为什么生物进化没有向“长生不老”这条路上发展?
有人问:既然人和猴子都不能长生不老,进化还有什么意义?也有人问:地球生命已经进化38亿年,人类也有200多万年的历史,为什么还是没有进化出永生能力?这代表了大众对进化和死亡存在的普遍误解。很多人以为死亡是生命的宿命,但事实上,永生才是生命的本来属性,而死亡是进化的产物。
最长寿的多细胞生物:北极蛤
长生不老的生物绝大多数生命体的寿命都有极限,人最多活120多岁,东部箱龟可以活到138岁,巨紫球海胆和阿留申平鲉可超过200岁,格陵兰睡鲨能活到400岁,北极蛤的寿命极限是507岁。
生物的衰老和海弗利克极限有关。海弗利克的实验证实了体外培养的人体细胞至多只能分裂50-70次,之后就会停止分裂,并衰老和死亡。现在我们知道,海弗利克极限是由端粒长度决定的。端粒是真核生物染色体末端一段不编码任何蛋白质的DNA序列,细胞每次分裂都会丢失一小段端粒。等到端粒长度小于临界长度,细胞就停止分裂,生命体也就走向衰老和死亡。
端粒长度随着细胞分裂的次数增多而缩短
唯有癌细胞能突破海弗利克极限。因为癌细胞内高活性的端粒酶能填补因细胞分裂而丢失的端粒。然而,由于癌细胞不能分化成组织器官参与机体建设,它的无限增值还会夺取正常细胞所需的养料,因此癌细胞的永生是以生物体的迅速死亡为代价的。
在理想生长条件下,对称分裂的细菌和酵母能实现生物学上的永生。它们以二分裂方式繁殖,每次分裂都会使细胞重回年轻状态。由于每个子细胞都与亲代完全相同,它们都可以视为是亲代生命的延续。如果环境适宜,它们的分裂将一直持续下去。
细菌的分裂生殖
高等生物求之不得的长生不老,低等的细菌和酵母却可以轻易实现。这告诉我们一个秘密:原始生命本来是能够永生的,但它们却放弃了永生能力,进化出了衰老和死亡。
生命何时放弃了永生?在高等生物的有性生殖中,父母产生子女需经过基因重组,子女无法再延续父母的生命。因此,从生命选择有性生殖的那一刻起,就失去了永生能力。最早的有性生殖化石证据发现于巴芬岛的岩层中,可追溯至10-12亿年前。然而,科学家普遍认为,有性生殖的进化和真核生物的产生是同步发生的,这一时间点大约在距今21亿年前。
最早的有性生殖证据是一种名叫Bangiomorpha pubescens的红藻,发现于加拿大巴芬岛
除了失去永生能力以外,有性生殖的其他弊端也是显而易见的。无性生殖中任何一个个体都可以繁衍后代,而有性生殖中只有一半个体能繁殖,这大大降低了繁殖速度。而且在有性生殖中,生物只能将自身的一半基因传递给后代,这似乎与基因延续的目的相悖。
这两个“一半”,就构成了有性生殖的“两倍成本”,然而,有性生殖的代价不止这两倍成本。生物的性行为需要浪费大量的时间和能量,这些浪费对生存和繁殖本身毫无益处,反而还会带来麻烦,如招来天敌的捕杀。然而,有性生殖能在当今生物界中占据主导地位,证明它所带来的适应性优势远远超过了成本。
雄虎和雌虎正在交配
有性生殖的一个明显优势是阻止有害突变的积累。经过父母双亲的基因重组,在基因水平上提供了两种容错机制:一是在减数分裂产生配子的过程中,同源染色体要经过配对和复制,受损伤的基因得以修复;二是在合子形成之后,双方的有害突变彼此掩盖,优势得以互补,这就是我们说的杂种优势。
