我們為什麼會死
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利維坦按:
作為有性生殖的物種,縱然有無數人在內心渴望著永恆的生命,但擺在每個人眼前的事實是:死期終將臨近。“我們是性與死的孩子,”人類學家呂費耶(Jacques Ruffié)在《性與死》( Le sexe et la mort )中這樣寫道。於是,性和死亡的設定,也決定了死亡之於我們人類乃至所有有性繁殖物種所具備的優勢:滿足新個體的交配和基因散播。
通常,我們也認為死亡的過程是痛苦不堪的,但也有臨終關懷的醫生認為,死亡並沒有我們想象的那般恐怖:臨終者屆時處於一種放鬆狀態,他們呼吸時不會有意識地清理喉嚨聚集的粘液和唾液。這時喉嚨就會發出很響的聲音 (我們俗稱的“垂死掙扎”) 。但其實,醫生由此會判斷出臨終者處於深度放鬆和昏迷狀態。當空氣經過肺部撥出呼進時,穿過喉頭粘液的氣泡發出這種聲響。他們自己並無知覺。在生命最後時光還會出現一段淺呼吸。最後是撥出一口氣,不再有進氣。
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生活於江河湖海中的各種神祕而奇妙的水生生物中,水螅是很容易被忽視的。它的名字 (hydra:原指希臘神話中的九頭蛇,此處表示水螅) 來源於古希臘神話中那種能使頭再生的蛇,是水母、海葵和珊瑚的淡水近親。它有點像蒲公英的種子,有一個長長的身體,在其一端長有一簇觸角,外觀上沒什麼特別。
但是它們的一個顯著特性,使其成為了生物學上的一個奇蹟:它們可以再生。 如果你把一條水螅切成很多塊,每一塊都會重新長成一個完整的新個體。
以古希臘神話中的九頭蛇命名,淡水水螅具有非凡的再生能力。© Natural Visions/Alamy
它們的再生特性引起了生物學家的關注,因為他們正在尋找自然界中的永生線索。為什麼這些物種似乎不會因自然原因而死亡?死亡難道不是不可避免的嗎?
衰老,在20世紀中期被描述為繁殖和細胞維繫之間的權衡。最初,生物體的身體利用其獲得的資源來促使和保持我們的健康——也就是來維持我們的細胞。在童年和青少年時期,生物的側重點在於維持生命,並儘可能地讓自己變得強壯和健康。到了性成熟期以後,側重點轉向繁殖。 因為對大多數生物來說,資源是有限的,所以它們可能會犧牲健康來繁衍後代。
(onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/evo.14442)
以一條游到上游產卵的大馬哈魚為例,它在產卵後很有可能迅速死亡。為了讓自己順利到達產卵地,大馬哈魚會不惜一切代價,而到達後,它就會立刻產卵。產卵後,大馬哈魚游回下游、再存活一年、並再次成功產卵的機會非常小,以至於自然選擇永遠不會偏愛這些個體。
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而無論出現什麼情況,它們已經成功地傳遞了一次它們的基因。
但人們目前對生物死亡原因的理解要更具體一些。當生物體達到性成熟時,自然選擇的力量減弱,老化過程開始,最終導致死亡。英國東安格利亞大學(University of East Anglia in the UK)進化生物學和生物老年學教授阿列克謝·馬克拉科夫(Alexei Maklakov)說, 可能這並不是為了給下一代讓路,而是一種 “引人注目的利他主義”。
在我們的生命過程中,我們的基因會收集變異。有些是完全隨機的,有些是我們的飲食或外部因素 (如紫外線干涉) 造成的結果。這些變異大多數是無用或有害的,只有極少數會有實際作用。
在性成熟之前,“任何降低生物體繁殖可能性的基因突變,以及使生物體在繁殖前死亡的基因突變,都會被強烈地壓抑,” 牛津大學人類學系的進化生物學家加布裡埃拉·坎圖裡德斯(Gabriella Kountourides)說。 然而,一旦一個生物體達到性成熟,它就能夠將其基因傳給下一代。在這一時間點上,自然選擇的力量就減弱了。
從海洋逆流而上的艱辛旅程使大馬哈魚付出了巨大的代價,以至於它們在產卵後不久就死亡了。© GIPHY
