2015年2月18日 星期三

第三種猩猩-人類的身世與未來(五) 我們老化的秘密是什麼?

發明文字前
老人是經驗的資料庫
在採集狩獵時代
宗族中 即使只有一個年過70的老人
他的知識也能決定整個宗族的命運

因此 長壽是我們跨越獸界,進入人界的本錢

我們在第一集提過
不少克羅馬儂人可以活到60歲
但尼安德塔人 幾乎沒有活過40歲

這說明了,我們的身體,一定發生了某種變化
讓我們老化的速度變化


但那時候
"停經"演化出來了
停經是老化的時間
可是它的功能 卻是讓女人活得更長
弔詭吧?


我們先討論身體的修理機制

就像修車
除非保險桿壞掉,不然我們不會定期換保險桿

身體進行損害控制的最明顯例子
就是傷口癒合

許多動物都有非常的損害控制本領:
蜥蜴的尾巴、海星的臂足、螃蟹的腳、海參的腸子

肉眼看不到的層次:
細胞內有專門的酵素,負責找出DNA受損部位修理,不會理會完好的部位



左手立馬長出來


另一種修理機制:定期更新

牙齒有固定的更換時間(人類有6副、大象有2副、鯊魚一生都在換牙)
人一生只有一副骨架,龍蝦和其他節肢動物 會定期更換外骨骼
人也會一直長頭髮

細胞也會定期更新
(腸內壁細胞 每幾天換一次,紅血球 每4個月...)


你可能會問:
既然天擇會留下最強戰士
為什麼我們不會演化成 什麼都能修理、什麼都能更換的戰士呢?

為什麼我們只有2副牙齒?這樣長大就不用裝假牙
為什麼老人會關節炎?要是能像螃蟹一樣 定期換關節就好了
要是我們能定期換心臟,就不用擔心心臟病了


答案:與修理的代價有關

修車是個很好的比喻

開賓士車的朋友 通常都會定期保養愛車
雖然每次保養很貴
但他們認為值得:
好好保養可以用很久
比隔幾年就換新車還划算

但如果你住在紐幾內亞首都(莫爾斯比港)呢?
莫爾斯比港 是世界車禍冠軍城
不論你怎麼保養
一年內愛車都可能報銷

所以紐幾內亞開車族 根本不保養:
他們寧可省下錢 買一台新車


那一個動物應該"投資"多少在生物修理?

假設演化是場遊戲
那贏的方式
就是生下子女最多的贏

那為什麼天擇不讓我們更壯、更快

這些演化的設計問題,乍看之下簡單
麻煩的是:

天擇的對象是生物個體(整個身體)
而不是一個個體的各個零件

必須活下來的
是你這個人

而不是你的大腦 或 飛毛腿

一個動物,若改善他身體的某個零件,得到某個明顯的好處
但可能會得到某個壞處

改善了某個零件
可能會與身體的其他零件不速配
或會消耗更多能量
使其他零件得不到能量

天擇會對每一個特質仔細推敲
讓個體的壽命 與生殖率 達到最高水準
而不是讓單個零件最佳化


演化就是不斷取捨的最佳過程

我很自豪我的金龜車
但我開寶馬車的朋友 認為我的車很遜
他問我為什麼不換一個更大更好的引擎?

原因是:巨大的寶馬引擎 根本裝不進我的金龜車

即使我把金龜車的引擎室擴大
還得換變速箱、傳動軸
我也得改避震器、煞車(因為車速變快了)
等到改裝完畢
金龜車原來的零件 所剩無幾

我想
原本的小引擎,對金龜車是最好的

也就是說
如果我想增加車速,就不得不犧牲這車的其他性能


另一個好例子:英國 戰鬥巡航艦

第一次世界大戰
英國海軍 建造了13艘戰鬥巡航艦
它們的特色:有戰鬥艦的噸位與火力,又有巡航艦的速度

但是 為了增加火力與速度
火炮與引擎的重量 勢必增加
其他零組件的重量 就受到極大的限制

於是戰鬥巡航艦 犧牲了裝甲強度、小型火炮、抗空襲裝備




這種設計,產生了悲劇
1916年,英國皇家海軍"無倦號"、"瑪莉女王號"、"無敵號"
在北海與德艦遭遇
幾乎一給德砲擊中 就爆炸沉沒

1941年(二戰),英國海軍"胡德號" 與 德艦"俾斯麥號"遭遇
8分鐘就給擊沉

日本偷襲珍珠港
幾天內 "反擊號"就給日本轟炸機擊沉
(似乎是海戰史上 第一艘給空軍擊沉的大型戰艦)

這些戰績都顯示:
戰艦中有些零件特別大
也不能使整艘戰艦 處於最佳狀態

所以
工程師在設計一項機器
不會只修補單一零件,而不顧及整體
因為每一個零件都要花錢、占空間、攤重量
那些都可以挪用到其他零件

工程師會考慮:零件怎樣組合,才能使機器的整體效能最好

同樣的邏輯
演化不會只修補單一生物特徵
而不考慮生物整體

因為每一個結構、酵素、DNA片段
都會耗能量、占空間
那些都可以挪為他用

只要任何組合,能導致最大生殖成就
那這個組合 就會受到天澤青睞

不論是工程師 還是 演化生物學家
都必須評估 體系內增加任何東西後的 得 與 失


那為什麼我們有些特徵,看起來在降低繁殖能力?

