有动物真正“永生”吗?这些生物违背了生物时间的规律。

有动物真正“永生”吗?这些生物违背了生物时间的规律。

水螅,特别是普通水螅,是一种不起眼的生物。这种淡水刺胞动物(水母的近亲)最大的体长只有一厘米左右。它们微小的身体是简单、朴素的管状体,一端有羽状触手。然而,它们的简单性掩盖了一个惊人的秘密:它们似乎不会衰老。这一观察结果违背了科学预期和进化论,并导致一些人将水螅物种描述为生物学上的永生——也就是说,它们会死亡(死于疾病、掠食、饥饿),但并非出于任何细胞的必然性。

最初,丹尼尔·马丁内斯 (Daniel Martínez) 打算反驳这种炒作。这位生物学家——现任波莫纳学院教授,​​但当时是纽约州立大学石溪分校的研究生——相信通过仔细观察和实验,他可以捕捉到水螅变老或衰老的过程。“我认为……作为多细胞生物,你无法逃脱衰老,”他告诉《大众科学》。

水螅。图片来源:imageBROKER/Marko Koenig via Getty Images

四年时间(对于如此小的生物来说,这已经是很长了)马丁内斯仔细观察了他在实验室中饲养的水螅的衰退迹象——它们的繁殖能力下降或更容易死亡的迹象。但他一无所获。“研究结果并未提供水螅衰老的证据……水螅可能确实逃脱了衰老,并且可能具有永生的潜力,”他在 1998 年的研究中承认。在为期八年的后续研究中,马丁内斯和同事发现了相同的结果。他让单个水螅存活了 12 年,而没有注意到任何衰老迹象。如果不是生命阻碍了他对永生的研究,他也会很乐意这样做更长时间。“我决定去太平洋屋脊步道,所以我不能继续 [饲养水螅],因为我想徒步五个月,”他说。

在马丁内斯设法收集的所有观察结果中,他最终承认,“这些东西不会死,”他说。这位怀疑论者被说服了——但有一个警告:“我们在使用‘永生’这个词时必须小心,因为我们一直在实验室里杀死它们,”他说。“它们并不是真的永生(如无敌),它们似乎没有时间记录。”

水螅是这一现象的一个突出例子,但它们在抗衰老方面并非独一无二。少数动物表现出意想不到的长寿和几乎可以忽略不计的衰老。慢慢地,科学揭示了这些生物避免衰老的各种方式的细节和理论。

九头蛇是如何做到的呢?

水螅既有性繁殖,也有无性繁殖,产生的芽会长成相同的克隆。但它们不仅通过这些复制品存活下来,还以个体的形式存活下来。为什么?加州大学戴维斯分校的分子和细胞生物学家塞利纳·朱利亚诺 (Celina Juliano) 说:“它们有很多干细胞。”它们的基本身体几乎完全由未分化的“塑料”细胞组成,这些细胞可以不断分裂和自我替换,比人类心脏细胞更容易。只要中央身体的一部分完好无损,水螅就能从几乎任何伤害中恢复和再生。每隔 20 天左右,一个水螅个体就会更新,由与之前完全不同(但相同)的细胞组成,就像一艘微型忒修斯之船。

但问题依然存在,即水螅的单个细胞为何如此坚韧。“它们的干细胞能够无休止地产生新细胞,这真是太了不起了,”朱利亚诺说。除了少数例外(例如海瑞塔·拉克斯的 HeLa 细胞),其他动物细胞谱系都有一定数量的分裂次数。每次增殖后,它们都会受到损伤,缩短端粒长度,并衰老。水螅细胞究竟如何避免逐渐衰亡仍是一个谜,尽管研究人员正在取得进展。朱利亚诺说,它们确实有活性端粒酶,这种酶可以让染色体长长的保护性尾巴再生——所以这很可能是谜团的一部分。根据朱利亚诺实验室 2020 年的研究,另一个似乎是水螅能够抑制狡猾的跳跃基因。通过进一步的 DNA 分析,她希望发现更多线索。

格陵兰鲨鱼

与水螅相反,格陵兰鲨体型巨大——体长可达 24 英尺,体重超过 2,000 磅。它们是最大的鲨鱼物种,是统治寒冷的极北海洋的顶级捕食者。它们也是已知寿命最长的脊椎动物物种。2016 年的一项研究对从 28 条雌性鲨鱼身上收集的眼晶状体进行了年代测定,发现最老的鲨鱼大约有 400 岁,甚至可能超过 500 岁。这些鲨鱼似乎直到 150 岁左右才进入生殖期——鲨鱼的幼年期和青春期共持续了一个半世纪。

格陵兰鲨。来源:Hemming1952/WikiMedia

德国波鸿鲁尔大学的计算生物学家和生物信息学家阿恩·萨姆说,这些大鱼能够存活数百年,可能有很多因素在起作用,但其中一个因素是它们修复 DNA 的能力。萨姆和他的同事一直在研究格陵兰鲨鱼的遗传密码。他们发现,这种动物的基因组异常庞大,有许多重复基因。其中一些重复基因编码 DNA 修复和抗癌蛋白。萨姆告诉《大众科学》杂志:“这个想法很简单,如果你有更多的基因参与这个过程,它就能更好地生存,并有更多的DNA修复。”

其他研究发现,鲨鱼 DNA 编码的酶蛋白具有独特的活力,即使经过几十年,也能保持持续的高活性。一般来说,随着动物年龄的增长,它们的酶活性和整体代谢都会显现出来,但格陵兰鲨鱼似乎没有经历同样的退化。

永生水母?

