袁越

讓我們從生物進(jìn)化的角度，考察一下衰老和死亡究竟是怎么一回事。

死亡的N種方式

美國著名科學(xué)家兼政治家本杰明·富蘭克林（Benjamin Franklin）曾經(jīng)說過一句名言：“在這個世界上，只有死亡和稅是逃不掉的?！彪m然富蘭克林說了兩件無法避免的事情，其實(shí)他的本意是想告訴美國人民：你們別想逃稅。因?yàn)樗劳鍪强隙ㄌ硬坏舻?，無需解釋，放在同一個句子里只是為了增加幽默感而已。

確實(shí)，死亡從來都被認(rèn)為是所有生命的必然歸宿，是一種無法逃避的宿命。達(dá)爾文寫了那么多書，探討了生命科學(xué)的方方面面，卻沒有在死亡這個問題上浪費(fèi)一滴墨水，似乎這個問題根本不值得討論。

但是，隨著人類積累的自然常識越來越多，這個問題變得越來越不確定了。比如，細(xì)菌似乎是不會死的，只要條件允許，它們會永遠(yuǎn)分裂下去。而且細(xì)菌的分裂是平均地一分為二，讓人很難分清誰是父母誰是兒女，因此也就很難定義細(xì)菌的壽命。如果周圍環(huán)境惡劣，細(xì)菌就會變成孢子，暫停一切生命活動，耐心等待重生。這個循環(huán)可以一直延續(xù)下去，沒有盡頭。

高等動植物的細(xì)胞也有可能永遠(yuǎn)不死，比如科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)用的人類細(xì)胞系就具備永生的能力，可以在培養(yǎng)皿里永遠(yuǎn)繁殖下去。這些細(xì)胞系大都取自病人的惡性腫瘤組織，比如著名的海拉細(xì)胞系（Hela Cell Line）就取自一位名叫海瑞塔·拉克斯（Henrietta Lacks）的美國黑人婦女，她已于1951年10月4日死于宮頸癌，但她的癌細(xì)胞至今仍然活著，而且遍布全世界。從某種意義上說，她也因此而獲得了永生。

不過，傳統(tǒng)意義上的永生在討論多細(xì)胞高等生物時顯得有點(diǎn)不合時宜，因?yàn)閲?yán)酷的大自然總會想出各種辦法殺了它們，比如饑餓、捕食、干旱、火災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨和傳染病等等。這些死法不在本文的討論范圍內(nèi)，各位讀者也不會感興趣。

大家最關(guān)心的肯定是自然死亡，即如果一切外部條件都滿足的話，某種高等生物到底能活多久，最終的結(jié)局會是怎樣的。目前地球上還活著的壽命最長的植物大概是加州的一種松樹，據(jù)說已經(jīng)活了4850年。壽命最長的動物存在爭議，因?yàn)榇蟛糠謩游餂]有類似樹木年輪的東西，很難估算其真實(shí)年齡。不過有證據(jù)表明，某些種類的烏龜、鯊魚、石斑魚和蛤蜊能活到200歲以上，而像海綿和珊瑚這類低等海洋動物甚至可以活成千上萬年，幾乎相當(dāng)于永生了。

但是，上述這些數(shù)字就是它們的絕對壽命嗎？肯定不是，因?yàn)闃颖玖刻×?。我們?yōu)槭裁从凶銐虻淖孕耪f人類的絕對壽命不會超過120歲？就是因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)生活過幾十億人，樣本量足夠大。同理，我們很可能并不知道果蠅或者小鼠的絕對壽命到底是多少，我們也不敢肯定以它們?yōu)闃颖镜哪切╅L壽實(shí)驗(yàn)延長的到底是它們的絕對壽命還是相對壽命，因?yàn)闃颖玖坎粔颉Ｔ倌萌祟愖鰝€類比：假設(shè)一個外星人想研究一下人類到底能活多久，他從地球上隨便抓走100個人，關(guān)在籠子里養(yǎng)著，每天好吃好喝，你覺得他會得出怎樣的結(jié)論呢？

因此，我們也許應(yīng)該換個角度，考察一下各種生物的衰老速度，只有這樣才能更準(zhǔn)確地反映出不同物種的命運(yùn)。

前文詳細(xì)解釋過衰老速度的測量，但當(dāng)我們把視線轉(zhuǎn)向整個生物圈時，衰老速度的測量方式就要變一變了。我們不可能去測每種生物的甲基化生物鐘，就連它們的新陳代謝速率測起來也是很困難的。于是科學(xué)家們換了個方式，把死亡率視為衰老的衡量標(biāo)準(zhǔn)。換句話說，一種生物在自然界的死亡率越高，它的衰老程度也就越高。

還是拿人類做個類比：當(dāng)我們年輕時，我們的身體各項(xiàng)機(jī)能都處于鼎盛時期，死亡率很低。當(dāng)我們?nèi)说街心陼r，我們的肌肉和骨骼都會變?nèi)?，無論是捕獵能力還是對疾病的抵抗力都會變差，死亡率肯定就上去了。根據(jù)美國政府部門在2010年時所作的統(tǒng)計，20歲美國男性的死亡率是0.001，30歲時的死亡率是0.002，60歲時的死亡率一下子提高到了0.01，80歲時死亡率更是上升到了0.06，而100歲的美國男性的死亡率則是0.36，換句話說，100歲的美國男性當(dāng)中有超過三分之一的人活不到101歲。

用這個方法來觀察世間萬物，我們會發(fā)現(xiàn)各個物種之間的差異巨大，不可能總結(jié)出一個普適的規(guī)律。比如大部分哺乳動物和鳥類都像人類一樣，從中年開始持續(xù)衰老直到死亡。但像某些海鳥、三文魚、章魚、蜉蝣、三色堇和蟬等生物則是在一生的大部分時間均看不出任何衰老的跡象，直到某個節(jié)點(diǎn)，比如成功地繁殖了后代之后，便會迅速衰老并死亡，速度之快令人咋舌。另有一部分生物則不但不會衰老，反而會逆生長，即隨著年齡的增加，死亡率變得越來越低。具備這種能力的生物包括海龜、鯊魚、蛤蜊和龍蝦等，它們的體積會隨著年齡增長而變得越來越大，身體也會變得越來越強(qiáng)壯，因此也就越來越不容易死，直到某一天死于一場意外事故為止。

其中，北美龍蝦的遭遇很具有代表性。美國東海岸曾經(jīng)盛產(chǎn)龍蝦，早期北美殖民者捕撈到的龍蝦個頭都非常大，有記錄的最大龍蝦重達(dá)20公斤！不過當(dāng)時的美國人并不喜歡吃龍蝦，甚至發(fā)生過監(jiān)獄犯人抱怨伙食不好，因?yàn)槊刻於汲札埼r的事情。后來龍蝦搖身一變，成為美食的象征，個頭也就隨之銳減，變成了大家熟悉的樣子。

上面這個故事來自一本名叫《破解衰老密碼》（Cracking the Aging Code）的書，作者是美國生物學(xué)家約什·米特爾多夫（Josh Mitteldorf）和科普作家多利安·薩根（Dorion Sagan）。兩人在書中收集了大量類似案例，最后得出結(jié)論，地球上的生命進(jìn)化出了各式各樣的生活方式，衰老和死亡并不是所有生物的必然命運(yùn)。

換句話說，兩人認(rèn)為衰老和死亡并不像大多數(shù)人想象的那樣受某種自然規(guī)律的支配，而是被基因所控制的一種主動行為。

漏洞百出的衰老理論

要想證明自己提出的新理論是正確的，首先必須指出舊理論的錯誤之處。米特爾多夫和薩根在《破解衰老密碼》一書中用了好幾章的篇幅對舊的衰老理論一一進(jìn)行了駁斥，聽上去似乎很有道理。

首先，最早由物理學(xué)家們提出來的那兩個衰老理論已經(jīng)被證明是錯誤的，前文已經(jīng)介紹過，不再贅述。之后由生物學(xué)家們提出來的三個衰老假說都曾經(jīng)受到過追捧，至今仍有各自的擁躉。但米特爾多夫和薩根認(rèn)為它們?nèi)即嬖谥卮舐┒?，并不能很好地解釋衰老的原因?/p>

