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[转帖] dmxmich 推科普之五 -- 万物兴歇——衰老与寿命的演化(下)

dmxmich 推科普之五 -- 万物兴歇——衰老与寿命的演化(下)

“加菲猫曾曰,爱情来得快去得也快,只有猪肉卷是永恒的,在生物世界并不太对。能享受猪肉卷的生活来得快去得也快,只有恋爱(然后结婚,然后生儿育女,然后把自己的基因传承下去)是永恒的。人生飘忽百年内,且需酣畅万古情,我们终有一死,但这不妨碍我们的基因乘坐生殖快车,攀向永生的高峰。”。-- 赞一个-- by dmxmich
PS:本文较长,因被论坛版主警告只能发在2贴内,故无耐心的童鞋们请直接回复拿分走人即可。 -- BY dmxmich
好吧好吧,正文开始:



三、古来万事贵天生 已经看完前两章了,嗯?

你知道生物为什么会衰老了吗?
很抱歉,还不能这样说!我们只是探讨了生物“怎么”会衰老,至于生物“为什么”会衰老,我们还没有提及。
“怎么”和“为什么”有何区别?我想起了一个笑话。某人每天开车去买冰激凌做晚餐的甜品,他发现,每次他买了香草冰激凌,准备回家的时候,汽车总是启动不起来,如果买其他口味的冰激凌,汽车就能顺利启动。
如果要问他的汽车“怎么”不能启动,答案很简单,就是他买了香草冰激凌。
如果要问“为什么”,答案是这样的。后来一个聪明绝顶的汽车修理工,终于发现了问题所在,冰激凌店把装香草冰激凌的桶放在最前头,此人买香草冰激凌所花的时间,比买其他口味冰激凌的要短。汽车引擎没时间凉下来,自然就启动不起来了。
冰激凌的故事可以用来比较“怎么”和“为什么”:都是在追溯事物的原因,但“怎么”是指所谓的“近因”,而“为什么”是指更深层更根本的原因。
要回答生物世界里的“为什么”,却不提某位脾气很好的白胡子老头,是非常、非常不应该的……
大自然中每天发生的事情,无非是物竞天择,适者生存。在残酷的生存竞争中,软弱的生物死掉,坚强的生物活下去,生养坚强的小孩。这就是达尔文(Charles Robert Darwin)提出的进化论精髓。

生存竞争的残酷让我们咋舌。著名的生态学家和作家,有“美国环保之父”之称的阿尔多•李奥帕德(Aldo Leopold),曾写道:
……在那十年间被我们装上脚环的九十七只鸟当中,六五二九○(脚环的号码)是惟一能够存活五个冬天者。这些鸟当中有三只活了四年,七只活了三年,十九只活了两年,而六十七只在第一个冬天之后就消失无踪了。因此,倘使我向鸟儿卖保险,我可以胸有成竹地估计保险费……我将以什么货币来支付那些寡妇?大概是蚂蚁卵吧!
今年在你耳畔欢唱的小鸟,已经不是去年的那一只了,它很可能已经冻僵在寒风里,葬身在鹰或猫或蛇的肚子里,或者牺牲于同类间的打斗。五年只是小鸟寿命的一半而已,但活过五年的小鸟,已经是百里挑一的长寿者。
这一切告诉我们,动物在大自然中活到高寿,是非常不容易的。
研究进化论的生物学家,1960年的诺贝尔生理学奖得主,彼得•梅达沃爵士(Sir Peter B Medawar),就是从这里入手,揭开了动物“为什么”会衰老的谜题,他差不多跟那位修理工一样聪明。