例如女性停經、一胎只生一個、最多一年生一個、12~16歲以後才能生孩子

這其實是一樣的邏輯
如果女性懷孕期 真的縮短成3周 
那母親的身體與胎兒 都要有配套的改變

要是我們將所有能量都用來生孩子
不顧修理身體
那我們的身體很快就會衰老
等不及孩子出生

另一方面
要是我們將所有能量 花費在維修身體
就沒有能量製造、生養孩子


天擇要做的是:
調配維修身體 與 生殖的相對花費,求得最大生殖率

小鼠2個月大就能懷孕
而人類至少要等到12歲

動物要是很晚才生殖
就必須花費許多能量 修補身體
那樣才能活到生殖年齡(12歲)

所以我們預期:第一次的生殖年齡愈晚,花費在修理身體上的能量愈大

小鼠比我們早生殖
衰老得也早
(牠們的修理機制不太有效)
就算再怎麼照顧
也活不超過2歲

但人類要是花在修理身體得能量很少,壽命就會撐不到青春期
所以與修理小鼠比起來
修理人類 比較值得

查理蒙格:生命就是一連串的機會成本


那人類花費能量的細項是什麼?

首先
我們的修理能力不怎麼樣
我們不會長出新肢 也不會定期換骨架(一些短命的無脊椎動物就可以)
但整個結構的更新 並不常見
可能也不是動物修理帳單 花費最大的項目

最大的支出
發生在肉眼看不見的細胞與分子層次:
人類就算一整天不動
男性一天也會消耗1640大卡

大部分能量花在肉眼看不見的定期更新上
這項開支的比例,比小鼠大很多


第二個例子
是關於"無法修復的傷害"的風險

有些傷害是絕對無法恢復原狀

如果你明天就會被獅子吃了
今天付錢給牙醫 做牙齒矯正
毫無意義

要是一個動物 因為無法恢復原狀的意外死亡機率很低
那就值得在昂貴的修理機制上投資

同樣的邏輯
美國車主願意保養新車,紐幾內亞的車主就不會

遭到天敵獵殺的風險
鳥類與哺乳類低(因為在天空飛)
烏龜比其他爬行類低(因為有龜殼保護)

於是 鳥類與烏龜投資昂貴的修理機制
比較可以回收

那些容易遭獵殺的動物,就省省吧!


第三個例子
是男女之間壽命的差異

兩性中 比較不會橫死的那一方
投資修理機制的收益較大(壽命較長)

在多數動物中
雄性的橫死機率比較高
因為雄性從事高風險競爭(打鬥)

在過去的歷史 男人也要和其他男人對抗

與男性較高的橫死率相關的是:
男性老化的較快,非橫死的機率 也比女性高

目前女性壽命比男性多6年
部分原因是男性抽菸的人比女性多
但即使在不吸菸的人口中,女性的壽命 依然比較長

這意味著:

演化為兩性寫下程式
讓女人花比較多的能量 修補身體,男人花能量來鬥爭

也就是
修理男性划不來,不如修理女性


最後一個例子
為什麼人類過了生殖期後,還能活很久?


很少動物在過了生殖期還能存活的
因為既然生完了,繼續維修身體 沒有意義

但仔細思考 就會發現:
人類發育、成長,很不容易,得要近20年
在動物界絕無僅有

老人扮演非常重要的角色
即使他們的子女已經成年
老人對整個社群的生存
仍發揮攸關生死的功能

所以我們獲得一種特別的本領:
女性即使不生了,依然繼續修補身體


那又為什麼女性在中年就停經了?

而且是忽然關閉功能
為什麼天擇不讓女性生個不停?直到鞠躬盡瘁,死而後已?

也就是:
如果母親一直生,容易死,母親死亡對嬰幼兒的生存不利

由於人類嬰兒發育得很慢,斷奶後也無法自行覓食(黑猩猩就可以)
在狩獵採集社會
母親一旦死,小孩就性命不保,除非已經長到青春期

生小孩等於是在賭博
如果已經生3個,沒必要冒險生第4個

所以停經的目的
是保護母親先前在孩子身上的投資


人類老化,到底有沒有主要原因?

過去的演化學家
都在幻想老化只有一個原因
或最好不要超過3、5個




但事實是:老化 涉及無數 同時發生的變化

天擇會讓身體所以生理系統的老化速率
彼此速配

如果身體大部分零件都耗損的很快
卻只修理某一個零件
根本沒意義

容許身體一小部分零件提早耗損
也沒有意義

天擇不會犯下無意義的錯

例如車主不會買便宜的滾珠軸承,卻花大錢在其他零件上
但也不會買一個鑽石滾珠軸承,因為即使鑽石滾珠軸承 壽命較長
其他零件卻不

車主的最佳策略
就是使車子所有零件
都保持同樣的磨耗速率
最後大家一起垮掉,絲毫不浪費


天擇的策略:"同時全面崩潰" 

這個結論令人失望

如果老化是由一個原因造成
就能針對那個原因 對症下藥
或許我們就能長生不老

我想知道長生不老的祕方啊~
但事與願違

"福爾摩斯探索"這本小說裡
劍橋大學 生理學教授 愛上解剖學教授的女兒
為了彌補年齡的差距
給自己注射了黑面猴血清,當作回春藥

福爾摩斯 非常憂慮
要是真有這種回春藥
那俗人都能延長他們的生命,不就"不適者生存"?

天擇 絕不會容許單一的衰老機制
福爾摩斯擔心的事
似乎不可能發生
要是他知道了
會鬆一口氣吧?

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