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飞机升空了，空调的凉风从上面的风口吹出来。一次典型的旅客交谈开始了——家乡的市镇，熟人，天气。然后老太太停下来，转向年轻人，面带忧伤地说：
“有一种病，我们确实需要治疗，它比任何病都要糟糕，我们每个人都免不了。你知道是什么病吗？”
“呃，不知道。什么病？”
“我们确实需要，希望你留心，治好这种病。它就是衰老。它真可怕，它使我感到毫无办法，也没有人能够治好它。请你，请你一定要找到治愈它的办法。”然后，她转过身去，沉默地注视着窗外。
衰老之谜
在我们可以意识到的各种灾难中，死亡是最严重的。迟早到来的死亡是可怕的，不可避免的衰老则给人生投下了一道长长的阴影。在宗教之外，人类为了克服衰老也做出了许多不懈的努力。从潘西得林在佛罗里达寻找青春之泉，到《生活》杂志的记者奔赴苏联寻找一位据说活到了150岁的格鲁吉亚原住民，都说明人类希望活得更久，乃至长生不老。但是，我们毕竟难逃一死。到80岁，有一半人已经死去；到100岁，99%的都已经死去；到115岁，每个人都将死去。医学研究的突破性成果和充满希望的新闻故事都不能否认这些事实。
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在过去的几百年里，人类的平均寿命在中稳步地延长，但是最高寿命却没有变化。几百年前，就有少数人能活到115岁，今天这个纪录仍然并未被打破。所有的医学奇迹，各种公共卫生设施的进步，都没有把这个极限提高。如果衰老是一种病，那么，它似乎无药可救。
准确地说，我们所说的衰老问题并不是年龄的增长，而是指老年时身体状况的恶化。衰老不是一个孤立的过程，而是表现为对多种疾病的易感性逐渐增加，以及修复损伤的能力全面下降。在美国，10～12岁之间的死亡率非常低，每年只有0.2/1000；到30岁时，死亡率逐渐增加到1.35/1000；然后再以指数方式增加，每多8岁增加1倍。如图8—1所示，90岁时的死亡率是169/1000。100岁的老人再活1年的机会只有1/3。死亡率曲线一年比一年更陡，直到所有的人都走完一生。
图8—1 1910年和1970年间，美国每1000个个体在不同年龄段中每年死亡的数目
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试想这样一个世界，我们姑且称之为世界甲：我们消灭了一切引起早逝的疾病，但是没有消灭衰老，因此所有的死亡都是自然死亡。让我们假定这个死亡的年龄是85岁左右，在此之前，我们过着一种愉快、健康的生活。现在，再设想另外一个世界乙：我们消灭了衰老，因此死亡率不再随年龄增长而增加，而是一直保持18岁的死亡率水平，即，每年千分之一。虽然有些人仍然因为其他各种原因在不同的年龄死去，但是，一半的人能够活到693岁，13%的人能够活到2000岁！（图8—2）。即使平均死亡率再高些，比方说是千分之十，如果我们排除了衰老的作用，仍然有许多人会活到300岁。从演化的角度看，一个人只要不衰老，他（她）也有相当大的生殖优势。
图8—2 假如没有衰老，生殖优势几何
衰老真是一个难解之谜。如果它如此严重地破坏了我们的健康，那么自然选择为什么没有筛选掉它？这种提问看似荒诞不经，但这只是因为衰老是我们无从逃避的经历。回想一下发育的奇迹：从一个带有46条染色体的受精卵，逐渐形成一个成体，其中有十万亿个细胞按部就班，形成组织和器官，执行各自的功能，满足整体的需要。我们猜测，维护这样一个身体要比形成它容易些吧！
