生命的衰老和死亡是如何进化的

生命何时放弃了永生？

在高等生物的有性生殖中，父母产生子女需经过基因重组，子女无法再延续父母的生命。因此，从生命选择有性生殖的那一刻起，就失去了永生能力。最早的有性生殖化石证据发现于巴芬岛的岩层中，可追溯至10-12亿年前。然而，科学家普遍认为，有性生殖的进化和真核生物的产生是同步发生的，这一时间点大约在距今21亿年前。

除了失去永生能力以外，有性生殖的其他弊端也是显而易见的。无性生殖中任何一个个体都可以繁衍后代，而有性生殖中只有一半个体能繁殖，这大大降低了繁殖速度。而且在有性生殖中，生物只能将自身的一半基因传递给后代，这似乎与基因延续的目的相悖。

这两个“一半”，就构成了有性生殖的“两倍成本”，然而，有性生殖的代价不止这两倍成本。生物的性行为需要浪费大量的时间和能量，这些浪费对生存和繁殖本身毫无益处，反而还会带来麻烦，如招来天敌的捕杀。然而，有性生殖能在当今生物界中占据主导地位，证明它所带来的适应性优势远远超过了成本。

有性生殖的一个明显优势是阻止有害突变的积累。经过父母双亲的基因重组，在基因水平上提供了两种容错机制：一是在减数分裂产生配子的过程中，同源染色体要经过配对和复制，受损伤的基因得以修复；二是在合子形成之后，双方的有害突变彼此掩盖，优势得以互补，这就是我们说的杂合优势。

有性生殖在基因延续上的优势，具体地表现在以下三个方面。一是将两个有益突变结合在一个个体身上，使有益性状更广泛地传播。二是将两个有害突变聚集在一起，将有害基因更快地从种群中剔除。三是通过基因重组，创造出比以往存在的基因型更加适应环境的新个体。

有性生殖不可避免地涉及到性选择，即多个雄性争夺一个雌性。最终的结果是：优势雄性三妻四妾，留下更多后代，优势基因得到更广泛的传播；而劣势雄性很少或根本得不到交配机会，劣势基因在种群中减少乃至消失。这是在无性的种群中所不存在的强大进化动力。

“生命诚可贵，爱情价更高”。20亿年前的原始生命似乎做出了匈牙利大诗人裴多菲诗句中的选择。然而，这里面有个细思极恐的事实——进化的本质在于基因的延续，而生命体不过是个容器罢了。对自私的基因来说，在复杂多变的环境中，时不时更换新容器，要比长期使用同一种容器，更有利于它们的传播和延续。

真核生物为什么选择了性？

要想知道真核生物为什么放弃永生而选择有性生殖，必须先搞清楚在真核生物产生之际，即距今20多亿年前，地球环境是什么样子的，正在经历哪些变化。

从原始生命最初产生的距今38亿年前开始，前后持续了14亿年，地球环境没有太大变化。古细菌和真细菌不断分裂，在浅海中无忧无虑地生活着。

然而，到距今24亿年前，蓝藻产生的氧气开始在大气中聚集，这就是“大氧化事件”，对厌氧的原始生命来说，氧气是有剧毒的。同时，氧气消耗掉大气中的温室气体甲烷，使地球在几万年间下降了70℃，整个地球被冻住，这就是休伦冰期。

对分裂生殖的古细菌来说，进化的唯一动力是基因突变，况且突变还多是有害的。它们因无法适应如此剧变的环境而纷纷死亡。我们今天只能在海底火山喷口等极端环境下，才能看到古细菌的踪迹。到头来，永生成了永灭。

有一支古细菌活了下来，它们发展出了基因重组机制，每一代的性状都各不相同，总有个体能适应复杂多变的新环境。它们的后代有个响亮的名字，叫做真核生物，这种新的繁殖方式就是有性生殖。今天所有的动物、植物和真菌都是这些原始真核生物的后代。

长远来看，有性生殖是生命延续和发扬光大的唯一机会。尽管有性生殖的生物注定无法永生，但它们的后代却可以活得更久、更精彩。经过20亿多年的进化大战，裂殖的细菌还是老样子，有性生殖的真核生物却以极具多样化的形态占领地球的各大生态位，还演化出了我们人类这样的高智慧生物，成为地球的统治者。

细菌和癌细胞在生物学上是永生的，但它们永生的前提条件是环境一直不变、一直适宜——这个前提在瞬息万变的地球上是不可能成立的。在现实环境中，细菌的一个细胞系能活几年就不错了，终免不了全军覆没的命运。

海拉细胞系（取自一名妇女的宫颈癌细胞）已经存活68年了，但这是在实验室培养的理想条件下，现实中癌细胞的寿命不会超过宿主，它在杀死宿主后自己也就死到临头了。因此，在生物学上永生的生物，在现实中活得更短，这是个相当讽刺的事实。 

衰老和死亡是如何进化的？

通过上面的分析，我们得知生命进化的本质在于基因延续，我们这个容器只要将基因传递给后代，就算完成了任务。然而，活着是生命的固有属性，我们的永生虽称不上对基因延续有利，但也绝称不上有害，为什么会进化出衰老和死亡呢？

有人说，只有个体生命衰老并死亡，才能给种群新生力量的发展腾出空间，有利于整个种群的繁荣。这话貌似很有道理，但并没有从科学上揭示衰老和死亡产生的本质。

1951年，彼得·梅达瓦尔提出了衰老的突变积累理论。他指出，自然选择的作用随着个体年龄的增长而下降。当有害突变在生命早期表达的时候，由于会对个体产生的后代数量产生重大影响，自然选择的作用非常强烈，能很快将这些有害突变剔除。

然而，有些有害突变是在生命晚期表达的，尤其是在个体繁殖停止之后，自然选择根本不起作用，因为这些有害突变早就在不知不觉中传递给后代了。随着时间流逝，这些在晚期表达的有害突变会因遗传漂变而积累起来，最终导致生命体的衰老和死亡。

例如，亨廷顿氏病可致患者痴呆，罹患各种并发症并最终死亡，危害极大。而且它是一种常染色体显性遗传病，能代代遗传并表达。但这个病仍然得以流传至今，因为它多在30岁以后发病，患者早就在30岁之前的生育中把致病基因传递给子代了。

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为了更好地表达突变积累理论，梅达瓦尔绘制了“选择阴影”模型。个体生育力在刚成年的时候达到高峰，之后保持不变或下降。而由于内部（疾病）和外部（意外和天敌捕食）的种种生存压力，个体存活率随着年龄增长而下降。二者加在一起的结果就是，生物到晚年繁殖几率很低，自然选择对这一阶段表达的有害突变几乎不起作用。梅达瓦尔用“选择阴影”概念表示自然选择缺席的年龄范围，这就是生物体的老年阶段。

根据“选择阴影”模型，通过延长生物的生育期，能提高自然选择缺席的年龄，从而促进延缓衰老和长寿的进化。在自然界，会飞的动物由于天敌较少，生育期也较长，因此有利于长寿的进化。动物学家发现，蝙蝠的寿命可达30多年，而体型、代谢率均相似的老鼠寿命却只有几年，这一事实证明了突变积累理论的合理性。

然而，生物在晚年的繁殖几率一定低于青壮年，自然选择的阴影必然存在，在阴影区表达的有害基因也将持续传递给后代，使生物世世代代都逃脱不了死亡的宿命。因此，任何有性生殖的物种都不可能通过自然进化实现永生。未来要想实现“冻龄”或者长生不老，有赖于人类超越自然的技术。