以我們的產卵大馬哈魚為例。它已經做得很好了,能夠進入成年期並進行繁殖。它的後代很可能也會有一個產卵的機會。 如果我們的大馬哈魚在產卵前發生了基因突變,隨機增加了它的壽命,即使這可能使它多活一年 (儘管這不太可能) ,這些後代並不會比它們的兄弟姐妹有明顯的優勢。 我們研究的 (未發生基因突變的) 大馬哈魚已經完成了一次繁衍。
從自然選擇的角度來看,繼續努力保持生殖後的健康並沒有什麼好處。 因此,任何能夠做到這一點的基因都不會受到選擇壓力的影響,從而導致它們變得更加有普遍性。“任何一個人都希望能長壽。但在這一點上,自然選擇不會對它偏愛,因為這無法給下一代帶來好處,”坎圖裡德斯說。
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不過,並不是所有的生物都像產卵的大馬哈魚那樣極端。有些確實能多存活一段時間,以產生更多的後代。我們的DNA的大多數突變將產生負面影響或無影響。我們的身體能夠修復一些這樣的DNA損傷,但由於自然選擇的微弱力量,我們這樣做的能力會隨著年齡的增長而退化。
然而,在生命的後期,衰老細胞可以在組織中積累,造成傷害和炎症,並且是有關高齡疾病的前兆。
但是衰老和死亡會以兩種方式發生——由於弱自然選擇而導致的負面突變的積累,以及可能有利於繁殖但對長壽來說卻有負面影響的突變。
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後者的一個例子可能是BRCA基因突變 (BRCA:breast cancer的縮寫,乳腺癌) 。眾所周知,這些會顯著增加患乳腺癌和卵巢癌的風險,但也與攜帶突變的婦女生育率較高有關。
(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21993507/)
因此,BRCA基因突變可能在生命早期提供生殖優勢,然後在生命後期造成更大的健康風險。 但由於性成熟後自然選擇會減弱,生殖優勢大於劣勢。
俄勒岡州立大學(Oregon State University)的生物學家凱特琳·麥克休(Kaitlin McHugh)說:“無論在生命早期發生什麼,其意義都會超過在生殖年齡之後發生的事情,因為生殖潛力才是真正重要的。”
而細胞衰老——即細胞的停止分裂,也是早期生命優勢可能具備晚期生命劣勢的另一個例子。衰老可以保護我們免受癌症的侵害,因為它可以防止有DNA損傷的細胞繁殖。然而,在生命的後期,衰老細胞可以在組織中積累,造成傷害和炎症,並且還是高齡相關疾病的前兆。
航拍圖:綠色區域是潘多樹的覆蓋範圍。© wikipedia
雖然大多數物種確實會衰老,但也有一些例外。例如,許多植物表現出 “可忽略不計的衰老”,而有些物種被認為可以活上幾千年。一個特別奇怪的例子是猶他州菲什萊克國家森林(Fishlake National Forest in Utah)中的潘多樹。 這棵樹實際上是一個由遺傳基因相同的雄性柞樹組成的群落,由一個根系連線。 它佔地超過100英畝 (摺合400,000平方米) ,估計重量超過6000噸。 一些估算表明,它可能有超過1萬年的歷史。
(besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2745.12089)
(scholarsarchive.byu.edu/wnan/vol68/iss4/8/)
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水螅蟲綱的不死水母(the immortal jellyfish)有另一種實現長壽的奇招—— 當面臨受傷、生病或受到壓力,它能夠從成年狀態恢復到早期的水螅型狀態 (即幼蟲狀態) 。
“但有時,你還是會懷疑:這是同一個個體還是不同的東西?” 凱特琳說。
“還有一種說法是,一些物種隨著年齡的增長而變得更加先進——被稱為 “消極的衰老”——但這一證據很不充分,”馬克拉科夫說。
他還說:“如果該物種的生態環境是這樣的:由於某種原因,繁殖率普遍較低,或者你在生命的早期根本無法繁殖,這就改變了自然選擇的運作方式。”這方面的例子可以在具有多個雌性配偶體系的動物中找到,例如海象或鹿。一隻雄性可能控制著一整群雌性。 這個群體的規模,以及他因此擁有的後代數量,可能會與他的年齡和體型成正比。因此,他的繁殖能力將不斷提高。
