尼克·萊恩認(rèn)為，實現(xiàn)長壽的關(guān)鍵在于線粒體。
新浪科技訊 北京時間9月5日消息，據(jù)國外媒體報道，作為倫敦大學(xué)學(xué)院的一名進(jìn)化生物化學(xué)家，尼克·萊恩（Nick Lane）思考的都是和生命有關(guān)的大問題：生命是如何開始的？又是如何存續(xù)的？我們?yōu)楹螘ダ喜⑺廊?？我們?yōu)槭裁匆九九?？不考慮我們這個時代的生活習(xí)慣，萊恩從進(jìn)化遺傳學(xué)的角度對這些問題進(jìn)行了剖析。他認(rèn)為，我們的基礎(chǔ)生物化學(xué)機(jī)制、尤其是活細(xì)胞的能量產(chǎn)生機(jī)制，也許正是決定上述問題的關(guān)鍵。
萊恩一直在努力構(gòu)建一套新的進(jìn)化學(xué)說，與目前認(rèn)為基因為繁殖和生存而競爭的進(jìn)化學(xué)說形成相互替代、相互補(bǔ)充的關(guān)系。他認(rèn)為，要想充分理解進(jìn)化史上的一些重要變化，如真核細(xì)胞和多細(xì)胞生物的出現(xiàn)等等，就要把能量限制納入考慮范圍內(nèi)。
萊恩所著的《生命的躍升：進(jìn)化史上的十大發(fā)明》（Life Ascending： The Ten Great Inventions of Evolution）一書曾獲2010年英國皇家學(xué)會科學(xué)類書籍大獎。他于2015年出版的《至關(guān)重要的問題：為何生命會如此》（The Vital Question： Why Is Life the Way It Is）也曾被描述為“改變局勢的作品”、“充滿了大膽而關(guān)鍵的想法”等等。書中建立了一個全新的、詳細(xì)的生命起源模型，解釋了生命是如何利用深海熱泉中的化學(xué)能、逐漸誕生成型的。比爾·蓋茨稱，《至關(guān)重要的問題》一書“對生命起源發(fā)起了精彩的探詢”。
為了解萊恩對衰老、性愛和死亡的觀點(diǎn)，Nautilus網(wǎng)站在萊恩位于倫敦的實驗室中，對他進(jìn)行了采訪。
在您所著的《能量、性、自殺：線粒體與生命的意義》一書中，您提出了這樣一個問題：“對性的追求是從何時開始受到死亡的懲罰的？原因是什么？”這個問題是什么意思呢？
性是伴隨著復(fù)雜細(xì)胞而出現(xiàn)的。細(xì)菌就不會像我們所知的那樣做愛，不過它們會做類似的事情：交換基因。從本質(zhì)上來說，這正是性愛的意義。但我們將基因重新組合的方式卻有所不同。復(fù)雜的真核細(xì)胞——包括人類、植物、真菌等等，都有性的概念。這本身非常了不起。但我們并不清楚性究竟有何優(yōu)勢。它是伴隨著復(fù)雜細(xì)胞的演化出現(xiàn)的。性似乎很有必要，而且與死亡緊密相關(guān)。我們越是將資源著重用在繁衍后代上，在進(jìn)化方面表現(xiàn)得越好。所以，如果我把所有資源都用在了性愛上，分配給健康長壽的資源就所剩無幾了。從進(jìn)化的角度來看，我相當(dāng)于故意縮短了自己的壽命。
烏龜可以活很長時間。這可能是因為它們的新陳代謝率極低。
您說“性與死亡緊密相關(guān)”，這是什么意思？
這里所說的死亡指的是“細(xì)胞程序性死亡”。這一過程是由基因控制的，會消耗能量，而且完全是刻意為之。受損細(xì)胞會主動殺死自己，將自己從原處移除，然后被干細(xì)胞生成的新細(xì)胞取代。而性交則在生物個體的層面上完成同樣的任務(wù)。從自然選擇的角度來看，性交的目的就是要加大個體之間的區(qū)別，增加種群內(nèi)的多樣性，從而促進(jìn)自然選擇。而從自然選擇的角度來看，人與人之間的區(qū)別又要說回性交。你能留下多少后代？對人類而言，這個問題主要針對的是男性。自然選擇偏向的結(jié)果是，男人越少越好，但留下的兒女越多越好。
您的意思是，有些男性在這方面表現(xiàn)得比較好，有些則比較差？
沒錯。從自然選擇的角度來看，性交的目的就是讓最優(yōu)良的基因留下盡可能多的副本。這可以增加種群內(nèi)的多樣性。種群內(nèi)會有一些非?！坝行А钡哪行裕鸵恍盁o效”的男性，那么“有效”的男性就會獲得更多機(jī)會。從人類的角度來看，這可能不太美好。但進(jìn)化說到底就是這么回事。
