主题:【原创】死亡起源 The Origin of Death -- az09

大河奔流 导读 复 314 阅 509693

全看 分页 树展 一览 主题

2016-04-29 13:25:18
4192423 复 4185074
az09
az09`21737`/bbsIMG/face/0000.gif`70`2777`8328`70431`正四品下:通议大夫|壮武将军`2008-01-19 15:49:34`
死亡起源(十八)—— 哺乳动物的衰老 125

续上: 死亡起源(十七)

这一章我们讨论哺乳动物的衰老,以及大脑和智慧的演化对寿命的影响

待到生物演化到哺乳动物阶段以后,与生殖相关的逐步衰老就变得非常普遍了。到目前为止,除了裸鼹鼠外,还没有观察到有其他不会衰老的哺乳动物。

哺乳动物的渐进式衰老现象的产生,我相信是与哺乳动物的生活习性相关的。哺乳动物一方面拥有比低等动物相对更发达的大脑,也因此拥有了超越本能的,更加广泛的学习能力和适应能力。也正因为如此,许多哺乳动物并不能象许多低等生物,可以如某些先进导弹的“发射后不管”一般,也来个“生殖后不管”。许多低等生物,甚至是比较高等的爬行动物的后代,因为母体“生殖后不管”的缘故,它们只是靠遗传获得了一些生物本能,然后靠自己去自生自灭,它们的父母大多都不介入其中或者介入不深。相比之下,哺乳动物,通常需要花费许多时间来哺乳,同时教育后代各种生存的能力。和它们相对发达的大脑相对应的,是有许多需要后天获得的知识都不是自动的写在DNA里面了,这些知识都需要父母亲去教会它们。哺乳动物发达的大脑和这种教育方式,大大增加了它们对环境的适应能力,但也增加了上一代的教育成本,同时也因此产生了下一代对上一代的依赖以及对上一代有更长寿命的需要,因此生殖期结束后自杀并不适合绝大部分的哺乳动物。另外,绝大部分的哺乳动物都是多次繁殖动物,那么在演化过程中,哺乳动物如前文提到的北极灯蛾毛虫一般,重新调整自己的生命周期,演化出一个在性成熟后,随年龄逐步衰老的机制,就是一个水到渠成的事情了。

各种哺乳动物随着大脑的发达程度,许多物种都出现了对工具的使用、语言、分工、合作、沟通,社交、甚至娱乐等等需求,这些都对知识和生存技能的传播提出了更高的要求。许多大型群居哺乳动物,老年个体大脑内存储的知识与生存技能可能对群体的生存和竞争有益。所以,基因里面那些可以将老年期延长的开关就会被自然选择所选择出来并被打开,于是它们的老年寿命就相应延长了。有些哺乳动物即便过了生殖期也还有很长的寿命,如此种种,都是对环境和竞争的适应罢了。

点看全图

图77. 2013年,BBC的报道,观察到有经验的老年叶猴会帮助年轻的雌性叶猴接生。同样的现象最近也在金丝猴身上被观察到,这被认为可能是灵长类的一种普遍现象。由此可见,许多老年哺乳动物大脑里面积累的知识,对于增加种群的适应性和竞争能力也是有相当大的帮助的

点看全图

图78. Irene Pepperberg博士和她著名的非洲灰鹦鹉Alex(1976-2007)。大脑只有核桃般大小的Alex被证明可以掌握相当复杂的人类语言,并有一定的数学能力。他可能有大约5岁儿童的智商和2岁儿童的情商。聪明的非洲灰鹦鹉的正常寿命在60岁左右,才31岁便死亡的Alex被认为在死前并没有将它的智力的潜力完全表达出来。可以通过语言和我们进行思想交流的Alex,证明了动物可以拥有相当程度的智商和语言的[73]

当我们知道动物的生长发育,乃至寿命都是可调的以后,那么,关于大脑的发展演化,以及智慧的发展和寿命的关系,就会有一个非常有趣的推理和推论了:

1. 大脑的发育和智慧的增长,是可以增加动物对环境的适应能力和竞争力的,这是很简单的道理。

2. 知识与经验的学习与积累是需要时间的,适应能力是和知识经验的积累相对应的, 这种适应和竞争力因此是和时间相关的。在这种情况下,适当的延缓衰老,延长寿命,是可以增加竞争力的。那么,适当延缓打开衰老开关和死亡开关的个体,因此会被选择出来。两者之间,也会在自然选择的取舍下,达到一个平衡。