水螅并不是唯一一种看似永生的刺胞动物。灯塔水母,又名长生水母,有自己独特的方法来逆转衰老。灯塔水母不会像水螅那样一直停留在息肉阶段,更换单个细胞,而是会长成成熟的水母,然后奇迹般地重组并恢复到以前的幼年状态,这种现象看起来很像衰老倒退,被称为“转分化”。

灯塔图片来源:Bachware/WikiMedia

和水螅一样,保持较长的端粒似乎是实现这一神奇循环的一部分。和格陵兰鲨鱼一样,这些水母是基因和细胞修复的大师。

虽然并非所有人都相信灯塔水母的绝招能与水螅一样神奇。在马丁内斯看来,水母的细胞重组更像是无性繁殖——产生克隆后代——而不是个体的持续生存。“它会再生成一个细胞球,然后从那里产生一个新的息肉,但之前的水母已经消失了,”他解释道。“这很迷人,但这是一种不同的现象……发生的退化,可以称为衰老,”他补充道。

然而,在朱利亚诺看来,水螅和灯塔水母身上发生的事情可能表明,许多其他相关物种也遵守着它们自己的衰老和再生规则。“对于刺胞动物来说,这也许并不例外,”她说——也许这只是一个已经研究过和尚未研究过的问题。也许这也适用于其他演化支。一些涡虫或扁虫,似乎具有与刺胞动物类似的无限再生能力。朱利亚诺说,已经进行了有限的长寿研究,“但我知道人们只是将它们视为本质上永生的。”

裸鼹鼠

裸鼹鼠是一种几乎没有毛发的地下真社会性啮齿动物,其等级结构与蚂蚁和蜜蜂相似,在许多方面都很突出。它们众多的怪癖中,有一项是它们的寿命。相对于其他啮齿动物(以及一般的小型脊椎动物),裸鼹鼠的寿命非常长。它们已知可以存活长达 40 年,比它们最接近的啮齿动物竞争对手非洲豪猪长 12 年,非洲豪猪的寿命约为 28 年。

裸鼹鼠。图片来源:Marijan Murat/picture alliance via Getty Images

虽然距离永生还有无限年的时间,但裸鼹鼠和水螅一样,在进入晚年时,其健康和生理状况并没有明显下降。部分原因是它们的新陈代谢相对较慢。裸鼹鼠的呼吸非常缓慢,它们的细胞对缺氧有抵抗力,而且它们的体温基线很低,因此它们实际上是外温动物(或冷血动物)。还有其他因素在起作用。

鼹鼠尤其擅长抵御癌症,这是一种老年病,在其他啮齿动物中十分常见。萨姆说,研究表明,鼹鼠通过“早期接触抑制”来做到这一点。当它们的细胞开始变得密集并相互碰撞时(如早期肿瘤形成),它会触发一种阻止细胞生长的机制。引发细胞抗癌级联的化合物透明质酸是美容和抗衰老产品的常见成分,尽管它在精华液和面霜中的作用与它在鼹鼠细胞中的作用大不相同。

海龟和陆龟

有些陆龟寿命很长,活到 200 岁还能成为名人。但并非只有少数几只陆龟表现出非凡的逃避死亡的能力。根据 2022 年发表在《科学》杂志上的一项研究,许多种类的海龟和陆龟都几乎不会衰老,尤其是在圈养条件下。在接受调查的 52 个物种中,有四分之三基本上没有衰老迹象。德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的统计人口统计学家费尔南多·科尔切罗说,实际上,这意味着它们的死亡风险逐年没有增加。

开曼海龟。图片来源:DepositPhotos

然而,这种趋势只适用于动物园和水族馆里的动物。科尔切罗说:“野生动物的衰老速度比动物园快得多。”他认为,这说明了过去一个世纪人类寿命的趋势——当你改善生物的环境条件时,它可以活得更长、更健康。科尔切罗指出,海龟和陆龟在圈养时究竟如何减少或消除衰老仍是一个悬而未决的问题,但很明显环境和衰老之间存在相互作用。

龙虾(和其他贝类)

龙虾是另一种寿命极长的水生动物,有些个体的寿命估计超过 100 岁。除了衰老非常缓慢之外,这种甲壳类动物还从不停止生长(官方世界纪录保持者为 44 磅)。它们会越来越大,直到所有的生长和蜕皮变得难以承受。建造和脱落越来越大的外骨骼最终会耗费过多的能量,最终它们无法蜕皮而死亡。虽然这不是传统进化意义上的衰老,即细胞随着时间的推移而退化,但它是成熟过程中死亡风险增加的副产品。

龙虾。图片来源:DepositPhotos摄影师:Sergey Novikov (SerrNovik)

在有壳的海洋生物中,龙虾并不是最令人印象深刻的。蛤蜊的一种,圆蛤可以活 500 多年。2006 年,在冰岛海岸发现了一种特殊的样本,被称为明朝(以其诞生的中国朝代命名)。计算壳上的生长带显示,这种软体动物在被杀死用于研究之前,已经存活了 507 个年周期。它是迄今为止发现的最长寿的非群居动物。

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