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为什么生物不能永生?

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发表于 2017-4-24 15:54:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
李雷   中国科学院 遗传学博士在读   本文来自知乎

我来说一下从无法抗拒衰老的角度来看无法永生。
当然,也有可以抗拒衰老的细胞,比如癌细胞,相关的内容可以去看我的一个对于癌症的见解。
说明:本文是来自Cell的综述文章,The Hallmarks of Aging,属于严谨学术类内容。
我理解很多人的想法,但是,很多想法,需要证据和实验支撑。
抛开二者,我也可以幻想解决端粒问题,消除损伤,提高修复机制,甚至直接不依赖肉体,比如这个答案

我从几方面来说一下我的看法。
一、生物永生的障碍
二、生物永生的不合理性
由于学识浅薄,又不是博物类的,所以,我主要从哺乳动物的角度来看,生物为什么不能永生。

一、生物永生的障碍
先给大家看一个图,这是今年cell上发的一篇综述,The Hallmarks of Aging。讲述了衰老的标志,事实上,总结了衰老的各种原因,也就是,严格意义上,我们无法永生的最基本原因,因为,我们要衰老,要死亡。
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我讲一下常见的导致我们衰老死亡的原因,正是因为这些障碍我们无法克服,所以,我们无法永生

他们是基因组不稳定性(genomic instability), 端粒缩短(telomere attrition),表观遗传学改变(epigenetic alterations), 蛋白内稳态丧失(loss of proteostasis), 营养感应失调(deregulated nutrient sensing), 线粒体功能异常(mitochondrial dysfunction), 细胞衰老(cellular senescence), 干细胞耗竭(stem cell exhaustion)和细胞间信息交换改变(altered intercellular communication)。
障碍一基因组不稳定性Genomic Instability
体细胞核和线粒体基因突变积累,基因组结构不稳定,外源刺激诸如氧自由基的影响(大宝SOD蜜哈哈),基因组在复制过程中有大量的错误,诸如这些错误一般情况下会得到修复,这也是2015年诺贝尔生理生化奖的内容2015 年诺贝尔化学奖「DNA 修复机制研究」属于什么领域?目前的研究进展是怎样的? - 段洪超的回答。但是错误不会被全部修复,最后,当无法修复的时候,那么细胞就走向凋亡。随着人的年龄增加,修复能力越来越差,那么,最终,错误积累的无限多,就走向衰老死亡,这是阻碍永生的一个障碍。将来可能利用哪些手段对 DNA 进行人工修复? - 知乎用户的回答——人力有限哇
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障碍二端粒缩短(telomereattrition)
科学家们在寻找导致细胞死亡的基因时,发现了一种叫端粒的存在于染色体顶端的物质。端粒本身没有任何密码功能,它就像一顶高帽子置于染色体头上。在新细胞中,细胞每分裂一次,染色体顶端的端粒就缩短一次,当端粒不能再缩短时,细胞就无法继续分裂了。这时候细胞也就到了普遍认为的分裂50次的极限并开始死亡(这个称作海弗里克极限,我们现在做成纤维细胞实验依然无法突破)。因此,端粒被科学家们视为“生命时钟”。
这东西,倒是有的细胞可以修复,比如“癌细胞”
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障碍三 干细胞耗竭(stem cell exhaustion)
干细胞是具有高度自我分化和更新潜能的细胞。我们身体源源不断的细胞替换就是来源于干细胞(头发,皮肤,血液等所有的细胞)。然而,当这些干细胞衰老化,那么他就无法继续大量的去弥补身体细胞的消耗,最终,个体就衰老死亡了。干细胞其实是我们真正需要的不老源泉
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障碍四 表观遗传学改变(epigenetic alterations)
一些遗传密码或分子可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰,这种改变不仅可以影响个体的发育,而且还可以遗传下去。因此,这类变异被称为表观遗传修饰,也是导致遗传物质一致的孪生子出现个体差异的主要原因。
表观基因组的一些小变化,如DNA的甲基化,可以随着时间推移而积累,在导致基因表达和细胞功能更广泛的变化的同时,影响人的寿命。表观遗传在细胞和器官衰老中的角色,衰老的表观遗传失调节,几种与衰老相关分子的表观遗传学,如PASG、EZH2、PcG和端粒酶。
表观遗传大有可为,大家可要关注喽,后天的改变会影响基因的传承吗? - 知乎用户的回答

障碍五 蛋白内稳态丧失(loss of proteostasis)
生物体是一个非常稳定的性状。蛋白质是生物体内执行生物功能的最基础执行者,蛋白质稳态对细胞的基础活动十分必要。蛋白质稳态失控的时候,机体会去处理,主要有两个蛋白质分解系统用于蛋白质质量控制,分别是自噬—溶酶体系统(autophagy-lysosomalsystem)和泛素—蛋白酶体(ubiquitin-proteasomesystem),这两个系统功能均随着年龄而下降。这两个系统均是起到降解损伤或有毒蛋白质的作用。

