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我们不知道答案的125个科学问题(6)人类寿命的极限

已有 3638 次阅读 2017-2-4 12:02 |个人分类:科学教育|系统分类:科普集锦|关键词:抗衰老,人类寿命的极限,科学问题| 科学问题, 抗衰老, 人类寿命的极限

上接第5个问题:http://blog.sciencenet.cn/blog-318012-1029211.html

 题记:这又是一个生物学领域的问题,到目前为止6个问题里这已是第4个与生命相关的问题了。人的寿命到底可以延长到多少岁,一直是人类一个非常重要的科学问题,寿命的长度对人的心理、家庭和社会都会产生重大的影响,人到底能活多久,人能否像吃了“唐僧肉”一样可以长生不老呢?

6.人的生命到底能延续多久?How Much Can Human Life Span be Extended?

   1997年人类有史以来有确切记录的寿命最长的人Jeanne Calment (21 February 1875-4 August 1997) 法国南部去世,享年122 (备注:其实122岁并非是有史以来人类记载的最长寿命,中国就曾经有147岁和156岁的记载,但这些人都没有被完全确认和核实) 。然而随着现今社会科技和医疗等技术的发展,许多生物学家或人类学家所预言的技术如果可以实现的话,那么在未来的数十年内,122岁的长寿记录将不再是什么高不可攀或引入注目的事情。很多科学家都相信这个世纪的年轻一代很快将会迎来人类生命跨越百岁的时代。根据科学家们在酵母菌、线虫、老鼠等不同物种上寿命延长的实验结果来看,许多科学家相信人类生命的延续工作完全可以让人的平均寿命延长到100110岁之间。而今天现实世界的统计结果是:发达国家百岁老人的比例是每10,000人当中才有1个。因此很多科学家在人类寿命延长的问题上并不乐观,他们认为人类抗衰老的研究工作远远比其他物种要复杂,而且还有更多的额外限制。在其他物种上行之有效的寿命延长策略在人的身上可能实际上是行不通的,而且对人而言生命延长的结果还伴随有其他伦理道德等一系列的社会问题。

   在大约二三十年以前,关于人类延缓衰老的研究还是一潭死水,因为人们普遍认为人类寿命的长短基本上是一个无法被改变的事实(各种动物都有一个相当恒定的平均寿命和最高寿命)。但是当许多分子生物学家开始从分子水平上去寻找抗衰老的有效方法并取得进展的时候,人们才开始相信生命的长短确实可以通过科学的手段进行干预和获得改善。科学家们通过实验发现,适当地降低类胰岛素受体(与高热量代谢活动有关)的水平能够把线虫的寿命延长到令人惊讶的6个星期,这已经是正常线虫寿命的2倍。同样对某些鼠类如果降低其高热量的饮食摄入(让其保持饥饿状态但维持其正常的营养需求)其寿命会比正常的老鼠要延长50%。尽管如此,在有些物种上的抗衰老努力却一直没有获得成功。例如,对于线虫来说,减少其高热量食物的摄入,会促使它进入和冬眠一样的所谓“耐受”状态,造成其新陈代谢变慢,这一点可能对线虫生命的延缓起到关键的作用,但对其他大型的物种却很难造成这样的结果。另外,对于寿命短暂的物种而言,如线虫和果蝇,它们的衰老过程在实验中都能被明显地延缓,这可能来源于此类生物对寿命延缓的干预更为敏感,而这个特点对其他大型物种,特别对于人类来说也根本不适用,其在人身上的效果也根本无法获得确认。总体而言,那些成功延缓某些物种衰老的策略最后都集中在以下的三个方面:(1)热量限制(calorie restriction:一种降低高热量食物摄入的饮食策略);(2)降低类胰岛素增长因子1IGF-1:一种蛋白质)的水平;(3)阻止机体组织的氧化性损伤。当然以上三种延长寿命的策略并非相互独立,它们之间可能存在某种关联(例如高热量食物摄入限制的动物它们的IGF-1水平普遍较低),但是到目前为止这种相关性还没有最终获得证实。

