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那些「永生」的生物

 昵稱535749 2015-06-23
放學(xué)回家 @ 2015.06.23 , 05:53 pm

大多數(shù)動植物最終都會死掉,但有些幸運的物種卻能無視時間。

永生,更像是詛咒而不是祝頌——蒂索諾斯這才幡然醒悟。這個神話里的特洛伊王子如此俊俏,以致得到曙光女神厄俄斯的眷顧,她懇請宙斯賜予他永生,好讓她和他長相廝守。

不過宙斯執(zhí)文害意,蒂索諾斯死不了,但他會衰老。蒂索諾斯?jié)u漸失去了自己姣好的容顏和青春的身體,厄俄斯很快就沒了熱乎勁。她最終把他獨鎖深閨,讓他一個人呶呶不已。

這只是傳說而已,但往往就是這樣,事實比虛構(gòu)還要酷炫。許多物種在技術(shù)層面就是真·永生。不像可憐的蒂索諾斯,它們連玻尿酸都不用打,就能保持彈彈彈。

那些「永生」的生物
一只張牙舞爪的美洲龍蝦(美洲螯龍蝦)

我們要討論的是“生物學(xué)永生”(biological immortality),盡管許多生物學(xué)家寧愿我們別用這個詞。

生物學(xué)永生機體會消亡,但它們看來不會衰老

“永生意味著你死不掉,這太蠢了?!钡聡鶢柎髮W(xué)的Thomas Bosch說。

盡管這看起來自相矛盾,但生物學(xué)不死族是必然會死亡的。它們會被掠食者、疾病或諸如火山爆發(fā)等災(zāi)變殺死。但不同于人類,它們很少自然死亡。

換言之,生物學(xué)永生機體會消亡,但它們看來不會衰老,它們恰恰與蒂索諾斯的境況形同參辰。

刺果松就是一個適例,這些北美的樹木簡直老掉牙了,它們從5000年前就開始生長:那時候位于今土耳其境內(nèi)的特洛伊城才剛剛建成。

那些「永生」的生物
一株落基山狐尾松(Pinus aristata)

刺果松看上去如此蒼老

就外表而言,歲月把刺果松雕琢得如同蒂索諾斯一般。

“這些樹垂垂老矣,”英國阿伯里斯特維斯的Howard Thomas說,“它們被閃電擊中,被落雪壓垮,枝零葉落?!?/p>

換句話說,刺果松看上去如此蒼老,但細(xì)細(xì)查究,就能發(fā)現(xiàn)不一樣的故事。

那些「永生」的生物
刺果松能存活幾千年

一份2001年發(fā)表的調(diào)查顯示,將年齡超過4700年的刺果松的劃分和種子進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)其突變率并沒有隨著時間而明顯增加。而且,老樹的維管組織在功能上跟新樹毫無二致。

干細(xì)胞歷經(jīng)上千年也能保持年輕和活性

老樹飽經(jīng)風(fēng)霜,盤根錯節(jié),但從細(xì)胞水平上看,它們和特洛伊建城時一樣保有青春。經(jīng)過了這么多年,它們的組織一點也沒有皺縮。

沒有人知道刺果松此番個中緣由,它們?nèi)绱碎L壽,你卻總也研究不透。但Thomas認(rèn)為可能其原因在于這些樹有一種特殊的“分生組織”。

有一些根與芽分布有干細(xì)胞的源頭,能產(chǎn)生新生組織。干細(xì)胞即使歷經(jīng)上千年也能保持年輕和活性。

“一旦你發(fā)生變異,事情就糟糕了,”Thomas說,“但比如細(xì)菌培養(yǎng),非突變細(xì)胞似乎要勝過破損的細(xì)胞。”

那些「永生」的生物
細(xì)胞在一株植物根部游弋

還有另一種可能的說法,比利時根特大學(xué)的Lieven De Veylder提出,其關(guān)鍵在于植物分生組織存在一小部分被稱為“非活性中心”的細(xì)胞。

