走在快車道上的生命

加拿大卡爾頓大學(xué)教授，主要著作集中在進(jìn)化領(lǐng)域。

英國利物浦約翰摩爾斯大學(xué)的Reader（英國大學(xué)獨(dú)有職稱，介于教授和資深講師之間）。在環(huán)境和生命科學(xué)等領(lǐng)域有一些著述。

《生態(tài)學(xué)與進(jìn)化中的重大問題》[加拿大]Thomas N.Sherratt[英]David M.Wilkinson 著陶毅 范宋佳 王百樺 譯高等教育出版社/2022.4/69.00元

在解釋物種壽命的差異時(shí)，人們常常會(huì)認(rèn)為（就像早期研究人員所認(rèn)為的那樣）壽命的長短與個(gè)體內(nèi)在的新陳代謝速率有關(guān)，即“生命速率”理論——壽命較短的物種會(huì)以更高的速率燃燒生命。這一說法由來已久，早在公元2世紀(jì)，古希臘名醫(yī)蓋倫（Galen）就提出，人之衰老正如燈油燃盡。用現(xiàn)代的概念來理解，這句話可以解釋為機(jī)體新陳代謝的速率越高，產(chǎn)生有害活性氧簇的速度就越快。這一學(xué)說簡單且引人注意，比如說，長壽的烏龜顯然不是多么活躍的動(dòng)物，而休眠的細(xì)菌更可以將新陳代謝過程幾乎關(guān)閉。有趣的是，在哺乳動(dòng)物中，盡管不同物種間的壽命長短差異巨大，它們一生中的總心搏次數(shù)卻大致相近。舉例來說，大象（壽命為40～50年）的心搏速率（每分鐘25次）就比鼩鼱（壽命為1～2年，每分鐘心搏高達(dá)200次）慢很多。將這些觀察推而廣之，會(huì)使我們產(chǎn)生這樣的疑問：我們的心搏總數(shù)真的是固定的嗎？

盡管有以上這些吸引人之處，“生命速率”理論卻并不足以解釋物種間壽命長短的差異性。例如，在體形大小相當(dāng)?shù)那闆r下，大多數(shù)鳥類都比哺乳動(dòng)物活得久，盡管二者都需要維持較高的體溫。蝙蝠和老鼠同屬哺乳動(dòng)物，且體形大小相似，但前者的壽命遠(yuǎn)長于后者（蝙蝠能活30年，老鼠卻只能活5年）。和溫血脊椎動(dòng)物相比，冷血脊椎動(dòng)物新陳代謝的速率更低，但是將兩者進(jìn)行比較時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，“生命速率”理論同樣無法自圓其說。至少對(duì)人類來說，采用靜態(tài)生活方式的人并不會(huì)比經(jīng)常鍛煉提高心率的人更長壽。

衰老：事實(shí)還是人造？

“損耗”理論本質(zhì)上并不具有進(jìn)化意義，因?yàn)樗J(rèn)為衰老只是一個(gè)物理和化學(xué)損害不斷積累的過程，而生命體除了東補(bǔ)一點(diǎn)西補(bǔ)一點(diǎn)以外什么都不能做。我們之前已經(jīng)看到了，這種理論并不能完全解釋衰老現(xiàn)象，因?yàn)榧词乖诃h(huán)境損害大體相同的可控實(shí)驗(yàn)條件下，同一物種在不同形態(tài)下的壽命長短也不盡相同。除了這種古老的“損耗”理論，還有另一種（表述多樣但意義一致的）很常見的說法：衰老是一種人造現(xiàn)象，和自然界根本沒什么關(guān)系。人類和寵物之所以能活到衰老的年紀(jì)，是因?yàn)槲覀兊男⌒暮亲o(hù)，而那些生活在野外的個(gè)體在變老前就已經(jīng)都死掉了。

曾經(jīng)有人請(qǐng)皇家不列顛哥倫比亞博物館的研究人員Jim Cosgrove回答，為什么一條成年的雄性章魚會(huì)攻擊一艘小型科研潛水艇，他說道：“章魚上了歲數(shù)之后會(huì)出現(xiàn)衰老的特征……有時(shí)候它們會(huì)做些奇奇怪怪的事。”事實(shí)上，關(guān)于自然種群中老年個(gè)體的記錄非常少見，但這并不意味著衰老就不會(huì)發(fā)生。隨著年齡的增長，個(gè)體與年齡相關(guān)的死亡率不斷上升，而繁殖能力則不斷下降，這一規(guī)律對(duì)于植物、鳥類、獸類，甚至細(xì)菌來說都適用。甚至有證據(jù)顯示，隨著年齡的增長，暴龍科恐龍的存活率也在迅速下降。在這些研究中，只有少數(shù)研究追蹤了個(gè)體的一生，鹿角蠅（antler fly）就是其中一例。鹿角蠅是一種對(duì)生活環(huán)境要求十分特殊的昆蟲，它們只分布在北美洲，并且只在被遺棄的鹿角上產(chǎn)卵。研究人員對(duì)野外一定范圍內(nèi)的鹿角蠅成年個(gè)體進(jìn)行了標(biāo)記，觀察結(jié)果顯示，盡管成年個(gè)體的壽命不到一周，但在短短數(shù)天內(nèi)，其生存率和交配率就呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。在一項(xiàng)更早的研究中，研究人員標(biāo)記了成年雌性豆娘個(gè)體，他們發(fā)現(xiàn)隨著個(gè)體日漸衰老，其產(chǎn)卵率也顯著下降了。

研究顯示，在野外條件下，大角羊（bighorn sheep）、羱羊（ibex）、馬鹿（red deer）等大型食草哺乳動(dòng)物的死亡率都與個(gè)體的年齡相關(guān)。在另一些物種中，繁殖期后的死亡率則會(huì)迅速上升，比如一年生植物、許多種類的昆蟲、幾種鮭魚以及一種有袋類哺乳動(dòng)物。這就說明，衰老在自然種群中也是存在的，盡管它們衰老的方式相對(duì)人類而言十分劇烈。因此，雖然衰老可能在生活安逸的人類和寵物中更為普遍，但是因年齡帶來的衰退在人工飼養(yǎng)和自然條件下都是存在的。

在多細(xì)胞生物身上我們能看到衰老的信號(hào)，那么單細(xì)胞生物也一樣嗎？如果一種生物通過將自身一分為二這種分裂方式繁殖后代，那么父母和子女的界限就消失了，即這些細(xì)胞不會(huì)衰老（從定義上看，“年輕的”和“年老的”個(gè)體是一樣的）。然而，在現(xiàn)實(shí)中，我們很難找到完全相同的母體和后代。有證據(jù)顯示，新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）、大腸桿菌（Escherichia coli）和酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）在數(shù)次分裂生殖之后，均表現(xiàn)出了衰老的跡象。在實(shí)驗(yàn)中，這幾種單細(xì)胞生物的分裂生殖速率隨著時(shí)間的推移而不斷降低，而且這些分裂其實(shí)都是不對(duì)稱的，多數(shù)損傷都留在了發(fā)起分裂的細(xì)胞內(nèi)，說明母體實(shí)際上承擔(dān)了垃圾回收站的角色。由此可知，與多細(xì)胞生物相同，單細(xì)胞生物也會(huì)衰老，這就意味著從進(jìn)化上來看，衰老具有悠久的歷史。