人为什么没能长生不老，你还是听听科学家怎么说吧

文章来源丨北京大学出版社  出处丨生命简史

从埃及金字塔到秦始皇陵，从炼丹采补到人体冷冻，古往今来有多少人想长寿，想永生。

我们人类，包括所有生命，为什么会衰老，为什么会有生死呢？

虽然这似乎是“不言自明”的真理，但其实只是经验归纳，我们从没在“科学层面”搞清楚生命为什么会有衰老和死亡？下面这篇鸿文将会带你深潜这个终极问题。

四种理论解释：生物必须死

人和许多动物都有生老病死的过程，狗和猫就是我们熟悉的例子。就连单细胞的生物也会衰老。例如酿酒酵母通过出芽进行繁殖，“母亲”细胞在出芽25次左右后，就失去繁殖能力，显示出衰老迹象，细胞变大，细胞膜上“疤痕”增加，细胞核外的环状DNA积累，最后死亡。因此衰老是生物界中一个相当普遍的现象。

但是我们又想减缓甚至阻止衰老，以达到延长寿命，甚至永葆青春的目的。为此人类对衰老现象进行了大量的研究，得到了许多实验结果。这些结果表明，衰老现象总的来说与身体维护和修复能力的衰减有关，这种衰减使得各种生物大分子所受到的损伤因不能被完全修复而逐渐积累，导致各种生理功能下降，生存能力变弱，疾病发生率增加。

这些研究结果告诉我们生物是“如何”衰老的，但是我们并不满足于知道生物是如何衰老的，还想知道生物“为什么”会衰老。我们在青春期之前，是看不出衰老迹象的，说明身体有能力把自己保持在青春状态。在青春期之后，我们仍然拥有同样的基因，为什么就不能继续把身体保持在青春状态呢？既然衰老与生物维护和修复能力的下降有关，继续保有身体的这些能力，不就能避免衰老吗？生物的演化过程为什么要让这些能力下降呢？

在这个问题上，美国科学家George Williams (1926-2010)的说法颇有代表性。他质疑道：“令人惊异的是，复杂的多细胞生物，在构建成显然是神奇的结构之后，竟然不能解决一个简单得多的问题，即维持已经建成的结构”。这就好像有能力建造一所豪宅，却没有能力维护它一样，是有点说不通，因为“修理总比把身体扔掉，重新造一个要更合算”。是演化过程有什么缺陷，无法阻止衰老的发生，还是衰老过程有某种必要的功能，以致演化过程要把它发展出来并且保留它呢？

为了解释为什么生物不能长期或者永久维持自己的健康状态，科学家们可谓绞尽脑汁，提出了各种假说，其中主要有Medawar的“外部力量说”、Williams的“基因多重功能说”和Kirkwood的“体细胞和生殖细胞之间的资源分配说”。

外部力量说

英国科学家Peter Medawar（1915-1987）认为，动物的死亡主要是由外部因素引起的，所以动物也不需要发展出对抗衰老的机制，因为动物，尤其是野生动物在有机会衰老之前，就已经基本上死光了。如果有些个体活到一定年龄还没有因为外部原因而死亡，也是会衰老的，因为在这个年龄，动物已经没有防止衰老的机制了。

Peter Medawar

Medawar提出的外部条件决定动物是否衰老的说法是有道理的，只是外部条件除了被捕食，疾病和事故外，还有一个重要的因素就是资源，我们会在后面再谈这个问题。

但是Medawar认为的动物在野外极少有机会衰老，却不完全符合事实。2013年，英国科学家汇集了340项对动物野外生活情形的研究，发现至少有175种动物在野外表现出衰老现象。所以许多动物并不是一直保持青春状态，直到因外部因素导致的死亡，而是在那之前就开始衰老了。

在实验室条件下饲养的小鼠，吃喝无忧，没有被捕食的危险，感染疾病的几率很低，更不太可能因为意外事故而死亡，但是仍然会进入衰老阶段，最后多死于癌症，也就是主要死于内部原因。而且实验室饲养的小鼠的寿命只比在野外的小鼠稍长，在两年左右。这说明小鼠已经把外部条件所限制的寿命长度以某种方式“记录”下来，变成自己生活的“程序”，在引起死亡的外部原因被基本排除后，小鼠到时仍然会衰老和死亡，而且由于自身原因（衰老）而决定的寿命和由外部因素决定的寿命基本上符合。

