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我們身體中的每個(gè)細(xì)胞都像一座喧囂之城，既有車(chē)水馬龍，也有林立的圖書(shū)館、工場(chǎng)、發(fā)電站，還有垃圾場(chǎng)。城市中的工人們就是蛋白機(jī)，代謝食物，去除垃圾，修復(fù)DNA。貨物從一處被兩條腿的分子機(jī)沿著蛋白鋼絲繩送至另一處。在這些機(jī)器忙碌的同時(shí)，它們被周?chē)拇罅克肿右悦棵雰|萬(wàn)次的頻率撞擊。物理學(xué)家將之委婉稱(chēng)作“熱運(yùn)動(dòng)”，其實(shí)叫熱力暴亂才更貼切。

沒(méi)有人知道分子何以能在這種難以忍受的環(huán)境下正常工作。部分答案是我們身體里的蛋白質(zhì)就像微小的棘輪，將水分子轟擊帶來(lái)的隨機(jī)能量變?yōu)榱罴?xì)胞工作的定向運(yùn)動(dòng)。它們化混亂為秩序。

4年前，我出版了一本名為《生命的棘輪》的書(shū)，解釋了分子如何在細(xì)胞中創(chuàng)建了秩序。我最關(guān)心的是生命是怎樣避免陷入混亂的。令我大為驚異的是，這本書(shū)甫一出版，就有許多研究生物老化的科學(xué)家們聯(lián)系了我。起初我不明白這其中的關(guān)聯(lián)何在。關(guān)于衰老，我除了對(duì)自己身體的變化還有所察覺(jué)，其他完全一無(wú)所知。

隨后，我恍然大悟，由于強(qiáng)調(diào)了熱混亂在分子活動(dòng)中的作用，我讓研究老化的科學(xué)者們開(kāi)始將其看作是衰老產(chǎn)生的原動(dòng)力。熱運(yùn)動(dòng)在短期上看來(lái)或許是有益的，可以讓分子保持活躍，然而從長(zhǎng)期上看是否會(huì)有害呢？畢竟，沒(méi)有外界能量輸入的情況下，隨意的熱運(yùn)動(dòng)往往會(huì)毀滅秩序。

這種情況在熱力學(xué)第二定律中有記載，即萬(wàn)物都會(huì)衰老和消亡：建筑與道路會(huì)碎裂；船舶與鐵軌會(huì)生銹；滄海一朝也會(huì)變成桑田。無(wú)生命結(jié)構(gòu)總是敵不過(guò)熱動(dòng)力的摧殘。然而生命不同：蛋白會(huì)持續(xù)修復(fù)和更新細(xì)胞。

在這個(gè)意義上，生命讓生物學(xué)和物理學(xué)陷入了一場(chǎng)殊死對(duì)決。生物為何會(huì)死去？老化是否意味著物理壓倒生物的終極勝利？還是說(shuō)，老化本身就是生物的一部分？

如果說(shuō)現(xiàn)代老化研究有開(kāi)山之作，彼得·梅達(dá)瓦的《生物學(xué)未解之謎》或許當(dāng)之無(wú)愧。梅達(dá)瓦是曾獲得諾貝爾獎(jiǎng)的生物學(xué)家，也是一位機(jī)智甚至尖銳的著作家。在《生物學(xué)的未解之謎》中，梅達(dá)瓦將對(duì)老化的兩種解釋對(duì)立起來(lái)：一邊，是“固有衰老”，即作為生物必要性的老化。另一邊，是老化的“磨損”論，即“循環(huán)應(yīng)激積累效應(yīng)”導(dǎo)致的老化。前者是生物學(xué)，后者是物理學(xué)。

固有衰老意味著老化和死亡由進(jìn)化決定，目的是為后代讓出空間。固有衰老表明，我們體內(nèi)有一只時(shí)鐘在進(jìn)行生命倒計(jì)時(shí)。這樣的時(shí)鐘確實(shí)存在。最為人所知的就是染色體端粒。一個(gè)細(xì)胞每分裂一次，這些DNA的小片段就會(huì)變短一些。對(duì)端粒的研究目前還存在爭(zhēng)議：科學(xué)家們還不確定端粒縮短是老化的因還是果。端粒并不以常量縮短——如果細(xì)胞受損，它們會(huì)短得更快。當(dāng)今許多研究者更傾向于相信端粒縮短是老化的癥狀，而非導(dǎo)致老化的原因。