假设有一只基因突变的鸟,它在2岁时非常强壮,能够逃脱寒潮和流浪猫的追击,这是非常有益的,因为97-67=30,有三十只鸟能活到2岁,生育许多在2岁时很强壮的小鸟,于是“2岁时强壮”的鸟会越来越多。再假设另一只鸟,它在2岁时会瞎掉眼睛,成为流浪猫的晚餐。这是很大的不幸,很可能活不到生儿育女的年纪,不用说,“2岁时瞎眼”的鸟会越来越少。
九十七只鸟里只有一只能活过5岁,与能活过2岁的鸟相比,数量是1比30。真可怜。如果小鸟不是在2岁时,而是在5岁时变强壮或者瞎眼,又会如何呢?
假设一只普通鸟活过一岁之后,每年都能生5只小鸟,一只特别强壮的鸟每年生10只小鸟,一只瞎鸟会在它变瞎的那一年挂掉,断绝子嗣。我们这里有九十七只普通鸟,九十七只“2岁时强壮”鸟,九十七只“2岁时瞎眼”鸟,九十七只“5岁时强壮”鸟,九十七只“5岁时瞎眼”鸟。
让我们算算看(如果觉得这么多的加减乘除烦人,你可以只看结果):
普通鸟:六十七只鸟(活不到一岁就死去了,下同)各有0只后代,十九只有5只后代,七只有10只后代,三只有15只后代,一只有20只后代。
总计:(67×0)+(19×5)+(7×10)+(3×15)+(1×20)=230
“2岁时强壮”鸟:六十七只鸟有0只后代,十九只有10只后代,七只有20只后代,三只有30只后代,一只有40只后代。
总计:(67×0)+(19×10)+(7×20)+(3×30)+(1×40)=460
“2岁时瞎眼”鸟:六十七只鸟有0只后代,其余三十只鸟第二年就瞎了,全军覆没。
总计:(67×0)+(30×0)=0
“5岁时强壮”鸟:六十七只鸟有0只后代,十九只有5只后代,七只有10只后代,三只有15只后代,一只有25只后代。
总计:(67×0)+(19×5)+(7×10)+(3×15)+(1×25)=235
“5岁时瞎眼”鸟:六十七只鸟有0只后代,十九只有5只后代,七只有10只后代,三只有15只后代,一只在满5岁时挂掉,所以也只有15只后代。
总计:(67×0)+(19×5)+(7×10)+(3×15)+(1×15)=225
结果一目了然。历经生存竞争,“2岁时强壮”鸟子嗣最多,普通鸟取得平均数,“2岁时瞎眼”鸟惨败,年老时才出状况的鸟,不论是强壮还是瞎眼,都跟普通鸟没明显的差别。
恭喜恭喜!你已经接近了梅达沃爵士对“为什么会衰老”这一问题的答案。
我们和小鸟(以及信天翁、蜂鸟、大象、老鼠和圆蛤)一样;在年轻时充满活力,是因为生存竞争——也就是进化——的结果,年轻时强壮是很大的优势,容易取胜;我们会衰老,也是因为进化,年老时衰弱反正不算太大的劣势,不易被淘汰。
另一位生物学家乔治•威廉斯(George C. Williams),尽管没有获诺贝尔奖,也是非常聪明的人(他的科普作品《我们为什么生病》,讨论进化论和医学,实在是非常精彩,值得一看)。他认为,我们会衰老,也许是年轻时充满活力的代价。

