漲知識：為什麼人，類壽命卡在100歲左右？
01
在野外，資源是有限的。
有性繁殖的大多數動物活到停止生育的時候，壽命基本上也就到頭了。
人類到100多歲已經是醫療和生活條件提高的結果了。
這其實很好理解。
舉個例子——
老鼠壽命很短；
格陵蘭鯊是壽命最長的脊椎動物。
如果它們在食物充足的自然環境充分繁殖的話，多久能佔滿它們的活動領地？
用一個很粗糙的模型大概算一下。
使用簡化公式:
其中Nmax為領地承載量, r為每代增長率。
假設初始種群為 2 只 (1對)，後代全部存活並參与繁殖。
可見，在不太考慮食物的情況下，活動範圍越大，繁殖率越低的動物壽命越長。
而活動範圍比較小又繁殖快的動物，最好早點死去，給後代騰出足夠多的空間，要不然可能會造成種族全滅的情況。
02
現實生活中，受食物以及食物鏈上下游的關係，動物的受限更多。
比如
有些昆蟲的策略就是繁殖后馬上死亡。
蜉蝣、家蠶蛾、大蠶蛾、澳洲竹節蟲等這種（單次生殖 semelparity）策略多與能量分配有關：成蟲將資源全部投入繁殖，而非長期存活。
這種策略在短暫或資源不穩定的環境中具有進化優勢。
而格陵蘭鯊壽命這麼長是因為它們生殖率非常低，性成熟非常晚，所以對資源的攝取並不多。
03
問題來了：假如你是《自然選擇項目組》的閻王爺
你應該怎麼安排生物的壽命？
已知人類細胞分裂的次數是有上限的。
1960年代海夫利克指出，正常人類體細胞在體外培養時，分裂次數被限制在約40-60次。
這叫做海夫利克極限（Hayflick limit）。
由此推算，人類壽命的上限大約在120歲。
推導過程：
這一現象與染色體末端的端粒縮短密切相關：端粒是染色體末端的保護性結構，由重複的DNA序列（TTAGGG）組成。
每次細胞分裂時，端粒因DNA複製機制的不完整性而縮短約
50-200個鹼基對。
當端粒縮短至臨界長度（約4,000-5,000鹼基對）時，細胞停止分裂並進入衰老狀態。
可以把這整個機制想象成身體的橡皮擦。
染色體複製的時候可能會產生粘連，DNA 複製也可能會產生非常微小的錯誤，體內有一套完善的糾錯機制，端粒像「橡皮擦」一樣包裹染色體末端，避免不同染色體粘連（粘連會導致DNA斷裂、癌變等），DNA也有自己的糾錯機制保駕護航。
一旦到達一定年限后，你的橡皮擦用完了，糾錯機制不再有效，也就不能再繼續自我複製了。
當然
實際的機理更複雜一些。
胰島素/IGF-1信號通路(控制熱量延長壽命）、DNA甲基化水平改變、細胞內自由基累積加速衰老等等，很多研究表明各種因素都在折損我們的壽命。
不過人類目前有吉尼斯記錄的最長壽命也多在110-120多歲這個區間，說明海夫利克極限的推導是有效的。
但是海夫利克並沒有講完所有的故事。
04
現在知道人類細胞分裂是有上限的。
那麼問題來了：這個上限為什麼是40-60次？
這個時候就是發揮我們閻王爺功力的時候了。
首先我們需要給生物圈鋪滿初級生產者，要不然動物吃什麼？
比如藍藻這種單細胞生物，應該量大管飽，因為它們不但可以生產氧氣，還可以餵給輪蟲、劍水蚤、搖蚊孑孓等其他生物當口糧。
基於類似的原因，阿米巴蟲、細菌等等單細胞生物都不應該設置限制，讓它們無限繁殖，機制上實現起來也很簡單。
因為它們是單細胞生物，複製的時候直接二分裂，不涉及多細胞生物的種種調控，所以也不用設置端粒這種控制壽命的東西。
嗯，准了，單細胞生物無限分裂，不受限制。
05
我們再來看看多細胞生物。
對於那些不佔據過多資源，繁衍又很慢的生物來說，壽命長一點也無所謂。
這棵樹叫做普羅米修斯。
平平無奇，而且被人砍死了。
但被誤砍之前，已經活了4900年。
是已知最長壽的單株植物。
（通過無性繁殖的克隆性植物群體可以活1萬年以上）
它本來還可以再活上一千年，誰知道呢。
4900年，這棵樹經歷了美索不達米亞文明、黃帝蚩尤之戰、夏商周的更替。
經歷了幾乎所有的人類古文明。
顯然對於樹木來說，100歲是眨眼的時間。
它們的端粒比較特別，能夠通過端粒酶活性維持染色體端粒長度，避免因端粒縮短導致的細胞分裂限制。
這一機制使樹木在理論上無衰老。
但是端粒管夠的情況下，不代表基因就不受其他因素的影響。
所以它們還是有5000年左右壽命上限的。
所以我們現在知道了，在不考慮端粒磨損的情況下，多細胞生物的理論上限可能是5000年左右。
這是基於DNA修復的給到的理論極致了。
但這畢竟是植物，植物可以用極為緩慢的生長速度和極少的水分養分來維持基本生理活動，它們不需要運動，新陳代謝可以拉到最低，那麼動物的極限又在哪裡？
