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自然界的“壽星動物”，長壽秘訣是什么？

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自然界的“壽星動物”，長壽秘訣是什么？

從動物身上，我們能探尋出哪些抗衰老奧秘，延長人類壽命呢？

創(chuàng)瞰巴黎 ·

文|創(chuàng)瞰巴黎 Andrew Steele

編輯|Meister Xia

世上有種蜉蝣，雌性從孵化、交配、產(chǎn)卵到死亡，歷時僅不到五分鐘。而在格陵蘭寒冷的海域中，有種鯊魚的壽命可長達四百年。大千世界，自然百態(tài)，既有朝生暮死者，也有長命百歲者，正如生物的大小、習性、飲食特征都各不相同。從動物身上，我們能探尋出哪些抗衰老奧秘，延長人類壽命呢？

01 蠕蟲

秀麗線蟲（C. elegans）體長只有1毫米，身體幾乎透明，即使在顯微鏡下也不容易觀察到。但正是這不起眼的小生物在衰老研究中發(fā)揮著大作用。秀麗線蟲由著名生物學(xué)家悉尼·布倫納在堆肥堆里發(fā)現(xiàn) [1]，當時布倫納正在尋找一種新的“模式生物”用于科研，既要跟人類等高級生物有足夠多的相似之處、有研究價值，又要容易在實驗室里培養(yǎng)觀察。

圖片來源：PI France

蠕蟲作為衰老研究的實驗對象，有諸多優(yōu)勢：它們個頭小，一個培養(yǎng)皿里能養(yǎng)上百只；它們壽命短，生命周期只有兩個星期，一項細致的研究課題僅需幾個月就能完成，而如果用壽命更長的動物，恐怕至少要數(shù)年甚至數(shù)十年。

除了利用蠕蟲的上述優(yōu)勢促進生物學(xué)研究之外，學(xué)者們在蠕蟲身上還觀察到了一個更驚人的現(xiàn)象：只要改變一個基因，就能顯著地延長它們的壽命。上世紀八十年代，第一個蠕蟲“長壽基因”被發(fā)現(xiàn)，編輯這一基因，能讓蠕蟲壽命增加50% [2]。但當時這一研究結(jié)果沒有得到重視，因為蠕蟲的基因數(shù)量高達兩萬個，科學(xué)家們不相信只要修改一個就能延長壽命。幾年后，另一個“長壽基因”被發(fā)現(xiàn)，讓蠕蟲的壽命從兩周翻倍到了四周 [3]。前后兩個長壽基因不存在任何關(guān)聯(lián)，而且后者延長壽命的效果更明顯。這時，科學(xué)家們開始提起注意了。

現(xiàn)在，學(xué)界已知的能延長秀麗線蟲壽命的基因多達600種，其他生物中類似的“長壽基因”也發(fā)現(xiàn)了上百種 [4]，包括小鼠的“長壽基因”，能影響其生長激素分泌。對其進行編輯后，研究者們培育出了有史以來壽命最長的小鼠?！皦坌鞘蟆辈]有刻意地運動或注意飲食健康，僅僅是因為基因被編輯，就活了4年51周——而普通小鼠很少能活過3年 [5]。

02 負鼠

為什么蠕蟲只能活14天，小鼠只能活幾年，但格陵蘭的鯊魚卻能活400年？為什么所有的生物都逃不過生老病死？進化論常被總結(jié)為優(yōu)勝劣汰，那為什么衰老和死亡的基因沒被淘汰呢？為解答這個問題，就不得不提負鼠——一種在美洲生活的有袋動物，長得像鼠，跟貓差不多大。正是一次偶然的對負鼠的研究，讓科學(xué)家們明白了生老病死在自然界中存在的意義。

Steve Austad是一名美國生態(tài)學(xué)家。一次，他的一個同事在野外安放了許多籠子，想捕捉熱帶狐，沒想到卻捉到了許多負鼠。Austad不想白白浪費這一研究機會，于是就給負鼠戴上了無線電項圈后放生。觀察了一段時間，Austad發(fā)現(xiàn)這些負鼠衰老的速度驚人地快，不消幾個月便從青壯年進入暮年，走向死亡。