有性生殖在基因延续上的优势,具体地表现在以下三个方面。一是将两个有益突变结合在一个个体身上,使有益性状更广泛地传播。二是将两个有害突变聚集在一起,将有害基因更快地从种群中剔除。三是通过基因重组,创造出比以往存在的基因型更加适应环境的新个体。
雄孔雀开屏与性选择有关
有性生殖不可避免地涉及到性选择,即多个雄性争夺一个雌性。最终的结果是:优势雄性三妻四妾,留下更多后代,优势基因得到更广泛的传播;而劣势雄性很少或根本得不到交配机会,劣势基因在种群中减少乃至消失。这是在无性的种群中所不存在的强大进化动力。
“生命诚可贵,爱情价更高”。20亿年前的原始生命似乎做出了匈牙利大诗人裴多菲诗句中的选择。然而,这里面有个细思极恐的事实——进化的本质在于基因的延续,而生命体不过是个容器罢了。对自私的基因来说,在复杂多变的环境中,时不时更换新容器,要比长期使用同一种容器,更有利于它们的传播和延续。
雄狮茂盛的鬃毛是健康、有活力的指标
真核生物为什么选择了性?要想知道真核生物为什么放弃永生而选择有性生殖,必须先搞清楚在真核生物产生之际,即距今20多亿年前,地球环境是什么样子的,正在经历哪些变化。
从原始生命最初产生的距今38亿年前开始,前后持续了14亿年,地球环境没有太大变化。古细菌和真细菌不断分裂,在浅海中无忧无虑地生活着。
然而,到距今24亿年前,蓝藻产生的氧气开始在大气中聚集,这就是“大氧化事件”,对厌氧的原始生命来说,氧气是有剧毒的。同时,氧气消耗掉大气中的温室气体甲烷,使地球在几万年间下降了70℃,整个地球被冻住,这就是休伦冰期。
大氧化事件的遗产:巨大的铁矿床
对分裂生殖的古细菌来说,进化的唯一动力是基因突变,况且突变还多是有害的。它们因无法适应如此剧变的环境而纷纷死亡。我们今天只能在海底火山喷口等极端环境下,才能看到古细菌的踪迹。到头来,永生成了永灭。
有一支古细菌活了下来,它们发展出了基因重组机制,每一代的性状都各不相同,总有个体能适应复杂多变的新环境。它们的后代有个响亮的名字,叫做真核生物,这种新的繁殖方式就是有性生殖。今天所有的动物、植物和真菌都是这些原始真核生物的后代。
雌性水母排出卵子,为基因重组做准备
长远来看,有性生殖是生命延续和发扬光大的唯一机会。尽管有性生殖的生物注定无法永生,但它们的后代却可以活得更久、更精彩。经过20亿多年的进化大战,裂殖的细菌还是老样子,有性生殖的真核生物却以极具多样化的形态占领地球的各大生态位,还演化出了我们人类这样的高智慧生物,成为地球的统治者。
细菌和癌细胞在生物学上是永生的,但它们永生的前提条件是环境一直不变、一直适宜——这个前提在瞬息万变的地球上是不可能成立的。在现实环境中,细菌的一个细胞系能活几年就不错了,终免不了全军覆没的命运。
海拉细胞的免疫荧光图
海拉细胞系(取自一名妇女的宫颈癌细胞)已经存活68年了,但这是在实验室培养的理想条件下,现实中癌细胞的寿命不会超过宿主,它在杀死宿主后自己也就死到临头了。因此,在生物学上永生的生物,在现实中活得更短,这是个相当讽刺的事实。
衰老和死亡是如何进化的?通过上面的分析,我们得知生命进化的本质在于基因延续,我们这个容器只要将基因传递给后代,就算完成了任务。然而,活着是生命的固有属性,我们的永生虽称不上对基因延续有利,但也绝称不上有害,为什么会进化出衰老和死亡呢?
