的繁殖力驚人，種子以量取勝，對於它們來説，每一根枝椏幾乎都是繁殖器官。如果一棵樹沒遭受雷劈或砍伐的不測，活到了足夠高齡，它可能會產生巨量種子，跟其他所有同類競爭。比如某地的古銀杏樹，每年產生上千斤白果。這樣，自然選擇可能就會選出這顆長壽樹的基因。也有一些樹，譬如熱帶雨林裏的美洲輕木，存活週期較短，只有幾十年，其實這也是自然選擇的結果。這些樹的競爭對象是雨林裏的其他植物，在演化的歷程中它們逐漸佔據了快速長高的生態位，以保證陽光的獲取，但這導致了其木質結構疏鬆多孔，容易被摧折。

相信這番從演化角度出發對壽命和衰老的闡釋，要比中學課本上端粒的解釋，更能讓你對衰老有一種更本質的認識。有的時候，新的知識點並不足夠帶給我們啓發和體悟，只有不斷地追問下去，才能更接近問題的本質，找到洞見和啓發。

參考文獻：

1. Other Minds, the octopus, the sea, and the deep origins ofconsciousness

來源：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心