誰是自然界「不老」的王者?

長生不老,究竟是虛幻的空中樓閣,還是通過科學手段最終能夠實現的目標?自然界真的存在長生不老的生物嗎?我們自己又是否具備不老的潛力呢?

谁是自然界“不老”的王者?

生老病死是每個人都要面對和經歷的場景,在人類歷史上,從不缺少長生不老的夢想。從秦始皇煉丹和尋找長生不老藥開始,到現在有人提出,通過將人類神經系統儲存在計算系統中實現意識上的永生,也有人試圖通過肉身冷凍,等待科學突破了生命的終極奧秘再復活迴歸未來社會。

世界上真的有生命曾經實現過長生不老嗎?長生不老,是用來忽悠人的虛幻的空中樓閣,還是我們通過科學手段最終能夠實現的目標?從大自然中,我們是否能夠窺見長生不老的奧秘?本文將帶你一探究竟。

“長生不老”的科學定義是什麼?

在開始討論自然界抵禦衰老的王者之前,我們首先要弄清楚衰老和所謂“長生不老”的定義。目前學術界普遍接受的定義是:衰老是指隨著年齡的增加,身體機能逐漸退化(從進化的角度,生育能力的退化最受關注)而導致的死亡概率的增加。那麼“長生不老”是不是指“死亡概率為零”呢?答案是否定的。“長生不老”是指隨著年齡增加而保持死亡概率不增加。

為什麼死亡概率不可能為零呢,因為在自然條件下,對於一個物種來說,總有個體因為感染、饑荒、寒冷、被捕食等原因殞命,產生一定的死亡率,這與衰老無關。舉個例子,357年前,清朝順治皇帝得了天花,23歲早逝,很顯然這與衰老無關;而他的兒子康熙終年68歲,在位六十一年零十個月,是中國歷史上在位時間最長的皇帝,當屬“吾皇萬歲萬歲萬萬歲”的典範。

扣除外界因素,由內因引起的死亡概率的增加才可以記在衰老的賬上。所以,我們說的長生不老,並不是“長生不死”,更準確的說法應該是“長生不衰”,即沒有身體機能的退化和由此導致的死亡率增加。

明白了這個概念再來看下圖(圖1)。雖然人類的死亡率在青春期有明顯攀升,但這個時期身體還未完全發育成熟,談退化好像不夠資格,亦或未老先衰讓人感情上難以接受,所以青春萬歲,不談衰老;而人到中年之後,那段持續飆升的曲線伴隨著鏡子裡不斷後移的髮際線就是毫無爭議的衰老詠歎調啦。

谁是自然界“不老”的王者?

圖1. 人類死亡率(log轉化)與年齡的關係(圖源:mortality.org)

老而不衰是為王,王者何在?

我們知道,衰老是所有人共同的宿命,有長壽的個體,卻沒有“不衰”的個體。衰老同時也是大自然中大多數物種的共有特徵,然而在地球生命上億年壯闊的進化史中,卻實實在在存在著可以“凍齡”的王者。在尋找這樣的王者時,筆者常常訴諸於兩份資料庫,一份是2014年發表在Nature雜誌上的文章《Diversity of ageing across the tree of life》[1],另一份則是記錄了超過3000個物種壽命、生活史和其中700個物種代謝數據的數據庫Anage: The Animal Aging and Longevity Database[2]。

2014年的Nature神作正文只有一張圖,展示了不同物種生育能力和死亡率隨著年齡變化的情況,讓我們見識到了自然界中不同物種在衰老這個命題上的多樣性。圖2中以紅框突顯的小圖描繪了秀麗線蟲的衰老,其中藍線代表生育能力,紅線是在當前年齡的死亡概率。隨著時間的推移,線蟲生育能力(藍線)迅速退化,在生命的後半段降到零值,而死亡概率(紅線)卻不斷增加,直至生命的終點。秀麗線蟲是實驗室中研究衰老機制常見的模式生物,代表了自然界中老老實實執行生老病死程序的大部分物種。圖2中還有其它17種生物,它們的死亡概率(紅線)均隨時間的增長有不同程度的升高。

谁是自然界“不老”的王者?

圖2. 自然界中大多數物種遵循隨年齡增加,死亡率升高的衰老法則(圖源:參考資料[2])

要尋找自然界中有“凍齡“能力的物種,我們需要尋找隨著時間的推移,紅線不向上走而藍線不向下走的物種。

谁是自然界“不老”的王者?

