腾讯新闻 今天卖鞋子的:老而不死是为贼－乱谈衰老、死亡与演化 - 科学松鼠会的日志 - 网易博客

老而不死是为贼－乱谈衰老、死亡与演化

如果Ent的这篇文章唤起了你了解生物演化知识的欲望，作为中关村图书大厦第六届科技文化图书节“科技文化大讲堂”的一站，科学出版社特邀中科院古脊椎动物与古人类研究所的周忠和老师，围绕这本书，从古生物的角度讲一讲演化的证据。活动详情见文末。

我们常常会发出疑问：真的存在命运这种东西吗？春风得意，走马观花之时，或许我们会更相信自己的热血和汗水，相信主观能动性的伟大力量；而月落乌啼，夜半钟声之际，却又更容易感慨造化弄人，命运无情，渺小的人类不过是上帝骰子上的一个数字而已。但是无论如何，当我们面对死亡时，可能都会意识到，其实死亡才是唯一永恒的命运，才是唯一能真正实现的愿望。几乎整个的人类语境中，对死亡的恐惧和探询都是核心内容，而人类的所有努力又大半可以归结为对死亡的抗争。可是，从古代炼丹炼金家到现代医学遗传学，虽然击溃了一种又一种疾病，将平均寿命延长了几倍，可面对衰老的大限却仍是束手无策。现代生物学的一连串发现，从端粒、氧自由基到凋亡通路、细胞周期调控，似乎都表明衰老不但是环境负担积重难返，更是基因早已编好的程序。基因确实只能有限地影响到我们的身高、相貌、智力和成就，但在衰老一事上却是铁定无疑，如同创世纪三章十九节所言：“你本是尘土，仍要归于尘土。”我们很容易想到，这就是命运。

然而，马克思爷爷曾经说过，任何事物之所以存在，都是历史积累铺垫的产物，而绝不是因为“命中如此”或者“天生这样”。而达尔文爷爷也告诉我们，生命的存在形态经历了漫长的演化历史，而并非是某个智能存在一拍脑袋的瞬间设计。因此，我们用演化生物学的眼光审视一下这个问题：衰老死亡真的只不过是上帝对罪恶的无情惩罚吗？抑或和生命世界其它不可思议的现象一样，是加西莫多式的福祉和礼物？

衰老是一个诅咒吗？

表面看起来，衰老似乎不合乎演化的要求啊。演化的“理想”境界好像应该是这样一种生物：甫一出生立即性成熟，每次都生出尽可能多的后代，并且永不衰老，直到万寿无疆子孙满堂……只要稍微接近这个目标，就应该能获得极大的选择优势。老而不死是为贼，不但不死还产仔岂不是魔鬼？于是生物学家把这种想象中的动物叫做”达尔文魔鬼”。称之为魔鬼原因有二：一是假如这种动物出现，必然会横扫一切其它生物，迅速填满整个地球；二是如此强悍的东西却从来没出现过，也毫无出现的迹象。

想象一下，倘若人类消灭了衰老，一切死亡都是由于意外事故、疾病等因素造成，那么人类的死亡率就会始终维持在青壮年的水平，而与年龄无关。目前18 岁的人类平均死亡率大概是每年千分之一，照这个死法，简单的对数计算可得出，一半的人可以活到693岁，13%的人可以活到2000岁。（放射性粒子就是这样衰变的。）换言之，一个永不衰老的人，起码比别人多上十几倍的生殖优势。可是，如果不考虑那些没有根据的传闻，虽然有“与魔法无异”的种种现代科技护驾，人类的最高寿命却毫无增长的迹象，该老则老，该死则死。在1%的选择优势就足以改变一切的进化领域，在造就过无数精美绝伦的奇迹的进化领域，难道就长生偏偏是个画饼？

看官要说了：你想长生，我还想无敌传送任意门呢！生命不是想怎么样就怎么样的。这倒不假，问题是长生好像确实可以实现。且不说那些可疑的单细胞的生物（无限二分裂算长生吗？），就是多细胞动物也留有后门：生殖细胞。它在受精之后不断分裂成长为一个新的个体，其中所有的细胞都是它的后代，包括新的生殖细胞；而这些细胞受精之后又可以长成新的个体，如此往复无穷无尽；而其中的任何损伤几乎都可以被强大的修复机制解决掉。如果我们只追踪这些细胞（它们的学名叫做“种质细胞”），就会看到一幅长生的图景……看起来，在细胞层面，长生是可行的。既然它们可以，为什么别的细胞不可以？