梅達(dá)瓦本人贊同“磨損”論，即老化的物理學(xué)觀點(diǎn)。首先，他說(shuō)，自然選擇不會(huì)選擇衰老，因?yàn)樵谕砟耆祟?lèi)無(wú)法生育，而自然選擇是受繁殖率的差異驅(qū)動(dòng)的。第二，主動(dòng)消滅衰老個(gè)體來(lái)將老齡人口保持在較小的數(shù)目并無(wú)必要，隨機(jī)因素已足以達(dá)成這點(diǎn)。

梅達(dá)瓦認(rèn)為，老化的生物鐘是沒(méi)有必要存在的。他以實(shí)驗(yàn)室里的試管為例來(lái)說(shuō)明。假設(shè)試管時(shí)不時(shí)會(huì)因?yàn)橐馔舛榱选榱吮３衷嚬艿暮愣〝?shù)量，每周要補(bǔ)充新貨。數(shù)月過(guò)去，還剩多少試管？舊的試管還有幾個(gè)？假定試管意外損壞率與新舊無(wú)關(guān)，將試管數(shù)量和每個(gè)試管的使用時(shí)間做成圖表，我們就得到了一條滑梯形下凹的、指數(shù)衰減性曲線(xiàn)。這條“壽命曲線(xiàn)”從頂端陡降，在底部變平。

盡管試管不會(huì)衰老（舊試管并不比新試管更容易碎），不變的損毀率明顯減少了舊試管的數(shù)量。那么，假如人類(lèi)同試管一樣，在任何年齡段都可能死亡，老人仍然會(huì)是少數(shù)。概率最終還是會(huì)趕上我們。

麻煩的是，人口呈現(xiàn)出的壽命曲線(xiàn)并不像梅達(dá)瓦的試管壽命曲線(xiàn)，而是在頂端相當(dāng)平緩，在年輕時(shí)有少量減損，然后在某個(gè)年齡段，曲線(xiàn)猛然下降。為了達(dá)到這樣的曲線(xiàn)，我們需要在梅達(dá)瓦的試管模型上加上另一個(gè)假設(shè)：試管會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生細(xì)微的裂痕，從而增加了破損率。換言之，它們必須老化。如果破損風(fēng)險(xiǎn)呈指數(shù)增加，我們就得到了所謂的“岡珀茨-梅卡姆定律”。這一定律與人類(lèi)壽命曲線(xiàn)十分吻合。以試管來(lái)說(shuō)，這一定律既包括了恒定的也包括了指數(shù)級(jí)上升的破損風(fēng)險(xiǎn)。我們可以在人類(lèi)身上看到這種指數(shù)級(jí)上升，因?yàn)?0歲后，每過(guò)7年，死亡風(fēng)險(xiǎn)就翻一倍。

這種指數(shù)級(jí)增加的淵源為何？熱運(yùn)動(dòng)并不是人體細(xì)胞受損的唯一來(lái)源。一些常規(guī)過(guò)程，尤其是線(xiàn)粒體中的新陳代謝并不完美，時(shí)常產(chǎn)生自由基——能夠損壞DNA的高活性原子。熱噪聲和自由基聯(lián)手鑄成了細(xì)胞受損風(fēng)險(xiǎn)的基石。損傷通常會(huì)得到修復(fù)，如果修復(fù)不了，細(xì)胞就會(huì)被誘發(fā)自殺，這一過(guò)程叫作細(xì)胞凋亡。一般來(lái)說(shuō)，干細(xì)胞會(huì)取而代之。

盡管如此，最終，損傷會(huì)累積。只有在可復(fù)制的完整副本存在的情況下，DNA才能被修復(fù)。受損的蛋白質(zhì)展開(kāi)并開(kāi)始彼此粘連，形成聚合。細(xì)胞的防御機(jī)制和凋亡機(jī)制受到了損害。“固有衰老”開(kāi)始在器官中累積，導(dǎo)致炎癥。干細(xì)胞沒(méi)有被激活，也沒(méi)有被損耗。線(xiàn)粒體被損傷，細(xì)胞內(nèi)部能量供給減少，分子就無(wú)法修復(fù)DNA。這是個(gè)惡性循環(huán)——或者用行業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，叫作正向反饋循環(huán)。在數(shù)學(xué)上，這一正向反饋循環(huán)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)呈指數(shù)上升，就使人類(lèi)壽命曲線(xiàn)的形狀得到了解釋。