就算擁有分生組織的秘訣,大多數(shù)植物也沒能打通任督二脈

在這里,細(xì)胞以極低的速率分裂,這可能也抑制了分生組織干細(xì)胞的分裂。這也似乎見效,因為細(xì)胞沒分裂一次,就要伴生DNA的致命突變?!爸挥惺垢杉?xì)胞亞群在一般情況下不發(fā)生分裂,才能使它們成為近乎完整的備份基因組?!盌e Veylder說。

2013年,他的團(tuán)隊從一株擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一種控制非活性中心活性的蛋白質(zhì)。類似蛋白質(zhì)或可以幫助如刺果松這樣的植物防治細(xì)胞衰老,允許它們再活個幾千年。

然而,就算擁有分生組織的秘訣,大多數(shù)植物也沒能打通任督二脈。因為它們生長得太快了。

那些「永生」的生物
一棵大盆地刺果松(Pinus longaeva)
(關(guān)于落基山狐尾松與大盆地刺果松的區(qū)別詳見維基百科)

“細(xì)胞衰老甚于分生組織的行為,那你只能是一年生或兩年生植物。”Thomas說。本質(zhì)上說,像擬南芥的細(xì)胞活動和分裂得如此之快,它們的機體在分生組織修復(fù)受損組織之前就已經(jīng)消耗殆盡了。

Ming是已被現(xiàn)有記錄證明的最長壽的動物個體

相比而言,生物學(xué)不死族過的就是一種慢生活,那或許也是為什么動物們鮮有能熬過幾個世紀(jì)的。有一個例外:營寄生生活的動物如珊瑚可以生存4000年以上。然而,珊瑚蟲個體卻只能存活數(shù)年。

蛤蜊Ming已被現(xiàn)有記錄證明的最長壽的動物個體。生物學(xué)家在2006年從冰島附近的海床挖掘出這只海洋圓蛤時,它已經(jīng)507歲了,它當(dāng)場就被殺死了。

那些「永生」的生物
一只像Ming那樣的海洋圓蛤(冰島北極蛤)

Ming死了,它本來是不會死的。在許多動物細(xì)胞中,攜氧大分子在細(xì)胞膜上發(fā)生反應(yīng),生成的小分子會破壞細(xì)胞其他部分。

不是所有的動物都自帶方便直觀的年齡證明

但2012年的研究發(fā)現(xiàn),海洋圓蛤的細(xì)胞擁有能耐受這種破壞的不尋常的細(xì)胞膜。Ming活得如此之久是因為它的細(xì)胞,就像狐尾松的細(xì)胞,代謝速率忽略不計。

Ming已被證明是最長壽的動物,它是一種軟體動物,因此生物學(xué)家們可以從它外殼的生長紋路計算出它的年齡,就像植物學(xué)家數(shù)樹的年輪那樣。

不是所有的動物都自帶這種方便直觀的年齡證明,它們有一些比Ming還要老。

那些「永生」的生物
一只綠色的水螅(Hydra viridissima/H. viridis)
水螅是一種小型軟體動物,與水母近親。小型動物通常沒有大型動物活得久,但一個生物學(xué)家就曾在實驗室培養(yǎng)一只水螅超過4年。這對體長15mm左右的動物而言不可思議。

短短幾年的壽命只是因為它們屈從于疾病等不可抗力

甚至,在這個為期4年的實驗?zāi)┢?,水螅仍和壽命剛滿一天時一樣活力四射。水螅是生物學(xué)不死族的另一支。

水螅個體具體能活多久沒人知道,或許短短幾年的壽命只是因為它們屈從于疾病等不可抗力?;蛟S水螅能活過皇阿瑪也說不準(zhǔn)。

幾年前Bosch和他的團(tuán)隊關(guān)于水螅少有細(xì)胞衰老提出了一種解釋,簡單來說,這又涉及干細(xì)胞。

那些「永生」的生物
褐水螅群體(Hydra oligactis)

水螅弱弱的腔體攜帶了一組異常強大的干細(xì)胞,它們?nèi)绱藦姶?,以至于水螅發(fā)生點什么意外掉了半截什么的都能隨時補上,這種能力也是水螅名字的由來,神話中勒拿九頭蛇能斬首復(fù)生。

