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動植物的衰老與抗衰老之謎

2019-06-11 08:39宇辰
科學(xué)24小時 2019年5期
關(guān)鍵詞:蜂王漿工蜂老化

宇辰

科學(xué)家認(rèn)為,老化并非不可避免,動植物多樣化的衰老方式也表明,衰老是可以控制的。

人類是漸漸衰老的,但有些動物在生命的最后一刻才會突然衰老,然后死亡。而另一些動物根本就不會衰老。例如,細菌以對稱的方式繁殖,1個細菌分裂成2個,2個分裂成4個,4個分裂成更多。對于它們來說沒有父代和子代的區(qū)別,那么“老化”對于細菌又有什么意義呢?

在蔚為大觀的生物界中,生命跨度的長短也有著天壤之別,蜻蜓通??梢曰?個月,蜉蝣成蟲后最多只能活1天。我們?nèi)祟惖钠骄鶋勖鼮?0多歲,而銀杏樹的分生組織則可能擁有數(shù)百萬年的壽命。從地球生命的共同祖先繼承而來的老化遺傳機制廣泛存在于不同的物種中,小到肉眼看不見的酵母菌,大到大海中的巨無霸——鯨魚都會老化。但不同物種的生存時間的跨度卻可從數(shù)小時(酵母菌)到數(shù)千年(紅杉林和顫楊)。

不僅生命的長度有著天壤之別,生命衰老的模式也各不相同。衰老可以以穩(wěn)定的速度貫穿于整個生命過程之中,如大多數(shù)蜥蜴和鳥類;但也存在在長時間內(nèi)都不會變老但突然死亡的生命過程,如動物中的蟬和植物中的龍舌蘭。

致使人類衰老的“體內(nèi)殺手”行動“詭秘”,就像一種慢性毒藥,而某些物種的體內(nèi)殺手則能更快地完成它們的行動,還有一些物種似乎根本就沒有基因死亡計劃。衰老模式的多樣性是由自然選擇導(dǎo)致的,并非是一個恒定的定律。

隨著人類年齡的不斷增長,死亡的風(fēng)險也會增加,這是老齡化的第一個指標(biāo),被稱為“衰老加速”。其他物種有不同的模式,例如死亡概率可能先會增加,然后趨于“衰老減速”,甚至進入一個平穩(wěn)期。如果以此來定義衰老,我們可以說這個物種不會衰老;如果死亡率比前一年更低,那么這個物種是在“負(fù)衰老”、“逆向衰老”或“衰老逆轉(zhuǎn)”。

老齡化的第二個客觀指標(biāo)是生育率下降。男性在成年后會逐漸喪失生育能力,而女性生育能力的下降速度更快,在絕經(jīng)期后下降至零。但是不同的物種有不同的生育模式和不同的生育率下降時間表。與人類不同的是,某些物種在生命的大部分時間里生育率都在增長,這是另一種形式的“衰老逆轉(zhuǎn)”。

大自然的任意而為,造就了不同的生命跨度和衰老模式,每個物種都能很好地適應(yīng)其生態(tài)環(huán)境,生命世界的衰老與抗衰老模式多種多樣,精彩紛呈。

瞬間衰老模式:生殖后突然死亡

在自然界中,生殖周期結(jié)束后,衰老突然降臨繼而死亡的物種是很常見的,如蜉蝣、章魚和鮭魚,還包括成千上萬的開花植物。生物學(xué)家把這樣的生命事件稱為“終生一胎”。

“終生一胎”的物種衰老和死亡的模式各不相同。章魚會停止進食而死。雄性螳螂會做出最后的繁殖犧牲,將自己作為食物奉獻給雌性伴侶。而當(dāng)成年鮭魚到達產(chǎn)卵地時,它們的新陳代謝就開始出現(xiàn)最后的崩潰狀態(tài):腎上腺分泌大量類固醇(糖皮質(zhì)激素),在瞬間加速老化。類固醇導(dǎo)致免疫系統(tǒng)崩潰,真菌感染,循環(huán)系統(tǒng)受損,動脈病變,最終給身體造成致命傷害。有趣的是,其中的某些癥狀與人類因衰老引起的心臟病癥狀相類似??梢娺@些物種通過遺傳基因,將導(dǎo)致衰老和死亡的一連串變化的時間巧妙地設(shè)定在產(chǎn)卵之后。