06
談到最長壽的動物，往往繞不開水螅。
水螅是螅形目水螅科的通稱。
水螅
實驗表明在理想實驗室條件下（充足食物、無天敵），水螅死亡率極低。
部分個體可能存活超過1400年，且未觀察到衰老跡象。
即使頭部或身體被切斷，仍可在48小時內再生出完整新個體。
被切成多段，每段均可發育為獨立個體，實現「一分為多」的複製。（九頭蛇的hydra就來源於水螅hydra）
比如燈塔水母。
燈塔水母可在成年水母型（浮遊階段）與幼年水螅型（底棲階段）之間反覆轉換，通過逆轉生命周期實現「返老還童」。
當遭遇飢餓、損傷或環境壓力時，細胞會重新分化為幹細胞，退化為水螅型，再重新發育為水母型，理論上可無限循環，實現永生。
嗯，你可以把它看成三體水母，環境不好的時候就脫水了。
燈塔水母
除燈塔水母外，大多數水螅都是無性繁殖的。
理論上複製出來的自己是可以無限複製的。
但是環境不好的時候它們也會根據環境調節變成有性繁殖。
另外同樣的，水螅也有端粒修復酶，它們的端粒也不受複製次數的限制。
這裏就可以推導出來，在不受端粒限制的情況下，多細胞動物理想壽命至少能達到1000多年。
但人類顯然不可能滿足於像燈塔水母這樣沒有腦子，隨波逐流的生活。
這跟洗地機器人有什麼區別？
雖然是一種無限的生命模式，但毫無樂趣可言。
因為它們耗資源不多，且在自然界作為很多動物的食物。
理論上壽命長，但實際上可能被消耗得很快。
某些魚類、水生昆蟲幼蟲、甲殼類、渦蟲、螺類，以及可能的其他刺胞動物都會食用水螅。
即便不使用端粒等手段限制壽命，它們其實也活不了多久。
07
我們需要看看一些複雜的生命形式。
比如壽命最長脊椎動物格陵蘭鯊（一般300多歲，平均壽命約為250-400歲）
亞達伯拉象龜（Aldabra Giant Tortoise）（200多歲）
弓頭鯨（200多歲）
格陵蘭鯊
可以看到當生物一旦複雜起來並採取有性繁殖的模式以後，生命的長度發生了驟降。
消耗的資源多了，如果壽命還無限長，那麼自然界的資源很快就要不夠了。
壽命有限的話，端粒到底要給它們寫多長？
不如一開始把大家的端粒都寫長一點，然後加上多級可調的端粒酶，然後放到自然環境跑一跑，能活下來的就是合適的。
身為閻王爺，你覺得先給脊椎動物十幾萬個鹼基對長度的端粒看看效果如何。
對小鼠這種動物來說，疲於奔命，正常心率都在400次左右，代謝率其高無比，天敵非常多，根本活不到端粒磨損完畢的時候就被自己代謝耗死或被天敵吃掉。
雖然繁殖率很高，但是老一輩也能及時淘汰，這是合理的。
弓頭鯨和格陵蘭鯊這種，性成熟非常晚，吃得又少，生殖又慢的動物，端粒可以不用太短，端粒酶的修復也給它們弄健全一點，代謝率也低點吧，與長壽相關的基因（如FOXO3、SIRT家族）也多給點，壽命給多點不影響啥。
08
非洲象雖然吃得多，但是繁殖也挺慢的，還吃素，代謝給低吧，活久一點對生物圈整體影響不大。
吃肉的動物一定要嚴格限制壽命，把動物都吃完了，生物圈的平衡就破了。
貓科這種純肉食動物，極限壽命30歲不能再多了。
野生大貓平均10–15年差不多夠意思了。
雜食動物，比如靈長類吧，給個30-40年的壽命已經很好了吧？
那個裸猿是怎麼個回事？
什麼叫烤肉降低了代謝率？
熟食怎麼就能延長壽命了？
它們還畜牧降低捕獵消耗？
還能把活動範圍搞到無限大？
什麼叫穿過了白令海峽？
北極圈怎麼會出現裸猿？！
你這個閻王爺很快發現裸猿出現了一些bug，為了進行調控，只能把端粒搞短一點。
靈長類平均端粒長度是23000鹼基對左右，人類平均只有不夠看的10000左右，這已經是調控過後的結果了。
平均壽命80左右，也就是這個原因。
當然能延長壽命的方法也是給到人類的了，限制熱量攝入通過激活AMPK（細胞”能量感應開關”）和抑制mTOR（生長/合成通路（被抑制=利於長壽）通路、具有FOXO3（抗衰老轉錄因子）、SIRT家族（NAD⁺依賴的脫乙酰酶）等長壽基因等等控制得足夠好，還是能跑到端粒磨損上限。
至於種群總體數量，畢竟還有不少喜歡大量攝入熱量、瘋狂熬夜、縱慾來消耗端粒的，還有一些本來就短的，還有一些沒給到長壽基因的等等。
總壽命控制在70-80差不多了，雖然比其他靈長類長了很多，但是明面上能給出的限制已經給夠了。
至於以後要用修改端粒酶等等手段突破各種壽命限制怎麼辦？
那到時候再想辦法吧！
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