科學(xué)文獻(xiàn)中對(duì)老化的闡釋可謂汗牛充棟：蛋白聚集、DNA受損、炎癥、端粒。然而這些都是對(duì)熱降解和化學(xué)降解造成的損傷累積的生物反應(yīng)。為了證明熱損傷效應(yīng)確實(shí)能引起老化，我們需要對(duì)體內(nèi)溫度不同的人類(lèi)進(jìn)行觀察，而這是不可能的。然而有些生物可以經(jīng)受不同的體內(nèi)溫度而不受傷害。在最近出版的《自然》雜志上的一篇論文中，哈佛醫(yī)學(xué)院的一支團(tuán)隊(duì)確定了秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)老化中溫度的依賴(lài)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度變化時(shí)，存活曲線(xiàn)的形狀基本不變，但會(huì)被延伸或壓縮。較低溫度下飼養(yǎng)的線(xiàn)蟲(chóng)活得較長(zhǎng)，而暴露在高溫下的線(xiàn)蟲(chóng)則壽命相對(duì)較短。

并且，壽命延伸的因素取決于每個(gè)科學(xué)家都熟悉的一種溫度模式，即隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的化學(xué)鍵斷裂率。

我曾在自己的實(shí)驗(yàn)室里目睹過(guò)化學(xué)鍵斷裂和人類(lèi)老化之間的潛在聯(lián)系。當(dāng)我第一次見(jiàn)到岡珀茨-梅卡姆定律時(shí)，就有種莫名的熟悉感。在我的實(shí)驗(yàn)室里，我們利用原子力顯微鏡來(lái)研究單分子鍵的存活率，因?yàn)檫@樣可以測(cè)量到雙分子間極細(xì)微的作用力。在典型實(shí)驗(yàn)中，我們將一個(gè)蛋白固定在一個(gè)平面上，將另一個(gè)固定在小懸臂彈簧的尖端。我們讓兩個(gè)蛋白結(jié)合在一起，然后慢慢拉伸彈簧，在兩個(gè)分子間施加越來(lái)越多的力。最終，兩個(gè)分子之間的鍵斷裂，我們便對(duì)造成斷裂的力進(jìn)行測(cè)量。

這是由熱運(yùn)動(dòng)引發(fā)的隨機(jī)過(guò)程。我們每次做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，斷裂力都是不同的。然而鍵存活率和施加的力繪成圖表卻看起來(lái)和人類(lèi)壽命曲線(xiàn)一模一樣。秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也有著相似的共鳴。這表明蛋白鍵斷裂和老化之間可能有聯(lián)系，老化與熱運(yùn)動(dòng)之間也可能有聯(lián)系。

在老化研究界，老化是否算一種疾病一直是眾人熱議的話(huà)題。許多研究特定疾病、細(xì)胞系統(tǒng)或分子組成的研究者們都想讓自己心儀的研究課題成為破解老化之謎的鑰匙。然而形形色色的可能性實(shí)在太多了，它們不可能都是造成老化的原因。倫納德·海弗里克，細(xì)胞老化的最初發(fā)現(xiàn)者，在他的《生物老化已不再是懸而未決的問(wèn)題》一文中指出，“所有現(xiàn)代老化理論基礎(chǔ)背后的共性就是分子結(jié)構(gòu)改變引起的功能改變”。海弗里克認(rèn)為，終極的原因是“分子保真度的損失越來(lái)越大，或者說(shuō)不斷加劇的分子紊亂”。保真度的損失和加劇的紊亂在不同的人身上會(huì)以不同的方式顯露出來(lái)，然而終極成因是相同的。

如果對(duì)數(shù)據(jù)的解讀正確無(wú)誤，那么老化就成了一種可以降至納米級(jí)熱物理層面的自然過(guò)程，而并不是一種疾病。直到20世紀(jì)50年代，人類(lèi)壽命的大幅提高基本都是由于傳染病的消除，而和老化關(guān)系不大。人類(lèi)的平均壽命大大增加，然而壽命的上限卻并未改變。指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)最終蓋過(guò)了任何恒定風(fēng)險(xiǎn)的降低。降低恒定風(fēng)險(xiǎn)固然有用，然而這些持續(xù)性的風(fēng)險(xiǎn)是外部因素的（意外、傳染病等），指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)很大程度上卻是源于內(nèi)在的損耗。消除癌癥或老年癡呆癥會(huì)改善病人的生活，但并不能讓人長(zhǎng)生不老，甚至不能讓我們多活上很多年。

這并不意味著我們束手無(wú)策。我們需要對(duì)老化中的特定分子變化展開(kāi)更多更深入的研究。我們或許會(huì)發(fā)現(xiàn)首先斷裂的重要分子組合，并搞清楚這種斷裂是否引發(fā)了后續(xù)的一連串衰竭。如果這樣的關(guān)鍵部分存在，我們就有了可通過(guò)納米科技、干細(xì)胞研究和基因編輯來(lái)干預(yù)和修復(fù)的明確目標(biāo)。這值得一試。然而我們需要記住一件事：人類(lèi)永遠(yuǎn)無(wú)法打敗物理定律。