障碍六 营养感应失调(deregulated nutrient sensing)
对于可利用的营养物质,人体细胞均可对之感应并波动性反馈。然而,如果细胞的营养感应缺失,则会导致细胞不受控制的生长。碳水化合物、氨基酸等营养物质的调控信号,均紧密调节着细胞增殖,同时也可将细胞“引入歧途”,例如肥胖或恶性肿瘤。
障碍七 线粒体功能异常(mitochondrial dysfunction)
线粒体是我们人体的能量工厂,是真核生物进行氧化代谢的部位,是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所。线粒体负责的最终氧化的共同途径是三羧酸循环与氧化磷酸化,分别对应有氧呼吸的第二、三阶段。此外,线粒体本身也有自己的基因组,由于能量代谢发生在线粒体,会形成大量的自由基,对线粒体基因组损伤也很大。一旦线粒体功能异常了,那么我们的机体能量系统就出问题了。随着衰老,线粒体的功能也会随之下降。
障碍八 细胞衰老(cellular senescence)
细胞是机体的基本组成部分。细胞衰老(cell aging)是指细胞在执行生命活动过程中,随着时间的推移,细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程。细胞的生命历程都要经过未分化、分化、生长、成熟、衰老和死亡几个阶段。衰老死亡的细胞被机体的免疫系统清除,同时新生的细胞也不断从相应的组织器官生成,以弥补衰老死亡的细胞。如果细胞衰老了,同干细胞衰竭联系在一起,无法继续弥补细胞衰老的缺失,那么机体必然衰老。
障碍九 细胞间信息交换改变(altered intercellular communication)
作为一个多细胞个体,细胞之间的沟通协作是至关重要的,细胞之间的信息交流包括直接传递和间接传递。比如体液传递,接触传递。一旦细胞间信息交流发生了改变,那么细胞功能就得到了破坏,最后机体也会随着受到影响。

二、生物永生的不合理性
很多人没有想过,永生事实上是不合理的
地球上,生命如此多彩,其根本原因是什么?答案是突变。因为有了突变,这些突变不断地汇聚分化,最后形成了各种各样的生命。
我们从一个原始的单细胞生物,经过突变积累,我们形成了细菌、古细菌和真核类,然后我们机一部进化出动植物,进一步,我们进化出了有性生殖(最伟大的进化之一,、使后代产生更大的变异(因为有染色体分离和重组),使后代产生新的性状,更有利于适应环境,有利于种族的繁衍。 ),这一切,都依赖于突变和基因组的改变。
如果生物永生了,那么,我们将无法获得这些
因为,最初的那个no1,只要他永生了,第一,他会占据绝对优势(否则就无法永生,会被其他的新生后代干掉),第二,他的后代只能在他的基础上发生改变。如果他存在,那么他的直接F1代将源源不断的产生。而F2代的数量都远远达不到F1代(毕竟F1从成长到繁殖需要时间,这期间,F0可是源源不断的在产生后代)
—————————————————一些讨论————————————————————
1、长寿和永生如何判断?
这个问题,我无法回答。因为真的没法回答。
我们对目前人类的长寿或很多生物的长寿是又判断的比如,目前学术界对于人类,90岁以上,被定义为longevity。
但是如果一个物种,从我们开始观察为止,一直不死,算不算长寿?比如那些动辄千年的生物,即便几百年的也可以啊,比如乌龟可以活几百岁,那些明朝时代的乌龟,明朝人一直看不到它死,记录肯定是这东西是长寿的,但是不是永生的呢?这需要鉴定
类似的还有灯塔水母(已辟谣,非永生)
2、讨论的大前提是定义和概念的确定
这一点很关键,否则无法探讨。
有人认为“永生可以不繁殖“,事实上,这一点直接违背了生物的定义,大前提没了,自然无法讨论了。生物定义里必须包含了繁殖(还有新陈代谢和应激反应)。否则的话,非生物界的东西时时刻刻教做人。朊病毒是不是永生的?石头是不是永生的?岩浆呢?类似的也可以应用于人工智能是否属于进化的方面。
3,关于生物假说

我觉得,这个真的是误解。
随手看了下假说和理论的区别,感觉有点文字游戏“科学假说是科学性和猜测性的统一,其内容有一定的科学依据,但却没有经过试验来验证,而科学理论是经过实践检验并已经显示出自身理论正确性的理论,客观真理性是科学理论的根本特性。”
按照这个理论,事实上,目前的生物假说都是生物理论了,因为这些理论都是有实验支撑的。

另外,对于人工智能,机械之类的,个人认为,从目前的定义来看,这些已经超出了生物的范畴,不予考虑,有兴趣的可以去参考我的一个狂想
ps:这种严肃的翻译内容,其实我不喜欢,我喜欢调皮点的,奈何江郎才尽了

——————————补充——————————
对于想从《自私的基因》角度去解读这个问题,我想说的是,这是一本社会学书,如果当做生物学书,你会遇到一些根本性的错误,我在这个答案下列举了部分错误。



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