有人说,只有个体生命衰老并死亡,才能给种群新生力量的发展腾出空间,有利于整个种群的繁荣。这话貌似很有道理,但并没有从科学上揭示衰老和死亡产生的本质。
印度海德拉邦的老人
1951年,彼得·梅达瓦尔提出了衰老的突变积累理论。他指出,自然选择的作用随着个体年龄的增长而下降。当有害突变在生命早期表达的时候,由于会对个体产生的后代数量产生重大影响,自然选择的作用非常强烈,能很快将这些有害突变剔除。
然而,有些有害突变是在生命晚期表达的,尤其是在个体繁殖停止之后,自然选择根本不起作用,因为这些有害突变早就在不知不觉中传递给后代了。随着时间流逝,这些在晚期表达的有害突变会因遗传漂变而积累起来,最终导致生命体的衰老和死亡。
例如,亨廷顿氏病可致患者痴呆,罹患各种并发症并最终死亡,危害极大。而且它是一种常染色体显性遗传病,能代代遗传并表达。但这个病仍然得以流传至今,因为它多在30岁以后发病,患者早就在30岁之前的生育中把致病基因传递给子代了。
“选择阴影”模型
为了更好地表达突变积累理论,梅达瓦尔绘制了“选择阴影”模型。个体生育力在刚成年的时候达到高峰,之后保持不变或下降。而由于内部(疾病)和外部(意外和天敌捕食)的种种生存压力,个体存活率随着年龄增长而下降。二者加在一起的结果就是,生物到晚年繁殖几率很低,自然选择对这一阶段表达的有害突变几乎不起作用。梅达瓦尔用“选择阴影”概念表示自然选择缺席的年龄范围,这就是生物体的老年阶段。
根据“选择阴影”模型,通过延长生物的生育期,能提高自然选择缺席的年龄,从而促进延缓衰老和长寿的进化。在自然界,会飞的动物由于天敌较少,生育期也较长,因此有利于长寿的进化。动物学家发现,蝙蝠的寿命可达30多年,而体型、代谢率均相似的老鼠寿命却只有几年,这一事实证明了突变积累理论的合理性。
果蝠寿命可达35岁
然而,生物在晚年的繁殖几率一定低于青壮年,自然选择的阴影必然存在,在阴影区表达的有害基因也将持续传递给后代,使生物世世代代都逃脱不了死亡的宿命。因此,任何有性生殖的物种都不可能通过自然进化实现永生。未来要想实现“冻龄”或者长生不老,有赖于人类超越自然的技术。
水母的一种——灯塔水母(Turritopsis nutricula)在性成熟后会重新回到水螅型(Polyp)状态,并且可以无限重复这一过程。灯塔水母水母的一种——灯塔水母(Turritopsisnutricula)在性成熟后会重新回到水螅型(Polyp)状态,并且可以无限重复这一过程。该报称,这种水母是唯一一种只要不被吃掉或病死,在理论上就会长生不老的动物。
长生不老的愿望只能通过人类去探索才能实现。但是,在一般人的思想中总是固执地认为,有生必有死,这是一种不可抗拒的自然规律。既然衰老是一种规律,而不是定律,那么形成这一规律的本质一定是有因可寻的生物学现象,因此也有理由相信,只要我们查明这一规律的本质,就能按这一规律去设计出使人返老还童和长生不老的方法。
多年生木本植物通常被我们叫做“树”——漫长的岁月虽然总给它们最古老的部分留下皴裂的机理,但每年发出的新芽和幼根总是和初生时一样鲜嫩,于是作为一个完整的生命,树木永远不会衰老,只有天灾人祸和疾病虫害能杀死它们。
譬如欧亚大陆常见的红豆杉,鲜红的假种皮全身富含剧毒的紫衫碱,避免了大部分虫害和啃咬,在欧洲与许多数千岁的古树幸存至今。英王约翰1215年在一颗1000多岁的欧洲红豆杉(Taxus baccata)下签署了《大宪章》,这棵树至今已超过两千岁,仍然四季常青郁郁葱葱。
但两千岁在树的世界里也只是须臾一瞬,美国犹他州有一片广袤的颤杨林(Populus tremuloides),一到秋季黄叶灿烂,是当地的重要景点——但从上世纪70年代开始,人们发现这片43公顷的林地竟然只是一棵树:颤杨经常从根部萌发新的分枝,长大后就好像另一棵树,这样的分枝反复辐射,很快就能造出一片森林。
经计算,这棵巨树有40000多个分枝,总重达到6000吨,是地球上已知最重的生命,这些分枝虽然平均年龄只有130岁,但这整棵巨树至少有8万岁,一些乐观的研究者甚至估计它将近百万岁——无论如何,都意味着它诞生在另一个地质时代,今天的气候已经不再适合它繁殖,颤杨林已经1万年没有正常开花,全靠这样的分枝延续生命——这棵巨树于是有了一个名字“Pando”,意思是“我延续”。