再假设另外九十七只突变的小鸟,它们在2岁时很强壮,但在5岁时会瞎眼,我们再用老办法算一算,它会有多少后代:
六十七只鸟有0只后代,十九只有10只后代,七只有20只后代,三只有30只后代,一只在满5岁时挂掉,所以也只有30只后代。
总计:(67×0)+(19×10)+(7×20)+(3×30)+(1×30)=450
比“2岁时强壮”鸟差一点,但比平均水平强多了。
威廉斯给梅达沃的答案锦上添花:在年轻时强壮,年老时衰弱的动物,虽然年老时会吃苦头,却能在生存竞争中取得优秀的成绩。大自然作出了无奈的选择——丢卒保车,让我们年轻时强壮,老迈时衰朽。
青春活力很可能是一把双刃剑。有些人吸收铁的能力很强,在年轻时代这是有好处的,能够避免贫血,然而铁会逐渐在肝脏中沉积,在老年时引起致命的肝硬变。少年听雨歌楼上,在春风得意时,我们应该想到,我们这是在吃老本。
如果不是九十七只小鸟中有一只能活到5岁,而是九万七千只里只有一只能活到5岁,会怎么样?
“5岁时瞎眼”鸟的劣势会更小,因为能活到这个岁数的鸟更少了,它们少生育的劣势也就更加微不足道。
反过来,假设九十七只小鸟中九十只都能活到5岁,就完全不同了。这九十只鸟子嗣众多,5岁时瞎眼成了很大的劣势。
一只鸟,或者老鼠或者大象,活到晚年的可能性越大,衰老的劣势越大,生存竞争也越有可能排除掉衰老的鸟。所以,那些生活在安逸环境里,有可能安度晚年的鸟,进化已经淘汰掉了它们早衰的同类,让它们活得越来越长寿。
这就是大象和老鼠,圆蛤和蜂鸟寿命不同的真正原因:老鼠总是活在猫蛇鹰隼和寒冷饥荒的威胁中,很难活到老年,早衰的老鼠几乎没有劣势,所以老鼠活得短,成年的大象几乎没有害怕的东西,早衰的大象很容易被淘汰,所以大象活得长。
换句话说,生于安乐,死于忧患!
小动物通常不如大动物生活安逸,体型大就不容易被吃掉,而且更能忍受冷、热、饥荒。进化的结果是,大动物往往更长寿。
鸟类寿命比哺乳类长,是因为它们能飞,方便逃离危险,还能找到更多食物。
豪猪因为有刺甲护身的原因,是啮齿目动物中最长寿的。乌龟有更牢固的铠甲,去年12月6日,一只名叫奇奇(Kiki)的巨龟在巴黎植物园野生动物中心过世,享年146岁。
我们有聪明的头脑、石器和火,足以在逆境中自卫,所以人类也很长寿——实际上是哺乳类中最长寿的,已知唯一有望挑战卡门女士的哺乳动物,是07年在阿拉斯加海域捕到的一只弓头鲸(Balaena mysticetus),在它的后脖子(好吧,鲸鱼没有脖子,但它至少有颈骨)里发现了一块捕鲸叉的残片,推测该凶器是在1890年生产的。

北极圆蛤之所以活得那么长,是因为它生活的海域太贫瘠了,几乎没有能吃它的动物,而且深海的气候变化很小,它又有厚甲作为保护,几乎没什么危险,只要别像阿明那样,碰上一帮好奇而残忍的科学家。
来看点有趣的东西吧:遇到敌人,老鼠只能在地上跑来跑去,可以活3年;松鼠可以上树,寿命超过7年;飞鼠能滑翔,个别能活到17岁;蝙蝠飞得像鸟儿一样好,它的寿命有多长?
哈佛大学教授,动物学家唐纳德•格里芬(Donald R Griffin)是研究蝙蝠的重要角色,有一次他带领一帮学生考察小棕蝠(Myotis lucifugus),这些蝙蝠带着脚环,上面刻着“上环”的年、月、日,所以我们可以知道它们大概的年龄。正在研究中,某大学生突然仰天长嚎一声:“这只蝙蝠比我年纪还大呢!”
难怪张果老自称天地混沌初开时的白蝙蝠精……