生物學(xué)研究離不開進(jìn)化論，著名的俄裔美國遺傳學(xué)家提奧多西斯·杜布贊斯基（Theodosius Dobzhansky）曾經(jīng)說過一句名言：“如果不從進(jìn)化的角度去考慮，生物學(xué)的一切都將變得無法理解?！彼ダ侠碚撟匀灰膊焕猓赃@三個關(guān)于衰老的假說都和達(dá)爾文提出的自然選擇學(xué)說有很大關(guān)系。

第一個假說名叫“突變累積”，這一派相信衰老只存在于動物園，自然界是不存在衰老這回事的，大部分動物早就在衰老之前死于天災(zāi)人禍了。如果我們把自然選擇的主人稱為“老天爺”的話，所有那些導(dǎo)致衰老的壞基因都沒有機(jī)會見到這位老爺子，因此也就根本沒有機(jī)會被挑選，于是這些基因就被暫時保留了下來。如今人類登上了食物鏈的頂端，我們不必再擔(dān)心被吃掉或者餓死了，這就給了那些壞基因一個表現(xiàn)自己的機(jī)會，這就是人類衰老的原因。

米特爾多夫和薩根反駁說，自然界是有衰老這回事的，活過中年的動物還是可以找得到的，只是數(shù)量沒那么多而已。也就是說，壞基因其實(shí)是有機(jī)會被老天爺看到的，即使雙方見面的次數(shù)不多，也有足夠的時間被剔除。另外，新的研究發(fā)現(xiàn)，很多衰老基因?qū)儆诒Ｊ氐幕蚣易澹诰€蟲、果蠅和小鼠中都能找到，這說明衰老基因不可能是僥幸逃過老天爺眼光的漏網(wǎng)之魚，反而是被他老人家選中的幸運(yùn)兒。

第二個假說名叫“拮抗基因多效性”，這一派相信有一類基因具備多種功能，年輕時是好基因，年老時就是壞基因。老天爺最關(guān)心的是繁殖，所以優(yōu)先挑選那些能夠在年輕時提高生殖效率的基因，至于它們老了之后是否會變壞，老天爺就不在乎了，這就是衰老的原因。

米特爾多夫和薩根反駁說，該假說問世時基因研究尚在襁褓之中，科學(xué)家們并不知道基因功能是很容易調(diào)節(jié)的，比如前文提到的甲基化就是其中的一種調(diào)節(jié)方式。如果一個基因在年老時變壞了，只要簡單地將其關(guān)掉就行了，并不是一件多么困難的事情。但真實(shí)情況是，衰老基因的活性往往會在年老時被有意放大，這說明生物到了一定年齡后其實(shí)是在主動地選擇自殺。

另外，很多實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，越是長壽的品種，繁殖力反而越強(qiáng)。比如前文提到過的麥克·羅斯博士所做的那個果蠅長壽實(shí)驗(yàn)，最終篩選出來的果蠅不但壽命變長了，而且繁殖力也提高了。要知道，“拮抗基因多效性”假說最初就是羅斯博士提出來的，這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓他感到非常困惑，因?yàn)榘凑账睦碚?，世界上是不?yīng)該出現(xiàn)既長壽又繁殖力強(qiáng)的品種的，兩者應(yīng)該永遠(yuǎn)是一對矛盾才對。于是他只能解釋說這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計有問題，實(shí)驗(yàn)員在篩選長壽果蠅的同時也無意中篩選了生殖力強(qiáng)的品種。但這個解釋實(shí)在是太勉強(qiáng)了，很難服眾。

第三個假說名叫“可拋棄體細(xì)胞”，這一派相信任何生物的可支配能量都是有限的，為了留下后代，生殖系統(tǒng)的健康肯定是要優(yōu)先保證的，所以體細(xì)胞便被犧牲掉了。

米特爾多夫和薩根反駁說，該理論聽上去似乎很有道理，但卻和幾乎所有的事實(shí)不符。比如，按照該理論，女性應(yīng)該比男性活得短，因?yàn)榕詾榉敝澈蟠冻龅拇鷥r遠(yuǎn)高于男性，可惜事實(shí)正相反；再比如，該理論預(yù)言孩子少的女性一定比孩子多的女性活得長，可惜事實(shí)證明兩者沒有差別；最明顯的例子是，該理論預(yù)言吃得多的人一定活得長，可惜事實(shí)正好相反，饑餓療法反而是唯一被證明有效的長壽法。

這個理論在解釋一些動物行為時似乎很有效，比如三文魚費(fèi)盡千辛萬苦逆流而上，產(chǎn)卵之后便迅速死亡，看上去似乎是死于心力衰竭。但研究發(fā)現(xiàn)，三文魚其實(shí)是自殺的，它們在產(chǎn)卵后體內(nèi)的腎上腺會分泌一種激素，觸發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，不但將自己的血管堵住，而且還會破壞自身的免疫系統(tǒng)，把自己的身體變成微生物們的食堂。如果用手術(shù)割除三文魚的腎上腺，那么這條魚就不會死了，說明它的能量并沒有耗盡。

類似的案例還有很多，比如三色堇在開花后會很快死亡，但如果把花掐掉，三色堇就會在原來位置再開出一朵新的花，這個過程可以一直繼續(xù)下去，說明它還是有潛力的。這些案例進(jìn)一步證明，衰老和死亡都是由基因所控制的自殺行為。

英國分子生物學(xué)家羅賓·霍勒迪（Robin Holliday）在他撰寫的那本經(jīng)典科普著作《衰老——生命的悖論》（Aging-The Paradox of Life）中還舉過一個例子，間接證明人類的衰老似乎也是由基因控制的一種主動行為。霍勒迪發(fā)現(xiàn)，人類的身體由各種不同的組織構(gòu)成，它們的新陳代謝模式各異，細(xì)胞分裂的形式更是多種多樣，但卻都遵循著幾乎相同的衰老時間表，在幾乎相同的時間段內(nèi)一起老去，這說明衰老是在一個“總負(fù)責(zé)人”的管理下按部就班進(jìn)行的生理過程，因?yàn)橹挥羞@樣才能最大限度地節(jié)約能量。

具體來說，人腦是由一大群不會分裂的神經(jīng)細(xì)胞組成的，神經(jīng)元總數(shù)從一生下來就固定了，此后只減不增。心臟也是由一大群不會分裂的心肌細(xì)胞組成的，它們要不停地工作一輩子，直到死亡。按理說，任何不會分裂的細(xì)胞的壽命都是有限的，不可能永遠(yuǎn)活下去，所以一個人只要年紀(jì)足夠大，一定會得老年癡呆，因?yàn)檫@種病的本質(zhì)就是神經(jīng)細(xì)胞的丟失。同理，一個人只要活得足夠長，最終一定會心力衰竭，因?yàn)樾呐K也是不可能永遠(yuǎn)跳下去的。

與此類似的還有眼睛的晶狀體，其主要成分晶狀體球蛋白也是不會再更新了，于是白內(nèi)障就成為老年人最常見的疾病，甚至可以說是一個人衰老的標(biāo)志。如今這種病可以通過現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的手段加以糾正，但在遙遠(yuǎn)的古代，這種病幾乎可以宣判一個人的死刑了。

與此相反，皮膚則是由一大群極為活躍的皮膚細(xì)胞組成的，幾乎每時每刻都在更新，每隔一個月就全部換一遍。但皮膚到了一定年紀(jì)也會衰老，事實(shí)上很多人就是根據(jù)皮膚的狀況來判斷陌生人年齡的。同理，人體的其他組織和器官，甚至包括骨骼，都是可以隨時更新的，但它們也都在相同的時間段內(nèi)開始衰老，極少例外。

更為極端的案例是人的牙齒，這是由礦物質(zhì)組成的，幾乎不能算是活物。牙齒的壽命完全遵從物理規(guī)則，人類所能控制的只有牙齒的厚度。巧的是，人類的牙齒厚度剛剛可以滿足一個人正常地活過中年，再活下去的話牙齒都會一一脫落，沒有例外。

類似的情況在任何其他哺乳動物中都是一樣的，只是時間表有所不同而已。如果你去檢查一只12歲的狗，它的身體狀況肯定和一個60歲的老人差不多。換句話說，狗的神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、皮膚細(xì)胞和牙齒等等都是按照狗的時間表在工作的，大家仍然一起衰老，只不過衰老的速度是人類的5倍。

如果你再去檢查一只2歲的小鼠，它的身體狀況肯定和12歲的狗是一樣的，以此類推。這些例子證明，控制衰老的不是時間，而是基因，一個物種的衰老速度和死亡時間全都是由基因統(tǒng)一控制的。