且慢，我们的推论似乎过于急躁了。有些理想看起来非常美好，但是真要推行起来才发现困难重重——要么是高估了好处，要么是低估了代价。而演化领域的基本原则之一就是权衡原理，在收益和支出之间寻求最佳平衡。你说什么？经济学也是这样？看来亚当斯密和达尔文果然是心有灵犀啊~(1) 不管怎么说，让我们放慢脚步仔细一点，看看好处有多少，代价又有多大。

进化天平上的砝码

要想讨论收益支出，首先得有一套衡量标准。在经济学里是效用或者利润，而在演化生物学里则是传递基因、繁衍后代的能力。原因很简单，多数淹没少数， “失败”的个体早晚会淹没在“成功”个体的汪洋大海之中，消失不见。它们不懂得写史书，唯一能够传承下去的只有基因。一个生物，不管它活得再怎么威风，如果不能把自己的基因传给后代，也是白搭，演化的历史会迅速将它遗忘。反之哪怕一个生物活得很窝囊，只要能够高效地把基因传给后代，子子孙孙无穷匮也，早晚会遍布世界。生物学里用“适应度”这个词来衡量生物的传递基因能力，其实就相当于它们的“成功指数“啦。

怎么提高适应度呢？无非是尽量多生孩子的同时，保证孩子的成活率尽量高。为了简明起见，我们先假设孩子的成活率都一样，给每个孩子的投资也都一样 (2)；那么就可以姑且认为适应度=繁殖效率×有效寿命。所谓有效寿命就是总生殖期长度，以性成熟开始，以绝育为结束……而绝大部分物种的唯一绝育方式就是死亡。看起来，死亡在其中是至关重要。那么，长生不老在这个公式中到底意味着什么呢？

喜忧参半的长生

先说长生的好处。前面的计算似乎很是诱人，然而人类并不是在这个环境中进化来的……别忘了，是演化历史决定了人类的生物学属性。而历史上人类大部分时间都用在狩猎采集生活上了……灵长目人科的历史一般的估计大约在1000万年，而人类采取农耕文明不过一万年，工业革命和现代医学更是仅有数百年，几乎可以忽略。显而易见，从生物学上人类应该更适应史前采集狩猎，而不是农耕生活；更不用提我们现在这群侘姹面对计算机的彻底畸形的生活了……

而那个时代的平均寿命是多少呢？周口店发现的北京猿人化石中，68.2%的人死于14岁前，超过50岁的不足4.5%。即便是到了“文明”的希腊时期，平均寿命也只有18岁左右（而平均婚龄大概只有十二三岁……）。换言之，由于环境恶劣，大部分人甚至都活不到壮年；同样道理，野生动物里也很少有衰老的个体。当自然状况下极少有人活到60岁的时候，就算是衰老让人们全部在60岁时死去，又有多大区别呢？可见，长生并不是看上去那么美好。不难理解，只有吃饱喝足享尽清福的皇帝们才会整天想长生，面朝黄土背朝天的广大劳动人民才不会考虑这个问题……总之现代社会中对长生的盼望或许可以成为堪与恩格尔系数比肩的经济衡量标准，但是整个进化历史上，长生不过是金玉其外而已，其真正价值不见得多大。

再说长生的代价。波伏娃说，死亡不仅是人人平等的唯一基础，而且是一切正面价值——荣誉、友谊、爱情等等存在的前提……啊不对，在演化史上，衰老可是比这些东西出现得早得多，不能算。但是长生不老也自有其生物学的代价——常言道，天下没有免费的午餐，长生又凭什么例外呢？理想状况下，永生的达尔文魔鬼或许是演化的终极目标。然而现实中的进化则有许多约束条件，最大的问题当然是资源稀缺。面对环境的威胁，任何抵抗都要以资源（通常表现为食物）为代价，而食物不是无限的，就算你是达尔文魔鬼也不行……魔鬼为了浮士德区区一条灵魂尚且得大费周章，何况生物呢？因此要想维持长生，一定是牺牲了其它的可能的利益。对，就是所谓的“机会成本”。呃，这位同学你走错教室了，这里是演化生物学，不是经济学……我没骗你，真的……生老病死的规律（这个领域学名叫做“生活史”）和经济行为确实有很多相似之处……

