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不死,可能会是一个诅咒,而不是一个赐福。希腊神话中,特洛伊城创建者拉俄墨冬之子提托诺斯,以生命代价认识到了这一点。这位特洛伊王子是如此英俊,以至于黎明女神厄俄斯迷上了他。她成功央求主神宙斯赐予提托诺斯永生,这样一来,她就能和提托诺斯永远在一起。提托诺斯得到了永生,却依然衰老了。他失去了英俊和智慧,厄俄斯则失去了对他的兴趣。老迈且胡言乱语的提托诺斯,最终被她永久囚禁在一座房屋中。这当然只是一个神话故事。然而,真理竟然能比虚构还奇异。从一定意义上说,大量物种的确是永生的。与提托诺斯不同,许多物种不仅永生,而且永远年轻。
我们在这里谈论的是“生物学上的永生”,但许多生物学家可能并不希望我们使用这个词组。在生物学家看来,永生意味着不死,而这种想法是愚蠢的。这一点看似矛盾:从生物学意义上说能够永生的生物体,却绝对是要死的。捕食者、疾病或环境灾变(例如火山爆发),都能杀死它们。但与人类不同,它们很少会仅仅因为衰老而死亡。换句话说,从生物学上讲,永生的生物体一样会死,但它们看来不会衰老。它们基本上正好是提托诺斯的反面。
狐尾松是这方面的一个好例子。北美洲的一些狐尾松已有5000岁。在它们开始生长的年代,真正的特洛伊城在当今土耳其所在地建立。要说外表,岁月对它们也不见得比对提托诺斯更好。它们的模样可以说饱经风霜。雷电劈打过它们,暴雪压弯过它们的枝桠。也就是说,年迈的狐尾松样子也很苍老。但更仔细观察它们,则是另一个故事。
2001年发布的一项研究,比较了年代最早为4700年前的不同时期的狐尾松花粉和种子,发现狐尾松不会随年龄而出现明显的变异增加。此外,维管组织在年迈和年轻狐尾松身上运作一样良好。虽然年迈狐尾松历经岁月而粗糙多节,但在细胞层面,它们的组织显得与年轻时期一样年轻。没人知道狐尾松是怎样做到这一点的,科学家对它们的长寿原因研究得也不够。但有人推测,狐尾松的长寿可能与它的“分生组织”的一种特性有关。分生组织是指根和芽的一小部分。大量干细胞分布在分生组织上,正是这些干细胞让树木生长。显然,这些干细胞数千年来保持年轻和活力。它们也会有变异,或者说它们也会出错,但就像细菌培养物一样,非变异细胞看来能打败受损细胞(即变异细胞)。
但也有人认为,导致狐尾松长寿的一个关键因素或许是位于分生组织中、被称为“不活动中心”部位的一小群细胞。在这里,细胞分裂速度减慢许多,这可能也会抑制分生组织干细胞的分裂。这种抑制可能是有用的,因为细胞每次分裂都冒着让一种危险的变异进入细胞DNA的风险。保持一定数量的只是偶尔分裂的干细胞,或许是保持一个接近完美的“备份基因组”的一种方式。2013年,科学家识别了一种看来控制着拟南芥(一种植物)不活动中心活性的蛋白质。类似的蛋白质,却可能帮助像狐尾松这样的植物避免细胞衰老,让它们当中的一些能活几千年。
然而,分生组织的这些秘笈不能帮助大多数植物实现永生,这是由于这些植物生长太快。汹涌的衰老步伐会压制分生组织的行为,所以才有一年生或两年生植物。基本上,拟南芥之类植物的细胞分裂得如此迅速,还等不到分生组织补充受损组织,它们的器官就衰竭了。
与之对比,在生物学上永生的植物的生活节奏不慌不忙,它们的分生组织活性背后是单个器官的长寿。如果生长得太快,或者说新陈代谢速度太快,植物通常就不比动物强。这可能就是动物寿命最多不过几百岁的原因所在。只有一个例外:像珊瑚这样的群栖动物,能存活超过4000年。不过,单只珊瑚虫的寿命可能只有几岁而已。