為什么會這樣呢？一個小故事可以幫助大家理解其中的原因。傳說美國汽車大王亨利·福特（Henry Ford）經(jīng)常會去自家的修理廠巡視，目的就是看看舊福特車上哪個部件還沒有壞，然后他就不再從那個部件的生產(chǎn)商進(jìn)貨，而是轉(zhuǎn)去尋找更便宜的廠家為自己供貨，因?yàn)樗J(rèn)為如果一個部件在整車都開壞了的時候還是好的，這就意味著這個部件當(dāng)初買貴了，白花了冤枉錢。

米特爾多夫和薩根相信，我們每個人的身體里都住著一個福特，這就是為什么當(dāng)我們進(jìn)入老年時，身體的所有機(jī)能都同時垮掉了。要想延緩衰老，就必須先找到這個福特，然后逼著他改變主意。

進(jìn)化論的四重境界

雖然聽上去很有道理，但米特爾多夫和薩根提出的這個衰老理論并沒有流行開來，這是為什么呢？事實(shí)上，我這次采訪到的所有科學(xué)家都不認(rèn)為衰老是大自然設(shè)計出來的，大家都傾向于認(rèn)為衰老只是進(jìn)化的副產(chǎn)品，是一個被動的過程。雙方的差別，仍然必須從進(jìn)化論中去尋找。

達(dá)爾文在《物種起源》一書中只字未提衰老的問題，似乎他覺得這件事無需討論。事實(shí)上，如果當(dāng)年的達(dá)爾文真的用心思考一下衰老問題的話，他很可能會對進(jìn)化論產(chǎn)生懷疑，因?yàn)樗ダ虾退劳鎏环线M(jìn)化論的預(yù)期了。試想，如果一種生物進(jìn)化出了抵抗衰老的能力，它肯定會比其他同伴留下更多的后代，長此以往，地球上應(yīng)該充斥著長生不老的生物才對。

關(guān)于此事的一個最可能的解釋就是：達(dá)爾文認(rèn)為衰老屬于物理學(xué)范疇，長生不老是違反物理定律的，所以不值得討論。但前文已經(jīng)說過，長生不老并不違反物理定律，單細(xì)胞生物有很多都是長生不老的。后來科學(xué)家們又在多細(xì)胞復(fù)雜生物中發(fā)現(xiàn)了長生不老的例子，這就是水螅（Hydra）。這是一種非常簡單的腔腸動物，具有極其強(qiáng)大的修復(fù)能力，只要環(huán)境適宜，水螅便可以一直活下去，永不衰老。

事實(shí)上，不僅是衰老，第一版達(dá)爾文進(jìn)化論不能解釋的事情還有很多，比如動物中普遍存在的利他主義行為，以及前文提到過的細(xì)胞凋亡（Apoptosis）。后者其實(shí)就是細(xì)胞自殺，早在19世紀(jì)40年代就被德國科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了。不知道達(dá)爾文當(dāng)年是否聽說過這件事，如果答案是肯定的話，很可能進(jìn)化論又要難產(chǎn)了，因?yàn)檫_(dá)爾文肯定無法解釋為什么有的細(xì)胞會選擇自殺，這不等于自己把自己排除在競爭之外了嗎？這樣的細(xì)胞怎么可能在嚴(yán)酷的生存競爭中勝出呢？

不過這事不能怪達(dá)爾文，當(dāng)年的他并不知道基因的存在，不明白遺傳到底是怎么一回事，所以第一版進(jìn)化論的基本單位是個體，自然選擇的對象也是個體，這是進(jìn)化論的第一重境界。

基因被發(fā)現(xiàn)之后，進(jìn)化論很快上升到了第二重境界，個體的位置被基因取代，成了自然選擇的直接作用對象。英國生物統(tǒng)計學(xué)家羅納德·費(fèi)舍爾（Ronald Fisher）和英國（后入印度籍）遺傳學(xué)家約翰·霍爾丹（J.B.S.Haldane）是這套基因理論的鼻祖，但英國生物學(xué)家理查德·道金斯（Richard Dawkins）則被公認(rèn)為是該理論最好的詮釋者，他撰寫的《自私的基因》（The Selfish Gene）一書更是把這一理論變成了一個家喻戶曉的流行語匯。

自私基因理論很好地解釋了遍及動物界的利他主義行為。比如，工蜂之所以甘愿犧牲自己成全蜂王，是因?yàn)榉渫蹩梢愿玫貍鬟f自己的一部分基因；再比如，第一個發(fā)現(xiàn)敵情的猴子之所以甘愿冒著生命危險向同伴發(fā)出警告，是因?yàn)橥閭円矓y帶有自己的一部分基因……

細(xì)胞凋亡現(xiàn)象也很容易用基因理論加以解釋。目前科學(xué)界公認(rèn)，細(xì)胞凋亡源于細(xì)菌時代，當(dāng)時整個地球可以被看成是一鍋細(xì)菌濃湯，里面除了各種細(xì)菌外，還有數(shù)量更多的噬菌體（Bacteriophage）。這東西其實(shí)就是細(xì)菌的病毒，本身不具備繁殖能力，必須侵入到細(xì)菌體內(nèi)，利用細(xì)菌自身的DNA復(fù)制系統(tǒng)進(jìn)行繁殖，然后將宿主殺死，自己破壁而出，再去入侵新的細(xì)菌。當(dāng)年的細(xì)菌們進(jìn)化出了很多辦法對付噬菌體，可都不怎么成功，最終一種細(xì)菌進(jìn)化出了自殺這個辦法，即在病毒侵入自身后立即自殺，不給噬菌體繁殖的機(jī)會，從而保住了周圍那些和自己具有相同基因的同伴們。也就是說，自殺的細(xì)菌犧牲了自己的身體，保住了自己的基因。

當(dāng)然了，利他主義也是有個度的，這在很大程度上取決于對方到底有多少你的基因。比如，一般人為什么對待自己的兒子比對待自己的侄子更好？這是因?yàn)閮鹤雍妥约河幸话氲幕蚨际窍嗤?，而侄子只有四分之一基因和自己的一樣。這種基于基因理論的計算方式雖然看上去非常冷血，但卻是進(jìn)化生物學(xué)的基石。事實(shí)上，自從自私基因理論問世后，進(jìn)化生物學(xué)才終于成為一門能夠和物理化學(xué)平起平坐的“嚴(yán)肅”學(xué)問，因?yàn)榭茖W(xué)家們普遍相信科學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，如果一門學(xué)問僅僅建立在觀察和推理的基礎(chǔ)上，是很難上升到理論層次的。

但是，基因理論的出現(xiàn)卻把進(jìn)化生物學(xué)分成了兩大派別，彼此爭論不休。一個是數(shù)學(xué)派，每天的工作就是計算各種行為模式的基因概率；另一個是田野派，依然把大量時間花在野外觀察上。雖然也有不少人對于兩種研究方法都不排斥，但總的說來這兩派的差異相當(dāng)明顯，誰也不服誰。不過，由于數(shù)學(xué)畢竟代表著至高無上的科學(xué)真理，所以目前數(shù)學(xué)派占了上風(fēng)，主流進(jìn)化生物學(xué)的話語權(quán)基本上是被數(shù)學(xué)家們把持的。

這兩派在不少問題上持有不同意見，其中最大的分歧就是對于“群體選擇”（Group Selection）的態(tài)度。以英國著名進(jìn)化生物學(xué)家約翰·梅納德·史密斯（John Maynard Smith）為代表的數(shù)學(xué)派相信自然選擇在絕大多數(shù)情況下都只會作用于個體，群體選擇不太可能成為進(jìn)化動力。但田野派卻不同意這個觀點(diǎn)，他們在野外觀察到很多案例，說明個體經(jīng)常會為了群體的利益而做出犧牲，比如很多動物會主動調(diào)節(jié)自己的生育力，避免種群數(shù)量超標(biāo)，因此群體同樣有可能是進(jìn)化的主體。

