為什麼進化沒有解決衰老的低效問題？ -InnerSelf.com

: By 喬丹·彭內爾斯

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為什麼進化不能解決衰老的低效問題？ Helgi Halldórsson/Flickr

生命將生物學的秩序和復雜性與物理學的無休無止的混亂進行對立。熱力學第二定律，或熱力學時間箭頭，指出任何自然系統總是傾向於增加無序性。生物衰老也不例外，死亡不可避免。然而，最不被關注的衰老問題之一是進化的優化驅動與身體不可避免的退化之間的明顯悖論。考慮到我們從單細胞生物進化了 3.5 億年，為什么生命沒有對抗衰老的低效呢？或者更準確地說，在達爾文進化論的框架內，衰老是如何持續存在的？

進化要發生，首先必須有 遺傳變異，群體內個體之間因遺傳和環境因素而產生的可測量特徵（表型）的差異； 繼承權 這些遺傳因素從父母傳給後代；和 生殖成功率差異，使得某些遺傳因素表現在個體的生存和繁殖能力（即適應性）中。

在這個進化框架中考慮衰老。世界各地不同個體的壽命存在明顯差異，受到遺傳因素的影響，但也受到國家國內生產總值等外部因素的強烈影響。

壽命也是一種遺傳特徵，個體之間約 23% 至 26% 的壽命差異是由遺傳因素引起的，否則已知作為遺傳力。此外，延長壽命或改善一生的健康狀況會延長壽命，這會讓你對異性更具吸引力，並增加你生育成功的可能性，這是有道理的。那麼，如果長壽特徵滿足了這三個進化標準，為什麼我們不能活到意想不到的壽命呢？

1952年，英國生物學家Peter Medawar正式提出了第一個衰老進化理論，將其稱為“衰老進化論”。 突變累積模型。該理論基於這樣一個事實：個體獲得的突變可以是早發的，也可以是晚發的。早期作用的突變在個體繁殖活躍的時期表現出來，因此無論突變產生什麼影響，都會受到自然選擇的影響。然而，自然選擇對晚發突變是“盲目的”。如果繁殖已經發生，那麼在生命後期顯現出來的突變就不能被追溯選擇，並傳遞給下一代。因此，選擇的力量隨著年齡和生殖能力的下降而減弱。這種現像是已知作為選擇陰影。

為什麼進化不能解決衰老的低效問題？選擇陰影是選擇力隨著年齡和生殖能力下降而減弱。 資料來源：Fabian 和 Flatt，2011 年

這個理論解釋了為什麼圈養動物的繁殖如此困難，直到它們在野外自然經歷的年齡晚了。當環境發生變化並且生存風險降低時（例如在圈養環境中），動物可以活到積累的晚發突變可以顯現出來的年齡。由於這些小種群中的近親繁殖，突變集中加劇了這種效應。自然資源保護主義者很難應對這些與年齡相關的疾病的增加，而這些疾病在野外的發病率並不高。類似的現象曾經出現過觀察到的隨著人類神經退行性疾病的增加，與過去一個世紀我們壽命的急劇延長同時發生。

突變累積模型由美國進化生物學家 George C Williams 於 1957 年完善，當時他詳盡的進一步研究早期作用和遲發突變之間的關係。突變可能會產生多種影響，這些影響在不同的組織類型或生命的不同階段中表現不同，這種遺傳現象稱為 多效性。當突變對不同生命階段的健康產生相反的影響時，例如在生命的早期和晚期，它被稱為 拮抗多效性。威廉姆斯假設，如果一種突變對生命早期的生存和繁殖產生有益的影響，但在以後的生活中產生與衰老相關的負面影響，那麼選擇就會對早期的益處產生作用，並豐富種群中的這種突變。這種拮抗多效性模型將衰老視為青年時期生存和繁殖選擇的適應不良副產品。

因此可以確定，一些改善生存和繁殖的早期生命特徵與年齡相關疾病存在進化權衡。然而，1977 年，英國生物學家 Thomas Kirkwood 提出了這一概念： 一次性軀體模型，這建議生存和繁殖本身之間的進化權衡。柯克伍德認為，在資源有限的環境中，每個人都必須將資源預算用於生存或繁殖。就像您購買新車時的選擇一樣考慮它。您可能會購買一輛華麗的新型跑車，0-100公里/小時僅需 2.7 秒，享受刺激，也許捕捉在此過程中一些潛在合作夥伴的目光。但這輛車價格昂貴，而且車的加速度和速度可能不安全。

整個自然界都觀察到相同的繁殖成本和風險概念。這些是物種在努力尋找合適配偶時必須權衡和應對的因素：

搜索成本：在繁殖荒野中尋找配偶可能會花費時間和金錢，或者在自然界中，這會消耗代謝能量和被捕食的風險；
攜帶/飼養成本：後代的妊娠和飼養成本高昂，並且增加了父母遭受捕食的脆弱性；
疾病風險：與伴侶的互動可能導致接觸性疾病；
交配風險：女性比男性更容易遭受家庭暴力，但在自然界中，角色可以顛倒過來，某些物種的雌性會在交配後吃掉毫無戒心的雄性（例如，雌性螳螂交配後會吃掉她的伴侶）。

雖然繁殖的成本可能很高，但如果你成功了，就可以不擇手段。但當談到個人採用哪一種策略時，環境可能具有重要意義。合而為一實驗從2004年開始，雄性蟋蟀被圈養，並以低至高水平的蛋白質作為其飲食的一部分。為了吸引潛在的伴侶，雄性蟋蟀會用後腿摩擦腹部，發出我們晚上聽到的叫聲。這不僅會增加新陳代謝的成本，還會向捕食者發出警報。餵食富含能量、高蛋白飲食的雄性會將這些資源分配給夜間叫喚，從而損害了細胞的維持。即使沒有掠食者，這也會導致壽命縮短。

最終，繁殖是進化發揮作用的焦點。人類進化允許在這個繁殖窗口之後對健康產生遲發性影響，特別是如果它對個體的早期生活有益的話。在環境約束的背景下，個人必須有效地配置資源，在生殖、安全和長期健康之間進行權衡。在治愈衰老的過程中，進化醫學有可能進一步加深我們對人類疾病產生原因的理解，並闡明破壞這種內在生物過程的意外成本。