人为什么会衰老呢?

人为什么会衰老呢?为什么一般大型生物的寿命较长,小型生物的寿命较短?

有不少科普文章以端粒等角度来解释这个问题,这篇文章用进化的角度来讨论这个问题

有不少动物可以活超过100岁,有不少植物可以活超过一千岁。自然选择可以延长或者缩短一个个体的寿命。但是有一个基本原则,如果要寿命变长必定需要基因将身体制作得质量更优良,这会耗费一定的生存资源,而耗费的这个资源本可以用来繁殖后代。自然寿命的长短就看从基因角度,值不值得为该物种打造一个耐用的躯体。

如果一个物种的幼年死亡率很高,但是进入成年后它的死亡率却变得很低,那么得到一个成熟个体是很宝贵的,让它过早衰老死亡绝对是一种浪费。与其让这个成体死亡每次多生一些子代,不如让这个成体继续活下去,在未来继续生育几次更好。这种物种就有进化上的压力让它变得更长寿。很多大型哺乳动物都很长寿就是这个原因。

如果一个物种成体的死亡率很高,那么这个物种就没必要有很长的寿命,毕竟它迟早会被捕食者吃掉。这种物种一般会发育得很快,快速老化,寿命很短。要延长寿命必须在免疫系统,神经系统,身体修复能力上花费很多功夫。如果这个物种的成熟个体本来就容易死亡(比如蚂蚁),那花费巨大精力弄一个寿命几十年的蚂蚁,结果第二天就被人一脚踩死了,岂不是很亏。

美国NASA的航天飞机计划的寿命是太空飞行100次,所以各种仪器都更紧密,造价也远高于一次性的火箭。但是火箭的优势是造航天飞机的价钱可以造好几架火箭了,生物体也是如此。说得极端点,如果你放的火箭是我们平时春节玩的窜天炮,你当然也可以加上GPS等高科技部件进去,甚至让窜天炮按你控制的路径来飞,但是对于一炮就炸掉的东西,成本不划算啊。

生态学家做了个数学模型:假设一群果蝇它们的自然寿命是100天,但是每天的死亡率是20%(被捕食死亡),并且从第一天开始它每天可以产10个卵。那么20天后只有原来的1%的果蝇还活下来(一般来说果蝇的一天寿命相当于人类1年)。这个计算很简单大家可以算算。这样平均每个果蝇能产50个卵。

现在改变一下果蝇模型,假如所有的果蝇自然寿命都降低为20天,但是每次可以产11个卵,那么平均每个果蝇能产50.3个卵,它的繁殖能力提高了千分之6。要知道在进化上,千分之的提高都是很强的自然选择强度。有千分之6的优势,很快果蝇的寿命就从100天寿命进化成20天寿命了。

不只是理论计算推导出这个结论,很多实验也证实了成体的意外死亡率降低会导致物种向更长寿方向进化。

在实验室里通过人工模拟自然界果蝇意外死亡率,得出的结果显示在降低果蝇死亡率长达100代以后,果蝇能够平均多活5天寿命(果蝇5天寿命相当于人5年寿命)。也就是说保持现在这样的人类低死亡率状况2000多年时间,人类自然的平均寿命也许会增加几岁。而现在的短期内人类寿命大幅增加是环境因素(医疗更好了)带来的。

从20世纪的美国人口统计数据来看,人类的寿命大概是按照46岁的使用寿命设计的。过了46岁很多衰老性疾病发病率都会大幅增加。46岁的年龄在远古,人类已经结束生育年龄,并且已经大致在执行抚养孙子的任务了。这时候衰老与否对于自然选择来说压力不大,人类已经基本上完成传承基因的任务了。其实人类的寿命较长还是要感谢人类有抚养孙子辈这个习性,对比像黑猩猩,大猩猩这样没有抚养孙子辈习性的近亲,它们的自然寿命比我们短20年,也就是它们自然寿命比我们少一代。

为什么减少寿命会增加繁殖能力呢。一个假说是我们说的总资源相当的情况下,把资源放在生育上了。另外一个说法叫拮抗多效理论。意思就是说有些基因会改善青壮年时生物个体的生存能力,但是会降低老年时得生存表现。但是年轻时表现得更好有助于繁衍,所以生物体会以牺牲老年时的生存能力为代价,让年轻时的个体更优秀。另外年轻时有不好不坏的影响,但是老年时有坏影响的基因也没办法清除,因为老年时的表现能力对基因的繁育影响不大,自然选择压力小。

从上文可以看到,寿命太长对于基因的传承并不一定都是好事。鲸鱼能活100多年,而一些小鱼只能活几个月是有原因的。并不是体积小的动物就注定不能够寿命太长,只是基因觉得它是快速消费品,没必要活太久。

作为人类我们当然希望能活得更长,不过在以前如果我们活得太长,对基因自身传承不利。而现在人类利用科学手段不断延长人类的期望寿命,改变了基因设定的天命。