拮抗基因多效性说

前面对衰老现象的存在提出疑问的George Williams，却不谈外部因素，而是从生物内部来寻找衰老的原因。既然动物在生命的早期和晚期都拥有同样的基因，衰老可能就是由一些具有多重功能的基因引起的，这些基因的功能在生命的早期对身体有利，而到生命的晚期则对身体有害，叫做“拮抗基因多效性”。例如性激素在青春期对生物的繁殖有利，但是在繁殖期过后又能够诱发卵巢癌（主要由雌激素诱发）和前列腺癌（主要由雄性激素诱发）。生长激素在生物的生长期有非常重要的正面作用，但是在生育期之后却促进衰老。

Williams的这个说法也是有一定道理的。我们在后文中将加以说明。同样的信号通路在年轻时对生长有促进作用，但是在生命后期却缩短生物的寿命。

资源分配说

英国科学家Thomas Kirkwood (1951- )则认为，衰老是生殖和体细胞维护之间资源分配状况的结果。生殖细胞的任务是繁殖后代，是需要保持在高度完美的状态的，所需的资源也必须有保证；而体细胞是可以丢弃的，也不必用那么多资源来将体细胞维持在生殖细胞那样的完美状态，只要能够帮助生殖细胞完成产生下一代的任务就可以了，因此由体细胞组成的生物体会在生殖过程完成后逐渐衰老和死亡。这种理论又叫做“体细胞可丢弃说”。这些思想现在看来也是有道理的。在生殖过程完成之后，由体细胞组成的身体真的会逐渐衰退直至消失。

Thomas Kirkwood

他认为既然生殖细胞需要重点照顾，也就是要资源保证，生殖越多，消耗的资源就会越多，用于体细胞维护的资源就会越少，衰老就越快，也就是寿命更短。按照他的这种说法，生殖是以生物体的寿命为代价的。

为了证明他的这个说法，他和另一位科学家一起，收集了过去几百年间2,919名英国皇家妇女生育孩子的数量与她们寿命的资料。根据他们对这些资料的分析，他们得出结论说孩子的数量越多，妇女的寿命越短，符合他们的预期。由于这篇文章是发表在《自然》杂志上的，自1998年发表以来，一直被当作权威文章而被一再引用，作为孩子多的妇女寿命短的证据。

但是当我们去查看这篇文章中的原始数据时，就发现他们的这个结论并不成立。之所以他们能够得出孩子越多寿命越短的结论，是因为他们使用了一种叫做“泊松回归”（Poisson regression）的分析方法，而且已经有人指出，在这里使用这种分析方法并不恰当。生育并不影响寿命，反而使母亲活得更长的结论也得到新近一些研究结果的支持。

反对Kirkwood说法最有力的证据是节食能够延长动物的寿命，从酵母、线虫、果蝇和小鼠都是如此。如果说把资源用来重点照顾生殖细胞是体细胞衰老的原因，减少食物供应，应该使得情形更加恶化，寿命应该更短才是，因为总的资源少了，分配给维护体细胞的资源只会更少，但是实际的情形却是生命延长。线虫的一些突变种的寿命被显著延长，但是这些线虫的繁殖能力却不受影响，说明生长和生殖是可以分开调控的，生殖不一定要以体细胞的衰老为代价。

衰老和死亡是一种聪明的自然选择效应

DNA双螺旋的发现者之一，Francis Crick（1916-2004）说，“生物学家都应该记住一个简单的规则，就是演化过程总是比你聪明”。经过几十亿年的演化，衰老仍然是生物界中相当普遍的现象，说明衰老过程为生物的生存和繁衍所必须。把衰老看成无可奈何的“坏事”，是低估了演化过程的强大力量。

根据一些人对达尔文“适者生存”的演化理论的解释，衰老现象本不应该存在。自然选择只会保留那些使身体更健康，生殖能力更强的基因，而不会保留那些对身体不利的基因，因为这些基因的作用会使具有这个基因的个体竞争力变弱。如果一个群体中所有的成员都具有促进衰老的基因，而有些个体由于基因突变而使这些基因失活，那么这个突变体由于身体不会老化，就会拥有更强的竞争优势，最后取代那些具有促进衰老基因的个体。也就是说，自然选择会自动消除那些对身体不利的基因。

但是这个解释有两个问题。一是认为自然选择只对动物个体起作用，而对群体不起作用，所以只会保留对这个个体有利的基因。其实演化对种群的作用更重要，因为没有种群就没有个体，而种群选择就有可能发展出对种群有利，而对部分个体不利的特性来。二是忽略了环境条件的限制。对于动物个体来说，当然是生存能力越强越好，繁殖能力也越强越好。但是要让这样的动物成功生活，必须要有一个前提，就是自然界能够提供的资源是无限的。但是实际的情形却恰恰与此相反，即自然界能够提供的资源是有限的。除了被捕食，疾病和事故，饥荒也是动物种群面对的严重威胁。生存能力极强的动物大量繁殖，早晚会由于超过资源能够提供的极限而自我毁灭。

