性的代价是缩短寿命，超级线粒体或许可以成两全其美
作者 | Philip Ball
翻译 | 林宇豪
审校 | 酷炫脑 小草
编辑 | Mandy
Amoeba Sisters
尼克·莱恩（Nick Lane）是伦敦大学学院（University College London）的进化生物化学家。他思考了许多关于生命的重大问题，例如：“生命的起源是什么？”、“为什么我们会衰老和死亡？”，“为什么我们会有性行为？”等等。莱恩认为这些问题不能被进化遗传学解决，这些问题的答案和我们的基本生理机制有关。
莱恩一直在逐步构建一种和进化论互补的理论。他认为，如被称为真核生物的复杂细胞（我们自己的细胞就是一种复杂细胞）以及多细胞生命形式的出现，这些进化史上的重大变化能通过能量约束来理解。
在莱恩的著作《权力，性，自杀》中，他认为，性行为是在复杂的细胞进化过程中出现的。简单的细菌不会有我们通常认知中的性行为，但它们也能够交换、传播基因，这本质上就是性的作用。而复杂的真核细胞，包括人类、植物、真菌等等，都有性行为。但我们并不知道用性行为来传播基因的优点是什么。
性行为对于复杂细胞来说是必须的，并且它似乎与死亡紧密相连。我们越是把资源集中在繁衍后代上，我们在进化方面就越有优势。但如果我们把所有的资源都集中在性行为上，我们能用来延长寿命的资源就少了。所以性行为几乎是以寿命为代价来提高我们进化上的优势。
死亡可以被看成一个细胞凋亡的特殊过程。死亡是由基因控制的，并且它还会消耗能量。受损的细胞会自杀，并被来自干细胞群的原始新细胞取代。在个体层面上，性通过重组基因来实现，这可以增加个体间的差异和种群的多样性。自然选择的根源还是性，换句话说：你能留下多少后代？
在人类种群内，男性显得更为重要。自然选择的结果往往是一群占总体不大的男性传播了多数的后代。这说明有些雄性表现得很好，有些则表现很差。性在选择层面上的作用是令最好的基因能更好的复制传播。所以在优秀的男性和一般的男性中，自然选择会偏向优秀的男性。
而另一个重要的概念——能量过程则和细胞中的线粒体息息相关。线粒体实际是在很早以前进入别的细胞的一种细菌。
关于没有线粒体之前的细胞是什么样的，学界仍然有争议，但可以肯定的是那细胞是十分简单的。许多证据表明，最早线粒体这一宿主细胞是一种简单的细菌样细胞，叫做古生菌。
细菌、古生菌、真核生物 | Amoeba Sisters
古生菌没有细胞核来储存 DNA ，没有性行为，也不会四处吞噬其他细胞。由于某种偶然的巧合，它和线粒体产生了结合。我们复杂的细胞类型和所有包括性别、寿命和年龄等复杂的特征，都是在它们的相互作用下产生的。这意味着线粒体实际上和进化有着密切联系，并且是进化的核心。
线粒体 | Amoeba Sisters
线粒体是我们细胞的能量来源，它们又和衰老有密切关系。动物的生存是有成本的，而成本取决于生活的节奏。如果我们的生活节奏非常快，我们就会更容易疲劳。证据表明，新陈代谢率（我们吸入氧气和消耗食物的速度）和寿命之间有着密切的关系。
在好的生存条件下，我们把大部分的资源集中在性和后代上。但如果生存条件不太好，例如在对食物的需求无法被满足时，我们的重心就会从性转移到生存上。在过去十年左右的时间里，这种基因转换一直是大多数衰老研究的焦点。
衰老和寿命不完全与代谢率有关，衰老同样与我们集中资源的方式有关。一些基因突变可以让非常简单的生物体的寿命延长两到三倍，例如说，鸟类的实际寿命比它们从新陈代谢率推断出的预测寿命长得多，这个原因在后面会解释。
线粒体可以产生自由基，自由基可以破坏或使 DNA 变异，损害蛋白质，甚至破坏细胞膜本身。随着时间的推移，这种损害会慢慢累积，直到细胞不再能够维持。在过去的几十年里，最早提出的线粒体理论已被全面推翻。认为我们可以通过服用大量抗氧化剂来延长寿命或保护自己不受与年龄有关的疾病（包括癌症和痴呆）影响的观点已经被证伪。大量数据显示，服用大量抗氧化剂补充剂的人群反而更容易早亡。