那么长生到底有哪些机会成本呢？多了去了……有限的资源不但要用来追捕野兔山羊，躲避狮子老虎，修补伤口损耗，清剿细菌病毒，还要用来繁殖后代；每一项都不是省油的灯。更麻烦的是，随着个体的逐渐成长，这些因素的相对重要性还会改变。譬如小时候手无缚鸡之力，在山坳里没食吃的野兽一到村里来就玩完了；长大之后就会大有改观。看来分配资源、制订生活史策略并不是想象中那么简单。

在所有可能性中，最好的那一个

最“理想”的生活史当然是达尔文魔鬼了，然则它可望而不可即……那么利用现有条件，我们如何设计一个最好的策略呢？

在设计策略时千万别忘了，所有的策略都是可遗传的。还记得吧，生物界里只有可遗传的东西才具有演化意义……因此任何策略不但要在自己身上应用，还要应用在子女后代身上。因此策略的真正受众通常是你和你的后代组成的一个群体，绝不是一个人在战斗。

这个群体的成分如何呢？显然，随着时间的推移，少年会一边长大一边死掉，年龄越大剩下的人越少，因此任何一个正常的群体里都是青年占绝大多数，而老年人占极少数。于是无情的多数淹没少数原则又一次发威了：占多数的青少年对于演化的发言权较大，而少数派的老年人命运则无法对适应度大局产生有力的影响。

让我们用一个最简单的模型举个例子：假设有一百只永不衰老的小老鼠，每年被可恶的老猫随机地叼走二十只，但是年底又有二十只小老鼠新出生，保持平衡。那么在元旦那一天，这个老鼠种群的成分如下：20只0岁的小鼠，16只1岁的小鼠（去年年底出生，一年下来被叼走了百分之二十），12.8只2岁的小鼠（举个例子而已，所以不要问我0.8只小鼠是怎么回事……），10.24只3岁的小鼠，以至无穷……但是把所有20岁以上的小鼠加在一起，也不过1.2 只左右而已，只及0岁小鼠数目的零头。

这时突然发生了一个突变，利于青年却不利于老年（没办法，没有免费午餐嘛，总得有代价）。带有突变的小鼠在20岁时将全部死去（存活率从0.8降为 0），但是在0岁时存活率略微提高（从0.8升高到0.9）。看起来挺吃亏，降得多升得少……但是，0岁小鼠的基数太大了，因此利润是20只*0.1=2 只，而成本不过是1.2只*0.8=0.96只，实际上划算得很啊。很快，这种带着新突变的小老鼠就占据了优势，突变逐渐扩散到整个群体当中，直到所有的小鼠都将在20岁时死去……从此长生不老成为一个遥远的回忆，但是整体而言老鼠家族却更为兴旺发达。

总结一下这个场景：投资维持晚年生存，可能的受益者却寥寥无几；投资保障青少年的生存，却是受益者甚众。这时，如果产生一种机制，以牺牲了晚期的生存为代价，而有利于早中期，那么自然选择一定会偏爱该机制。

而衰老似乎就是这样一种机制。

丢卒保车

但是衰老究竟怎样有利于早中期生存呢？这就是前沿问题了，众说纷纭……已知的大部分例子都是个别基因有利于早期而对晚期不利：比如有的基因有助于吸收铁以防止幼年的缺铁性贫血，但是到了晚年却会因铁在肝脏里沉积过多而致肝坏死从而丧命；有的基因会释放更多的胃蛋白酶防止细菌感染和促进消化，代价可能是晚年患胃溃疡；人类丧失了分解尿酸的能力，使得它们可以发挥抗氧化剂的作用，代价则是晚年很容易因尿酸积累患上痛风，等等。