每种动物也不是单独演化的，而是和环境中的其他物种相互依存，共同演化。捕食者要有足够的被捕食者才能存活，所以不能数量太大。老虎狮子都有自己的“领地”（即限制单位面积中老虎的数量）就说明了这一点。被捕食者的数量不能太多，以免自己由于食物不足而使种群陷入危机，也不能数量太少，以致最后被捕食者全部消灭。是寿命（由衰老控制）和繁殖能力控制着捕食者和被捕食者的相对数量。现在我们看到的动物的寿命和繁殖能力就是在这种相互依存的情况下，长期共同演化所形成的最佳值。任何一方的数量太高或太低都会造成生态系统的崩溃。

德国科学家August Weismann (1834-1914) 是第一个用种群（而不是个体）的演化来解释衰老现象的人。他认为衰老是为种群，而不是个体的利益而演化出来的。种群中年老的个体应该通过特殊的机制死亡，这样他们就不再会与种群中年轻的个体争夺食物和其它资源。在控制寿命的问题上，种群的利益，而不是个体的利益，才是唯一具有重要性的事情。种群中的个体活得长点或者短点并不重要，重要的是个体必须为种群的生存做出贡献。

August Weismann

Weismann学说的核心是群体选择，而不是个体选择，这是理解衰老过程的关键。他的这些想法是在1891年提出的，在128年后的今天仍然是解释衰老现象最好的理论。

按照Weismann的学说，衰老可以有至少以下三个方面的正面作用：

第一是避免种群过度扩张（overpopulation)。由于自然界能够提供的资源有限，每个物种都必须限制个体的数量，否则就会遭遇到饥荒。衰老导致的死亡就是群体限制个体数量的有效方法。

第二去是去除已经完成生殖任务的个体，是把资源让给更年轻的个体。年轻（生育期前和生育期中）的个体负担着继续繁衍物种的任务，代表着种群的未来。让年老的个体通过衰老而死亡，这些个体就不会与年轻的个体争夺食物和其它资源。

第三是使得自然选择过程能够有效发生。自然选择只能通过不断换代来实现，因为只有不断换代，新的个体才能不断产生，给自然选择提供可以选择的对象。换代不仅是产生新的个体，还会通过有性生殖过程中的基因重组增加新个体基因组合的多样性，使得物种能够更好地适应不断变化的环境。

饥荒和传染病是每个物种面临的两个最大的威胁，而过度拥挤（因而是高密度），基因组合又单调的群体不仅容易遭遇饥荒，在传染病面前受到的威胁也最大，因为高密度有利于疾病传播，而基因组合单调又使得群体中缺乏能够抵抗疾病的个体。衰老过程使得物种能够更有效地应对这两个威胁。

因此，与对衰老过程的负面看法相反，衰老其实在生物的生存和演化中扮演着正面的，必不可少的作用，这是衰老过程不但不被演化过程所消灭，反而在生物中普遍存在的原因。年老的个体必须为群体的利益牺牲自己，也就是通过衰老过程让自己或快或慢地死亡。

不过Weismann的这些想法并不被许多人接受，主要理由还是自然选择只能对生物个体起作用，对群体要么不起作用，要么作用很弱。既然自然选择只对个体起作用，它又怎么可能发展出对个体不利的功能来呢？ 

6星期与60年，衰老的快与慢

如果我们比较各种生物的死亡方式，就可以发现有些生物能够在生命的特定阶段（通常是完成繁殖任务之后）快速结束自己的生命，但是多数生物采取的是慢性衰老的方式，即让肌体的功能在一个相对长的时期内逐渐降低，最后才导致死亡。

由于生物之间寿命差别极大，“快速”和“慢性”都不能用时间的绝对长度来定义，而是要看衰老过程的时间（一般是从生殖完成到死亡的时间）和该生物总的寿命比较的相对值。例如线虫在生殖过程完成后还能够活大约两个星期，是很短的，但是线虫的寿命总共也只有大约19天，所以线虫有一个相对漫长的衰老期，占寿命的60-70%。人的寿命大约是80岁，而衰老期大约是40年，比线虫两个星期的衰老期长得多，也属于慢性衰老，但是衰老期占总寿命的比例还不如线虫，在50%左右。蝉从卵孵化、幼虫入土、出土、上树、蜕变、交配、产卵，死亡，总寿命可以长达17年，但是从交配、产卵到死亡，大约只有6个星期，虽然比线虫两个星期的衰老期长得多，但只占总寿命的1%，所以属于快速衰老。