為什么負鼠會“斷崖式”衰老？這些小動物性格溫順、大小適中，可謂是捕食者最理想的盤中餐。正因為此，野外的負鼠將近一半會葬身于捕食者腹中。負鼠的極速衰老過程，其實是該物種進化出的一種“權(quán)衡”策略 [6]：既然大概率會在生命的頭三四年被捕食者吃掉，那何必活到十歲？不如把身體的能量集中在頭幾年使用，在被吃掉之前大量繁育下一代，而不是操心萬一未被捕食，如何 “安度晚年”。

鑒于此，Austad提出了一個假設(shè)：如果某個地方的負鼠種群沒有捕食者威脅，可能會進化出另一種衰老方式：速度較慢，無需爭分奪秒地繁殖，不必在時間上跟捕食者賽跑。Austad果真找到了這樣的地方——美國佛羅里達州北部的薩佩羅島。該島嶼四千年前與美國大陸分離，之后島上一直沒有大型捕食動物。四千年對人類而言很長，但對于研究進化來說則是恰好合適，能看到自然選擇的力量如何發(fā)揮作用。

圖片來源：PI France

Austad在薩佩羅島觀察到的負鼠可以說是“無所畏懼”，即使大白天也大膽地在開闊地區(qū)出沒，壽命長達近四年 [7]。而大陸上的負鼠膽小得多，只愿意在夜間活動，壽命最長只有兩年半。自然選擇巧妙地作用于兩千多代的負鼠繁衍，同時揭示了生物衰老的一個原因：進化篩選的過程是非常“精明”的，如果某種生物很有可能因外因夭亡，大自然絕不會允許它浪費能量，不允許它將能量用于保存身體機能、長命百歲。

03 鯨魚

負鼠的壽命給了人類什么啟示呢？難道人類也要集體搬遷到一個與世隔絕、沒有捕食者的小島，通過上千年的選擇性繁衍培育更長壽的人種？這完全不可能，恐怕只有在反烏托邦小說里才會發(fā)生。不過，對負鼠的研究結(jié)果表明如果想要找更多類型的長壽動物、開展未來的抗衰老研究，可以先從沒有天敵的動物開始。也許從它們的身上能發(fā)現(xiàn)長命百歲的秘訣

弓頭鯨就是一個很好的例子。它們體重100噸，屬于地球從古至今體型最大的動物之一，幾乎不被其他動物捕食，雖然偶爾會被成群的虎鯨攻擊，但其面臨的最大威脅仍然是人類的獵殺——不過好在血腥的捕鯨業(yè)已成為歷史。因此，大海中的這些龐然大物進化成了自然界的“壽星”。根據(jù)現(xiàn)有的觀測記錄，壽命最長的弓頭鯨活到了211歲 [8]。

體量大到無法被捕食者獵殺的動物，理所當然地進化出了最長的壽命，但從細胞角度看，這種長壽現(xiàn)象包含著難以解釋之處。所有動物，無論是人、鼠、還是百噸級的鯨，單個細胞大小都差不多。也就是說，弓頭鯨的體細胞數(shù)量比人多一千倍，每個細胞的存活時間比人類細胞長兩倍。既然這樣，那為什么弓頭鯨不受癌癥困擾呢？

圖片來源：PI France

癌癥之所以發(fā)生，是因為細胞內(nèi)的基因在復(fù)制時意外出現(xiàn)錯誤。所以年齡越大、經(jīng)歷的細胞分裂次數(shù)越多、積累的變異越多，就越容易導(dǎo)致癌癥。每個細胞都有癌變的可能，如果某種動物的細胞數(shù)量比人多一千倍，那豈不是發(fā)生腫瘤的概率也更高？弓頭鯨并沒有成為大海里的頭號癌癥患者，究竟是為什么？有學(xué)者研究了弓頭鯨的基因組，推測可能是因為弓頭鯨有許多份負責修復(fù)DNA的基因 [9]，每個“備份”都有著細微的差異，所以細胞不易產(chǎn)生致癌突變。除了天生不患癌，弓頭鯨還天生不得白內(nèi)障，盡管許多其他動物（包括人類）在衰老時都會出現(xiàn)眼睛晶狀體渾濁，也許是由于弓頭鯨的晶狀體里有抗氧化物質(zhì) [10]。要活到數(shù)百歲的高齡，弓頭鯨必須有辦法預(yù)防或者盡量延緩顯著影響生活質(zhì)量的其他疾病。雖然鯨魚難以在實驗室里研究，但是它們的生理特征蘊含著不少長壽“小秘訣”，值得我們?nèi)祟惡煤锰剿鳌?/p>

