自然界的“寿星动物”，长寿秘诀是什么？
作者：Andrew Steele
编辑：Meister Xia
世上有种蜉蝣，雌性从孵化、交配、产卵到死亡，历时仅不到五分钟。而在格陵兰寒冷的海域中，有种鲨鱼的寿命可长达四百年。大千世界，自然百态，既有朝生暮死者，也有长命百岁者，正如生物的大小、习性、饮食特征都各不相同。从动物身上，我们能探寻出哪些抗衰老奥秘，延长人类寿命呢？
01.
蠕虫
秀丽线虫（C. elegans）体长只有1毫米，身体几乎透明，即使在显微镜下也不容易观察到。但正是这不起眼的小生物在衰老研究中发挥着大作用。秀丽线虫由著名生物学家悉尼·布伦纳在堆肥堆里发现 [1]，当时布伦纳正在寻找一种新的“模式生物”用于科研，既要跟人类等高级生物有足够多的相似之处、有研究价值，又要容易在实验室里培养观察。
图片来源：PI France
蠕虫作为衰老研究的实验对象，有诸多优势：它们个头小，一个培养皿里能养上百只；它们寿命短，生命周期只有两个星期，一项细致的研究课题仅需几个月就能完成，而如果用寿命更长的动物，恐怕至少要数年甚至数十年。
除了利用蠕虫的上述优势促进生物学研究之外，学者们在蠕虫身上还观察到了一个更惊人的现象：只要改变一个基因，就能显著地延长它们的寿命。上世纪八十年代，第一个蠕虫“长寿基因”被发现，编辑这一基因，能让蠕虫寿命增加50% [2]。但当时这一研究结果没有得到重视，因为蠕虫的基因数量高达两万个，科学家们不相信只要修改一个就能延长寿命。几年后，另一个“长寿基因”被发现，让蠕虫的寿命从两周翻倍到了四周 [3]。前后两个长寿基因不存在任何关联，而且后者延长寿命的效果更明显。这时，科学家们开始提起注意了。
现在，学界已知的能延长秀丽线虫寿命的基因多达600种，其他生物中类似的“长寿基因”也发现了上百种 [4]，包括小鼠的“长寿基因”，能影响其生长激素分泌。对其进行编辑后，研究者们培育出了有史以来寿命最长的小鼠。“寿星鼠”并没有刻意地运动或注意饮食健康，仅仅是因为基因被编辑，就活了4年51周——而普通小鼠很少能活过3年 [5]。
02.
负鼠
为什么蠕虫只能活14天，小鼠只能活几年，但格陵兰的鲨鱼却能活400年？为什么所有的生物都逃不过生老病死？进化论常被总结为优胜劣汰，那为什么衰老和死亡的基因没被淘汰呢？为解答这个问题，就不得不提负鼠——一种在美洲生活的有袋动物，长得像鼠，跟猫差不多大。正是一次偶然的对负鼠的研究，让科学家们明白了生老病死在自然界中存在的意义。
Steve Austad是一名美国生态学家。一次，他的一个同事在野外安放了许多笼子，想捕捉热带狐，没想到却捉到了许多负鼠。Austad不想白白浪费这一研究机会，于是就给负鼠戴上了无线电项圈后放生。观察了一段时间，Austad发现这些负鼠衰老的速度惊人地快，不消几个月便从青壮年进入暮年，走向死亡。
为什么负鼠会“断崖式”衰老？这些小动物性格温顺、大小适中，可谓是捕食者最理想的盘中餐。正因为此，野外的负鼠将近一半会葬身于捕食者腹中。负鼠的极速衰老过程，其实是该物种进化出的一种“权衡”策略 [6]：既然大概率会在生命的头三四年被捕食者吃掉，那何必活到十岁？不如把身体的能量集中在头几年使用，在被吃掉之前大量繁育下一代，而不是操心万一未被捕食，如何 “安度晚年”。
鉴于此，Austad提出了一个假设：如果某个地方的负鼠种群没有捕食者威胁，可能会进化出另一种衰老方式：速度较慢，无需争分夺秒地繁殖，不必在时间上跟捕食者赛跑。Austad果真找到了这样的地方——美国佛罗里达州北部的萨佩罗岛。该岛屿四千年前与美国大陆分离，之后岛上一直没有大型捕食动物。四千年对人类而言很长，但对于研究进化来说则是恰好合适，能看到自然选择的力量如何发挥作用。
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Austad在萨佩罗岛观察到的负鼠可以说是“无所畏惧”，即使大白天也大胆地在开阔地区出没，寿命长达近四年 [7]。而大陆上的负鼠胆小得多，只愿意在夜间活动，寿命最长只有两年半。自然选择巧妙地作用于两千多代的负鼠繁衍，同时揭示了生物衰老的一个原因：进化筛选的过程是非常“精明”的，如果某种生物很有可能因外因夭亡，大自然绝不会允许它浪费能量，不允许它将能量用于保存身体机能、长命百岁。
03.
鲸鱼
负鼠的寿命给了人类什么启示呢？难道人类也要集体搬迁到一个与世隔绝、没有捕食者的小岛，通过上千年的选择性繁衍培育更长寿的人种？这完全不可能，恐怕只有在反乌托邦小说里才会发生。不过，对负鼠的研究结果表明如果想要找更多类型的长寿动物、开展未来的抗衰老研究，可以先从没有天敌的动物开始。也许从它们的身上能发现长命百岁的秘诀
弓头鲸就是一个很好的例子。它们体重100吨，属于地球从古至今体型最大的动物之一，几乎不被其他动物捕食，虽然偶尔会被成群的虎鲸攻击，但其面临的最大威胁仍然是人类的猎杀——不过好在血腥的捕鲸业已成为历史。因此，大海中的这些庞然大物进化成了自然界的“寿星”。根据现有的观测记录，寿命最长的弓头鲸活到了211岁 [8]。
体量大到无法被捕食者猎杀的动物，理所当然地进化出了最长的寿命，但从细胞角度看，这种长寿现象包含着难以解释之处。所有动物，无论是人、鼠、还是百吨级的鲸，单个细胞大小都差不多。也就是说，弓头鲸的体细胞数量比人多一千倍，每个细胞的存活时间比人类细胞长两倍。既然这样，那为什么弓头鲸不受癌症困扰呢？
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癌症之所以发生，是因为细胞内的基因在复制时意外出现错误。所以年龄越大、经历的细胞分裂次数越多、积累的变异越多，就越容易导致癌症。每个细胞都有癌变的可能，如果某种动物的细胞数量比人多一千倍，那岂不是发生肿瘤的概率也更高？弓头鲸并没有成为大海里的头号癌症患者，究竟是为什么？有学者研究了弓头鲸的基因组，推测可能是因为弓头鲸有许多份负责修复DNA的基因 [9]，每个“备份”都有着细微的差异，所以细胞不易产生致癌突变。除了天生不患癌，弓头鲸还天生不得白内障，尽管许多其他动物（包括人类）在衰老时都会出现眼睛晶状体浑浊，也许是由于弓头鲸的晶状体里有抗氧化物质 [10]。要活到数百岁的高龄，弓头鲸必须有办法预防或者尽量延缓显著影响生活质量的其他疾病。虽然鲸鱼难以在实验室里研究，但是它们的生理特征蕴含着不少长寿“小秘诀”，值得我们人类好好探索。
Andrew Steele
参考资料
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)
Andrew Steele
牛津大学物理学博士、科普作家、主持人
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