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

作者: dmxmich 时间: 2010-07-01 14:33 标题: 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。

作者: dmxmich 时间: 2010-07-01 14:35

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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