參考資料

1. Mark G. Sterken et al., The laboratory domestication of Caenorhabditis elegans, Trends Genet. 31, 224–31 (2015). DOI: 10.1016/j.tig.2015.02.009

2. D. B. Friedman and T. E. Johnson, Three mutants that extend both mean and maximum life span of the nematode, Caenorhabditis elegans, define the age 1 gene J. Gerontol. 43, B102–9 (1988)

3. C. Kenyon et al., A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type, Nature 366, 461–4 (1993). DOI: 10,103 8/366461a0

4. GenAge database of ageing-related genes

5. Holly M. Brown-Borg and Andrzej Bartke, GH and IGF1: Roles in energy metabolism of long-living GH mutant mice, J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 67, 652–60 (2012). DOI: 10.1093/gerona/gls086

6. Thomas Flatt and Linda Partridge, Horizons in the evolution of aging, BMC Biol. 16, 93 (2018). DOI: 10.1186/s12915-018 0562 z

7. Steven N. Austad, Retarded senescence in an insular population of Virginia opossums (Didelphis virginiana), J. Zool. 229, 695–708 (1993)

8. 1. J. C. George et al., Age and growth estimates of bowhead whales (Balaena mysticetus) via aspartic acid racemization, Can. J. Zool. 77, 571–580 (1999)

9. Insights into the evolution of longevity from the bowhead whale genome, Cell Rep. 10, 112–22 (2015). DOI: 10.1016/j.celrep.2014.12.008

10. 1. D. Borchman, R. Stimmelmayr and J. C. George, Whales, lifespan, phospholipids, and cataracts, J. Lipid Res. 58, 2289–2298 (2017)

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容，授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。

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自然界的“壽星動物”，長壽秘訣是什么？

從動物身上，我們能探尋出哪些抗衰老奧秘，延長人類壽命呢？

創(chuàng)瞰巴黎 · 2022/09/27 11:53

文|創(chuàng)瞰巴黎 Andrew Steele

編輯|Meister Xia

世上有種蜉蝣，雌性從孵化、交配、產(chǎn)卵到死亡，歷時僅不到五分鐘。而在格陵蘭寒冷的海域中，有種鯊魚的壽命可長達四百年。大千世界，自然百態(tài)，既有朝生暮死者，也有長命百歲者，正如生物的大小、習性、飲食特征都各不相同。從動物身上，我們能探尋出哪些抗衰老奧秘，延長人類壽命呢？

01 蠕蟲

秀麗線蟲（C. elegans）體長只有1毫米，身體幾乎透明，即使在顯微鏡下也不容易觀察到。但正是這不起眼的小生物在衰老研究中發(fā)揮著大作用。秀麗線蟲由著名生物學(xué)家悉尼·布倫納在堆肥堆里發(fā)現(xiàn) [1]，當時布倫納正在尋找一種新的“模式生物”用于科研，既要跟人類等高級生物有足夠多的相似之處、有研究價值，又要容易在實驗室里培養(yǎng)觀察。

圖片來源：PI France

蠕蟲作為衰老研究的實驗對象，有諸多優(yōu)勢：它們個頭小，一個培養(yǎng)皿里能養(yǎng)上百只；它們壽命短，生命周期只有兩個星期，一項細致的研究課題僅需幾個月就能完成，而如果用壽命更長的動物，恐怕至少要數(shù)年甚至數(shù)十年。