馬克拉科夫說,雖然有些物種確實可以隨著年齡的增長而保持其生殖能力,但它們並不是真正的消極衰老的例子,那些聲稱如此的研究可能是有缺陷的。最終,海象將無法無限期地保持對其配偶們的控制。
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但是,性可能的確在我們的衰老過程中扮演了一個奇怪的角色。 根據倫敦大學學院的梅根·阿諾特(Megan Arnot)和露絲·梅斯(Ruth Mace)的一項研究, 有規律性生活的女性更年期來得較晚。 他們認為這是一個符合邏輯的例子——如果沒有懷孕的機會,排卵所消耗的能量可以被身體的其他部分更好地利用。
(royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.191020)
但是在動物界的其他地方,更多的生育能力似乎會加速衰老。 例如,擁有更多後代的蝙蝠比那些後代較少的蝙蝠壽命更短。也許,只要有繁殖的機會,它們就會投入一切。凱特琳說:“在時間上存在著這種交易,在生命早期繁殖得非常好的生物在生命晚期就不那麼好了。 (再一次,我們的水螅也是此規則下的一個例外。它們的生育率似乎並沒有在它們的一生中下降) 。”
(onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1046/j.1474-9728.2002.00020.x)
(www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1521002112)
還有一些物種,它們的壽命在兩性之間有很大的不同。 通常情況下,螞蟻、蜜蜂和白蟻有一個國王或王后,與它們的不育工人相比,它們可能有很高的生育能力,而且壽命很長。在這個例子中,為什麼繁殖的成本不會減少它們的壽命呢?答案可能是,蟻王或蟻后避免了工蟻所面臨的大部分威脅,而且它們的兩種生活方式有如此大的差異,以至於衰老的理論並不同樣適用於它們。
(www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1568163719301321)
有祖母在身邊可以為家庭帶來許多好處。© Brooke Fasani/Getty Images
那麼, 如果生殖對我們壽命有如此大的影響,為什麼在我們許多人已經停止生育之後,人類還能活這麼久呢?
祖母假說(The grandmother hypothesis)認為,讓年長的親屬保持活力是很重要的,因為繁殖是一項成本高、風險大的工作。祖母可以通過對孫子的照料來確保她自己的一部分基因的生存,因此從自然選擇的角度來看,更長的壽命可以帶來優勢。坎圖裡德斯說:“有祖母在身邊的家庭有更高的生殖能力,也許是因為母親能夠專注於生育更多的孩子,而祖母則幫助撫養已經存在的孩子。”
(www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)30008-9)
但是,由於孫子們只與祖母擁有25%相同的基因,他們與祖母的關係就像祖母與她的侄子和侄女一樣 (因此並不能帶來特別長壽的效果) 。
“這可能是因為在過去,沒有足夠多婦女能活到50歲,更不用說繁衍後代了。因此,50歲的女性繁衍後代的可能性是非常、非常低的。”馬克拉科夫說,這就回到了老齡化的核心原則—— 生殖後的自然選擇會減弱。 發生在我們晚年的許多事情可能並不令人愉快——但也沒有一股強大的進化力量來幫助我們免受其害。
文/William Park
譯/Jichang Lou
校對/巴瑞
原文/http://www.bbc.com/future/article/20220805-why-do-we-die
本文基於創作共享協議(BY-NC),由 Jichang Lou 在利維坦釋出
文章僅為作者觀點,未必代表利維坦立場
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