     无论以上所谈到的对某些物种有效的抗衰老策略之间是否有本质的联系,这些策略能不能直接应用到人的身上来延续人的寿命呢?而这些方式如果真有效,那其有效性我们该如何去确认呢?延缓衰老的药物不像治疗癌症或心脏疾病的药物,其延缓衰老的治疗效果到底如何是非常模糊和难以被确认的,这就造成了延缓衰老的研究结果经常很难被确立或解释。而且,延缓衰老治疗的安全性也没有保障;对于物种而言,限制高热食物摄入的方法虽然延长了个体寿命但显然降低了物种的繁殖力,例如这种方法会造成实验室内长寿的果蝇种族根本无法与野外的物种进行群体竞争而最终消亡。另一方面对人而言,仅仅实验结果的搜集工作就存在很大困难,搜集人类寿命实验结果的周期会非常的长,特别是从那些真正衰老缓慢的志愿者身上获得数据,会花费更长的时间,以至于实验数据到来的时候那些进行实验工作人员都已经死去了(会导致数据无法获得科学地确认)。

   尽管延缓衰老的实验非常耗费时间和精力,但这依然没有阻止科学家们探索的脚步,有些研究人员已经成立了公司并致力于寻找延缓衰老的药物和方法。在这些尝试中,一个显然非常有趣的问题就是热量限制摄入的方法是否也对人体有效?这方面的实验已经在灵长目动物身上进行了测试,而且位于马里兰州贝塞斯达(美国马里兰州中部城市)的美国国家抗衰老研究所(NIA)已经开始了短期的人体测试项目。参与测试的志愿者被要求执行1年期的非常严格的饮食计划,研究人员将不间断地测试志愿者的新陈代谢和其他身体指标,用来监控饮食限制对衰老过程的影响。

   人类抗衰老研究的另一个重要方面当然来自于对具有遗传特征的长寿者基因的比较研究。尽管许多科学家并不同意人类的平均寿命极限是85岁、100岁或150岁,但他们大多数都相信人类的平均寿命一定存在一个固有的和遗传基因有关的上界。所以从基因的角度去研究细胞的衰老,以及细胞如何衰老和失去繁殖活力,是人类抗衰老研究的重要方面。细胞的生死更替和保持活力与生命整体的寿命长短紧密相连,所以首先必须研究清楚细胞的衰老过程,以及细胞衰老过程中基因的作用、变化和细胞内其他细胞器或物质的改变,这对于研究人体衰老过程至关重要。原则上,人体的所有细胞都应该可以不断分裂去产生新的细胞,而经过不断分裂的老细胞最后为什么会失去分裂能力而最终死亡(细胞无论体外或体内培养,其分裂总有一个极限次数)?在这个过程中基因(秩序)、能量(活力)、热量(无序)到底起到了什么样的作用?而实际上根据目前人类医学的观察,人体细胞由于功能分化,有些组织的细胞一生都不会分裂而只是死亡和消耗(如神经细胞、骨骼细胞、心肌细胞和卵巢实质细胞),有些则进行有条件地分裂(损伤后被动进行如肝细胞、肾细胞),有些则一直在分裂和增殖(因为人体不断消耗而需要补充,如上皮细胞、血细胞)。而这些分化以后的细胞有一个共同的来源就是所谓的干细胞,或者更早的是卵细胞,这个细胞为什么就有这么大的生命力,这个初始化的细胞内到底存在怎样的物质让细胞充满活力而不断分裂分化,而这个物质难道仅仅是存在于细胞核内的DNA的序列代码吗?当然不是,从细胞的分裂分化和死亡过程来看,人体整体环境的不可逆变化是造成最终个体死亡的关键因素,而细胞内固化在DNA之中的信息的转录能力(包括表达的水平、效率和准确度)是驱动一切分裂分化的根源。但为什么人体会有寿命的限制,难道真的是DNA中固化的东西?或者仅仅是因为消耗不分裂细胞如神经细胞而产生了衰老和死亡?那为什么神经细胞不会分裂而获得增殖?到底是什么物质启动或关闭了细胞的分裂活力(而这种活力完全可以得以恢复,如癌细胞获得的超常分裂能力)?反过来说如果所有的细胞如果都能全新地复制出如婴儿时期一样新鲜的组织细胞,那人的寿命怎么会受到限制?所以人体的衰老存在着两个方面的原因:(1)设置在DNA中的固定程序(这是生命体DNA序列中本身设定的,就如同人在不同时期的特征,如幼儿期的换牙、青春期的发生、更年期的出现以致到最后的死亡,都是生命DNA的预先设定)。(2)人体环境不可逆的退化过程(这是任何一个开放系统不断无序化的必然规律,即熵增,这将导致人体环境中基因转录、蛋白质合成等等过程所进行的环境变得混乱,包括DNA外围蛋白等成分的变化,造成转录错误率增加、合成不纯或活力不够的蛋白质、细胞内生命活动产生的自由基和垃圾积累甚至有害物质的堆积等等,结果是:无法产生和幼儿一样功能的新细胞,而这些细胞再分裂产生的新细胞的功能又进一步缓慢损伤,以至于最后所有的细胞都死亡)。