如果你搞定了FoxO,你也能活得像水螅一樣久

真實世界里,水螅的復(fù)生能力甚于趴體上的小小把戲:關(guān)鍵時刻加個花。水螅不進(jìn)行有性繁殖,而代之以出芽生殖。

它用三組不同的干細(xì)胞來復(fù)制多樣的組織,最終形成完整功能的動物體,Bosch和他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)三組干細(xì)胞共享一種蛋白質(zhì):叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FoxO)。他認(rèn)為這是防止衰老的關(guān)鍵。

“如果你搞定了FoxO,你也能活得像水螅一樣久?!彼f。

那些「永生」的生物
FoxO蛋白質(zhì),嵌合在一些DNA上(底端)

至于FoxO是如何組織水螅尤其是其干細(xì)胞衰老的,至今也沒有搞清楚原理。

即使100歲的人也不是生物學(xué)不死族

但我們了解到它起著一種整合不同分子信號的樞紐作用,包括細(xì)胞外部環(huán)境?!拔覀儸F(xiàn)在在研究這些外部環(huán)境的新號是如何與FoxO整合的?!盉osch說。

在整個動物世界,F(xiàn)oxO實際上可能是一種通用的抗衰老機理。人類攜帶某些版本的FoxO,那些活過100歲的人或許普遍存在另一些變體。

但即使100歲的人也不是生物學(xué)不死族,反正不是像水螅那樣。再者,燈塔水母并不是水螅那樣的生物學(xué)不死族,但它們已然不死。

那些「永生」的生物
燈塔水母可以返老還童

為了搞清楚為什么,首先最好了解一下燈塔水母復(fù)雜的生命周期。

當(dāng)水母的精子和卵子結(jié)合到一起時,它們形成小小的實囊幼體,但幼體并不走尋常路,快樂地長大。而它通常找個堅硬的石頭表面之類,然后一頭撞上去,撞出軟體的分支結(jié)構(gòu),即水螅體。

就像一只蝴蝶突然厭倦了飛翔,又鉆回蟲蛹

絕大多時候這些幼體自身分裂出微小的克隆體——就像水螅一樣出芽生殖——但有些種屬也特立獨行。它分離出能的自由游弋的小型雄性或雌性水母,再長成成體,然后產(chǎn)生精子或卵子??傊褪菭斣趺锤吲d怎么來,任性得一塌糊涂。

大多數(shù)水母可以在這個復(fù)雜的生命周期的大部分階段逆轉(zhuǎn)其生長態(tài)勢,但一旦它們長成性成熟的成體,它們就失去了這種倒轉(zhuǎn)乾坤的技能。

燈塔水母違背了根本的規(guī)則,特別是,即使性成熟的成體也可以反轉(zhuǎn)為未發(fā)育成熟的幼體,它們就樣躲過了生死薄,實現(xiàn)了可能的永生,這就像一只蝴蝶突然厭倦了飛翔,又鉆回蟲蛹。

那些「永生」的生物
一只道恩燈塔水母(Turritopsis dohrnii/T. nutricula)

正如多數(shù)生物學(xué)不死機體的案例,燈塔水母的這個技能也是一個謎??雌饋硭鼈冊谕懽冎屑?xì)胞過程涉及了一次異乎尋常的逆轉(zhuǎn)。而這個過程就是毛蟲向蝴蝶的蛻變。
水母與其他動物沒多少共同點,這也是它們的無性繁殖的方式,以及它們的永生,在我們眼里如此奇特。

但即使在有性繁殖的動物里,生物學(xué)不死也不是聞所未聞

有兩點特征或許可以聯(lián)系起來,Bosch說。如果干細(xì)胞對于生物學(xué)不死的動物而言至關(guān)重要,那么動物出于自我克隆的目的就不得不攜帶這類強大的干細(xì)胞,這樣一來就得以永生。

但另一方面,有性繁殖無疑是通往早夭的一張單程票。

“或許你可以辯稱你需要大量的體力制造配子(精子或卵子),那會殺了動物本身。”Bosch說。雄性闊腳袋鼩就是活生生的例子,這種類鼠有袋目瘋狂交配直至精盡人亡。

但即使在有性繁殖的動物里,生物學(xué)不死也不是聞所未聞,美洲龍蝦有話要說。

那些「永生」的生物
美洲龍蝦(Homarus americanus)就是生物學(xué)不死一族

大多數(shù)動物當(dāng)它們達(dá)到性成熟的時候或多或少會停止生長,但美洲龍蝦可不會。并且,這樣一只成年的龍蝦一旦它們遭逢不測還能復(fù)生一只前肢來。