3. 也就是说,生物的生长发育以及寿命,是和大脑的发育和智慧的发展相关的。这是一个非常有趣的推论。

至于绝大多数哺乳动物为什么不能够如某些爬行动物一般,采取不会衰老(Negligible senescence)的生存策略,这相信和哺乳动物的演化历史相关。在约2亿年前的三叠纪晚期,早期的哺乳动物与恐龙几乎在同一时期正式出现了。当时君临天下的大小恐龙占据了绝大部分的生态位置,而早期的哺乳动物的体型微不足道,主要靠昆虫等生活在丛林中的小型猎物维生。早期的哺乳动物并不处于生物链的顶端,它们是处于一个生存压力很大的竞争环境的,这些压力往往会导致它们加快世代交替,及时的触发它们的自杀机制以不断适应高压力高变化的环境。所以,现代的科学实验室里,在威胁和压力下变得胸腺缩小,生长缓慢,神经兮兮的幼鼠在我看来,其实不是什么奇怪的事情。 它们在告诉我们,在远古的恐龙时代,那个哺乳动物刚刚出现,只能沦为他人食物的年代,只有这样身形变小,神经兮兮,敏感小心并可以将这种敏感与恐惧遗传[46]的个体才能生存。

下图是一个最早期的哺乳动物,吴氏巨颅兽(Hadrocodium wui)与一枚曲别针的尺寸比较。可以想象,这样的一只动物,在恐龙横行的年代,是一个怎样微不足道的存在。和同时代寿命可能超过200岁的大型恐龙相比,早期的哺乳动物的寿命很可能不会超过现代的一只老鼠,甚至可能只有短短几个月。不过这并不影响它们的后代,可以演化成如弓头鲸一般,拥有超过200年的寿命的巨兽。由此两个极端我们可以看出,即便是哺乳动物,对于寿命这个变量,也可以拥有多么大的调节余地

点看全图

图79. 最早期的哺乳动物吴氏巨颅兽(Hadrocodium wui),与一枚曲别针比较大小,它的寿命相信不会超过现代的一只老鼠

点看全图

图80. 哺乳动物中,寿命可能长达200岁的弓头鲸(Bowhead whale),通过比较吴氏巨颅兽和弓头鲸,我们可以看出,即便是哺乳动物,对于寿命这个变量,也可以拥有多么大的调节余地

另外呢,传统上人们认为的,动物小则新陈代谢会加快,因此寿命短云云,其实是不准确的,这点可以从体型同样很小,新陈代谢也不慢,却非常长寿的洞螈身上得到验证。寿命和体型大小无必然联系,只和压力以及相应的生存策略有关。不过动物因体型小而导致生存压力大倒是很常见。

打个简单的比方,一些不会衰老的大型爬行动物就好比是植物中寿命极长的大型乔木,而早期的哺乳动物就好像是寿命很短的小型灌木甚至一年生草本植物一般,或者如动物界中,寿命极短的昆虫一般。它们对寿命采用不同的策略,只不过是适应环境,各取其道而已。不过,相对发达的大脑、哺乳以及育儿却又延续了哺乳动物的生殖寿命,导致了它们生殖期结束后,即要自杀却又不能象许多低等小型动物一般在生殖后立即自杀,这便是一个矛盾。或许是为了解决这个矛盾,渐进式的衰老机制便在演化过程中被选择出来了。亿万年后,风水轮流 转,大型爬行动物的灭绝,让哺乳动物登上了历史舞台。不过,哺乳动物在早期演化出来的这种衰老与死亡机制,也就一并遗传下来了。

讨论到这里,有一个小细节其实可以讨论一下的。上一章我们讨论过了鳄鱼的牙齿。因为,若要象鳄鱼那般不会衰老,是需要满足许多技术细节的。 比如牙齿的磨损就是一个大问题,而鳄鱼是可以终身换牙齿的。 和鳄鱼相比,大部的哺乳动物只能更换一次牙齿,或者不换牙。其实,更换一次牙齿,和终生换牙,在技术上,区别并不是很大。鳄鱼之所以可以终身换牙,是因为鳄鱼牙板上有干细胞,这些干细胞可以生成新的牙齿。而通过从猪的身上的研究表明,成年猪在换牙之后,它们的牙板发生了细胞凋亡。而我们知道,细胞的凋亡,是程序化的。由此可见,许多哺乳动物其实只是在第二次换牙后,关闭了这个开关而已,并非我们在技术上做不到。

那么哺乳动物的体内究竟发生了什么,导致了哺乳动物的衰老呢? 哺乳动物体内的衰老机制又是如何产生的呢?关于哺乳动物,包括我们体内的衰老和死亡机制,科学界还不十分清楚,有时甚至还很混乱,经常时不时的有这样或者那样的发现说,发现了某个“长寿基因”,找到了“青春的源泉了”,随后又被更新的发现所推翻。不过,我们或许也可以从一些极端现象中来寻找一些端倪。

其实关于衰老和死亡的起源,通过前面漫长的讨论,我们已经基本了解了,我在下面再简单重新理顺一下:

首先,我们需要注意到,哺乳动物体内是有“永生”的细胞的。首先我们的生殖细胞便是永生的,如果没有生殖细胞的永生,我们就不可能传宗接代。它们可以无限制的分裂,并没有如体细胞般的有分裂次数限制,也没有所谓的端粒长度等等的限制,也因此没有所谓寿命的限制。其次,哺乳动物体内的癌细胞因为某种故障所致,也变成了“永生”的,它也可以无限制的分裂。另外呢,哺乳动物体内是有成体干细胞的,这些干细胞参与了受损器官的修复以及血液和皮肤的再生,它们似乎也是没有分裂限制的。老鼠骨髓内部由造血干细胞分化出的第一代造血祖细胞也可以再生很长时间——虽然没有干细胞那么长[47]。我们现在也知道了,体细胞和胚胎干细胞之间,其实差别不大,体细胞是可以被逆诱导成可以“永生”的多能干细胞的,它们本质上是同一个东西——就好比蜜蜂的蜂后于工蜂是同一个东西一样。 所有的这些,都在告诉我们,曾经存在于水螅体内的“永生”的本能,其实都还存在于我们的细胞和整个系统之中,之所以没有表现出来,只是因为它们被压制住了。

其次,我们应该注意到,哺乳动物的衰老,从来就是与生殖相关的,而不是与年龄相关。所以我们可以观察到一个15岁的人类没有衰老,而一只15岁的狗已经严重衰老了。既然我们已经知道,理想状态下的“永生”才是生命的基本属性,细胞总是可以通过各种手段,获得相当程度上的“永生”。而且,我们也知道,寿命也对于生命来说,也是一个可以调整的变量。我们的整个机体,也需要在必要的情况下,在环境改变后,在各种需要延长或者缩短寿命的情况下,改变自己的寿命或者衰老速度,以此来适应自然选择。

想想看,为什么本文2.1的思想实验中描述的那团细菌是“永生”的呢?答案很简单:因为没有一个信使,在适当的时间,通知那些细胞群说:“时间到了,你们当中的某些该自杀了!”它们的系统太简单了,还没有演化出这套复杂通讯机制。所以,如果要做到上述这一点,在我们的身体内部,这个衰老机制就必须要拥有一个通讯机制,它可以通过这个机制来和全身的细胞通讯,通知它们在适当的时刻做出适当的反应。当然,这种应变机制还要涉及到包括表观遗传等的各种机制的参与。

那么现在我们可以查找一下,我们已知的可以和全身细胞通讯的机制有哪些呢?按照这个要求来寻找,我们很快可以找到符合这个条件的内分泌系统、以及由内分泌系统所产生的化学物质——激素和各种信号分子。激素是高度分化的内分泌细胞合成并直接分泌入血的化学信息物质,它的分泌量非常非常的小,但是却效果非常明显,它通过调节各种组织细胞的代谢活动来影响人体的生理活动。

我们在前面已经讨论过了,激素是一种信使,是身体各部分通讯的媒介,是它们用来和细胞通讯的工具。大多数激素通过与特定的胞内或细胞膜表面的“受体”(Receptor),结合来启动特定的细胞作出应答。现代的研究告诉我们,大脑是我们内分泌系统的主腺。它一方面通过遍布全身的神经系统来调控我们的各种生理机能,另一方面还通过分泌各种脑激素来调控内分泌系统分泌各种激素,从而达到直接或者间接与人体各个组织器官以及细胞通讯的能力。另外呢,激素并不仅仅是由内分泌系统产生的,神经系统和免疫系统也会产生一些细胞因子(细胞激素),并反过来影响内分泌系统和其他系统,形成一种反馈循环。这三大系统的纠葛与相互作用,构成了一个非常复杂的内分泌——神经——免疫系统网络。

点看全图

图81. 压力与内分泌——神经——免疫系统网络的复杂关系

而根据我们前面的分析,“广义的压力”是造成衰老和死亡的一个关键因素,也是生物调整自己寿命的一个主要参考参数。而我们知道,我们的大脑是“广义压力”的汇集点,所有的压力最终都会通过神经系统或者其他渠道汇集到大脑。因此,由大脑来反馈和适应压力,并调控生命周期以及各阶段寿命的长短,并通过各种表观遗传来应对压力,做一些后天改变,并且对改变有选择性的遗传或者部分遗传,将是一件非常自然的事情。这也反过来解释了为什么大脑会是我们内分泌系统的主腺体。大脑还可以通过内分泌系统去调控我们的免疫系统以及我们的生长、发育、衰老等等全系列过程。总之,我们的压力汇聚点——大脑控制了我们的神经、内分泌以及免疫这三个与我们衰老和死亡密切相关的系统。所以,如果大脑的内分泌出现了故障,我们往往可以观察到许多与生长发育相关的故障:比如,侏儒症,巨人症等等。