软体动物“明”是经过证实的最长寿动物个体。它是一种海洋圆蛤。当科学家2006年在冰岛附近海域把“明”打捞出水时,它已经507岁。可惜的是,科学家当时杀死了它。“明”虽然死了,但它在生物学意义上是永生的。在许多动物细胞中,含氧分子与细胞膜反应,产生的小分子接着去损害细胞的其余部分。但2012年的一项研究发现,不同寻常的是,海洋圆蛤的细胞膜能抵御这种损害。“明”之所以如此高寿,可能正是因为它的细胞。就像狐尾松的细胞一样,“明”的细胞衰老速度慢得几乎可以忽略。
“明”是年龄能够被证实的最高龄动物。因为它是软体动物,所以科学家能数它壳上的生长线。这很像植物学家通过数树干年轮,就能确定树木的年龄。但并非所有动物都自身携带这么好用的年龄记录。不过,这些动物当中的一些甚至可能比“明”还要高寿。以海德拉为例,它是与水母有关的一种微型软体动物。小动物的寿命通常比大动物短,但有一位生物学家在实验室里养一只海德拉超过4年。对一只身长才1.5厘米的动物来说,这简直是惊人的高龄。不仅如此,如此高龄的海德拉看起来与它只有1天大时一样年轻。这让海德拉成为另一种生物学意义上的永生案例。海德拉究竟能活多久?无人知道。或许,海德拉活几年后就会因为疾病等原因而死掉。也或许,海德拉能活1万年。
几年前,一个科学团队对海德拉的细胞不会衰老提出了一个解释。简言之,它也与干细胞有关。海德拉的小小身体内,携带着一套很了得的干细胞。它们是如此了得,以至于一旦海德拉的身体偶然受损,它们就能重新长出受损部分,而且几乎不管受损部分有多大。正是这种能力,为这种动物赢得了“海德拉”之名。在希腊神话中,海德拉是被砍去一个头会长出两个头的九头蛇,但它后来被大力神赫拉克勒斯杀死。 海德拉的再生能力对它的繁殖来说很重要。海德拉通常进行无性繁殖,即它的繁殖就是对自身的单克隆。它使用三种不同的干细胞群体,复制组成完整功能个体所需的所有不同组织。科学家发现,这三种细胞共享一种蛋白质——FoxO。它可能是一种很重要的抗衰老蛋白,因为一旦敲掉FoxO基因,海德拉就会衰老。
FoxO究竟怎样阻止海德拉的干细胞衰老?或者说,FoxO究竟怎样阻止海德拉衰老?迄今仍不清楚。但科学家已经知道的是,FoxO是细胞内部的一个“中心”,该中心整合不同的细胞信号,其中包括来自细胞外部环境的一些信号。科学家正在研究这些环境信号怎样与FoxO整合。事实上,FoxO可能是动物王国中普遍存在的一种抗衰老机制。人体也携带着FoxO的一些版本,其中一些版本在100岁以上的人身上更常见。
不过,就算是百岁寿星,在生物学意义上也不算永生。至少,不是以海德拉的方式永生。就算是永生的水母,在生物学意义上也不像海德拉那样永生。但它的确是永生的。为了理解其中的原因,有必要先了解一下永生水母的复杂生命周期。当水母的精子与卵子结合时,会形成一只小小的幼水母。但幼水母并非是简单地长成一只成年水母,而通常会沉重地坠落到一个硬表面上,变成一个被称为螅形体的软体分叉结构。大多数时候,这些螅形体产生自身的小小克隆体(正如海德拉,而海德拉就是一个螅形体)。但一些种类的螅形体也干别的事。它们会产生自由游弋的小小的雄水母或雌水母,这些小小的水母成年后产生精子和卵子。接着,同样的周期又开始了。
在这个复杂生命周期中的的大多数阶段,大多数水母都能让自己的发育过程逆转。不过,一旦它们长成有性别的成熟水母,它们就会失去返老还童能力。而永生水母蔑视这一基本法则。就算是一只有性别的成年永生水母,也一样能变回不成熟的螅形体,由此规避死亡,实现潜在的永生。这就像一只蝴蝶突然间变回一只毛虫。