可惜较大的衰老机制的作用仍然不甚清楚，只有一些猜想。譬如端粒，这是染色体末端的一个小结构，复制一次短一点，短到没有的时候细胞就玩完了，跟定时炸弹似的。（曾经很多人觉得只要把这炸弹引线掐了就能永生，现在发现没那么简单。端粒故事的详解，请见桔子的精彩文章 ）因此，大多数体细胞都有一定寿命。但是癌细胞几乎都不吃这一套，它们突变之后有高活性端粒酶修复端粒，从而永生下去。端粒酶基因本来在体细胞是有的，但是除了少数需要不停分裂的组织之外，大都没多少活性，所以我们不得不怀疑，这个失活是不是抵抗癌症的一个机制，癌细胞必须突破它才能嚣张……当然，是牺牲了永生的可能性来抵抗。

再譬如先前提到的修补损伤。既然生殖细胞能够修好，体细胞为什么不能修？恐怕唯一的原因是成本问题——完全修补费时费力，到了老年已经很不划算。还不如让修补速率比损伤速率稍微慢一点，等到损伤积累起来产生严重后果时，生物个体差不多也因为其它原因死光了。看起来是个很不厚道的办法，不过生物本来就不懂得要讲厚道……

例外，永远的例外

故事到此为止了吗？非也。转念一想就会发现，自然界远远不是这么简单的一个理论所能概括的，凡有规律必有例外。而正是这些例外，具体分析之后反过来却又更支持了原先的假说，这正是自然界无尽魅力之所在。

比如，绝育是怎么回事？既然上文说了生命的适应程度体现在繁殖上，为什么不生育的个体还要活着呢？但是仔细观察我们会发现，绝育现象几乎都发生在懂得照料后代的生物里，尤其是社会性的生物，比如大象和人类。照料后代和群体生活会产生什么影响呢？最重要的一条是，任务变多了。一只雌青蛙的使命无非就是填饱肚子并找到配偶然后产卵，一旦产卵完毕，它就无牵无挂，可以去寻求解脱了……因此并不意外，自然界很多生物繁殖之后立刻就自寻死路，比如大马哈鱼。但是一只母鸡就得负责孵卵，负责带小鸡找食，还要负责挡住老鹰……而年长的雌象可能还要担负领导整个象群的责任。这样，活着就不只是为了生孩子了。

现在就变成了多个任务之间的选择问题。上文提到了，因为修补系统故意怠工（其实也不能算是怠工啦，不过是人家精打细算寻求最大利润……），年纪越大，生物体的机能越低，同时维持多项任务就变得困难起来。先抛弃哪一项？又得权衡权衡。但是多数情况下，照料孩子和指导群体的投入会比较少，而受益会比较大（这里不包括现代人类……）。因此生殖就不得不受委屈了——不过这只适用于雌性。雄性对于生殖本身的投资非常小，所以它们的绝育通常远远晚于雌性。

再比如，某些植物的问题。我们动辄可以在各种寺院中看到千年的古木，这些木本植物看起来没有什么固定寿命的样子啊。确实，大部分高大乔木在年事已高时生长速度会放慢，但是少有像动物这样给出明确的固定最高寿命。植物和动物当然不一样，可是哪一点差异让植物保全了长生的可能呢？

可能的一个因素是：植物不容易癌变。还记得吧，包括端粒在内的很多衰老机制都有可能是应对癌变而生。但是癌细胞的真正危害在于无限分裂和四处游移，可惜在植物里，细胞壁一夫当关，让细胞的相对运动基本上没了可能，要想无限分裂也困难重重。所以最坏的情况不过一个大树瘤子，不会转移（除非是病毒导致的癌变）。危害小了，根据权衡原理，为防御危害付出的开支自然也变小了。

但是窃以为更重要的是，木本植物是“模块化”生长的。如果让你写出一棵树和一个人的区别，你多半想不到这一条——这是搞发育生物学的人才关注的领域。不过细想之下，植物的每一片叶子都功能相同，都可以相互取代，根、茎亦然，但是最重要的——看到现在你应该知道啥东西重要了——繁殖器官花、果实、种子也是如此。需要时，植物完全可以长出全新的一整套东西，仿佛乐高积木可以无限延展。相比之下，人却更像变形金刚，在器官层面上是一个整体，增一分嫌多减一分嫌少。这个看似不起眼的区别后果可是颇为严重：由于每个人的繁殖器官都是一套，不随年岁的增长而增加，所以繁殖潜能终归是有限的。然而，木本植物的个体大小却随年龄而增，其繁殖潜能亦然。倘若越老越能生，衰老当然就不划算了……当然真正能抗到好几百年的依然是少数，但是每一棵必然都是硕果累累，老树出马一个顶n，也就和低存活率相抵了。