“群體選擇”可以看作是進(jìn)化論的第三重境界，“如何解釋衰老”就是這一境界最好的試金石?！疤镆芭伞贝蠖际侨后w選擇學(xué)說的擁躉，他們堅(jiān)信衰老就是為了照顧群體的利益而被進(jìn)化出來的，因?yàn)樗ダ系氖芤嬲咧荒苁侨后w，這是顯而易見的事實(shí)，有無數(shù)野外觀察到的案例為證。大多數(shù)“數(shù)學(xué)派”雖然也同意衰老的受益者是群體，但他們認(rèn)為衰老是不可能被進(jìn)化出來的，因?yàn)閿?shù)學(xué)計算結(jié)果不支持這個想法。這個計算所用到的數(shù)學(xué)工具相當(dāng)復(fù)雜，這里僅舉一個很可能是過于簡單的例子幫助大家理解：假如一個由“衰老者”組成的正常群體中出了個不會衰老的“作弊者”，其后代的數(shù)量肯定要比“衰老者”更多，“衰老者”就會慢慢變少，直到消失。

但是，衰老畢竟是無法否認(rèn)的現(xiàn)實(shí)，于是“數(shù)學(xué)派”想出了很多基于自私基因理論的假說來解釋衰老的原因，前文提到的那三個衰老理論都是這一派的成果。不過，最近也有一批“數(shù)學(xué)派”的科學(xué)家聲稱自己找到了證據(jù)，證明群體選擇理論有可能是正確的。但迄今為止這兩派誰也沒有完全說服對方，因此群體選擇理論尚不能作為公理被寫入教科書。

米特爾多夫和薩根顯然是支持群體選擇理論的，但兩人又更進(jìn)了一步，認(rèn)為目前的群體選擇理論只是把自然選擇的對象從個體變成了群體，本質(zhì)上仍然是鼓吹你死我活的生存哲學(xué)。兩人相信自然選擇的對象應(yīng)該是整個生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)化絕不僅僅是個體之間、基因之間或者群體之間的優(yōu)勝劣汰，而是整個生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同演進(jìn)，這就是進(jìn)化的第四重境界，只有按照這個思路來思考衰老問題，才能明白為什么大自然會進(jìn)化出衰老這件事。

事實(shí)上，按照這個想法，死亡才是大自然的最終目的，衰老只是讓你不得不接受命運(yùn)安排的一項(xiàng)措施而已。如果這個想法是對的，那就意味著衰老是一種自殺行為，如果人類想要延緩衰老，就不能再“順應(yīng)自然”了，因?yàn)榇笞匀坏谋疽饩褪亲屇闼馈?/p>

兩人之所以會有這個奇怪的想法，是有其深刻的歷史原因的。《物種起源》出版之后的頭幾年，進(jìn)化論曾經(jīng)遭到過宗教徒們的瘋狂抵制，但達(dá)爾文的思想很快就贏得了更多人的支持，原因是當(dāng)時有很多社會學(xué)家把進(jìn)化論理解成了血淋淋的優(yōu)勝劣汰。這個解釋非常符合剛剛興起的歐洲資產(chǎn)階級的生存哲學(xué)，有著非常廣泛的群眾基礎(chǔ)，所以才會流傳得如此廣泛。后來出現(xiàn)的基因理論更是為種族歧視提供了理論基礎(chǔ)，費(fèi)舍爾本人就是納粹提倡的所謂“優(yōu)生學(xué)”的堅(jiān)定支持者。

這種狀況直到上世紀(jì)60年代才出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。當(dāng)時有一批科學(xué)家綜合了最新的研究成果，認(rèn)為此前以費(fèi)舍爾等人為代表的所謂“新達(dá)爾文主義”（Neo-Darwinism）并不能真正體現(xiàn)出進(jìn)化的復(fù)雜性，他們相信不同物種間的分工協(xié)作同樣是生物進(jìn)化的基本原則，甚至更有可能是進(jìn)化的主要方式。這一派的代表人物就是薩根的生母，美國馬薩諸塞大學(xué)的遺傳學(xué)家琳·馬古利斯（Lynn Margulis）。她認(rèn)為真核細(xì)胞的線粒體不是慢慢進(jìn)化出來的，而是被一種微生物吞進(jìn)去的細(xì)菌的后代。雙方各取所需，相互合作，最終形成了一種共生的關(guān)系。這個假說在當(dāng)時可以說是驚世駭俗，很少有人相信，但如今越來越多的證據(jù)表明她是對的。

馬古利斯之所以敢于大膽地挑戰(zhàn)舊觀念，與60年代風(fēng)起云涌的嬉皮士運(yùn)動有很大關(guān)系。這場運(yùn)動把矛頭對準(zhǔn)了資本主義制度，后者的思想基礎(chǔ)之一就是建立在自由競爭基礎(chǔ)上的新達(dá)爾文主義。作為馬古利斯的兒子，多利安·薩根同樣反對自由市場經(jīng)濟(jì)。在他看來，不受制約的資本主義制度就好像是失去控制的蝗災(zāi)，總有一天會把有限的自然資源攫取干凈，然后大家一起完蛋。于是，米特爾多夫和薩根提出了這個新假說，認(rèn)為衰老和死亡就是大自然進(jìn)化出來維持生態(tài)平衡的武器，如果沒有死亡，生態(tài)系統(tǒng)注定將會崩潰。

應(yīng)該說兩人的愿望是很好的，但他倆的推理過程跳躍得太厲害了，存在不少漏洞，迄今為止尚未得到數(shù)學(xué)家們的支持，所以這套理論并沒有被主流科學(xué)界所接受，僅僅是一個假說而已。話雖如此，兩人在《破解衰老密碼》一書中提出的很多問題確實(shí)值得我們思考，因?yàn)楝F(xiàn)有的衰老理論實(shí)在是沒法讓人滿意。

追根溯源

那么，有沒有不需要借助美好的理想，僅僅基于現(xiàn)有的知識體系就能解釋清楚的衰老理論呢？答案是肯定的，比如英國倫敦大學(xué)學(xué)院的生化學(xué)家尼克·萊恩（Nick Lane）在2015年出版的《至關(guān)重要的問題：為什么生命會如此？》（The Vital Question：Why Is Life The Way It Is？）一書中就做過一個大膽的嘗試。這本書簡直可以說是一本波瀾壯闊的生命史詩，萊恩從生命的起源開始講起，用嚴(yán)密的邏輯推導(dǎo)出生命的諸多奇特性質(zhì)到底是如何產(chǎn)生的，其中就包括性和衰老。萊恩證明有性生殖和衰老死亡其實(shí)是一枚硬幣的正反兩面，兩者是共同出現(xiàn)并一同進(jìn)化的。

這本書開始于一個曠世天問：為什么細(xì)胞的形態(tài)是如此之單調(diào)呢？這個問題聽上去似乎有點(diǎn)奇怪，但卻是進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域的一個千古之謎。眾所周知，生命的基本單元是細(xì)胞，所有的生物都可以按照細(xì)胞的不同分成原核和真核兩大類，其中真核生物（Eukaryote）包括原生生物（阿米巴）、真菌、植物和動物這四界，雖然旗下物種形態(tài)各異，但細(xì)胞內(nèi)部的構(gòu)造卻出奇地相像，其生化反應(yīng)類型也極其單一，幾乎可以肯定是源自同一個祖先，而且之后就再也沒有發(fā)生過大的改變了。原核生物（Prokaryote）曾經(jīng)被認(rèn)為只有細(xì)菌這一類，但后來發(fā)現(xiàn)還有一類古細(xì)菌（Archaea），其DNA復(fù)制機(jī)理和蛋白質(zhì)合成機(jī)制均和細(xì)菌有很大的不同，反而更像真核細(xì)胞，所以應(yīng)該單獨(dú)算一類。

換句話說，地球上的所有生命雖然看上去千奇百怪，但實(shí)際上僅有細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物這三大類，這是很不尋常的事情。要知道，生物進(jìn)化的一個最大特征就是復(fù)雜多樣，很多我們能夠想到的功能都不止一次地被進(jìn)化出來過。比如多細(xì)胞生物至少獨(dú)立地進(jìn)化出了5次，飛行能力至少獨(dú)立地進(jìn)化出了6次，眼睛更是獨(dú)立地進(jìn)化出了幾十次，為什么細(xì)胞本身反而只是獨(dú)立進(jìn)化出了3次呢？

萊恩認(rèn)為，這個問題和基因關(guān)系不大，必須從細(xì)胞的能量利用方式中去尋找答案。在他看來，近年來DNA的關(guān)注度太高了，讓大家忘記了能量對于生命而言有多么重要。細(xì)胞種類之所以如此之少，原因就是能量利用方式很難改變，這一點(diǎn)限制了細(xì)胞的想象力。