圖3. 青春永駐的水螅(圖源:參考資料[2]及wikipedia.org)

很快,我們找到了抗衰老軟體王者——水螅(圖3,左),它在2014年Nature文章中的壽命計量單位竟然是世紀。隨著年齡的增加,它的死亡概率(紅線)和生育能力(藍線)完全不變,是一條直線(圖3,中)。水螅很小,身體主體的管狀部分只有1cm長,在環境良好、食物充足的時候可以進行無性生殖,每兩天長出一個小芽;在低溫或者食物匱乏的情況下,它們就進入有性生殖的循環(圖3,右)。水螅老而不衰的秘訣就在於其幹細胞具有不斷的自我更新能力,從而實現了持續的生長。

具有類似特徵的還有寄居蟹。這小小的螃蟹雖然通常在野外只能活2到3年,但是在良好的培養條件下,活上20年是常有的事,最長的可以活上70年。

在Anage數據庫中也記載了7個不衰老的物種(圖4),最長壽命從77年到5000年不等。rougheye rockfish (Sebastes aleutianus)生活在阿留申群島附近海域中,只有0.5千克重,卻常活到80多歲,最高紀錄是205歲。人到80已不能生育,然而科學家在從野外抓到的耄耋老魚中發現許多魚籽,說明它們仍有很強的生育能力[3]。

我們常吃的蚌類中也有長壽物種 quahog clam (Arctica islandica),最年長的個體名字叫Ming,因為它出生在明朝,被捕撈出海的時候已經超過500歲[4]。以後吃海鮮的時候可要留神,因為一不小心,你可能就吃到了幾百歲的老妖怪。

另一大美食海膽也被發現有200歲的個體,年老的個體還能夠不斷生育。

在中國文化中,龜是長壽的象徵。雖然龜類的壽命沒有達到傳說中“千年王八萬年龜”的程度,但是在野外群體的研究中,科學家發現有些龜種不但極其長壽(100歲以上),還終生持續生長。龜壽形象擔當Blanding's turtle (Emydoidea blandingii)和Eastern box turtle (Terrapene carolina)的死亡概率就不會隨著時間增加,同時其生育能力也未見下降[5]。

另外,兩棲類動物中也有不老的傳說Olm (Proteus anguinus),它還有一個更美麗的名字——人魚(human fish)。雖然Olm成年只有20克重,20~30釐米長,但要15年才能達到性成熟,平均可以活70歲左右[6]。所以,從童年開始養一隻Olm,它可以陪你一直到老喲!

谁是自然界“不老”的王者?

圖4. 官方認證的“不老”物種(圖源:genomics.senescence.info)

哺乳動物中的王者——裸鼴鼠(Naked mole-rat)

說了這麼多,那麼我們自己是否具有不老的潛力呢?哺乳動物中是否有這樣的王者呢?接下來請出的就是目前唯一被認為幾乎沒有衰老跡象的哺乳動物:裸鼴鼠。它的口頭語是“別人笑我太醜陋,我笑它們不長壽”。

這位大鼠小鼠老鼠們的親戚生活在撒哈拉沙漠以南,那裡又熱又幹燥。它們的突出特徵是兩顆碩大而突出的門牙,用來挖地道。裸鼴鼠喜群居,住在自己建造的地下宮殿中,每個群體平均有60只裸鼴鼠一起生活,最多能達300只。每群裸鼴鼠有一隻相當肥碩的女皇和幾隻雄鼠負責生育。女皇沒有更年期,直到很年老都還具備正常的生殖能力。而未能獲得生育權的其它個體無論雌雄均為工鼠,負責採集食物、為女皇保溫、挖掘隧道等。

裸鼴鼠有兩項絕技:壽命極長,不得癌症。各位讀者是不是都很想擁有這兩項絕技?裸鼴鼠的氧化呼吸和基礎代謝率都較低,對低氧和活性氧自由基的耐受能力較高,這也許是它們的長壽秘訣。此外,有人認為裸鼴鼠細胞會分泌很多高分子量的透明質酸,這些粘稠的物質被認為可以限制腫瘤細胞的生長和擴散[7]。

在不同物種之間,物種體重與壽命有強烈的正相關。圖5(右)中紅色的點是哺乳動物,藍色的點是鳥類。裸鼴鼠的壽命長達32年,在紅色點的擬合線之上,是目前記錄在冊的活得最長的齧齒類動物,比體重相似的普通小鼠長10倍以上,是名符其實超過自然規律限制的王者(圖5(右)中上下兩個紅色小星星分別標示裸鼴鼠和小鼠)[8]。

谁是自然界“不老”的王者?

圖5. 打地洞的裸鼴鼠(左);鳥類與哺乳動物體重與壽命的關係(右)(圖源:參考資料[8]、[9])

過去缺少高質量的裸鼴鼠死亡率的統計資料,直到今年Rochelle Buffenstein教授將實驗室幾十年來養過的3000多隻裸鼴鼠壽命記錄整理出來後,終於證實裸鼴鼠,尤其是負責生育的裸鼴鼠(圖6(右)藍色和黃色分別代表負責生育的雄性和雌性)的死亡率不隨年齡增加而增加。而沒有當上女皇的雌性裸鼴鼠則稍稍不幸,死亡率在年齡超過2000天后有所增加(圖6(左)青色和紫色分別代表雄性和雌性工鼠)[9]。

谁是自然界“不老”的王者?