正如大多数生物学意义上的永生案例一样,永生水母究竟怎样返老还童依然是谜。看来这涉及一种奇异的细胞逆转过程,这些过程发生于变形期间。在这些过程中,年轻的毛虫变成成年的蝴蝶。水母与其他动物没有多少共同点,这就是它们的无性繁殖策略和它们的永生在我们看来很特别的原因。科学家推测,这两个特征或许真的就是连在一起的:如果干细胞在动物的永生中的确起着关键作用,那么为克隆自己而不得不携带强力干细胞的动物们可能常常是永生的。
另一方面,基于性的繁殖策略几乎总是代表着通向早死的单程票。或许,制造配子(卵子和精子)要消耗大量能量,这样就会杀死动物。一种像老鼠的有袋动物——物袋鼯,常常在交配后死亡。然而,就算是在有性繁殖的动物中,生物学意义上的永生也不是完全不存在。美洲龙虾是这方面的一个好例子。大多数动物在到达性成熟后,或多或少会停止生长。但美洲龙虾并非如此。不仅这样,成年美洲龙虾如果偶然失去一条腿,它会重新长出来。这些特征表明,美洲龙虾保有一种哪怕在进入老年后也存在的惊人再生能力。这或许能解释为什么一些大个头美洲龙虾据估计已有至少140岁。
龙虾的长寿可能与它们的DNA行为有关。动物细胞中长长染色体的上端,有一种叫端粒的物质帮助保护染色体。每当细胞分裂,染色体复制,端粒都会变短一点点,因为复制过程达不到染色体的尽头。端粒越短,意味着寿命越短。但通过运用一种能延长端粒的酶——端粒酶,美洲龙虾能推迟死亡的到来。1998年的一项研究表明,美洲龙虾的所有器官中都存在端粒酶,可能正是端粒酶帮助维持细胞更长久地至少看起来年轻。
换句话说,美洲龙虾的细胞看来不会以通常方式衰老,这让它们在生物学意义上永生。在延缓衰老方面,这种端粒酶秘笈看来对任何生物体都是一种有用的方式。但实际上,这一策略被运用的证据很少。不管是永生的植物还是像水母这样永生的“低端”动物,都没有被发现使用端粒酶策略。一些科学家认为,这种策略可能是“高端”动物特有的。
当然,哺乳动物也有端粒酶。对人体来说,端粒酶活跃于希拉细胞(人子宫颈癌传代细胞)。希拉细胞是最早被辨识的“不死的”人体细胞。但就此而言,不死是一个坏消息。希拉细胞得名于1951年死于宫颈癌的美国妇女海瑞塔·拉克斯。端粒酶看来会帮助肿瘤生长及扩散,这可能就是哺乳动物只在一些类型的细胞中使用端粒酶的原因。
癌细胞并不是在人体内发现的唯一永生细胞。我们的生殖细胞系细胞也是永远年轻的。正是这些细胞产生了精子和卵子。很重要的是,生殖细胞系细胞能抵御衰老,这样一来,婴儿出生时才会是婴儿。也许你会问:难道婴儿不该是婴儿?答案还真可能是“不是”。以多利羊为例。它克隆自会衰老的羊乳腺细胞,所以它出生时就已相对“衰老”。哪怕在多利羊还是一只羊羔时,它的细胞中的端粒就比较短,因此与非克隆羊相比,它衰老得很快。最终,它在相对年轻的年纪——6岁时死于肺病。
西班牙国家癌症中心的科学家用实验鼠测试了端粒酶延寿假说。他们发现,经过基因改造、产生端粒酶数量为通常量10倍的实验鼠,比一般实验鼠的寿命增加50%。那么,人类有无可能实现生物学意义上的永生呢?理论上当然是有的。科学家已经发现了一些可能有助于让人体永远年轻或返老还童的机制,但并不清楚人的生殖细胞系细胞究竟是怎样抵御衰老的。端粒酶很可能是一个因素,但也很可能并不是唯一因素。人类想要相对永生,或长生不老,或返老还童,还有很长的路要走。