除了利用蠕蟲的上述優(yōu)勢促進生物學(xué)研究之外，學(xué)者們在蠕蟲身上還觀察到了一個更驚人的現(xiàn)象：只要改變一個基因，就能顯著地延長它們的壽命。上世紀八十年代，第一個蠕蟲“長壽基因”被發(fā)現(xiàn)，編輯這一基因，能讓蠕蟲壽命增加50% [2]。但當時這一研究結(jié)果沒有得到重視，因為蠕蟲的基因數(shù)量高達兩萬個，科學(xué)家們不相信只要修改一個就能延長壽命。幾年后，另一個“長壽基因”被發(fā)現(xiàn)，讓蠕蟲的壽命從兩周翻倍到了四周 [3]。前后兩個長壽基因不存在任何關(guān)聯(lián)，而且后者延長壽命的效果更明顯。這時，科學(xué)家們開始提起注意了。

現(xiàn)在，學(xué)界已知的能延長秀麗線蟲壽命的基因多達600種，其他生物中類似的“長壽基因”也發(fā)現(xiàn)了上百種 [4]，包括小鼠的“長壽基因”，能影響其生長激素分泌。對其進行編輯后，研究者們培育出了有史以來壽命最長的小鼠?！皦坌鞘蟆辈]有刻意地運動或注意飲食健康，僅僅是因為基因被編輯，就活了4年51周——而普通小鼠很少能活過3年 [5]。

02 負鼠

為什么蠕蟲只能活14天，小鼠只能活幾年，但格陵蘭的鯊魚卻能活400年？為什么所有的生物都逃不過生老病死？進化論常被總結(jié)為優(yōu)勝劣汰，那為什么衰老和死亡的基因沒被淘汰呢？為解答這個問題，就不得不提負鼠——一種在美洲生活的有袋動物，長得像鼠，跟貓差不多大。正是一次偶然的對負鼠的研究，讓科學(xué)家們明白了生老病死在自然界中存在的意義。

Steve Austad是一名美國生態(tài)學(xué)家。一次，他的一個同事在野外安放了許多籠子，想捕捉熱帶狐，沒想到卻捉到了許多負鼠。Austad不想白白浪費這一研究機會，于是就給負鼠戴上了無線電項圈后放生。觀察了一段時間，Austad發(fā)現(xiàn)這些負鼠衰老的速度驚人地快，不消幾個月便從青壯年進入暮年，走向死亡。

為什么負鼠會“斷崖式”衰老？這些小動物性格溫順、大小適中，可謂是捕食者最理想的盤中餐。正因為此，野外的負鼠將近一半會葬身于捕食者腹中。負鼠的極速衰老過程，其實是該物種進化出的一種“權(quán)衡”策略 [6]：既然大概率會在生命的頭三四年被捕食者吃掉，那何必活到十歲？不如把身體的能量集中在頭幾年使用，在被吃掉之前大量繁育下一代，而不是操心萬一未被捕食，如何 “安度晚年”。

鑒于此，Austad提出了一個假設(shè)：如果某個地方的負鼠種群沒有捕食者威脅，可能會進化出另一種衰老方式：速度較慢，無需爭分奪秒地繁殖，不必在時間上跟捕食者賽跑。Austad果真找到了這樣的地方——美國佛羅里達州北部的薩佩羅島。該島嶼四千年前與美國大陸分離，之后島上一直沒有大型捕食動物。四千年對人類而言很長，但對于研究進化來說則是恰好合適，能看到自然選擇的力量如何發(fā)揮作用。

圖片來源：PI France

Austad在薩佩羅島觀察到的負鼠可以說是“無所畏懼”，即使大白天也大膽地在開闊地區(qū)出沒，壽命長達近四年 [7]。而大陸上的負鼠膽小得多，只愿意在夜間活動，壽命最長只有兩年半。自然選擇巧妙地作用于兩千多代的負鼠繁衍，同時揭示了生物衰老的一個原因：進化篩選的過程是非常“精明”的，如果某種生物很有可能因外因夭亡，大自然絕不會允許它浪費能量，不允許它將能量用于保存身體機能、長命百歲。

03 鯨魚

負鼠的壽命給了人類什么啟示呢？難道人類也要集體搬遷到一個與世隔絕、沒有捕食者的小島，通過上千年的選擇性繁衍培育更長壽的人種？這完全不可能，恐怕只有在反烏托邦小說里才會發(fā)生。不過，對負鼠的研究結(jié)果表明如果想要找更多類型的長壽動物、開展未來的抗衰老研究，可以先從沒有天敵的動物開始。也許從它們的身上能發(fā)現(xiàn)長命百歲的秘訣