您一直在追蹤細(xì)胞中線粒體的能量產(chǎn)生過程。那么線粒體究竟從何而來？
線粒體最初其實是混進(jìn)了另一個細(xì)胞里的細(xì)菌。至于這個細(xì)胞究竟長什么樣、是什么細(xì)胞，目前還有很大爭議，但幾乎可以肯定的是，它是一個很簡單的細(xì)胞。最終，線粒體變成了細(xì)胞中的能量工廠。我們生存所需的全部能量都來自線粒體。
這和衰老有什么關(guān)系？
生存是有代價的。做任何事都要付出代價。從一定程度上來說，這個代價要取決于我們生活的速度。如果我們的生活節(jié)奏很快，體力很快就會消耗殆盡。新陳代謝率（即我們消耗氧氣、消化食物的速率）和壽命之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。當(dāng)生存條件較好時，我們就會把更多的資源分配在性成熟和繁衍后代上。但如果條件不理想，比如正在遭遇饑荒時，我們就會將重點(diǎn)從性交、蛋白質(zhì)合成和增重轉(zhuǎn)移到生存上，繁衍后代需暫時擱置，一切等熬過了艱難時日再說。這種切換一直是過去十幾年來對衰老的研究工作的重點(diǎn)。它不僅與新陳代謝率有關(guān)，還與我們重點(diǎn)分配資源的方式有關(guān)。資源的分配重點(diǎn)要么放在交配上，要么放在生存上。對于簡單生物來說，基因變異就可以使它們的壽命增長兩三倍。但對于我們這樣的復(fù)雜生物而言就困難得多了。
但我們還是有強(qiáng)烈的延長壽命的欲望。那什么才是延年益壽的最佳策略呢？有些研究顯示，限制熱量攝入似乎能明顯延長哺乳動物的壽命。這在人類身上也能奏效嗎？
我們暫時還無法確定。有人在恒河猴身上開展了長達(dá)幾十年之久的研究，但這些研究的結(jié)果總是相互矛盾。有些研究顯示，這種方法效果很好，可以將壽命延長30-40%。但有些研究顯示，讓對照組的恒河猴隨心所欲地大吃特吃其實對其健康有損，或?qū)е滤鼈兊膲勖陀谡勖?。因此這些實驗設(shè)計存在很多不確定性。此外，大多數(shù)人也不愿意把攝入的熱量縮減40%。當(dāng)然啦，確實有些人愿意這么做，但我們還不清楚這么做究竟能不能延年益壽。我聽說過某人因節(jié)食患上了骨質(zhì)疏松，跌倒后極易骨折。可見這種方法也是有副作用的。
那么人類究竟有多大可能實現(xiàn)長壽呢？
從進(jìn)化的角度來看，人類壽命似乎是沒有上限的。這點(diǎn)很令人震驚。比如住在小島上的負(fù)鼠只要沒有天敵，經(jīng)過五六代之后，壽命就會翻倍。鳥類的壽命也遠(yuǎn)比從它們新陳代謝率推出的壽命要高。例如，鴿子能活到30歲左右，但從它們的新陳代謝率和體型推算，它們應(yīng)該只能活三四年才對，這中間竟差了十倍。鴿子之所以如此長壽，原因在于它們有著很強(qiáng)的有氧代謝能力。為了離開地面，鴿子要進(jìn)行大量的新陳代謝，為此，它們必須有強(qiáng)大的線粒體。這些線粒體很少滲漏出自由基。這似乎就是鴿子如此長壽的原因之一。
我們已經(jīng)聽說了很多有關(guān)自由基的事情，比如我們應(yīng)該多吃含抗氧化劑的食物，以此消除自由基、變得更長壽。自由基的真相究竟是怎樣的呢？
自由基會引發(fā)衰老的理論最初起源于五六十年前。該理論聲稱，線粒體會產(chǎn)生一種名叫自由基的活性氧化物。我們吸入的一部分氧氣會以活性自由基的形式在體內(nèi)釋放出去，對DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜等造成損害，還會使DNA發(fā)生變異。這些損害逐漸積累，最終造成災(zāi)難效應(yīng)，此時細(xì)胞受損過于嚴(yán)重，已經(jīng)無法繼續(xù)存活。而在過去幾十年來，這一理論已經(jīng)被徹底推翻。另外，服用大量抗氧化劑可以延年益壽、阻止癌癥和癡呆等疾病的說法也不成立。科學(xué)家開展的大量研究和大型數(shù)據(jù)分析顯示，如果你服用大量抗氧化物補(bǔ)充劑，只會死得更快。
如果具有氧化作用的自由基的確會對細(xì)胞造成損傷，為何抗氧化劑沒有用呢？