那么,为什么生活节奏快的动物会短寿?请先听我讲个可爱的童话:
从前有两个小女孩,有一天,父母让她们去姑姑家,姑姑很凶,她们不想去,就去求猫,让它洗脸,猫一洗脸天就下雨,她们逃过一劫。
猫洗脸是下雨的预兆,这没有错。但这个故事还是有点不对劲……
“下雨”是猫“洗脸”的原因,下雨时天气潮湿,猫觉得不舒服,所以要洗脸。反过来,“下雨”不是“洗脸”的结果。
“短寿”与“生活节奏快”的关系,就像“下雨”和“洗脸”的关系一样,“短寿”不是“生活节奏快”的结果,事实恰恰相反,“短寿”倒有可能是“生活节奏快”的原因。
一个原因是,如果你是鸟类或者哺乳类,你必须维持体温。你知道,一小杯水比一浴缸水凉得更快,身体小的动物,体温降低也比身体大的动物更快,所以你应该多吃,多呼吸,多产生热量,才能弥补体温的流失。
另一个原因是,如果你像老鼠,时刻生活在危险之中,还只有很短的年岁可活,你还想像乌龟那样慢腾腾地生长,成熟,没等到你有小孩你就完蛋了。如果你想活下去,你必须赶紧成熟,快生孩子。你还得尽量多生,因为猫、蛇和黄鼠狼在一旁窥伺着,必须生得比它们吃得更多才行。生育是需要能量的,所以你还得迅速呼吸,迅速进食,每分钟心跳300次。
达尔文对生物学的贡献,犹如牛顿对物理学,他的伟大之处,不是他告诉我们猴子能变人,而是用一个简单的规则——进化论——指导我们去解决生物学的“为什么”。
柳田理科雄的科普文集《空想科学读本》是一本怪书,它专门讨论科幻电影和动画是否合乎科学原理,例如吃巧克力的怪兽能否以2倍音速游泳。

其中一个重头话题是:保护地球和平的英雄奥特曼是2万岁,但是奥特曼的爸爸和妈妈分别是16万岁和14万岁!
姑且不提这长得离谱的寿命(阿明的50-400倍?),光是这两代人的年龄差距,就能把人吓死了。我们姑且认为奥特曼同学相当于人类23岁的毛头小青年,相应地,老爸是184岁,老妈是161岁,这对夫妇生下奥特曼时的年龄分别是161岁和138岁!嗯,真是晚婚晚育的模范。
为了解决这一问题,我们不妨启用梅达沃爵士的智慧结晶。奥特曼体型很大(像大象),会飞(像鸟),具备光波等自卫武器(哦……像乌龟?),这样的生物应该很少有天敌,也不容易受伤害,所以他们活得很长也不奇怪。
另外,鄙人郑重推出一个长寿秘诀——来点音乐,Please——那就是:当当当当当,晚婚晚育!
果蝇是科学家经常用来做实验的一种小昆虫,因为它们寿命短,繁殖快,而且很好养,果蝇变成成虫之后,一般只有三星期的寿命。
科学家麦克•罗斯(Micheal Rose)曾经在实验室里饲养一群果蝇,他把所有年轻(小于两星期半)果蝇下的卵都扔掉,只留下老果蝇的卵,让它们孵化出小果蝇,然后又扔掉年轻小果蝇的卵……
这时,果蝇年老时仍能保持旺盛的精力,就是很有利的事了,因为科学家强迫它们晚婚晚育,只有老当益壮的果蝇才能多生小孩。这样,老当益壮的儿子又生老当益壮的孙子,经过15代的选择,那些果蝇的寿命已经延长了30%,大概相当于我们延寿20多岁。
人类的培育竟然可以强大到这种地步!但回头想想,我们已经把狼改造成了吉娃娃和藏獒,把野草变成了高产水稻,“长寿果蝇”也只不过是一个小小的成果罢了。
英国的动物学家理查德•道金斯(Richard Dawkins)曾做过如此设想:
我们可以禁止在一定的年龄之前生殖,如四十岁之前。经过几世纪之后,最低年龄限制可提高到五十岁,以后照此办理。可以想见,用这样的方法,人类的长寿可提高到几个世纪。