弓頭鯨就是一個很好的例子。它們體重100噸，屬于地球從古至今體型最大的動物之一，幾乎不被其他動物捕食，雖然偶爾會被成群的虎鯨攻擊，但其面臨的最大威脅仍然是人類的獵殺——不過好在血腥的捕鯨業(yè)已成為歷史。因此，大海中的這些龐然大物進化成了自然界的“壽星”。根據(jù)現(xiàn)有的觀測記錄，壽命最長的弓頭鯨活到了211歲 [8]。

體量大到無法被捕食者獵殺的動物，理所當然地進化出了最長的壽命，但從細胞角度看，這種長壽現(xiàn)象包含著難以解釋之處。所有動物，無論是人、鼠、還是百噸級的鯨，單個細胞大小都差不多。也就是說，弓頭鯨的體細胞數(shù)量比人多一千倍，每個細胞的存活時間比人類細胞長兩倍。既然這樣，那為什么弓頭鯨不受癌癥困擾呢？

圖片來源：PI France

癌癥之所以發(fā)生，是因為細胞內(nèi)的基因在復(fù)制時意外出現(xiàn)錯誤。所以年齡越大、經(jīng)歷的細胞分裂次數(shù)越多、積累的變異越多，就越容易導(dǎo)致癌癥。每個細胞都有癌變的可能，如果某種動物的細胞數(shù)量比人多一千倍，那豈不是發(fā)生腫瘤的概率也更高？弓頭鯨并沒有成為大海里的頭號癌癥患者，究竟是為什么？有學(xué)者研究了弓頭鯨的基因組，推測可能是因為弓頭鯨有許多份負責修復(fù)DNA的基因 [9]，每個“備份”都有著細微的差異，所以細胞不易產(chǎn)生致癌突變。除了天生不患癌，弓頭鯨還天生不得白內(nèi)障，盡管許多其他動物（包括人類）在衰老時都會出現(xiàn)眼睛晶狀體渾濁，也許是由于弓頭鯨的晶狀體里有抗氧化物質(zhì) [10]。要活到數(shù)百歲的高齡，弓頭鯨必須有辦法預(yù)防或者盡量延緩顯著影響生活質(zhì)量的其他疾病。雖然鯨魚難以在實驗室里研究，但是它們的生理特征蘊含著不少長壽“小秘訣”，值得我們?nèi)祟惡煤锰剿鳌?/p>

參考資料

1. Mark G. Sterken et al., The laboratory domestication of Caenorhabditis elegans, Trends Genet. 31, 224–31 (2015). DOI: 10.1016/j.tig.2015.02.009

2. D. B. Friedman and T. E. Johnson, Three mutants that extend both mean and maximum life span of the nematode, Caenorhabditis elegans, define the age 1 gene J. Gerontol. 43, B102–9 (1988)

3. C. Kenyon et al., A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type, Nature 366, 461–4 (1993). DOI: 10,103 8/366461a0

4. GenAge database of ageing-related genes

5. Holly M. Brown-Borg and Andrzej Bartke, GH and IGF1: Roles in energy metabolism of long-living GH mutant mice, J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 67, 652–60 (2012). DOI: 10.1093/gerona/gls086

6. Thomas Flatt and Linda Partridge, Horizons in the evolution of aging, BMC Biol. 16, 93 (2018). DOI: 10.1186/s12915-018 0562 z

7. Steven N. Austad, Retarded senescence in an insular population of Virginia opossums (Didelphis virginiana), J. Zool. 229, 695–708 (1993)

8. 1. J. C. George et al., Age and growth estimates of bowhead whales (Balaena mysticetus) via aspartic acid racemization, Can. J. Zool. 77, 571–580 (1999)

9. Insights into the evolution of longevity from the bowhead whale genome, Cell Rep. 10, 112–22 (2015). DOI: 10.1016/j.celrep.2014.12.008

10. 1. D. Borchman, R. Stimmelmayr and J. C. George, Whales, lifespan, phospholipids, and cataracts, J. Lipid Res. 58, 2289–2298 (2017)

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容，授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。