如果氧化自由基会损害我们的细胞，那么为什么抗氧化剂不起作用呢？
一个原因是它们干扰了细胞间的信号。自由基是细胞应激状态下发出的信号，它们就像一种警报机制，如果人体出了什么问题，它们就会作出相应反应。
抗氧化剂的问题在于它实际上破坏了这种警报机制。警报机制会引起应激反应，而应激反应会激活对细胞有保护作用的基因表达。这是一种保护性的应激反应，它实际上会使细胞活得更长。所以用抗氧化剂破坏这一信号反而是帮了倒忙。
自由基和抗氧剂 | diehardbrain.blogspot.com
从进化的角度来看，人类可能能够比现在长寿得多。如果负鼠生活在一个没有天敌的岛上，在五六代后，它们的寿命会延长一倍。鸽子的寿命大约是 30 年，但根据它们的高代谢率和体型，它们的预测寿命只有 3 到 4 年。
我们认为鸽子活得更长的原因是因为它们会飞。而仅仅是起飞的过程就需要巨大的代谢成本，因此它们必须有优秀的线粒体来提供能量。鸽子的线粒体之所以能有这样的功能，是因为它们很少释放自由基。这似乎便是鸽子长寿的原因之一。
如果鸽子的寿命比新陈代谢率预测的要长 10 倍，这是否意味着我们也能做到这一点呢？如果我们能在生活中替换细胞、人体组织，那么我们的寿命大概就可以无限延长了。
但我们还受到大脑的限制，如果我们替换掉我们的神经元，我们也会在这个过程中改变我们过去经历的记忆，这样一来，我们还是之前的自己吗？我们又该如何防止我们的大脑随着时间的推移老化，失去神经连接，失去我们储存记忆和经历的突触呢？
替换神经元还会带来其它问题。
例如，我们可以取一个皮肤细胞，重新编程使其成为干细胞。然后我们可以诱导这个干细胞变成一个神经元，用它来代替大脑中死去的神经元。如果这个新神经元能够成功地建立正确的连接，它的线粒体会发生什么变化？
当我们重新编程一个皮肤细胞时，它的线粒体会恢复到干细胞的样子，变得圆润并失去电荷。但我们还不知道它们的 DNA 会发生什么样的变化。这个皮肤细胞的 DNA 是否保留了它在以前的生命中所遭受的损伤？如果它实际上是有损伤的，那么这个新神经元会带来什么影响？
如果我们有更多的线粒体，我们就能摆脱老年疾病，活得更久。爬行动物，例如乌龟的寿命非常长。原因是它们的代谢率非常低；它们几乎不动，它们的细胞不处在任何压力下，所以它们活得很长。
而在另一个极端上，鸟类的新陈代谢比我们快。鸟类有更高的体温，消耗更多的氧气，但它们比体积同等大小且代谢率相似的哺乳动物活得更长。原因似乎是鸟类有着更多、更高质量的线粒体，这些线粒体提高了整个系统的功能。所以长寿和新陈代谢率之间似乎有一个 U 型曲线的关系。
而人类在这一曲线上处于中间。
与鸟类或爬行动物相比，在把体重考虑进来之后，我们人类的寿命实际上是相对较短的，因为我们的代谢率相当高，但我们却没有鸟类所拥有的高质量线粒体。
我们的寿命和我们线粒体的数量也有关，例如，乌龟的肝细胞中线粒体的数量是我们的 10 倍。有一种猜想是，进化出高有氧能力的物种往往也会有较长的寿命。这就是为什么对能量有很高需求的鸟类和蝙蝠的寿命都很长。与其他类人猿相比，我们的有氧能力和耐力在进化过程中也提高了许多，我们人类的寿命也比大猩猩或黑猩猩要来得长。
科学家有没有可能利用线粒体来延长人类寿命呢？
这很困难。想要用好的线粒体替换坏的线粒体，最简单的方法就是诱导细胞水平上的选择——令线粒体损坏的细胞死亡，线粒体良好的细胞存活，让细胞保持更新。
吃好 | diehardbrain.blogspot.com
运动和饮食对此都有帮助，部分原因是它们可以促进细胞的循环更替，但这些与抗氧化剂几乎没有关系。吃好、多运动的确有益，但这些活动仍然不能令我们的寿命有质地延长。
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