具體來說，目前已知的所有細(xì)胞的能量全都來自跨膜質(zhì)子梯度，即細(xì)胞膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度差異。這個差異導(dǎo)致了細(xì)胞膜兩側(cè)產(chǎn)生了電壓差，驅(qū)使質(zhì)子從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)移，能量就是在這個過程中產(chǎn)生的。

這個過程的學(xué)名叫作化學(xué)滲透偶聯(lián)（Chemiosmo-tic Coupling），其本質(zhì)就是前文提到過的氧化還原反應(yīng)，只不過中間加了個膜而已。最早發(fā)現(xiàn)此機(jī)理的是英國生化學(xué)家皮特·米切爾（Peter Mitchell），他因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)而獲得了1978年的諾貝爾化學(xué)獎。萊恩將米切爾稱為“繼達(dá)爾文之后最偉大的生物學(xué)家”，因?yàn)檫@個發(fā)現(xiàn)是繼進(jìn)化論、相對論和量子理論之后最為反直覺的科學(xué)理論。該理論剛被提出來時很多人都不敢相信，生命竟然采用了這樣一種既復(fù)雜繁瑣又極不可靠的能量利用方式。萊恩認(rèn)為，此事的原因就在于最早的生命采用的就是這種方式，而能量對于生命而言實(shí)在是太重要了，此后的所有生命形式只能繼續(xù)沿用這一方式，沒有任何試錯的余地。

順著這個思路，萊恩提出了一個大膽的猜想。他認(rèn)為地球上的生命很可能起源于海底的堿性熱液噴口（Alkaline Hydrothermal Vent），從噴口噴出的含有氫氣的堿性熱液遇到海水后形成了一個天然的質(zhì)子梯度，為含碳無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物提供了能量。與此同時，海底巖石內(nèi)部狀如海綿的細(xì)小縫隙為有機(jī)物提供了一個個小小的避風(fēng)港，這就是原始細(xì)胞的雛形。

但是，這種能量利用方式有個致命的缺點(diǎn)，那就是細(xì)胞膜表面積是有上限的。我們可以把細(xì)胞膜想象成太陽能電池板，板的總面積限制了總發(fā)電量的大小。根據(jù)簡單的數(shù)學(xué)原則，單位體積的細(xì)胞所能分配到的細(xì)胞膜表面積和細(xì)胞直徑成反比，也就是說，細(xì)胞的體積越大，細(xì)胞內(nèi)部每個細(xì)胞器所能分到的能量就越少，這就限制了原始細(xì)胞在進(jìn)化上的想象力。根據(jù)最新研究，細(xì)菌早在40億年前就誕生了，但直到今天細(xì)菌仍然是一種極為簡單的單細(xì)胞微生物，無論是細(xì)胞體積還是基因組都非常小。已知最大的細(xì)菌基因組只有1200萬個核苷酸（ATCG），這么小的基因組是很難支撐起任何復(fù)雜的生命形態(tài)的。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在距今大約20億年前，地球上首次出現(xiàn)了真核細(xì)胞，突破了細(xì)胞膜帶來的能量限制，從此地球生命發(fā)生了翻天覆地的變化，不但很快就進(jìn)化出了多細(xì)胞生物，而且還首次出現(xiàn)了有性生殖方式。最重要的是，衰老終于登上了歷史舞臺，成為只有真核生物才有的新性狀。所以說，要想理解衰老到底是怎么回事，首先必須搞清楚從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的，以及這個轉(zhuǎn)變究竟意味著什么。

萊恩認(rèn)為，原核向真核的轉(zhuǎn)變關(guān)鍵在于線粒體，這是專門為真核細(xì)胞提供能量的微型發(fā)動機(jī)，食物中的能量分子在線粒體中被氧化，產(chǎn)生的能量以三磷酸腺苷（ATP）的形式被釋放出來供細(xì)胞使用。這個過程仍然需要用到化學(xué)滲透偶聯(lián)反應(yīng)，因此線粒體所產(chǎn)生的能量同樣是和線粒體膜的表面積成正比的，但因?yàn)槊總€細(xì)胞內(nèi)都含有成百上千個線粒體，這就大大增加了膜的總面積，所產(chǎn)生的能量要比僅靠細(xì)胞膜產(chǎn)生能量的原核生物多得多。據(jù)統(tǒng)計，人體所有細(xì)胞內(nèi)的線粒體膜表面積加起來約有1.4萬平方米，大致相當(dāng)于4個足球場那么大，一個人的所有能量需求就是靠這1.4萬平方米線粒體膜的內(nèi)外壓力差來產(chǎn)生的。

關(guān)于線粒體的來源曾經(jīng)有過很多理論，目前是馬古利斯提倡的內(nèi)共生學(xué)說占了上風(fēng)。1998年，美國生物學(xué)家威廉·馬?。╓illiam Martin）在此基礎(chǔ)上又提出了一個更加具體的方案，被稱為氫氣假說（Hydrogen Hypothesis）。該假說認(rèn)為第一個真核細(xì)胞是由一個古細(xì)菌吞噬了一個細(xì)菌而產(chǎn)生的，這個古細(xì)菌是依靠氫氣生活的，而它吞進(jìn)去的細(xì)菌能夠生產(chǎn)氫氣，正好為宿主提供了最需要的東西。

一個細(xì)胞吞噬另一個細(xì)胞并不是什么新鮮事，但被吞進(jìn)去的細(xì)胞居然沒有死，還被宿主“招安”，成為宿主生命的一部分，則是極為罕見的事情。事實(shí)上，萊恩相信這樣的事情在地球生命的前20億年歷史中只發(fā)生過一次，屬于極小概率事件。但這個偶然事件卻產(chǎn)生了一個極具震撼力的后果，那就是真核細(xì)胞的誕生。如今地球上的真核細(xì)胞之所以如此相似，就是因?yàn)樗鼈內(nèi)紒碜?0億年前發(fā)生的那個極小概率事件。

如果萊恩的猜測是正確的，那就說明即使宇宙中的某個星球上真的出現(xiàn)了生命，也極有可能一直停留在單細(xì)胞細(xì)菌階段，無法進(jìn)一步進(jìn)化出復(fù)雜的多細(xì)胞生物，更不用說高級智慧生物了。換句話說，人類的出現(xiàn)是真正意義上的小概率事件，我們很可能是茫茫宇宙中的一群孤獨(dú)的智者。

關(guān)于宇宙生命的討論暫時告一段落。必須承認(rèn)，這一節(jié)內(nèi)容太多，邏輯相當(dāng)跳躍，可能不太容易理解。不過讀者不必理會，只需知道生命最重要的特征并不是遺傳，而是能量的使用，發(fā)生在20億年前的一次極小概率事件造就了第一個真核細(xì)胞，從此細(xì)胞的能量限制被打破，一系列震驚世界的大事件從此拉開序幕。

沒有線粒體就沒有性生活

讓我們把目光轉(zhuǎn)向20億年前，看看那個剛剛吞噬了另一個活細(xì)菌的古細(xì)菌究竟會如何行事。首先，被吞進(jìn)去的那個細(xì)菌進(jìn)入了一個非常安全的環(huán)境，迅速地繁殖起來。作為宿主的古細(xì)菌是樂見其成的，因?yàn)樗枰?xì)菌產(chǎn)生的氫氣為自己提供能量。漸漸地，這個細(xì)菌進(jìn)化成了原始線粒體，繼續(xù)為宿主提供能量。但這樣一來，宿主細(xì)胞內(nèi)便同時有了兩套基因組，一套負(fù)責(zé)細(xì)胞本身，一套負(fù)責(zé)線粒體，這就相當(dāng)于一個帝國內(nèi)部有了兩套領(lǐng)導(dǎo)班子，早晚要出事。

果然，處于劣勢的原始線粒體基因組首先投降了，線粒體內(nèi)部的基因片段不斷地跑出來，并被一一整合進(jìn)了宿主的基因組內(nèi)，這就相當(dāng)于線粒體把自身的控制權(quán)交給了宿主，看似對線粒體不利。但其實(shí)這是一件對雙方都有利的轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@樣一來線粒體在自我復(fù)制的時候就不必每次都復(fù)制一大堆基因了，這就加快了自身的繁殖效率，同時宿主也在這一轉(zhuǎn)換中節(jié)約了能量，減少了線粒體的維護(hù)成本。