原因在于，這樣會對自由基信號造成干擾。我們已經(jīng)知道，自由基可以使細(xì)胞切換到應(yīng)激狀態(tài)。細(xì)胞中可能有各種各樣的細(xì)微差別，但一旦出了什么岔子，細(xì)胞就會變得像煙霧探測器一樣，隨時準(zhǔn)備好“探測煙霧”、并根據(jù)情況做出反應(yīng)。而抗氧化劑的問題在于，它們會使“煙霧探測器”失靈，這可不是什么好事。“煙霧探測器”會切換到應(yīng)激狀態(tài)，而這種應(yīng)激反應(yīng)會影響各類基因的表達(dá)、從而保護(hù)細(xì)胞。因此，自由基往往能激發(fā)細(xì)胞做出保護(hù)性的應(yīng)激反應(yīng)。但如果此時讓抗氧化劑擾亂了這些保護(hù)信號，只會有害無益。
既然鴿子的壽命可以達(dá)到新陳代謝預(yù)期壽命的10倍，人類可以嗎？
人類會受到大腦的限制。如果我們可以不斷更新體內(nèi)的一切，如細(xì)胞、組織等等，理論上來說壽命就沒有上限了。但如果更新了神經(jīng)元，就相當(dāng)于把自身經(jīng)歷重新書寫了一遍，我們也就不再是我們自己了。神經(jīng)元的年齡上限約為120年，如果要突破這一極限，就要付出這樣的代價。我認(rèn)為真正的極限就在于這一點(diǎn)。我們怎樣才能避免大腦隨著時間的流逝不斷減少質(zhì)量、損失負(fù)責(zé)儲存記憶的神經(jīng)連接和突觸呢？
假如我們可以使神經(jīng)元再生、替換掉受損神經(jīng)元，這些新生的神經(jīng)元是否處于一個嶄新的狀態(tài)、可以銘刻上新的經(jīng)歷？還是說它們已經(jīng)由已有的神經(jīng)通路進(jìn)行了調(diào)整？另外，我們談?wù)摰摹霸偕本烤股婕暗侥牟糠帜X區(qū)？是與記憶相關(guān)，還是與認(rèn)知處理相關(guān)？
經(jīng)歷并不會銘刻在神經(jīng)元上。但單個神經(jīng)元上可能有1萬個突觸連接，構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分，而我們尚未了解這些突觸對整體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響。替換認(rèn)知處理相關(guān)的神經(jīng)元似乎比替換與記憶相關(guān)的神經(jīng)元容易得多。如果突觸連接能夠儲存記憶，新生的神經(jīng)元又如何才能重新構(gòu)建這些連接呢？
替換神經(jīng)元還涉及到其它一些有趣的問題。例如，你可以對皮膚細(xì)胞進(jìn)行重新編輯，將其變成一個干細(xì)胞。然后你可以再引導(dǎo)這個干細(xì)胞變成神經(jīng)元，并且用這個神經(jīng)元替換掉大腦中死去的神經(jīng)元。如果這個新的神經(jīng)元能夠成功形成正確的突觸連接，就會帶來一個重要的問題：它的線粒體該怎么辦？當(dāng)你重新編輯皮膚細(xì)胞時，它的線粒體就會轉(zhuǎn)化成干細(xì)胞線粒體的模樣，變得更圓，并且不帶電荷。但你不知道其中的DNA會經(jīng)歷怎樣的變化。這些DNA是否會保留此前在皮膚細(xì)胞中所遭受的損傷，還是會設(shè)法抹去這些損傷？如果這些損傷保留了下來，那么我們得到的新神經(jīng)元就是個劣品，很快就會失靈。
您在《能量、性、自殺》一書中寫道：“為了延年益壽，并避免衰老帶來的各種疾病，我們需要更多線粒體才行?！蔽覀?yōu)楹涡枰嗑€粒體呢？
想想爬行動物、烏龜?shù)鹊?，它們的壽命都長得驚人。原因在于，它們的新陳代謝率極低。這些動物基本不怎么動彈，細(xì)胞也很少處于應(yīng)激狀態(tài)，因此十分長壽。而鳥類則是另一極端。它們的新陳代謝率遠(yuǎn)高于人類，體溫更高，消耗的氧氣也更多，但它們的壽命卻比同等體型、同等新陳代謝率的哺乳動物長得多。這似乎是因為它們有更多、質(zhì)量更好的線粒體，從而改進(jìn)了整個系統(tǒng)的功能。壽命長短與新陳代謝率之間的比率構(gòu)成了一條U型曲線。我發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)非常發(fā)人深省。
我們在這條曲線上處于什么位置呢？
