人类从来没有停止过对长生不老的探索:从科学尚未萌芽的故事,秦始皇派徐福去仙山找蓬莱方丈寻找长生不老药,到对“冰冻时代”的追求,干细胞相关的研究,甚至是人工脑项目,无不透露着人们对长生不老的渴望。
199人的平均寿命从十几岁开始就超过了70岁,显示出长寿的趋势。这样,如果我们努力工作,将来有一天我们可能活到500岁。然而,科学研究告诉我们,目前人类生命的最高极限,即“生物寿命”,仍保持在130岁左右,这似乎是一个极限。显然不仅是人类的衰老和死亡,而且随着越来越多长寿动物的发现,人们开始重新审视衰老。有些人认为衰老和死亡是进化的产物,永生是生命的内在属性。
谷歌用超级计算机设计了一个可以自主学习的人工神经网络机器人。谷歌人工智能将以模拟人脑学习和思考的方式,从谷歌庞大的数据库和媒体中寻找问题的答案。2015年6月,当被问及我们为什么活着时,答案是“为了永生”
我们可以认为这是机器人的胡言乱语,但我们应该认真思考衰老,它似乎不利于生物体的生存,以及为什么它在数百万年的生命进化后仍然存在。
提到“永生”,你可能会想到过去几年的“净红”生物——灯塔水母这种低等海洋无脊椎动物于19世纪首次在加勒比海被发现。当时,没有人认为这种指甲大小的透明钟形小生物具有人类长期追求的能力。
信标水母
|在20世纪末,动物学家费尔南多·布埃罗意外地发现,这种不到5毫米的生物在水箱中的水干涸后变成了水螅。当水分状况恢复后,它们会重新生长成水基质。由于实验的精确性,布埃罗再次排水,并仍然观察到母水体像一个水状体的转变。这里我们需要对水母的生命周期有一个简单的了解水母
的幼体被称为扁藻(b)受精卵形成的胚泡通过内陷、迁移和分层形成漂浮的幼虫然后,漂浮的波浪幼虫被固定在其他物体上,生出出口和触须,并发育成珊瑚虫(c)在那之后,它最终通过层积作用(d,e)和ephyra (f)生长成水母(g)资料来源:Tamar Lotan
后来,意大利研究人员Piraino对4000只灯塔水母进行了转化诱导实验,以测试它们是否能在不同的极端环境下逆向生长,包括饥饿、水温突然升高或降低、物理和机械损伤以及水盐度的变化。结果表明,信标水母在上述环境中有不同程度的水化现象。
这个结果无疑是惊人的!“死亡”灯塔水母腐烂和重组的细胞它的钟形伞和触须逐渐退化成水螅,然后附着在某个表面,再长回水母。理论上,美杜莎灯塔可以从水生矩阵转化为水螅的次数没有限制,这意味着只要它们不断重复这一过程,它们就可以不断重生,从而获得无限的寿命。这一发现为人类开启了永生之门。
典型的水母幼虫会变成锚状水螅,但有些水母会跳过某些阶段或一直停留在水螅阶段。
信标水母并不是唯一可以再生的水母。2011年,一名中国海洋生物学学生观察到一只新的水螅在水母死亡三个月后从上面生长出来。研究人员在大约五种水母中发现了这种再生过程。
为了理解这一机制,让我们用放大倍数的透镜来观察信标水母反向生长过程中的细胞变化。
黑圈:正常情况下,水母从卵中出生,成长为幼虫,在它们能自由游动之前会变成水螅。
橙色圈:灯塔水母不受生命周期的限制。如果环境急剧变化,它们会变回水螅。
在正常情况下,胚胎向浮波幼虫或从幼虫向水螅状体转化的发育路径是不可逆的,但灯塔水母的细胞可以激活反向返回的开关。例如,当信标水母的水母回到它的婴儿期时,它的肌肉细胞将关闭或开启一些基因来重新表达它们,细胞将回到干细胞的状态。然后干细胞会在水螅体内重新形成其他类型的新细胞,形成新的组织和器官。