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我们在这里谈论的是“生物学上的永生”,但许多生物学家可能并不希望我们使用这个词组。在生物学家看来,永生意味着不死,而这种想法是愚蠢的。这一点看似矛盾:从生物学意义上说能够永生的生物体,却绝对是要死的。捕食者、疾病或环境灾变(例如火山爆发),都能杀死它们。但与人类不同,它们很少会仅仅因为衰老而死亡。换句话说,从生物学上讲,永生的生物体一样会死,但它们看来不会衰老。它们基本上正好是提托诺斯的反面。
狐尾松是这方面的一个好例子。北美洲的一些狐尾松已有5000岁。在它们开始生长的年代,真正的特洛伊城在当今土耳其所在地建立。要说外表,岁月对它们也不见得比对提托诺斯更好。它们的模样可以说饱经风霜。雷电劈打过它们,暴雪压弯过它们的枝桠。也就是说,年迈的狐尾松样子也很苍老。但更仔细观察它们,则是另一个故事。
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2001年发布的一项研究,比较了年代最早为4700年前的不同时期的狐尾松花粉和种子,发现狐尾松不会随年龄而出现明显的变异增加。此外,维管组织在年迈和年轻狐尾松身上运作一样良好。虽然年迈狐尾松历经岁月而粗糙多节,但在细胞层面,它们的组织显得与年轻时期一样年轻。没人知道狐尾松是怎样做到这一点的,科学家对它们的长寿原因研究得也不够。但有人推测,狐尾松的长寿可能与它的“分生组织”的一种特性有关。分生组织是指根和芽的一小部分。大量干细胞分布在分生组织上,正是这些干细胞让树木生长。显然,这些干细胞数千年来保持年轻和活力。它们也会有变异,或者说它们也会出错,但就像细菌培养物一样,非变异细胞看来能打败受损细胞(即变异细胞)。
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但也有人认为,导致狐尾松长寿的一个关键因素或许是位于分生组织中、被称为“不活动中心”部位的一小群细胞。在这里,细胞分裂速度减慢许多,这可能也会抑制分生组织干细胞的分裂。这种抑制可能是有用的,因为细胞每次分裂都冒着让一种危险的变异进入细胞DNA的风险。保持一定数量的只是偶尔分裂的干细胞,或许是保持一个接近完美的“备份基因组”的一种方式。2013年,科学家识别了一种看来控制着拟南芥(一种植物)不活动中心活性的蛋白质。类似的蛋白质,却可能帮助像狐尾松这样的植物避免细胞衰老,让它们当中的一些能活几千年。
然而,分生组织的这些秘笈不能帮助大多数植物实现永生,这是由于这些植物生长太快。汹涌的衰老步伐会压制分生组织的行为,所以才有一年生或两年生植物。基本上,拟南芥之类植物的细胞分裂得如此迅速,还等不到分生组织补充受损组织,它们的器官就衰竭了。
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与之对比,在生物学上永生的植物的生活节奏不慌不忙,它们的分生组织活性背后是单个器官的长寿。如果生长得太快,或者说新陈代谢速度太快,植物通常就不比动物强。这可能就是动物寿命最多不过几百岁的原因所在。只有一个例外:像珊瑚这样的群栖动物,能存活超过4000年。不过,单只珊瑚虫的寿命可能只有几岁而已。
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软体动物“明”是经过证实的最长寿动物个体。它是一种海洋圆蛤。当科学家2006年在冰岛附近海域把“明”打捞出水时,它已经507岁。可惜的是,科学家当时杀死了它。“明”虽然死了,但它在生物学意义上是永生的。在许多动物细胞中,含氧分子与细胞膜反应,产生的小分子接着去损害细胞的其余部分。但2012年的一项研究发现,不同寻常的是,海洋圆蛤的细胞膜能抵御这种损害。“明”之所以如此高寿,可能正是因为它的细胞。就像狐尾松的细胞一样,“明”的细胞衰老速度慢得几乎可以忽略。