染色體端粒越短,壽命越短

這些特征表明美洲龍蝦保持著一種令人贊嘆的復(fù)生的本領(lǐng),即便是完全的成體。這就足以解釋額為什么有些大型樣本至少有個140歲了。

龍蝦的長壽或許可以與它們的DNA行為聯(lián)系起來。動物細(xì)胞內(nèi)長染色體末端有特殊結(jié)構(gòu),叫作端粒,用于保護(hù)DNA。

但當(dāng)細(xì)胞分裂,染色體復(fù)制時,端粒就短一點點,因為復(fù)制過程無法顧及染色體最末端。

那些「永生」的生物
位于染色體末端的端粒(粉色)用于保護(hù)DNA

染色體端粒越短,壽命就越短。但美洲龍蝦用一種端粒酶來維持端粒的長度,以避免其縮短。1998年一份研究報告指出,這種酶在它們寸寸肌膚中都找得到,想必是酶的作用,讓美洲龍蝦一口氣上五樓不費勁。

染色體端粒酶幫助腫瘤生長和擴散

換言之,美洲龍蝦的細(xì)胞在常態(tài)下顯然不會衰老,這使得美國龍蝦生物學(xué)不死。

染色體末端端粒是使任何生物體延緩衰老的有效途徑。但實際上鮮有證據(jù)表明這個機制被采用過,不管是不死的植物還是永生的低等動物如水母。Bosch說它或許是高等動物獨有。

當(dāng)然,哺乳動物也攜帶有染色體端粒酶,在人類身上,它們活躍在海拉細(xì)胞中:第一類已被證實的永生的人類細(xì)胞。

但在這個案例中,永生反而讓人感覺悶悶的。海拉細(xì)胞如此命名是因為它們?nèi)∽杂凇唇?jīng)本人同意——Henrietta Lacks,她因子宮癌死于1951年。

染色體端粒酶幫助腫瘤生長和擴散,這或許是哺乳動物只能在少數(shù)類型的細(xì)胞中才用得上它們的緣故。海拉癌細(xì)胞或許是不死的,但它們的出現(xiàn)卻奪走了Henrietta Lacks的生命。

那些「永生」的生物
海拉細(xì)胞是人類細(xì)胞,并且是生物學(xué)不死的

我們的“種系”細(xì)胞,形成精子和卵細(xì)胞,不會衰老

癌細(xì)胞不是人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的唯一永生的細(xì)胞。我們的“種系”細(xì)胞也不會衰老。它們形成精子和卵細(xì)胞,它們?nèi)绱素P(guān)生命而足以抵擋衰老,所以小baby出生的時候很幼很嫩。
容我贅述一下小baby這個概念:是不是所有的新生兒都很幼嫩?不是,多利羊就不是。

那些「永生」的生物
多利羊,和一只無名的手

多利羊由成年羊的乳腺細(xì)胞克隆而來,它們扛不住衰老,所以它出生的時候滿臉滄桑,多利羊剛出生時,體內(nèi)細(xì)胞的端粒酶實在太短了,以至于它衰老得比那些不經(jīng)克隆的同齡的羊只快得多,最終它在大好韶華的6歲的年紀(jì)就因為肺病而一命嗚呼。

人們在同個體死亡的爭斗中,也許是稍感寬心的

“對于人類等生物體而言,永恒之種就是,我們有一個重置時鐘的機制?!盩homas說。
對于這一點,或許你不會感到驚喜,永恒之種就是我們的生殖細(xì)胞,染色體端粒酶或是一個關(guān)鍵,但這不是故事的全部。這意味著對抗衰老將是一條漫漫征途,不管護(hù)膚霜的廣告說得多好聽。

人們在同個體死亡的爭斗中,也許是稍感寬心的。我們個體衰亡了,但因為我們的生殖細(xì)胞的特性,我們的種系并不會衰亡。從這個角度而言,人類生生不息直至永生。

[放學(xué)回家 via BBC]

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