这打破了体细胞不能转化为多能干细胞的长期观点。后来,日本科学家山中伸弥成功地将小鼠体细胞诱导成多功能干细胞,并因此获得2012年诺贝尔生理医学奖。
将小鼠皮肤细胞诱导成多功能干细胞后,将细胞植入早期胚胎,代孕小鼠成功孵化出新的小鼠
。当然,信标水母并不总是会变回膝盖形状的身体人体内的这种机制只有在环境极其恶劣或人受伤或严重生病时才会被触发。从这个角度来看,信标水母的永生机制在某种程度上更像是一种自我保护策略。当然,如果灯塔水母被天敌吃掉,就没有办法再生它。
另一方面,信标水母永生的能力不适合描述。确切地说,它应该是“返老还童”,但也令人羡慕。只要你永远活着,永远保持青春真的只是一种幻想吗?这时,在拯救了我们的胃之后,一种美食又出现了。你能想象餐桌上海鲜的宠儿龙虾实际上具有“不朽”的特殊功能吗龙虾就像一个正在探索不朽奥秘的扫地和尚。
是否正在老化,仅靠肉眼是无法观察到的,许多生物不会像人类一样有白发和皱纹。一些研究发现,随着龙虾年龄的增长,其速度、体力、食欲、繁殖等指标并没有显示出下降的趋势,也就是说,它没有显示出任何明显的衰老迹象,而且年龄较大的龙虾甚至比年龄较小的龙虾更有生产力。即使龙虾已有100年历史,它仍然可以食用、饮用、生吃、健康美味。
话虽如此,目前还没有科学的方法来测量龙虾的年龄,所以你不能确定你面前的龙虾(被做成美味的食物)是否比你老。龙虾通过脱壳生长。每次它们换壳,龙虾的体积都会增加大约20%然而,因为龙虾的去壳非常彻底,包括消化道和胃的研磨,它也会脱落而不会留下任何坚硬的部分,所以不可能通过检测去壳痕迹来估计年龄。
龙虾去壳生长由于龙虾一直在生长,有时用龙虾的大小来判断它们的年龄尽管龙虾的生长速度在不同的环境中有所不同现在人们认为,体重1磅(约454克)的龙虾通常是5至7岁,而在华氏70度(约21.11摄氏度)饲养的龙虾在不到两年的时间里可以长到2磅。
一只龙虾在一岁前可以剥44次壳。7岁时,炮击速度减慢,从一年一次降至此后每两到三年一次。随着外骨骼脱落,它们会变得更大。有记录以来最大的龙虾是1977年在新斯科舍海岸捕获的,重约44磅(约20公斤),长约3.5英尺(约1米)波士顿大学的杰拉德·阿特玛教授研究龙虾已经有几十年了,他想测试一下龙虾的生长极限他喂了一只龙虾,这只龙虾已经长到15磅(约13.6公斤),没有任何天敌或病原体。也许几十年后,我们可以和阿特马尔教授或他的继任者确认一下,看看这只大龙虾的表现。
信标水母和龙虾都死了。他们不是不朽的,但他们的死亡不是由衰老引起的。它可能是生活环境的突然变化,也可能是猎物。对于龙虾来说,去壳会消耗能量。去壳的龙虾会变弱。一些研究认为,每年大约有10-15%的龙虾在蜕皮过程中死于衰竭。
它们受损的壳有时会被细菌感染,细菌会渗入龙虾壳并形成疤痕组织。这种疾病会将甲壳类动物的身体附在甲壳类动物身上,从而将其捕获并杀死。那么为什么龙虾不能变老呢?让我们先来看看衰老的分子机制。
在细胞的染色体末端有一个短的多重复非转录序列和一个由一些结合蛋白组成的特殊结构,称为端粒,主要起保护染色体免受细胞损伤的作用。相应地,有一种酶可以合成端粒DNA序列,称为端粒酶
端粒(紫色标记)如果不激活端粒酶,
人类体细胞将失去50-200bp长度的端粒,在此过程中端粒将缩短当端粒缩短到一定长度时,它们不再能保护染色体,染色体开始受损。损伤前细胞分裂的数量被称为hayflick极限。这时,细胞将停止分裂并变老。