我們大概處于中間吧。就我們的重量而言，無論是與鳥類還是爬行動物相比，我們的壽命都相對很短。因為我們的新陳代謝率相當(dāng)高，但又不像鳥類那樣擁有高質(zhì)量的線粒體。這一部分與單個線粒體的質(zhì)量有關(guān)，另一部分也與線粒體的數(shù)量有關(guān)。人體肝細(xì)胞中的線粒體數(shù)量是烏龜?shù)?0倍。所以這似乎意味著，較強(qiáng)的有氧代謝能力能夠延長生物壽命。因此鳥類和蝙蝠對能量的要求非常高，這樣才能飛得更高、活得更久。如今人類的壽命已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大猩猩或黑猩猩。人類在進(jìn)化早期曾經(jīng)歷過有氧代謝能力、即耐力的提升。不過我們還不清楚這是否和人類祖先在非洲平原上追逐瞪羚有關(guān)。但與其它猿類相比，我們的確有更強(qiáng)的耐力，可以更長時間地保持活躍狀態(tài)。
您知道人類有氧代謝能力的提升發(fā)生在什么時候嗎？
我想大約是100萬年前吧，這似乎發(fā)生得很早。
我們再來進(jìn)一步談?wù)剰?fù)雜細(xì)胞的進(jìn)化。您能再講講細(xì)菌與宿主細(xì)胞的早期結(jié)合嗎？
我們還不確定捕獲這種細(xì)菌的究竟是什么宿主細(xì)胞、被捕獲的又究竟是哪種細(xì)菌。但我對此已經(jīng)有了一種較為堅定的猜測。很多證據(jù)顯示，這個宿主細(xì)胞可能是一種類似細(xì)菌的簡單細(xì)胞，名叫古細(xì)菌（archaeon）。它沒有儲存DNA的細(xì)胞核，不會進(jìn)行有性生殖，也不會去四處吞噬其它細(xì)胞。但機(jī)緣巧合，某個細(xì)菌通過某種方式進(jìn)入了這個細(xì)胞，就此變成了線粒體。這個過程涉及了兩種簡單細(xì)胞，其中一個跑到了另一個細(xì)胞里。真核細(xì)胞的一切特征都是在這種互動過程中產(chǎn)生的。這就意味著，真核細(xì)胞的復(fù)雜性全都與線粒體有關(guān)，并且線粒體至今仍在其中扮演著至關(guān)重要的作用。
這么說來，線粒體僅被視作細(xì)胞的能量來源，是受到了低估？
我們要想設(shè)法延長人類壽命，就不能光把線粒體視作細(xì)胞的能量來源，還要意識到，正是線粒體的出現(xiàn)使得真核細(xì)胞如此復(fù)雜，并且仍在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。無論是對細(xì)胞的復(fù)制、分裂還是死亡而言，線粒體都屬于重中之重。
那么科學(xué)家該如何充分利用線粒體的功能、從而延長人類壽命呢？
這個問題很難回答。要想用優(yōu)質(zhì)線粒體替換掉次品，最簡單的方法就是在細(xì)胞層面上引入選擇機(jī)制，擁有劣質(zhì)線粒體的細(xì)胞會死亡，擁有優(yōu)質(zhì)線粒體的細(xì)胞則會存活下來。因此我們首先需要提高細(xì)胞周轉(zhuǎn)率。運(yùn)動和良好的飲食習(xí)慣都有助于實現(xiàn)這一點(diǎn)。蔬菜水果之所以對健康有益，一部分原因可能是因為其中含有能夠促進(jìn)細(xì)胞更新的毒素，與抗氧化劑沒什么關(guān)系。所以“好好吃，勤鍛煉”這句老話沒說錯，但對延年益壽的作用有限。
如果細(xì)胞不更新，細(xì)胞就無法進(jìn)行選擇，劣質(zhì)線粒體就會越來越多。隨著我們逐漸衰老、患上各種疾病，很容易發(fā)生這種情況，最劣質(zhì)的線粒體在細(xì)胞中逐漸累積，優(yōu)質(zhì)線粒體則無從生長。而隨著這些變異的線粒體逐漸占據(jù)上風(fēng)，心肌纖維就會受到破壞。
大腦仍是一個非常棘手的問題，但或許能提供解決問題的線索——線粒體移植。我曾經(jīng)納悶了很長時間，神經(jīng)元僅憑誕生時的那些線粒體，如何能堅持120年之久。結(jié)果我發(fā)現(xiàn)事實并非如此：干細(xì)胞其實可以通過與神經(jīng)元相連的微絲，將新的線粒體轉(zhuǎn)移到神經(jīng)元細(xì)胞中。這聽上去很科幻，但如果干細(xì)胞能把嶄新的線粒體轉(zhuǎn)移到相鄰的神經(jīng)元中，就等于是為其注入了新的生命。雖然做起來不易，但我們或許可以寄希望于再生醫(yī)學(xué)，使干細(xì)胞重新煥發(fā)活力，而不是直接替換掉老舊神經(jīng)元。（葉子）