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四 玉山自倒非人推

想把人类育种15代,需要几百年的时间。凸凹曼的长寿法貌似不太实际,但我们还有更简便的老鼠节食法,每顿少吃三成,效果比果蝇也不差,但我们不知道这对人类是否有用,好,我现在要追求一批实验品……
什么?拒绝?你个享乐主义者……
声明一下,没有人——我是说没、有、人——确切地知道老鼠为什么吃得少就活得久,倒是有几种假说。也许艰难的环境能使老鼠的免疫系统更警醒,也许吃得少能产生比较少的自由基,也许在饥饿的情况下老鼠会皈依菊花酵母……
现在我想让大家考虑我最喜欢的一种假说。
如果让老鼠从小挨饿的,它们——似乎是废话——性成熟的速度会减慢,生殖力会降低,有时根本就绝育了。这种假说它们能活得更长,就是因为它们牺牲了“制造生命”,精力被用在了“维持生命”上。
澳大利亚森林里的棕袋鼩(学名Antechinus stuartii)外表就像是爱吃昆虫的小老鼠,每年7月份(南半球的春天),公袋鼩会陷入疯狂,上窜下跳搜寻母袋鼩,与情敌作殊死斗。一般的雄性动物,血液里的睾酮(对爷们纯度影响极大的雄激素)只有3%能正常发挥作用,大多和一种蛋白质结合在一起,处在抑制的状态下。但发春的公袋鼩血液里没有抑制的蛋白质,换句话说,他们体内的雄激素就是姜太公在此百无禁忌,曾经有公袋鼩日御12女,牺牲在战场上的记录。

这位英雄不是累死的,而是命中注定要死的——雄激素是个很危险的东西,心急火燎的公袋鼩连吃饭都来不及,当然不会留意身边的食肉兽,会抑制免疫系统,让寄生虫和细菌上身,另外,紧张情绪还会让公袋鼩体内的其他激素失衡。总之,在短暂的狂欢之后,公袋鼩一个个被猫头鹰吃掉、病死、衰竭而死,这时离他们出生的时间,只有区区10个月。
生命的历史有38亿年,相比之下,即使阿明的生命也只是一瞬而已,如果一个身体拒绝生育,即使它的生活再安逸,体格再强健,死亡(也许是因为疾病,或者冰河时代,或者小行星撞地球)终究会找上它,然而构造身体的配方——基因可以通过繁殖代代相传,生生不息。
像人类和阿明这样生活安逸的动物,有充足的时间一次又一次地生儿育女,然而袋鼩时刻活在饥饿和众多天敌当中,公袋鼩只有一次机会,那些孤注一掷,把全部精力投入到这唯一一次狂欢中的公袋鼩,会留下遍地儿女,把“过把瘾就死”的基因流传下去。
女人是非常奇怪的生物,因为她们有更年期。
女人的卵巢衰老速度,起初跟全身器官保持一致,每八年卵巢中的卵子的数量减半,然而到了30多岁时,卵子丧失的速度突然提高到每三年减半,于是卵子早早用完,跟生育有关的激素也停止分泌了,生儿育女的能力丧失,此时女人的一生刚过完2/3(40-50岁,生活条件好一点会晚一点)。这就是“绝经”。这是非常古怪的,如果一只动物自愿放弃了繁殖能力,它又怎么把基因遗传给下一代?导致绝经的基因理应断绝香火。
与人类最接近的动物——黑猩猩也会绝经,但那是在40多岁垂垂老矣的时候(黑猩猩活到50岁就算高寿)。母象活到50岁(大概也是她一生的2/3),还能保持她年轻时一半的生殖力。甚至男人都和女人不一样,个别BH的老男人到了90岁仍然能抱儿子。许多动物老的时候,生育能力也会慢慢减弱,但很少有像女人那样戛然而止的。
说到“为什么”女人要绝经,我们有两个备选答案。首先是进化生物学家喜欢的理论。为了孩子,母亲确实是牺牲了很多。我们是生产最艰难的动物之一,婴儿的脑袋很大,骨盆却很窄(太宽就把两条腿拉开,没办法走路了)。拥有“绝经”基因的女人,可以避免在年老体衰之时死于难产。绝经的女人照样可以致力于繁殖,她可以精心养育自己年轻时生下的孩子,或者孩子的孩子,这样把她的“绝经”基因传承下去。
另外一个答案是医生喜欢的。
现代工业社会只有几百年的历史,农业社会也只有一万年的历史,在此之前,人类这种动物(学名Homo sapiens,科学家称为“智人”)已经在荒野中生活了20多万年。我们在“野生”状态下历经的生存斗争最长,经过进化长久的锻造,我们最适应的也是在草原上东跑西颠,男人狩猎,女人采集。这种生活环境被科学家称为EEA(Environment of evolutionary adaptation的简称,意思是“进化适应的环境”)。
EEA虽然是纯天然野生状态,但你一定不会喜欢的,原始社会里摘果子的女人,总是面临疾病、野兽、劳累和饥荒的威胁,几乎不可能活到绝经期。生育力维持到四五十岁,对于她们来说刚刚好,反正活不了更久。在50岁绝经的女人,很可能在40岁时就死了,就像5岁时瞎眼的小鸟一样,不会在进化中落败。现在,优越的生活条件让女人可以活过四五十岁这道坎,绝经期就水落石出了。
这两个理论一言难尽,非常纠结。巨头鲸(学名Globicephala melaena)似乎可以为生物学家的理论作证。虽然鲸鱼没有月经,但野生的母鲸到了40岁就失去生育能力,跟绝经期很像。一般的母鲸在小鲸5岁时就断奶,但快要绝经的老母鲸会把最后一个孩子一直喂到8岁甚至10多岁。