另外,或许是为了确保这套系统能够杀死我们,我们系统中可能还有一些自毁装置。即便在控制系统也就是我们整个控制的中枢——大脑的某些功能失效的时候,也可以自动诱发我们身体的一些关键部位的组织细胞自杀(凋亡),导致我们整个系统自毁。在讨论癌症的时候我们已经提到了,许多种类的细胞的生长都是需要细胞因子(一种信号分子)的刺激的,如骨髓细胞的生长就需要相关的细胞因子,体外培养的骨髓细胞如果没有得到细胞因子,也就是说失去了那些持续通知它们,告诉它们让它们继续活着的信号,它们就会立刻开始进入凋亡程序,也就是主动自杀。这其实有点象我们电路设计的一个常用思路:我们会利用一个继电器的“常开电路”来控制一个电路,这个电路的运转是需要一个控制信号的,这个控制信号就是维持对继电器的通电,只有当继电器通电的情况下,这个电路才能维持运转,一旦这个继电器失去维持它吸合的信号电流的时候,这个继电器就会断开,那么整个电路系统也就停止了。

我们的基因里面也有许多各种各样的细胞生长促进和抑制基因,前面已经讨论过了,在癌症研究里面,许多都被认为与癌症相关,被称为原癌基因和肿瘤抑制基因。它们若突变,往往会引起各种问题。其实这些基因存在的更主要的原因应该是,它们中的某些,是用来进行生长发育以及寿命调节的,目的之一是让我们缩短或者延长寿命的,癌症其实只是一个副产品。它们如何工作,以及工作的结果如何,就看我们的系统如何调配这些控制因子了。

现代关于免疫学的研究告诉我们,我们的免疫系统,神经系统(包括神经内分泌),内分泌系统这三大系统是高度协调统一的。内分泌系统产生各种激素,也就是信号分子与各个系统通信,反过来,免疫系统和神经系统也会产生信号分子,影响内分泌系统。这三大系统通过“信息分子——受体”这样的方式,互相联系,互相通讯,互相影响。而压力这个参数,则处在三大系统的中间位置,同时对三大系统施加影响。

广义的压力其实代表的是周边环境和自然选择对我们的的影响,为了适应自然和竞争的需要,围绕这压力这个中心,基于我们拥有内含的理性状态下“永生”能力,或者某种程度上的“永生”能力,生物需要在“永生”的基础上,将自身的生长、发育、衰老、死亡、以及寿命等等,变成可调的。这种可调能力,也成为了演化和竞争中的一个非常重要适应手段,生物时不时的调整和改变这个变量,这对于它们对自然选择和环境的适应,起到了非常重要的作用。

与此同时,随着各种哺乳动物的智慧的发展,大脑和智慧以及经验的积累,在提高竞争力的同时(这意味着竞争的压力会降低),也会在自然选择的作用下,影响哺乳动物的寿命。

总之,因为某种程度上的“永生”并不困难,所以,寿命,包括细胞和生物整体的寿命,因此可以成为演化和竞争的一个可调节的手段,生长发育因此也是可调的,死亡也因此是一种程序化行为,衰老也是程序化行为,甚至机体对癌症的抑制,也应该是可调的,过了一定的年龄以后,我们机体对癌症的抑制肯定是“故意放水”了的。 我们连衰老和死亡都是程序控制下的主动行为,何况对癌症的抑制乎?………

待续……….

备注与参考文献

[46] Nature, Fearful memories haunt mouse descendants, Genetic imprint from traumatic experiences carries through at least two generations http://www.nature.com/news/fearful-memories-haunt-mouse-descendants-1.14272

[47] Busch K1, Klapproth K1, Barile M2, Flossdorf M2, Holland-Letz T3, Schlenner SM4, Reth M5, H?fer T2, Rodewald HR1. Fundamental properties of unperturbed haematopoiesis from stem cells in vivo. Nature. 2015 Feb 26;518(7540):542-6. doi: 10.1038/nature14242. Epub 2015 Feb 11.

[73]参考维基百科词条:Alex (parrot), https://en.wikipedia.org/wiki/Alex_(parrot)


  • 本帖 7 回复
通宝推:lilly,zen,盲人摸象,切地雷,joyfm,铁手,ccceee,决不倒戈,河区分,老老狐狸,钓者任公子,明心灵竹,feebe,浣花岛主,迷惑不解,乔治·奥威尔,大山猫,领班军机,石狼,北纬42度,
最后于2016-04-30 04:21:44改,共16次;
2016-04-29 13:25:18

全看 分页 树展 一览 主题