圖6. 不同性別和職責的裸鼴鼠的在年輕和“年老”時的死亡概率(圖源:參考資料[9])

植物——不老的霸主

以上談了幾種壽命可以達到幾百年的動物,它們是自然界中現存最“老”的生命嗎?答案是否定的。比起植物,動物界的壽星們恐怕只能稱作小巫見大巫了。雖然千年王八萬年龜的說法用了誇張的修辭手法,但是千年大樹萬年根,卻是真實存在的。

我們給老人祝壽時,常說“福如東海長流水,壽比南山不老松”,其中的青松便是中國文化中又一個寓意長壽的象徵。可巧植物界受到官方認證的最長壽物種正是一種松樹Great Basin bristlecone pine (Pinus longaeva)。它生長在美國猶他州、內華達州和加州東部乾旱地帶,壽命被認為超過5000年,以極其緩慢的速度持續生長(圖7)。生態學家比較了樹齡從幾十年到四千多年不等的松樹的生長速率(枝條延長和直徑增加),發現年齡相差幾千年的個體之間生長速率竟然沒有差別,也就是說這種樹的生長速率竟然沒有任何衰退的跡象[10]。

圖7右側的King clone是一種名叫 creosote (Larrea tridentata)的灌木,竟然在沙漠中自然長成了一圈,直徑長達20米。神奇的是,一圈內所有植株的根部都是連接在一起的,整個一圈都來自於同一個個體。科學家曾“殘忍”地將這些老壽星的根挖出來進行放射性碳(Radio Carbon)分析,發現它的壽命已經超過了一萬年。同時科學家又通過模擬生長判斷年齡,得出了與放射性碳定年法一致的結果[11]。

谁是自然界“不老”的王者?

圖7. Pinus longaeva(左)和Larrea tridentate(右)(圖源:flickr.com和wikipedia.org)

王道之我見

看了這麼多不衰的王者,讀者更關心的一定是它們長壽的秘訣。筆者為大家總結了一些以上長壽物種的王道。這些王道不是每個王者都具備的,但是要成為王者,至少要具備其中一個或幾個因素。這個秘訣就是“長長長、慢慢長、少生育和低身段(置身食物鏈下端,支撐生態鏈)”。

“長長長”是指持續不斷的生長,其代表就是水螅。水螅具有持續自我更新的能力。2012年發表在PNAS的研究表明,水螅的生長秘決在於轉錄因子FOXO在水螅終端分化細胞中持續激活幹細胞相關基因的表達[12]。令人們滿懷期待的是,人類中FOXO蛋白編碼基因的多態性與長壽個體存在關聯,表明人類或許可以從水螅的研究中獲得一些長壽的秘訣。

除了持續生長外,長壽的物種常常還具有一個特徵就是慢慢長。最早生於明朝的蚌和 bristlecone pine都是持續緩慢生長的踐行者,並且它們處於食物鏈的低端。

裸鼴鼠則是節育的踐行者,群體中只有少量個體執行生育功能。如果群體中的裸鼴鼠都進行生育,那麼有限的食物資源將難以維持迅速增長的群體數量,恐怕裸鼴鼠一定需要進化出一些機制來加以限制,否則可能整個群體都要面臨滅頂之災。另外,新生裸鼴鼠長到性成熟期需要半年時間,而同等個頭的普通小鼠只需要一個半月,所以裸鼴鼠一點都不著急地成長著,卻笑到最後。營養物質是生命所必需的,但高營養卻常常與長壽無關,裸鼴鼠女皇要為自己的所有後代哺乳,而它的奶卻稀得可憐[13]。

我們人類在自然界中的“凍齡”大賽上表現如何呢?人類的智慧已經使得我們可以在一定程度上克服體重與壽命關係的束縛,成為同類中大大的贏家(圖8)。筆者給各位想長壽的看官的一大建議是,在目前要想盡可能留住青春,比起眾多未經臨床證實可以延年益壽的“神藥”,健康的飲食習慣,適度的鍛鍊和快樂的心情是簡單易行又效果顯著的長壽法寶。

總結

老而不衰是為王

王者何在聽我講

小小水螅不停長

裸體鼴鼠挖洞忙

百年貝殼海中躺

千年古樹高大上

試問仙丹何處有

饕餮面前控食量

積極鍛鍊更健康

谁是自然界“不老”的王者?

圖8. 人類是哺乳動物中與自然衰老抗爭的“王者”(圖源:《三聯生活週刊》2018年第三期封面)

注:李尚桐和朱明是北京生命科學研究所董夢秋實驗室畢業的博士研究生,朱明現在的工作單位是 UCSD。

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