“明”是年龄能够被证实的最高龄动物。因为它是软体动物,所以科学家能数它壳上的生长线。这很像植物学家通过数树干年轮,就能确定树木的年龄。但并非所有动物都自身携带这么好用的年龄记录。不过,这些动物当中的一些甚至可能比“明”还要高寿。以海德拉为例,它是与水母有关的一种微型软体动物。小动物的寿命通常比大动物短,但有一位生物学家在实验室里养一只海德拉超过4年。对一只身长才1.5厘米的动物来说,这简直是惊人的高龄。不仅如此,如此高龄的海德拉看起来与它只有1天大时一样年轻。这让海德拉成为另一种生物学意义上的永生案例。海德拉究竟能活多久?无人知道。或许,海德拉活几年后就会因为疾病等原因而死掉。也或许,海德拉能活1万年。
几年前,一个科学团队对海德拉的细胞不会衰老提出了一个解释。简言之,它也与干细胞有关。海德拉的小小身体内,携带着一套很了得的干细胞。它们是如此了得,以至于一旦海德拉的身体偶然受损,它们就能重新长出受损部分,而且几乎不管受损部分有多大。正是这种能力,为这种动物赢得了“海德拉”之名。在希腊神话中,海德拉是被砍去一个头会长出两个头的九头蛇,但它后来被大力神赫拉克勒斯杀死。 海德拉的再生能力对它的繁殖来说很重要。海德拉通常进行无性繁殖,即它的繁殖就是对自身的单克隆。它使用三种不同的干细胞群体,复制组成完整功能个体所需的所有不同组织。科学家发现,这三种细胞共享一种蛋白质——FoxO。它可能是一种很重要的抗衰老蛋白,因为一旦敲掉FoxO基因,海德拉就会衰老。
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FoxO究竟怎样阻止海德拉的干细胞衰老?或者说,FoxO究竟怎样阻止海德拉衰老?迄今仍不清楚。但科学家已经知道的是,FoxO是细胞内部的一个“中心”,该中心整合不同的细胞信号,其中包括来自细胞外部环境的一些信号。科学家正在研究这些环境信号怎样与FoxO整合。事实上,FoxO可能是动物王国中普遍存在的一种抗衰老机制。人体也携带着FoxO的一些版本,其中一些版本在100岁以上的人身上更常见。
不过,就算是百岁寿星,在生物学意义上也不算永生。至少,不是以海德拉的方式永生。就算是永生的水母,在生物学意义上也不像海德拉那样永生。但它的确是永生的。为了理解其中的原因,有必要先了解一下永生水母的复杂生命周期。当水母的精子与卵子结合时,会形成一只小小的幼水母。但幼水母并非是简单地长成一只成年水母,而通常会沉重地坠落到一个硬表面上,变成一个被称为螅形体的软体分叉结构。大多数时候,这些螅形体产生自身的小小克隆体(正如海德拉,而海德拉就是一个螅形体)。但一些种类的螅形体也干别的事。它们会产生自由游弋的小小的雄水母或雌水母,这些小小的水母成年后产生精子和卵子。接着,同样的周期又开始了。
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在这个复杂生命周期中的的大多数阶段,大多数水母都能让自己的发育过程逆转。不过,一旦它们长成有性别的成熟水母,它们就会失去返老还童能力。而永生水母蔑视这一基本法则。就算是一只有性别的成年永生水母,也一样能变回不成熟的螅形体,由此规避死亡,实现潜在的永生。这就像一只蝴蝶突然间变回一只毛虫。