树木长寿的秘诀,要从真核生物的细胞说起。与细菌的环状DNA不同,我们真核生物拥有线状染色体,带有庞大的基因组,同时也埋下了一个重大的安全隐患:DNA双螺旋的两条链方向相反,但DNA复制只能沿一个方向推进,其中一条链就必须倒着分段复制再接起来,但DNA聚合酶不能从端点处结合,这条反链的开头处只好被丢弃,令DNA复制一次就遗失一截。
为了避免染色体因此解体,真核生物在每条染色体的两端进化出一段重复序列,专用于磨损,就是“端粒”,同时还有一种端粒酶修补这段重复序列,使其生生不息。
绝大多数动物的端粒酶都只在生殖细胞和部分干细胞中保持活跃,体细胞分裂若干次就会磨秃端粒,程序性地死亡;但树木各处分生组织中的端粒酶都能保持活跃,让植物永恒地延长、加粗、分枝。
这种巨大差异并没有想象的那么难以理解:动物的新陈代谢非常旺盛,生存斗争总是表现为你死我活的搏斗,这要求复杂而精密的生理结构,体细胞种类繁多、各司其职,一旦分化成熟就必须维持现状,细胞分裂只是为了弥补损失,朝不保夕的日子能坚持到繁殖成功即可。
植物则不然,它们极低的代谢效率几乎不能支持任何运动,在生存斗争中十分被动,任何一个结构都可能被突然吃掉,于是细胞种类很少,分化程度很低,用不断的分裂弥补缺失的结构,对于多年生植物来说,越是长寿,体量越大,对繁殖越有利。
在这个规律的支配下,动物界也有一些长生不老的生物,比如刺胞动物门,包括珊瑚、水螅、水母和海葵。它们动作缓慢且细胞分化程度极低,在很大程度上酷似植物。它们的生活史也类似植物的世代更替:水母的受精卵会孵化发育成水螅,水螅在海床上营养生殖,再出芽生殖产生大量的水母。
但这个过程也有许多变化,比如珊瑚只有水螅体,能不断出芽生殖出新的个体,但始终保持连接,以便共享养分,这让珊瑚礁成为了动物界的Pando,实际上拥有数万年的寿命,而有些水母甚至能返老还童,重新退化成水螅体,不但长生不老,还有了多个副本。
我想长生不老是什么样的生命体呢?毕竟目前没有存在过,所以,大家都只能把自己的想象赋予这种概念。我自己的想象是它首先应该是生命体,而且大部分人希望把不老的机体保持在巅峰状态(通常是年轻的成年体)。
而它和所有物种一样,有着延续该物种存续的责任。所以,大概会有哪些困难呢?1,食物,安全。2,对抗敌人。3,适当的(生)出后代。4,如果时间够久估计还得获得星际旅行实力。
不过,知识有限,就想到这些了。
因为资源有限,万物守恒!有限的资源不可能无限的开发,有流转才产生源源不断的生命力!一物生必有一物灭,一物灰必有一物生!
基因锁,我更习惯叫代码锁。跟设计师构架产品一样,出于各种考虑不会有完美的商品,也都会设定使用寿命。
单细胞动物如果不被吃掉不受到外界因素打击是不会死亡的。
为什么生物进化没有向“长生不老”这条路上发展?
在这个规律的支配下,动物界也有一些长生不老的生物,比如刺胞动物门,包括珊瑚、水螅、水母和海葵。它们动作缓慢且细胞分化程度极低,在很大程度上酷似植物。它们的生活史也类似植物的世代更替:水母的受精卵会孵化发育成水螅,水螅在海床上营养生殖,再出芽生殖产生大量的水母。但这个过程也有许多变化,比...
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现在的生物为什么在长期的进化中没有被外来DNA所侵略中没有毁灭而保持...
DNA分子边解旋边复制、半保留复制减少了差错的发生,保证了DNA分子结构的稳定性;遗传信息传递过程遵循碱基互补配对原则,保证了遗传信息稳定的传递和表达,从而使生物性状维持相对稳定;密码子的简并性减少了基因突变对生物性状的影响,维持了生物性状的稳定性.
戎诞榄香: 目前流行的理论是一种端粒学说,认为细胞在每次分裂过程中都会由于DNA聚合酶功能障碍而不能完全复制它们的染色体,因此最后复制DNA序列可能会丢失,最终造成细胞衰老死亡.但这理论也有不能解释的地方,所以不够完善... 另外还有一种自由基的说法,人老化、体力衰退、皮肤失去光泽及弹性,主要是体内自由基过多,年轻时体内有较好的中和系统来排除自由基,降低它所造成的伤害;然而随着年龄增长,人体修复自由基的能力也随之下降;若未能及时补充抗氧化物,细胞就开始损伤,疾病于是产生,越来越多的证据显示,体内自由基含量越高,寿命越短....不过呢,准确的说这东西现在还没有定论.