端粒就像一个“时间延迟”的融合体,在一定数量的细胞分裂后被耗尽。当端粒变得太短时,原始的封闭结构就不能形成。据信,当细胞检测到这种结构时,它们将开始老化,停止生长或凋亡,这取决于细胞的遗传背景。
端粒长度与年龄的关系年龄越大,端粒越短。
,但如果将端粒酶基因导入正常细胞,细胞寿命将大大延长。这一结果首次为端粒生物钟理论提供了直接证据人类端粒酶只存在于某些类型的组织中,其水平将在未来几年下降。所以人们会出现衰老现象
和1998年的一项研究表明,龙虾在晚年仍能保持端粒酶活性,端粒酶在所有类型的组织中都有发现。这也许可以解释为什么龙虾可以长到一生。由于端粒酶的供应是稳定和一致的,龙虾不会接近海弗利克极限,这意味着它们的细胞将保持原始、年轻和不断分裂。因此,龙虾的持续生长没有问题。
端粒随着细胞分裂次数的增加而缩短,最终细胞分裂停止
。如果端粒酶在人类细胞中重新表达,会发生什么?细胞将继续分裂并癌变。这为我们提供了一种治疗癌症的新方法。端粒酶是肿瘤细胞永生化的必要条件,因此可以作为抗肿瘤药物的良好靶点。端粒酶具有维持细胞健康和控制癌变的双重作用,是抗衰老和癌症治疗研究的重要领域。既然有些动物可以永生,这表明衰老和死亡不是生命的必要选择,为什么高等动物如哺乳动物和鸟类不能永生呢?
德国动物学家魏斯曼首先理解了衰老理论,并说他认为,大自然设计了一种死亡程序,将自然中的老人移走,为后代腾出空间,并为年轻一代释放更多的资源。衰老的个体不仅无用,而且对整个种族有害,因为他们占据了良好的空间和资源。最广泛接受的老化理论是进化老化理论魏斯曼提出的程序性死亡理论解释了为什么生命进化会导致衰老,而进化衰老理论强调自然选择不会影响生物体的后期生活。
|彼得·梅达尔在1991-1952年提出了突变积累假说他认为衰老是由有害的突变基因引起的,这些基因在动物体内无法被自然消除。自然界中每个生物都有选择的压力。在自然竞争中,生命早期表达的有害基因将被消除。然而,生殖后表达的有害基因不会被消除,因为在生命的最后阶段,个体生物已经将基因传给了它们的后代,选择压力已经降低。当有害突变逐渐积累时,衰老就会发生。例如,早衰将被消除,老年痴呆症将在没有任何选择的情况下发生。多年后,乔治·威廉姆斯推出了这一假说,并提出了多效应对抗理论。他认为衰老是多效基因选择的结果。自然选择偏好不仅能增加中青年个体的适应度,还能促进老年个体的老化等位基因,有利于生物繁殖。理论
预测推迟生育年龄可以延缓衰老。有些人用果蝇做了一个实验。他们阻止幼果蝇交配,只允许老果蝇繁殖。结果,发现果蝇种群的老化被延迟。然而,与正常果蝇相比,这些长寿果蝇在早期也表现出繁殖能力下降,这在一定程度上支持了基因多效应理论。
除了这些广为接受的理论外,其他人认为衰老是由分子和细胞水平的损伤累积引起的为了平衡生殖和维持体细胞的需要,自然选择往往会增加生殖竞争优势,减少体细胞的维持。换句话说,衰老是有限的基因维持和修复的直接结果。
但是由于生命是可以创造的,它可以从受精卵进化成高度复杂的有机有机体。从技术上讲,如果生活要实现自我修复,它会比创造它更复杂吗?显然,维护比建设容易得多,这也是矛盾的。
在进化过程中,什么东西对生物体有用并不重要,重要的是对基因有益,因为基因应该是遗传的。换句话说,如果繁殖能让物种变得更强壮、更有弹性,那么死亡就是一件非常有价值的事情。
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