生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (9)
人出生之後必然會經歷生、老、病、死的過程。隨著年齡的增長，我們的生理機能會逐漸減退，生殖能力會逐漸喪失，老化在生物世界中似乎是個天經地義、無可逃脫的宿命。老化背後究竟是什麼機制在決定？為什麼不同生物彼此老化的速度會有天壤之別？這些都是在討論「我們為什麼會老？」時需要回答的問題。一般人對老化最簡單的解釋就是：機器用久了終究會損壞！但是這個解釋並沒有說明，有沒有特定的原因造成身體在老化過程中的損壞；另外它也沒有解釋為什麼老鼠活到了二、三歲就會老死，而人的壽命可以到100 歲！ 要認識並掌握老化的生物意義，必須從「為什麼會老？」和「怎麼變老的？」這兩個不同的層次切入。前者試圖回答生物在演化的過程中，為什麼會演化出會使個體老化的基因。而後者則試圖去瞭解在生命運作的過程中，是什麼樣的分子機制造成細胞、組織乃至個體呈現老化的特徵。讓我們先從「為什麼會老？」這個問題開始吧！ 每一個生命到老的時候，都會呈現出非常類似的特徵。因此我們是否可以假設：老化是由身體中一個設計好的遺傳程式在控制？舉個例子：鮭魚在大海中生長成熟後，會迴游到出生地產卵，之後這些鮭魚就會立刻老化死亡。鮭魚身體裡面好像真的存在一個遺傳程式，指揮牠的回鄉，產卵和死亡。像德國生物學家 August Weismann 在1889 年甚至提出，老化的產生對生物族群的發展有其必要性，因為它可以清除族群中沒有用的老人，而保留有限的資源給年輕的 後代。
圖9-1 在野外的動物，出生後存活的機會隨著年齡而下降（黑線）。只有在文明的世界裡，動物受到保護，才能看到它老化死亡的歷程（紅線）。
但所謂老化的遺傳程式真的在生物演化上扮演重要的角色嗎？我們可以試著想像：在非洲原野裡面，會不會看到很老的斑馬？答案明顯是否定的！斑馬在野外的存活率，會隨著年紀增加而急速降低，在野外你不會看到很老的斑馬，因為斑馬還沒有老，就會因為生病、或是跑慢一點而被獅子吃掉。想要看到老的斑馬只有在文明的世界中，在保護的環境下，在動物園裡！因此生物的老化也可以說是一種文明的產物。自然演化沒有特別的理由去發明出「老化」這個遺傳程式（圖9-1）。 既然自然界中沒有需要演化出「老化」的基因，那麼我們為什麼還會老？有三個演化生物學的理論來解釋老化產生的原因。首先是英國學者 Peter Medawar 在1952 年提出的「累積延遲發作的基因突變」。這個理論是說，任何基因突變如果對有生殖能力的年青人會帶來負面的影響，那麼帶了這些基因突變的人，在族群中會愈來愈少而終至完全消失。因此這些基因突變在長期的生物演化過程中，就會被淘汰而不會在族群中流傳。Medawar 認為如果有些特定的基因突變不會對年輕人造成不良影響，而只有當人過了生殖期之後才會顯現其作用，例如古代社會中人的平均壽命只有三十歲，這些突變基因就完全沒有發揮作用的機會，因此不會被演化淘汰掉而保存在族群裡。這樣世代相傳，這一類型的基因突變會不斷在族群中累積。一旦我們有機會活到五、六十歲，那些長期累積的基因突變就有機會在我們身上展現它們的負面作用，使人變老。
圖9-2 同一個基因，在年青個體身上的作用和在老年個體身上的作用恰恰相反！老化是維持年青活力必須付出的代價。
我們可以用杭丁頓舞蹈症的例子來解釋Medawar 的想法。杭丁頓舞蹈症是因為遺傳到一個突變基因產生的神經病變。但遺傳到這個突變基因的人年輕時完全沒事，只有到四、五十歲才會發病，發病後百分之百致死。我們可以想想看，造成杭丁頓舞蹈症的突變基因在古代人類社會中是否存在？再來，如果遺傳到杭丁頓舞蹈症的突變基因十歲就會發病，我們今天還會看到杭丁頓舞蹈症的病人嗎？
Medawar 的理論有一個問題，那就是任何會產生老化現象的基因突變，縱使完全不影響年青生物的生殖能力，但仍然可能對身體產生細微的影響，在嚴酷的天擇壓力下仍然可能會被淘汰掉的！譬如說任何基因突變會使生物跑的慢一點，或是免疫力降低了一些，都會使這個生物很容易被敵人吃掉，或是容易被感染而死亡。換言之，這些造成老化的基因突變必須對生物要有些好處，才可能在天擇壓力下保存下來。1957 年，美國演化生物學家 George C. Williams提出了他修正過的「累積延遲發作的基因突變」理論。Williams 的修正理論簡單說就是：年輕活動必須付出的代價（圖9-2）。