最后一个该死的例外：一种灯塔水母Turritopsis nutricula。这个真的是没辙了……它在性成熟之后可以经过变化再倒回未成熟形态，如此往复，到现在为止还没人能给出一套充分的理由来解释它是怎么学会返老还童的。确实，人家很低等，结构很简单，逆转回去很容易，但是这些都算不上充分的解释。没准由于它的特殊生活条件，使得演化的天平上长生的好处压过了代价？不知道……不过话说回来，如果一种理论扔出来竟然一点例外都没有，那也太不好玩了。当年普朗克的两朵乌云降下了怎样的瓢泼大雨啊……或许这个例外又能开出一片新领域也未可知。

对我们的启示

写到这里必须再次声明，以上的讨论相当一部分并不适用于现代人类。我们的平均寿命正在向最高寿命逼近，我们的大部分资源投入到了繁殖之外的领域，我们的社会角色常常是老当益壮……也因此，对于动物而言可以负担的衰老，对于人类却成为了不能承受的可怕命运。但是没有办法，毕竟人类这个特殊物种藉助文化的力量进步得太大、太快。在自然界中本没有广谱的“成功”一说，一切的适应都只是针对特定环境的适应；因此面对环境的飞速变迁，过去的适应到了现在反而变成了负担——并且是人类暂时还无力扭转的负担。

但是，虽然不可改变，我们至少应该学会理解。衰老死亡的基因并不是命运的恶作剧，而是进化精心权衡利弊之后所找到的一个平衡；它也不是对生命的否定和摧残，相反却恰是为生命的延续提供了最好的条件。它似乎是事先规定了生命的历程，但却也同时受种种进化因素的控制；因此我们所看到的衰老和死亡的方式，在命运女神的手中并不是一条单调的丝线，而是五彩斑斓的织锦；而我们自身的生命周期，也打下了进化历史的深刻烙印。同时，既然历史已经不能更改，我们与其徒劳地追求长生，不顾一切地延年益寿，是否更应该珍惜进化和基因带给我们的祝福，让有限的生命充满活力和希望，让衰老基因所做出的牺牲不至于白白浪费呢？

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(1)虽然达尔文的自传里没怎么强调，但是后人仔细研究了达尔文的笔记和手稿之后发现，似乎达尔文从亚当斯密那里获益良多……最关键的启示是，一个井井有条的自然界/社会并不一定需要一个外在的调节机制（上帝设计/政府管理），只需要“看不见的手”就可以运作得很好。这很可能是促成达尔文抛弃自然神学的关键一步。

(2)实际上当然不一样。这又是进化和生活史领域的有趣话题：生几个最好？每个孩子给多少资源？但是大体上，留给孩子的总资源越多，最后活下来的孩子就越多，所以用这个近似不影响本文的讨论。至于有关具体分配方式的种种好玩内容，敬请期待鄙人的后续报道……

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因为错过了现场聆听《为什么要相信达尔文》发布会上龙漫远老师 的连珠妙语而遗憾？弥补的机会来了~科学出版社特邀中科院古脊椎动物与古人类研究所的周忠和老师，围绕这本书 ，从古生物的角度讲一讲演化的证据。新书发布会最初邀请的嘉宾也包括 周老师，龙老师当时发邮件说：“Zhonghe is perfect for this occassion.” 可惜，周老师后来临时有事去了广西，这一次，他可是卯足了劲儿要补偿大家。周老师还会着重介绍中国的化石发现，这一点上他可比Jerry Coyne本人要在行得多。

达尔文年还差十几天结束的时候，perfect的周老师和他perfect的古生物学证据等着你，不见不散。

时间：12月19日（周六）下午13:30
地点：中关村图书大厦五层多功能厅

图片出处：harogi

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Ent

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