方城县19130049172: 为什么细胞不进化成可以无限分裂,可以无限分裂后是不是可以长生不死了?
戎诞榄香:人体生理周期.是由基因控制.细胞的生长,衰老,死亡也都是由基因控制下的自然结果.如果存在了无限分裂的细胞.即癌细胞.是不受基因控制的.试想如果生物进化成长生不死的寿命.那么居住的条件肯定受到严重压力.结果导致物种的S型增长形势.而动物的不死性又和S型增长相悖.所以物种进化为长生不死是不合理的.另外.低等动物细胞的分化程度比较低,新的细胞长成后很快就能恢复功能,而高等动物的细胞生成后要经过复杂的分化过程,就会导致新细胞和旧细胞有差别.这就是为什么高等动物无法生成自我恢复肢体的能力.
方城县19130049172: 为什么没有长生不老的动物呢?
戎诞榄香:因为生物的细胞总是会不断地衰老.在线粒体中有一种叫端粒的物质,它的长短决定了细胞的寿命,而细胞每分裂一次,端粒就会变短一些,所以生物总会死亡的.
方城县19130049172: 为什么人类不把永生技术放在第一位? - ?
戎诞榄香: 能实现!加拿大作家Peter Watts所言:“如果物理学是正确的——如果一切事物归根结底都是物质,能量和数字,那么对某个物体足够精确的复制品就会显现出那个物体的特性.因此,任何一个复制了大脑中相关性质的物理结构都应该能产生智...
方城县19130049172: 为什么人要死呢,怎么没有长生不老!!! - ?
戎诞榄香: 长生不老的愿望只能通过人类去探索才能实现.但是,在一般人的思想中总是固执地认为,有生必有死,这是一种不可抗拒的自然规律.既然衰老是一种规律,而不是定律,那么形成这一规律的本质一定是有因可寻的生物学现象,因此也有理由...
方城县19130049172: 为什么不能长生??
戎诞榄香: 违反自然规律啊 生命进化过程中,可以出现这么多的生命形式,也可以产生人类思维这么高级的生命机能,这些东西会比长生不老简单吗? 自然可以产生这些东西,为什么就不可以产生出返老还童、长生不老的机能呢? 就目前来说,人不可以长生不老、或者说人会衰老是一种生命进化与自然选择的结果.也只是一种生命现状的表现方式. 其它自然界是有“长生不老”现象存在的,如无性生殖的低等生物,就可以认为是一种“长生不老”的方式.当然这种方式在复杂的高等生物人类来说目前是不可实现的.
方城县19130049172: 人为什么会死?为什么不会长生不老呢??
戎诞榄香: 生老病死是自然规律.随着年龄的增长细胞和身体机能也在变化.但是到达一定成长阶段身体机能就会退化,细胞增长率也会下降,这就导致了人们的衰老甚至死亡.
方城县19130049172: 人们为什么不会长生不老呢?
戎诞榄香: 细胞的新陈代谢会随着人的衰老而减慢,异化作用大于同化作用,导致人体内有机物缓慢减少(人年老变轻),核膜的内折,导致传递信息能力的减弱,反应大不如前,各种酶的失活,还有一中DNA端粒说法,建议查阅人家版生物必修一,具体第几页忘记了..
方城县19130049172: 人为什么会死?为什么不能长生不死也不老? - ?
戎诞榄香: 大家不该从人的角度感性地解释这个问题,思考超脱于万物之外,方可见到真正的真理.没错!作为拥有自我修复功能的机器,人可以避免死亡!生命可以无限繁殖.(病毒是个例子)如果用简简单单的磨损来解释,未免太牵强——如果人不能自我修复,那么二十岁的人岂不是和二十岁的机器一样老态龙钟!我们来设想生物不死:由于有意义生命带有繁殖功能(如果基因不能流传下来,那么怎样进化都是无意义的),地球上的物理空间会逐渐被相似的生物占满.的确,捕食者和各种意外伤害会清理一部分空间,但是速度十分缓慢,以至于环境变化时无法及时改变自己,造成全球生命完全毁灭.如果生命不死,那么就不会有我们在这里问:生物为何要死?
方城县19130049172: 为何人不长生不老??
戎诞榄香: 因为生物进化得让人老化