但是，隨著越來越多的線粒體基因被整合進(jìn)宿主的基因組，一些細(xì)菌病毒也跟了進(jìn)去，并最終進(jìn)化成了內(nèi)含子（Intron）。內(nèi)含子的概念解釋起來比較復(fù)雜，讀者不必理會，只需知道它們是殘存的病毒片段就行了。內(nèi)含子的出現(xiàn)逼得宿主細(xì)胞進(jìn)化出了一層新的保護(hù)膜，把自己的基因組保護(hù)起來，這就是細(xì)胞核的由來。從此，真核細(xì)胞誕生了。

因?yàn)橛芯€粒體提供充足的能量，所以真核細(xì)胞終于可以養(yǎng)得起一個龐大的基因組了，于是真核細(xì)胞的基因組便越來越大了。比如人類基因組包含30億個核苷酸，是細(xì)菌基因組的數(shù)百倍。不過人類基因組還算小的，已知最大的真核細(xì)胞基因組含有1000億個核苷酸，這在原核生物中是不敢想象的。另外，由于線粒體是在細(xì)胞內(nèi)部活動的，這就打破了細(xì)胞膜總面積對能量生成的限制，于是真核細(xì)胞的體積也迅速膨脹起來。如今真核細(xì)胞的平均體積已經(jīng)達(dá)到了原核細(xì)胞平均體積的1.5萬倍！這是個巨大的變化，再像細(xì)菌細(xì)胞那樣“無組織無紀(jì)律”就不行了，于是真核細(xì)胞進(jìn)化出了很多不同類型的細(xì)胞器，比如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體和中心體等等，它們就像是細(xì)胞內(nèi)部的微器官，大大提高了真核細(xì)胞的組織性和紀(jì)律性，工作效率也大大增加。

換句話說，線粒體的誕生導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生了一系列連鎖反應(yīng)，為復(fù)雜生命的出現(xiàn)做好了準(zhǔn)備。這一過程很像是人類社會發(fā)明了農(nóng)業(yè)，食物來源有了保障，這才出現(xiàn)了復(fù)雜的社會分工和組織結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的國家，人類文明終于邁上了一個新的臺階。

隨著國家的擴(kuò)張，管理權(quán)不可能全都集中到中央政府手里，地方政府和機(jī)構(gòu)也要保留一定的自治權(quán)。同理，線粒體也并沒有把全部基因都轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，自己仍然保留了一部分DNA，這是因?yàn)椤盎瘜W(xué)滲透偶聯(lián)”是一個極其精細(xì)的化學(xué)反應(yīng)，對蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)的精確度要求特別高，這就要求線粒體基因組內(nèi)專門負(fù)責(zé)編碼這幾個酶的基因盡可能地靠近線粒體膜，以便能隨時針對外部環(huán)境的變化而迅速做出反應(yīng)。舉例來說，人類的線粒體基因組包含大約1.6萬個核苷酸，不到原來那個細(xì)菌基因組的百分之一，但卻包括13個重要基因，負(fù)責(zé)編碼能量生產(chǎn)過程所需的那幾個最重要的蛋白酶。

也就是說，經(jīng)過這么多年的進(jìn)化，如今的真核細(xì)胞內(nèi)仍然包含有兩套各自獨(dú)立的基因組，其中核基因組負(fù)責(zé)編碼組成線粒體的絕大部分蛋白質(zhì)，線粒體基因組則負(fù)責(zé)編碼線粒體中最重要的那幾個蛋白質(zhì)，兩者必須結(jié)合在一起才能組裝成一個完整的線粒體。但是，這兩套基因組畢竟是各自獨(dú)立的，于是它倆之間的相互配合便成了一個問題。

在討論這個問題之前，讓我們先來看看這兩個基因組各自都是如何保持健康的。

先來看核基因組。眾所周知，基因突變無法避免，這是生命進(jìn)化的原動力，沒有基因突變就沒有我們的今天。但是，絕大多數(shù)基因突變都是負(fù)面的，生物體必須通過自然選擇將其淘汰。細(xì)菌很容易解決這個問題，因?yàn)榧?xì)菌的基因組都非常小，而且細(xì)菌相互之間經(jīng)常交換基因，術(shù)語稱之為“基因水平轉(zhuǎn)移”（Horizontal Gene Transfer），這就保證了細(xì)菌基因組的流動性，便于“老天爺”看到單個基因的表現(xiàn)，然后從中篩選。但是，真核生物的基因組都非常大，即使分成了一個個染色體也都嫌太大了，再加上細(xì)胞核的保護(hù)，真核生物便沒法通過“基因水平轉(zhuǎn)移”來交換基因，于是基因的流動性就不存在了。如果真核細(xì)胞再像原核細(xì)胞那樣采取一分為二（即有絲分裂）的方式進(jìn)行繁殖，問題就來了。

假設(shè)有一條染色體，上面有個非常重要的基因，哪怕變一點(diǎn)都不行，這個基因后面跟著一個次要的基因，雖有好壞之分但卻沒那么重要，于是這個次要基因就相當(dāng)于攀了門高親，它再怎么差都不會被淘汰了。長此以往，染色體上的那些次要基因就會變得越來越差，這顯然是不行的。

真核細(xì)胞如何解決這個難題呢？答案是有性生殖。當(dāng)年達(dá)爾文在《物種起源》一書中極少談性，這當(dāng)然不是因?yàn)樗惺裁吹赖陆?，而是因?yàn)檫_(dá)爾文本人很難理解為什么大自然會進(jìn)化出有性生殖這件事，這樣不就把優(yōu)秀的個體特征稀釋掉了嗎？想象一下，假如有一頭長頸鹿進(jìn)化出了長脖子，能夠吃到樹頂上的葉子，這是很有優(yōu)勢的個體特征。但當(dāng)它和另一頭不那么高的長頸鹿交配后，生下的孩子應(yīng)該介于兩者之間，這不就等于丟掉了這個優(yōu)勢嗎？還有，從繁殖效率的角度來看，無性生殖顯然效率更高，有性生殖不但效率低下，甚至還要冒著找不到配偶的風(fēng)險，這是何苦來呢？

這個謎團(tuán)直到基因被發(fā)現(xiàn)后才逐步解開。原來，有性生殖過程當(dāng)中最重要的一步就是基因重組，也就是來自父母雙方的染色體兩兩配對，然后相互交換基因片段，這就相當(dāng)于打破了基因之間固有的綁定關(guān)系，讓基因“流動”了起來，只有這樣才能讓“老天爺”看到單個基因的表現(xiàn)，從而把表現(xiàn)差的基因清除出去。

換句話說，有性生殖雖然降低了繁殖的效率，但卻大大提高了核基因組的質(zhì)量，所以當(dāng)真核細(xì)胞出現(xiàn)之后，很快就進(jìn)化出了有性生殖。目前地球上所有的真核生物都會在生命的某個階段采取有性生殖的方式繁殖后代，沒有例外。

線粒體基因組的情況比較復(fù)雜。這是個很小的基因組，所以它肯定只能跟在核基因組后面走，逼著自己學(xué)會適應(yīng)有性生殖方式，沒有其他選擇。照理說，當(dāng)兩個性細(xì)胞彼此融合之后，線粒體肯定也會混雜在一起，如果一方帶來了不好的線粒體，就會被稀釋，從而躲過“老天爺”的篩選，于是包括人類在內(nèi)的絕大部分真核生物采取了一種極端的方式，即受精卵內(nèi)的線粒體全部由卵子提供，精子只負(fù)責(zé)提供核染色體，一個線粒體也不貢獻(xiàn)，這就避免了彼此遮掩的情況，便于大自然淘汰壞的線粒體。

但是，這是個過于簡單的解釋。事實(shí)上有很多生物采取了不同于人類的策略，即精子和卵子全都為受精卵提供線粒體，這是為什么呢？萊恩認(rèn)為，這是和線粒體的數(shù)量和突變率有關(guān)的。線粒體數(shù)量越多，突變率越大，就越會采取人類的方式。不過這里面的計算過于復(fù)雜，和衰老關(guān)系不大，本文不再贅述。

總之，萊恩證明線粒體的出現(xiàn)使得真核細(xì)胞的基因組變得非常大，于是真核生物進(jìn)化出了有性生殖，保證了基因的質(zhì)量不會下降。接下來，萊恩又用一套嚴(yán)密的邏輯論證了線粒體的出現(xiàn)為什么會導(dǎo)致衰老，這是這本書最精彩的篇章。