那些直到今天还过着狩猎-采集生活的人,例如非洲和美洲的原始部落,差不多有四成的女人能活过绝经期,而医生的理论基础是天然环境下女人“几乎不可能活到绝经期”。但生物学家还不能笑到最后,科学家计算过,即使大龄产妇有风险,照顾老幺和孙子,繁殖后代的效率似乎比不上继续生小孩,绝经期的存在,真的是一件怪事。
从更年期纠结中退出来吧,我们来看一种很纠结的病:
亨廷顿舞蹈症(Huntington’s disease)是非常可怕的遗传病,患者智力下降,健忘,暴躁不安,手脚激烈抽搐,像跳舞一样(因而称为舞蹈症)。亨廷顿舞蹈症像一颗定时炸弹,等到30-50岁时才爆发,而且病情发展得很慢,病人被折磨10多年才能解脱。
亨廷顿舞蹈症惊人的“耐性”,对于生命的生存来说是灾难,但对于基因的传承是有利的。舞蹈症的发病晚,患者被它干掉之前,就已经有了孩子,即使患者死掉,导致舞蹈症的基因也就可以平平安安溜到下一代。这种病虽然很痛苦很致命,进化却一直不能把它淘汰掉。
进化是个没心没肺的,从来不关心个人的生命和幸福。公袋鼩已经警告我们,繁殖是一件很伤身体的事。他是所有哺乳类中最短命的,母袋鼩要长寿一点,可以活到两岁,如果把公袋鼩阉掉,他也能活这么长。动过绝育手术的狗和猫都比较长寿,如果把大豆的花和豆荚都摘掉,它也能活得更长。但是说到勇气,谁也赶不上桂竹(学名Phyllostachys bambusoides,又叫刚竹),这种美丽的竹子能长到10米高,寿至120岁,然后开花、结籽,最后(你已经猜到了)死去。

加菲猫曾曰,爱情来得快去得也快,只有猪肉卷是永恒的,在生物世界并不太对。能享受猪肉卷的生活来得快去得也快,只有恋爱(然后结婚,然后生儿育女,然后把自己的基因传承下去)是永恒的。人生飘忽百年内,且需酣畅万古情,我们终有一死,但这不妨碍我们的基因乘坐生殖快车,攀向永生的高峰。

The end
(完)

原文出处:http://songshuhui.net/archives/37168.html

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