许多一生只繁殖一次的生物都用快速衰老的方式在生殖完成后很快结束自己的生命，例如昆虫中的家蚕、蜉蝣、软体动物中的章鱼、哺乳动物中的澳大利亚袋鼬。

这些生物的衰老过程都非常迅速。例如鲑鱼（salmon）的寿命约3-4年，但是洄游到繁殖地产卵后就会在几个星期内死亡。整个衰老过程就像一部快速放映的电影，皮肤变薄，肌肉萎缩，骨质疏松，肿瘤发生，所有这些和人类衰老非常相似的现象在几个星期内就完成了。

这些快速的衰老过程常常是由体内特殊的自杀机制引起的，因此和单细胞生物的自杀情形相似。例如雌章鱼在产卵后就停止进食，但是继续照顾卵，到卵孵化后就会死亡。如果把产卵后不久的雌章鱼两眼之间的一对腺体摘除，雌章鱼又开始进食，体重增加，而且可以比对照组（没有摘除腺体的雌章鱼）多活9个月之久。因此是内分泌腺分泌物质的变化促使雌章鱼衰老和死亡。

这些事实说明， “常规”的破坏机制，例如活性氧、端粒缩短、电离辐射引起的DNA的突变等，对于生物的快速衰老已经不够了，还必须启动额外的机制来大大加速衰老过程。而对于那些慢性衰老的生物来讲，活性氧和DNA突变等因素就可以在长时期中逐渐实现它们的破坏作用，所需要的只是把修复机制“放松”到一定程度，使得生物按照需要的速率衰老。由于多数动物，包括我们人类，是通过慢性衰老死亡的，我们在这篇文章中讨论的，也主要是慢性衰老。

慢性衰老不涉及急性自杀，衰老过程占总寿命的相当部分，所以对于慢性衰老的生物来讲，寿命也可以用来作为衰老速度的一个指标。

既然生育期之后的生物个体已经不再能够产生下一代，为什么许多生物不像上面谈到的生物一样，在完成生育任务后立即死亡，而要有一个漫长的衰老期呢？这可能是因为生育期后的个体对群体仍然能够发挥一些正面的作用。

多数生物采取慢性衰老，而不是在生殖任务完成后急性自杀的方式，说明保留生殖期后的个体一段时间，对于群体的生存仍然有好处。

一是照顾下一代或者第三代。哺乳动物出生时都不能独立生活，而要靠母亲喂奶，在断奶后也还需要父母或祖父母的照顾。在人类中，爷爷奶奶照顾孙儿孙女是很常见的。鸟类在幼鸟孵化出来以后，也有喂食阶段。企鹅还有“幼儿园”，由企鹅群体，而不只是幼鸟的父母，来照顾孩子。在鱼类和两栖类中，也有父母照顾后代的情形，例如罗非鱼让幼鱼在有危险时躲入自己口中；一些青蛙和蟾蜍会给蝌蚪提供食物和开辟水道。

二是传授知识和经验。人类自不用说，灵长类动物的孩子都要从父母那里学习生活经验。就连蚂蚁都有传授经验的能力，在找寻新窝时，有经验的蚂蚁会带领没有经验的蚂蚁。

三是增大群体的防卫能力。在细菌中，老年个体在一定程度的存在可以帮助群体抵御其它物种的细菌进入这个群体的范围。猎豹父母的存在使得刚长成的猎豹免受其它捕猎者，例如土狼（hyena）的威胁。

我们能够活500年吗？需要活500年吗？

人类已经脱离了动物的生存环境，创造了自己的生存环境，所承受的演化压力也和我们的祖先不同。现在人类的寿命已经明显高于其他灵长类动物，也许就是人类演化，特别是智力的发展带来的自身生活条件的变化的结果。

特别是到了现代，人类创造出来的物质条件更是其他动物完全无法比拟的。多数人已经生活在自己创造的环境（如大城市）中，和我们的祖先曾经生活过的环境有极大的差异。在这种情况下，人类摆脱过去在自然界中演化的压力，根据需要调节自己的寿命，在理论上已经有可能。

但是人类仍然生活在地球上，仍然受到地球资源的限制。城市也不能独立存在，城市外广大的地区仍然为大自然。在这样的情况下，什么是人类新的最佳寿命？

是一些人希望的500岁吗？如果是那样，人类就需要把生育年龄延后到250岁左右。如果人类仍然在20岁时就开始生殖，生下来的人又都活500岁，就不可避免地会造成人口数量的不断增长，最后超出地球能够供给的极限。想象一下在几百年中每天都看见同样的面孔，在250岁之前都不能恋爱结婚的日子，真的是我们想要的吗？

至少在目前，通过改变DNA的序列而大幅度改变人寿命还是一个可望而不可即的目标。这样做相当于是在DNA的水平上对人类的寿命重新进行“编程”，风险是极大的。