衰老是怎么回事？

在萊恩看來，衰老的核心就是核基因組和線粒體基因組的不匹配，這就是為什么只有真核生物才有衰老，原核生物都是永生的。

讓我們先來考察一下真核生物中的異類，也就是前文提到過的那個幾乎永不衰老的海綿（Sponge）。這是世界上結(jié)構(gòu)最簡單的多細(xì)胞動物，其體細(xì)胞的分化程度非常低。海綿平時不需要行動，所以海綿細(xì)胞內(nèi)的線粒體數(shù)量很少，工作效率也不高，因此海綿線粒體的突變率很低，不太容易出現(xiàn)壞的突變。

海綿的生殖分無性和有性兩種。無性生殖時，海綿身體的任何一個部位都能單獨(dú)發(fā)育成一個新的個體；有性生殖時也類似，其身體的大部分體細(xì)胞均能轉(zhuǎn)化成生殖細(xì)胞，然后兩兩交配，生成受精卵。因此，即使海綿身體的某個部分出了問題，其他健康部位立刻再生出一個新的就行了，這個過程可以一直持續(xù)下去，不會影響下一代的健康，因?yàn)閴幕蚨荚谶@一過程中被淘汰掉了。

如果真核生物都是像海綿這樣的簡單生物，那么衰老也許就不會出現(xiàn)了，但是，因?yàn)樗{(lán)藻細(xì)菌的貢獻(xiàn)，地球大氣在24億年前首次出現(xiàn)了氧氣成分。這是一種非?；钴S的氣體，它的存在極大地提高了生命的能量利用效率，具備行走能力的高等動物終于出現(xiàn)了，并且很快就獲得了進(jìn)化優(yōu)勢。此時再來考察一下線粒體的情況，就會發(fā)現(xiàn)高等動物是不能按照海綿的方式進(jìn)行繁殖的，因?yàn)楦叩葎游锏纳眢w結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜，對線粒體的質(zhì)量提出了更高的要求。

就拿人類來做個例子。人體細(xì)胞是高度分化的，各個器官分工協(xié)作，少一個都不行。如果某個器官的線粒體出了問題，導(dǎo)致這個器官出了毛病，那么整個人就都活不成了。為了防止出現(xiàn)這種情況，人類的受精卵變得越來越大，里面含有的線粒體數(shù)量達(dá)到了驚人的10萬個左右，這是因?yàn)槭芫言诜至褧r，線粒體是隨機(jī)被分配到兩個子細(xì)胞當(dāng)中去的。如果受精卵內(nèi)的線粒體數(shù)量太少，那么其中混有的壞線粒體就有可能在胚胎發(fā)育過程中被集中到某個后代細(xì)胞中去，導(dǎo)致某個組織或器官出現(xiàn)問題。只有當(dāng)受精卵的線粒體數(shù)量足夠大時，才有可能避免出現(xiàn)這種情況。

換句話說，高等動物高度分化的身體結(jié)構(gòu)對胚胎的早期發(fā)育提出了很高的要求，胚胎中的任何一個細(xì)胞都不能掉鏈子，否則就會影響整個器官，然后波及到全身。于是高等動物進(jìn)化出了超大體積的卵子，里面含有超多的線粒體，這就解決了胚胎發(fā)育的線粒體質(zhì)量控制問題。

另外，像人類這樣的陸地動物是需要滿地亂跑的，這種生活方式需要大量的能源，于是人類線粒體的工作效率非常高，繁殖速度非?？欤蛔兟室搽S之大大提升。已知人類線粒體基因組的突變率達(dá)到了核基因組的10～50倍，遠(yuǎn)高于海綿，于是人類體細(xì)胞中的線粒體出現(xiàn)壞變異的可能性變得非常大，不可能再像海綿那樣隨便從身上割下一塊肉就可以再生出一個新人了。于是，為了保證后代的線粒體的健康，人類進(jìn)化出了專門的生殖細(xì)胞系，在出生后不久便將它們凍結(jié)起來，不再參與任何生理活動，盡可能降低基因突變的可能性。比如人類的卵母細(xì)胞在女性胚胎發(fā)育的早期就被保護(hù)起來，成年后每次排出的卵都是從這幾個被保護(hù)起來的卵母細(xì)胞分裂出來的，其中的線粒體質(zhì)量有保證。

萊恩把這個現(xiàn)象總結(jié)成了一句話，叫作“不死的生殖細(xì)胞，短命的身體細(xì)胞”（Immortal germline，mortal body）。大意是說，生命就像一條河，流過的水分子每時每刻都不一樣，但河流的名字卻永遠(yuǎn)不變。細(xì)心的讀者一定會發(fā)現(xiàn)，這句話和前文提到過的“可拋棄體細(xì)胞”理論非常相似。沒錯，兩者本質(zhì)上說的是一回事，只是細(xì)節(jié)不同而已。

總之，萊恩認(rèn)為高等動物活躍的生活方式對能量提出了很高的要求，使得保護(hù)線粒體質(zhì)量成為一項(xiàng)重要任務(wù)，于是高等動物進(jìn)化出了相對獨(dú)立的生殖細(xì)胞系，它們完全不參與任何其他生命活動，專心負(fù)責(zé)繁殖。生殖細(xì)胞的存在解放了體細(xì)胞，讓后者可以盡情發(fā)育成身體所需要的樣子，比如肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和免疫細(xì)胞等等。這些高度分化的體細(xì)胞不必考慮自身的繁殖問題，它們唯一的工作就是幫助生殖細(xì)胞完成繁殖任務(wù)，之后就可以被拋棄了，這就是為什么所有動物的壽命都和發(fā)育期成正比，只要發(fā)育完成了，身體就沒用了。

那么，這些體細(xì)胞是如何被拋棄的呢？答案就是細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，所有真核生物的細(xì)胞凋亡全都遵循同一個模式，其核心就是線粒體。當(dāng)線粒體工作效率下降時，自由基便會泄露出去，這是一個信號，會觸發(fā)一系列生化反應(yīng)，導(dǎo)致呼吸作用停止，跨膜電壓消失，細(xì)胞徹底失去了能量來源，很快就被餓死了。

細(xì)胞凋亡機(jī)理剛被發(fā)現(xiàn)時，科學(xué)家們都不明白為什么線粒體會讓細(xì)胞自殺。萊恩則相信，這套細(xì)胞凋亡系統(tǒng)本質(zhì)上和細(xì)菌為了對抗噬菌體而進(jìn)化出來的細(xì)胞凋亡系統(tǒng)是一樣的。當(dāng)20億年前那個古細(xì)菌吞噬了細(xì)菌之后，這套系統(tǒng)便被帶入了宿主體內(nèi)，并承擔(dān)起了監(jiān)控線粒體質(zhì)量的任務(wù)。

前文提到，真核細(xì)胞內(nèi)存在兩套基因組，它們共同為線粒體編碼，這就相當(dāng)于同一個線粒體卻有兩張?jiān)O(shè)計圖紙，彼此之間必須配合得嚴(yán)絲合縫才能組裝成一個高質(zhì)量的線粒體。如果雙方因?yàn)槟撤N原因不再匹配了，生命體就必須將這個細(xì)胞除去，免得連累其他細(xì)胞，這就是為什么自由基泄露會啟動細(xì)胞自殺程序，因?yàn)檫@是線粒體質(zhì)量下降的標(biāo)志。

當(dāng)真核生物進(jìn)化到多細(xì)胞階段時，急需一套懲罰機(jī)制來管理那些不服從大局的細(xì)胞，于是這套細(xì)胞凋亡機(jī)制又被征用了，并在很多其他場合發(fā)揮了重要作用。比如我們的手在胚胎發(fā)育早期就是一團(tuán)均勻的肉球，然后肉球表面的四個細(xì)胞團(tuán)開啟了自殺模式，其余部分則繼續(xù)生長，這才長出了五根手指。如果這個過程沒控制好，開啟自殺模式的細(xì)胞團(tuán)多了一個，最終就會生出來一個六指兒。

成年后的多細(xì)胞生物也經(jīng)常需要依靠細(xì)胞凋亡功能來清除掉不合格的細(xì)胞，大部分癌細(xì)胞就是這樣被清除出去的。據(jù)統(tǒng)計，一個成年人每天都有600億個細(xì)胞是通過細(xì)胞凋亡被清除掉的，約占人體細(xì)胞總數(shù)的千分之一。

從這個例子就可以看出線粒體有多么重要。萊恩認(rèn)為，生命就是不斷地抵抗熵增的過程，這個過程每時每刻都需要消耗大量能量，一旦能量供應(yīng)跟不上能量需求，其結(jié)果就是衰老和死亡。作為真核細(xì)胞所需能量的唯一供應(yīng)商，線粒體掌管了真核生物的生殺大權(quán)，線粒體的健康極限就是真核生物的壽命極限。