正如大多数生物学意义上的永生案例一样,永生水母究竟怎样返老还童依然是谜。看来这涉及一种奇异的细胞逆转过程,这些过程发生于变形期间。在这些过程中,年轻的毛虫变成成年的蝴蝶。水母与其他动物没有多少共同点,这就是它们的无性繁殖策略和它们的永生在我们看来很特别的原因。科学家推测,这两个特征或许真的就是连在一起的:如果干细胞在动物的永生中的确起着关键作用,那么为克隆自己而不得不携带强力干细胞的动物们可能常常是永生的。
另一方面,基于性的繁殖策略几乎总是代表着通向早死的单程票。或许,制造配子(卵子和精子)要消耗大量能量,这样就会杀死动物。一种像老鼠的有袋动物——物袋鼯,常常在交配后死亡。然而,就算是在有性繁殖的动物中,生物学意义上的永生也不是完全不存在。美洲龙虾是这方面的一个好例子。大多数动物在到达性成熟后,或多或少会停止生长。但美洲龙虾并非如此。不仅这样,成年美洲龙虾如果偶然失去一条腿,它会重新长出来。这些特征表明,美洲龙虾保有一种哪怕在进入老年后也存在的惊人再生能力。这或许能解释为什么一些大个头美洲龙虾据估计已有至少140岁。
龙虾的长寿可能与它们的DNA行为有关。动物细胞中长长染色体的上端,有一种叫端粒的物质帮助保护染色体。每当细胞分裂,染色体复制,端粒都会变短一点点,因为复制过程达不到染色体的尽头。端粒越短,意味着寿命越短。但通过运用一种能延长端粒的酶——端粒酶,美洲龙虾能推迟死亡的到来。1998年的一项研究表明,美洲龙虾的所有器官中都存在端粒酶,可能正是端粒酶帮助维持细胞更长久地至少看起来年轻。
换句话说,美洲龙虾的细胞看来不会以通常方式衰老,这让它们在生物学意义上永生。在延缓衰老方面,这种端粒酶秘笈看来对任何生物体都是一种有用的方式。但实际上,这一策略被运用的证据很少。不管是永生的植物还是像水母这样永生的“低端”动物,都没有被发现使用端粒酶策略。一些科学家认为,这种策略可能是“高端”动物特有的。
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当然,哺乳动物也有端粒酶。对人体来说,端粒酶活跃于希拉细胞(人子宫颈癌传代细胞)。希拉细胞是最早被辨识的“不死的”人体细胞。但就此而言,不死是一个坏消息。希拉细胞得名于1951年死于宫颈癌的美国妇女海瑞塔·拉克斯。端粒酶看来会帮助肿瘤生长及扩散,这可能就是哺乳动物只在一些类型的细胞中使用端粒酶的原因。
癌细胞并不是在人体内发现的唯一永生细胞。我们的生殖细胞系细胞也是永远年轻的。正是这些细胞产生了精子和卵子。很重要的是,生殖细胞系细胞能抵御衰老,这样一来,婴儿出生时才会是婴儿。也许你会问:难道婴儿不该是婴儿?答案还真可能是“不是”。以多利羊为例。它克隆自会衰老的羊乳腺细胞,所以它出生时就已相对“衰老”。哪怕在多利羊还是一只羊羔时,它的细胞中的端粒就比较短,因此与非克隆羊相比,它衰老得很快。最终,它在相对年轻的年纪——6岁时死于肺病。
西班牙国家癌症中心的科学家用实验鼠测试了端粒酶延寿假说。他们发现,经过基因改造、产生端粒酶数量为通常量10倍的实验鼠,比一般实验鼠的寿命增加50%。那么,人类有无可能实现生物学意义上的永生呢?理论上当然是有的。科学家已经发现了一些可能有助于让人体永远年轻或返老还童的机制,但并不清楚人的生殖细胞系细胞究竟是怎样抵御衰老的。端粒酶很可能是一个因素,但也很可能并不是唯一因素。人类想要相对永生,或长生不老,或返老还童,还有很长的路要走。