   关于以上两个方面的抗衰老已经产生大量的研究结果,第一个方面主要集中在DNA的基础上,形成所谓的遗传学派,比如科学家们对长寿基因的研究或对早衰病人基因的研究工作;而另一方面则从分子水平去研究细胞衰退中的各种物质、结构和成分的变化,形成所谓的退化学派(或差错学派),比如自由基的积累、代谢废物的堆积、大分子交联、细胞线粒体退变和基因损伤(伴随telomere端粒体的损失)等学说。无论如何从科学的角度去研究人体衰老必将是本世纪最为火热的研究课题。

   反过来从社会学的角度来看,人类抗衰老研究一直面临一个无法回避的问题:我们人类抗衰老研究的目的到底是什么?对待这个问题,绝大多数科学家认为,人类抗衰老的目的不是为了延长一个垂暮之年老人的生命(如用机器和药物仅仅去保持其生命的体征),而应该是延缓整个人体的衰老过程(或许应该从出生就开始)或者避免染上和人体衰老过程有关的疾病。尽管如此延缓衰老的研究工作依然会对社会秩序产生重大而深远的影响,比如寿命的延长首先会改变社会的保险行业和社会的退休制度。而接下来的一个重要影响是会给社会带来新的公平性问题:如果抗衰老的治疗方案如果真的出现,那么谁将有权获得延长生命的治疗?是不是有钱或有地位就行,那这种治疗又应该定怎样的价格才算合理?这种昂贵的抗衰老方案必定只能个别人受益而无助于整个社会人口寿命的增长。尽管人类的平均寿命在不断增长,但这些增长主要来自于对心脑血管、癌症等疾病治疗水平的提高(医疗水平降低了婴儿死亡率和加大了人类自然死亡的比例,导致人平均寿命的增长),而不是真正来自于对健康个体昂贵的抗衰老治疗。延长生命的药物和方案的研究工作虽然是一个看起来非常酷的东西,但其产生后要么是抗衰老作用有限,要么是虽然效果显著但价格昂贵,所以消除和治疗人衰老过程中的各种疾病(如心脏病、癌症、精神疾病等)从而解除病人的痛苦,提高老人的生活质量应该比单纯延长人生存的时间更有意义,或者应该是首先需要解决的问题。总之,人类的寿命到底能够被延长多久依然决定于科学的发展,虽然人类科学的发展总有一天会让人类超越生死而不朽(immortality),但这中间必然会经历一个对社会秩序和伦理造成强烈冲击的阶段。

JENNIFER COUZIN



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