既然如此，動物們只要進(jìn)化出高質(zhì)量的線粒體不就可以長壽了嗎？答案并不像大家想象的那么簡單。前文說過，線粒體的遺傳模式和核基因組不一樣，雙方必須相互配合才行。高等動物受精卵中的線粒體全都來自卵子，但核基因組卻有一半來自精子，因此卵子的每一次受精都是撞大運(yùn)，碰上合適的精子皆大歡喜，碰上不合適的就會倒霉一輩子，所以大多數(shù)高等動物都學(xué)會了對受精卵進(jìn)行預(yù)篩，即把不合格的胚胎剔除出去，這樣就不會浪費(fèi)資源了。對于人類來說，這就是流產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，人類有大約40%的妊娠是以流產(chǎn)告終的，很多流產(chǎn)就連母親都覺察不出來。萊恩認(rèn)為，其中很多流產(chǎn)的原因就是線粒體基因組和核基因組不匹配，導(dǎo)致線粒體質(zhì)量出了問題。

但是，基因組之間的匹配沒有最好只有更好，線粒體的質(zhì)量究竟要達(dá)到什么樣的標(biāo)準(zhǔn)才能不被篩除呢？答案必須依照動物的生活方式來決定。比如，飛行需要耗費(fèi)大量的能量，因此所有會飛的動物對線粒體質(zhì)量的要求都非常高，這就是為什么絕大多數(shù)鳥類對于配偶都極為挑剔。很多進(jìn)化生物學(xué)家都對雄鳥為什么會進(jìn)化出如此艷麗的羽毛感到不解，達(dá)爾文曾經(jīng)說過，他每次想到孔雀的羽毛就“感到惡心”，因?yàn)檫@件事太不符合進(jìn)化論的預(yù)期了。但在萊恩的理論體系里，這件事變得很容易解釋。雄鳥羽毛上的色素是很難合成的，需要高質(zhì)量的線粒體提供能量，所以萊恩認(rèn)為雄鳥羽毛其實(shí)就是展示自己線粒體質(zhì)量的一個廣告牌。

還有一點(diǎn)也很重要，那就是雄鳥的性染色體是ZZ，雌鳥是ZW，和人類正相反。很多和線粒體有關(guān)的基因都在Z染色體上，所以雌鳥的線粒體基因大都來自父親，這就是為什么鳥媽媽在擇偶時必須十分挑剔，否則她的女兒就會遭殃。不過，挑剔的結(jié)果就是鳥類的生殖能力相對較低，一只雌鳥一年往往只能生一窩。

再來看看小鼠的情況。小鼠的生活范圍很小，也不用飛，不需要特別優(yōu)質(zhì)的線粒體就能活得很好，如果母鼠也像鳥媽媽那樣挑剔的話，就沒有必要了。于是，小鼠對于胚胎質(zhì)量的要求要比鳥類低很多，其結(jié)果就是小鼠的體力雖然不如鳥類，但繁殖力比鳥類強(qiáng)。

總之，真核生物的生命就是一場體力（Fitness）和繁殖力（Fertility）之間的較量，兩者是一對天生的矛盾，魚和熊掌永遠(yuǎn)不可能兼得。這場競爭最終一定會達(dá)成某種平衡，平衡點(diǎn)的位置取決于該生物的生存策略。

萊恩的這套理論很好地解釋了為什么鴿子和小鼠的體重差不多，新陳代謝速率也相近，但絕對壽命卻相差10倍，原因就在于鳥類的線粒體質(zhì)量高，其自由基泄露速度是同等體重的哺乳動物的十分之一。有趣的是，唯一會飛的哺乳動物蝙蝠的線粒體質(zhì)量和鳥類更相似，壽命也相應(yīng)地比同樣體重的小鼠長很多。

這套理論還解釋了為什么饑餓療法、鍛煉身體和低碳水化合物飲食會延緩衰老，原因都是自由基。研究結(jié)果證明，人在饑餓、運(yùn)動和低碳飲食時，其線粒體的工作效率會更高，自由基就更不容易泄露。

總之，萊恩認(rèn)為衰老的原因就是線粒體基因組和核基因組之間的不匹配所導(dǎo)致的線粒體質(zhì)量下降，自由基隨之泄露，損傷了細(xì)胞，觸發(fā)了細(xì)胞凋亡。之后，如果自殺的細(xì)胞被新細(xì)胞替換，皆大歡喜，這就是年輕時的狀態(tài)；如果來不及替換，活細(xì)胞的數(shù)量就會越來越少，這是老年時的狀態(tài)；如果細(xì)胞凋亡過程出了問題，導(dǎo)致這個細(xì)胞沒有死透，只是失去了分裂能力，它就會變成前文提到過的衰老細(xì)胞，導(dǎo)致一系列問題。

線粒體有沒有可能永遠(yuǎn)保持健康？答案是否定的。因?yàn)榛蚩偸菚l(fā)生變異，兩套基因組不配合的情況一定會發(fā)生。不過人體是不在乎這個的，因?yàn)樯臣?xì)胞早就被保護(hù)起來了。當(dāng)繁殖任務(wù)完成后，身體再怎么衰老就無所謂了。

再拿人類的文明發(fā)展做個類比。狩獵采集階段人類都是以小團(tuán)體的方式生活的，團(tuán)體規(guī)模很長時間都沒有變化，這就是原核生物。當(dāng)人類發(fā)明出農(nóng)業(yè)后，食物來源有了保障，于是就出現(xiàn)了大型部落，進(jìn)而出現(xiàn)了國家，這就是真核生物和高等動物。國家內(nèi)部復(fù)雜的機(jī)制早晚會出亂子，于是再強(qiáng)大的國家也有被滅的時候，這就是身體的死亡。但人類文明并不會因此而中斷，因?yàn)槿诉€活著，只是換了個國號而已，這就是生殖細(xì)胞的永生。

讀到這里也許有人會問，大自然為什么沒有進(jìn)化出另一套能量生產(chǎn)方式，杜絕兩套基因組之間的不匹配現(xiàn)象呢？萊恩認(rèn)為，這個結(jié)果恰好說明進(jìn)化是沒有遠(yuǎn)見的，而是缺乏頂層設(shè)計，走一步看一步，出現(xiàn)一個問題就解決一個問題，然后再去迎接新的問題，最終的結(jié)果就是我們今天看到的一團(tuán)亂麻。生命就是這樣一步一步走到了今天，今后也將會按照這個方式繼續(xù)一步一步地走下去。未來的世界將會怎樣？誰也無法預(yù)測，這就是生命最有魅力的地方。

結(jié)語

說到長壽，人類其實(shí)是最沒有資格抱怨的靈長類動物。我們的壽命幾乎是黑猩猩的兩倍，其他靈長類動物更不是我們的對手，人類可以說已經(jīng)達(dá)到了靈長類的極限，這是為什么呢？答案可以從人類的生活方式中去尋找。

現(xiàn)代智人誕生于非洲大草原，祖先們的絕對速度不如獵豹，絕對力量不如獅子，雖然學(xué)會了使用工具，但原始工具的作用有限，他們憑什么稱霸非洲？答案就是長跑。我們的祖先是非洲草原上長跑成績最好的選手，這項(xiàng)技能對線粒體的質(zhì)量提出了很高的要求。事實(shí)上，人類的線粒體質(zhì)量是靈長類動物當(dāng)中最好的，這就是人類長壽的奧秘。

人類的長壽帶來了諸多好處。比如，人類嬰兒的大腦可以有充足的時間發(fā)育，少年們可以有充足的時間學(xué)習(xí)知識，成年人可以有充足的時間發(fā)明創(chuàng)造出新的技能。我們甚至可以說，正是因?yàn)殚L壽，我們的祖先這才有了充足的時間，慢慢進(jìn)化出了超高的智商，最終成為了地球的主人。

（參考資料：《The Vital Question：Why Is Life The Way It Is？》，Nick Lane；《Life Ascending：The Ten Great Inventions of Evolution》，Nick Lane；《Crack the Aging Code》，Josh Mitteldorf & Dorion Sagan；《Aging-The Paradox of Life》，Robin Holliday；《A Life Decoded，My Genome，My Life》，Craig Venter；《Epigenetics of Aging》，Trygve Tollefsbol）