25 岁,人类的身体达到顶峰,然后......

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25 岁,人类的身体达到顶峰,然后......

图片:Victor Freitas / CC0

为什么人类身体从二十五岁就开始走下坡路?

孙悦礼,骨科医生 | 临床研究 | 公路车 | 手绘科普

在《黄帝内经》中将人类的生命周期划分为“人年五十已上为老,二十已上为壮,十八已下为少,六岁已下为小”。这其中“老”的划分,与现代以 60 或 65 岁以上定义为老年人有所出入。

“生长壮老已”是自然规律,长久以来,各种预测寿命长短的学说纷纭,长寿秘方更是层出不穷,但无一经得起验证,围绕于此的一些治疗也是差强人意。

2009 年的诺贝尔医学与生理学奖颁发给了 Elizabeth H. Blackburn 教授,以表彰其发现对端粒与端粒酶如何保护染色质机制的发现,这也似乎向人类揭开了长寿的密码。

相关内容 @Kyoukai 的回答已经讲解得很详细了,把衰老划定在一个具体的年龄段,目前看来似乎并不可行,但这并不影响我们进一步研究衰老和抗衰老的生理和病理过程。

根据最新研究进展,人类寿命并不单单有自身 DNA 基因所决定,在我们体内 100 多万亿个细胞中,每个细胞里还寄生着 1000 到 2000 个称为「线粒体」的小器官,它们也在不遗余力地在为人类续命。

那么“线粒体”到底是怎么回事呢?

套用时下最火的一部电影,线粒体和人体的关系大概就是寄生体和宿主的半寄生关系,这也是我对于衰老过程的理解——

线粒体“寄生体”不想宿主衰老变弱死掉,会使用自己的力量为其充值续命,人类“宿主”不断消耗线粒体”寄生体“,最终“寄生体”离开“宿主”,去找下家。


以下为详细解释版

细胞从外界吸取物质和能量,然后不停复制自己。即使环境发生变化,细胞也会通过复制传代的方式,使一些后代幸存下来。而这样的复制不是无限的,当细胞密度达到一定的程度,“僧多粥少”的情况就来了,外界营养和能量对每个细胞变得稀缺,生存竞争就自然而然地出现。

活得更好、繁殖能力更强、能够更好地适应环境、更“皮实”的那些细胞就会被筛选保留下来。远古许多单细胞生物就这么一直延续到了现在,和细菌差不多,这些单细胞生物的尺寸很小,一点也不引人注目。

细胞生命的成长和繁盛,存在一个由数学原理构建的“天花板”。

如果把细胞看成一个“发电站”,那么细胞膜就相当于是水坝,ATP 合成酶就是镶嵌在细胞膜水坝上的“水力发电机”,离子通过浓度差透过细胞膜进入细胞,就相当于水从高处经过水坝流向低处。离子穿过细胞膜表面的 ATP 合成酶,就可以产生 ATP,ATP 是一种“能量货币”,广泛参与全身的多种耗能的生理过程,所以应该是多多益善。

试想下,如何让细胞利用这个水力发电站制造更多 ATP 能量呢?

当然是让“水力发电机”ATP 合成酶更多咯。

而 ATP 合成酶广泛分布在细胞膜上,因此细胞膜面积越大,ATP 合成酶的数量就会越多。

而细胞大多是三维下的球体,所以 ATP 合成酶的多少和细胞球体的大小密切相关,也因此细胞制造能量的能力,就和细胞半径的平方成正比。细胞越大,细胞生产能量的能力就越强

然而,在另一方面,细胞越大,它所消耗的能量却更大。更遗憾的是,能量消耗的增长速度,比能量生产的提高速度更快。

想象一下,庙里有两个挑水小和尚:和尚 A 每天可以挑 6 桶水,喝 2 桶水;而和尚 B 每天可以跳挑 8 桶水,喝 5 桶水。那么谁的净收益更大呢?

正是因为细胞受限于结构,使得能量供应赶不上消耗,而体积又不能无限扩大。这就是成了细胞增殖成长的“能量天花板”。

如果这个天花板没法突破,地球上只会有细菌一样的单细胞微生物,勉强依靠细胞膜上的 ATP 合成酶,生产能量维持生活,不会产生任何需要更高能耗的复杂生命。

那么,这个天花板是怎么被突破的呢?

这就要归功于细胞体内的这种称为「线粒体」的细胞机器了。在电镜下,线粒体看起来像一个手撕面包,内部层层叠叠的都是褶皱。

正是这些类似细胞膜结构的褶皱,使细胞不用变得很大,也能分布更多的 ATP 合成酶,从而维持复杂生命高能耗的产能要求。除此之外,线粒体还拥有一套独立的遗传物质,在细胞自我复制的时候,线粒体也会自我复制,然后一分为二进入后代细胞体内。持续维持细胞的生理功能。

2009 年的诺贝尔医学与生理学奖颁发给了 Elizabeth H. Blackburn 教授,以表彰其发现对端粒与端粒酶如何保护染色质机制的发现。鉴于端粒长短与寿命长短的紧密连接,端粒,似乎是人类发现衰老的密码。

如果 DNA 是鞋带,那么端粒就是鞋带末端的塑胶套,它和组蛋白一起扣在 DNA 的末端,保护其在细胞分裂中染色体的完整性,同时通过监控染色体的完整程度来控制细胞分裂的周期。而另一方面,DNA 中的遗传信息会在细胞分裂的过程中不断丢失,为了防止遗传信息丢失的太快,端粒就会通过自身消耗来抑制它,当端粒缩短到一定程度的时候,细胞就会停止分裂,进行自发性的程序性凋亡。端粒就像掌管细胞生命的沙漏,从出生复制的时候就开始漏,当沙子流之时,生命就完结了

而在这个过程中,为了抑制这一过程,相对独立于人体 DNA 的线粒体就成了第二道防线,它们也会通过消耗自身来修复人体基因上的衰老表达,而这个过程却会使他们不断受到的损伤,当累积到一定的程度,人体细胞老化将越来越难抑制,人也会不可避免地老去。

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