譬如說有些遺傳程式的運作對年輕的生命很好，能夠增加年輕生物的活動力，但運作過程中難免會產生一些副作用或是潛在的傷害，這些潛在的傷害會在老年人身上顯現出來。這個理論對大多數中國人來說並不寞生，中國年輕媽媽生產後傳統上都要作月子調養身體，其實就是這個道理。生產對身體產生潛在的傷害必須在年輕時就要調養好，否則到晚年就容易百病叢生了。 第三個是由英國演化生物學家Thomas Kirkwood 在1977 年所提出「生命的投資抉擇理論」。Kirkwood 認為每一個物種所擁有的資源是有限的。因此物種在演化過程中，如何利用有限的資源去應對不同環境的壓力，就成了一個重大投資抉擇策略的選擇。對任何生命的延續來說，有兩件重要但耗費資源的事要作：一是在生命運作的過程中，身體不斷地會受到損傷，所以必須要有非常有效率的修補機制。另外，所有的生物都要耗費資源來繁殖後代。身體的修補保養和繁殖後代這兩件事情，都需要用到有限的資源，因此就資源使用的觀點，這兩件事是互相衝突的。然而每一個生物，在不同環境中都要面臨這樣的抉擇：到底是把有限資源投資在身體的修補保養呢？還是投資在繁殖後代？ 用野外的小老鼠做例子，小老鼠在實驗室裡被保護得很好，不讓牠感染，給牠充分的食物，最多只能活兩到三年。人則可以活到一百歲！為什麼老鼠只能活兩年而人可以活到一百歲？根據投資抉擇理論，如果你是野外的老鼠，出生以後最重要的事是什麼？是修補保養身體呢？還是繁殖後代？野外的老鼠一出生到處都是敵人，環境中的老鷹、狐狸都想吃掉牠。所以小老鼠在野外出生後，最重要的事就是在還沒有被老鷹、狐狸吃掉前，趕快想辦法繁殖後代。因此對小鼠而言，投資的抉擇是很清楚的，當然是繁殖後代！我們知道小老鼠出生六個禮拜，就可以開始繁殖後代了！牠身體的結構與發育必須要讓牠一出生就能夠開始準備繁殖後代，所以相對身體損壞修補的能力就明顯不足。身體運作產生的損壞不能及時修補，二、三年裡就會老態龍鍾而終至死亡。另一方面像大象，能傷害牠的敵人不多，不需要急急忙忙去繁殖後代，所以大象修補保養的能力很好，因此壽命可以很長。 參考讀物 1. Why do we age? Nature 408: 233-38; 2000.
參考讀物
1. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (1) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32713
2. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (2) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32717
3. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (3) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32719
4. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (4) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32731
5. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (5) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32737
6. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (6) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32772
7. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (7) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32758
8. 生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (8) https://shs.ntu.edu.tw/shsblog/?p=32804
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