植物的長壽秘訣:分生組織

世界上最長壽的生物是植物。與到處走動的動物相比,它們不必?fù)?dān)心腿部肌肉是否足夠支持行走,它們可以在固定的地方長得更旺盛,活得更長久。

當(dāng)然,植物還有另一個長壽秘訣。動物是由與身體其他部分分離的性細胞或生殖細胞系產(chǎn)生下一代的,而植物和動物雖然一樣,都有干細胞,但不同的是,植物的干細胞不僅能讓植物生長,還會產(chǎn)生種子和花粉,這些種子和花粉注定會成為下一代。植物的干細胞存在于樹皮下的薄層中,稱為“分生組織”。分生組織延伸到植物的每一個枝杈上,生出新葉、花朵和種子。一些銀杏樹和某些不開花樹木可以追溯到二疊紀(jì)時期,它們的分生組織可能已有數(shù)百萬年的歷史。

但大多數(shù)植物都有各自不同的壽命,臨近壽命年限的植物死亡率也會逐年增加。此外,植物也更容易受到真菌和疾病等的侵害。

水母和六足甲蟲的長壽秘訣:返老還童

2010年,一則科學(xué)新聞介紹了一種被譽為“不朽的水母”的生物——燈塔水母。成年燈塔水母在產(chǎn)卵后會“返老還童”,重新回到幼年時的息肉階段,并開始新一輪的生命。

還有一種叫作“黑斑皮蠹”的六足甲蟲,它們誕生于森林的動植物殘骸中,一生會經(jīng)歷六個不同的幼蟲階段。1972年,美國威斯康辛大學(xué)的昆蟲學(xué)家在試管中分離出了第六階段的幼蟲。這一階段是它們蛻變?yōu)槌上x的最后階段,這時如果沒有充足的食物供給,它們會后退成為第五階段的幼蟲。如果一直都找不到食物,它們就會一直收縮倒退,直到看起來就像新孵化出來的蛆。之后,如果有食物,它們將繼續(xù)經(jīng)歷這六個發(fā)育階段,成為正常壽命的成蟲。研究發(fā)現(xiàn),它們能夠不斷重復(fù)這個循環(huán)。若有食物,它們會發(fā)育到第六階段;如沒有食物,它們則會“返老還童”回到第一階段。通過這種辦法,它們的壽命可以從短暫的8周延長到2年。

水螅的抗衰老秘密:干細胞克隆重生

水螅的觸須被切斷后還會長回來,這是水螅擁有的奇特的再生能力,正因如此,它們似乎不會老死,捕食動物或疾病對它們似乎也不會構(gòu)成太大的威脅。人體中的某些細胞,如血細胞、皮膚和胃粘膜等會不斷脫落和再生,而水螅的整個身體就像這類人體細胞一樣,每隔幾天就從干細胞上再生出來。不過水螅的再生細胞有些會脫落死亡,有些會長到足夠大,然后從本體中萌生出一個新的水??寺◇w,這是一種令人驚嘆的古老的無性繁殖方式。

蜂后的長壽秘訣:蜂王漿

蜂后和工蜂有著相同的基因,但壽命卻大不相同。工蜂活幾周就死了,而蜂后可以活上幾年甚至幾十年。蜂后的長壽秘訣是蜂王漿,它不僅能為蜂后提供生存所需的營養(yǎng)物質(zhì),還可以讓蜂后停止衰老。在一個新的蜂巢建立之初,保育工蜂會選擇一只幼蟲用蜂王漿哺育,蜂王漿中的一些特殊化學(xué)物質(zhì)可讓這只幸運的小蜜蜂長成蜂后,而不是工蜂。蜂王漿賦予蜂后極度發(fā)育的性腺,蜂后一生可能會與十幾只雄蜂交配,并將它們的精子儲存起來以備未來的繁殖所需。

蜂后每天大約產(chǎn)卵2000個,這些卵的重量甚至比它的體重都要重得多。巨大的產(chǎn)卵數(shù)量,導(dǎo)致成年蜂后體重過重而無法飛行,成為一臺單純的生殖機器。雖然蜂后的基因與工蜂的基因完全相同,但卻不會出現(xiàn)衰老跡象。如果蜂箱健康穩(wěn)定,蜂后可以活上幾十年,可謂動物界不朽的奇跡。

衰老方式的多樣化表明,自然界能夠任意打開或關(guān)閉衰老開關(guān)。無論我們提出何種老化理論,最好的理論都應(yīng)該為衰老現(xiàn)象的可塑性、多樣性留出足夠的空間。

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