此外，我们的身体有很强的维护能力：皮肤和血细胞几周之内就更新一次，牙齿一生中才更换一次——但是，问题来了：为什么不能像大象一样一生更换6次？损坏了的肝组织可以很快更新，大多数创伤能够很快愈合。骨折能够重新愈合，可以更换失去的小片皮肤、骨骼和肝组织；但是有些组织，例如心脏和脑，却不能再生。不同生物的再生能力也参差不齐。蜥蜴的尾巴被切断之后，不久就会长出新的来。我们的身体也有一定的修复能力，不过这种能力是有限的。身体不能无限地维护自己。为什么不能呢？
什么是衰老？
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对大多数人来说，在45岁以后的某一个时刻，突然发现自己如果不把拿书的手伸直就看不清书上的字了。没错，我们已经早生华发，脸上也早有了皱纹，不过，这些变化还可以容易地掩饰过去，相比之下，老花眼这种事情就难以否认了！50岁的生日晚会往往不大愉快。一些热心推荐保健品的人会提到一些敏感的问题，诸如记忆力减退、面部潮红和阳痿之类。我们对此毫不陌生。但是很少人知道，衰老其实很早就开始了。衰老的起点不是40岁或50岁，而是青春期之后。如果是运动员，40岁可能就已经过了取得成绩最佳的年龄。看看图8—3，这是不同年龄组所取得的最佳马拉松成绩。这条曲线很有点像图8—1的死亡率曲线。成年人的早期活动能力最好，随后便以加速度下降。这种下降是衰老的一种征兆。确实有不少人在40岁跑得很快，但恐怕不如他30岁时跑得快。无论是追逐糜鹿还是逃避老虎，这都不是好处，但真正重要的是相对不利。有一个笑话：两个人遇上了老虎，准备逃跑。其中一个人停下来穿跑鞋。另一个人问道：“你这是干什么？穿上它你也跑不过老虎。”“确实，”他说，“但是跑得过你呀。”
图8—3 10～79岁男性马拉松赛跑时间记录（数据引自《奔跑世界》杂志，1980）
一架四轮马车
19世纪美国医生、诗人霍姆斯在他的一首题为“一架四轮马车”的诗中描述了衰老现象，成了综合效应的经典隐喻：
那一匹马拉的车子……
突然之间分崩离析，
并无预兆，
好像气泡突然迸裂。
我们身体各个器官的老化速度大体上也是一致的。斯特勒和密德文（Strehler&Mildvan）测量过心脏、肺、肾脏、神经元和其他机体系统在不同年龄的后续能力，结果发现，不同的系统都以类似的速度逐渐老化。到了100岁的时候，每个系统都几乎不能再应对更高的要求了。因而，即使是最微小的挑战也会产生致命的衰竭。衰老本身不是一种病，问题在于每一种功能持续下降，我们对更多疾病更加易感，不仅仅是癌症和中风，而且也包括各种感染、自身免疫病，甚至意外事件。
我们为什么会衰老？
衰老是演化理论里的头等谜题。任何解释都必须面对我们刚刚讨论过的那些现象。从其他生物身上，我们发现了一些线索。一个炎热的夏日傍晚，我们与一些朋友郊游来到密歇根湖北侧河狸岛（beaver island）的西岸。当我们登上山顶俯瞰湖面时，夕阳西下，云霞斑驳，流光溢彩。我们驻足，凝神远望：无数只蜉蝣在飞舞，翅膀映着夕阳的余晖，闪闪发光。它们好像一片金色的云彩，盘旋在岸边的浪花之上，等待交配的机会，产卵，然后在成熟的同一天死去。这似乎是一种浪费。许多生物的命运也同蜉蝣一样。秋天，鲑鱼逆流游进山溪，产下卵，然后死去，它们腐烂的尸体再次冲进湖里。这是一种惨烈的告别。我们应当怎样去理解它？
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有些人会想，衰老一定对物种有利。本书作者之一（尼斯）从大学二年级起就对衰老问题特别着迷，检索到了有据可查的各种解释。最后，他得出结论，衰老是为了给新的一代留下生存空间，以便演化能够保持物种对生态变化的适应能力。这种观点与19世纪的达尔文主义者魏斯曼（August Weismann）的立场大体一致，他在1881年写道：“老去的个体不仅对物种来说毫无价值，甚至还是有害的，因为它们抢占了更优秀个体的位置。这样一来，通过自然选择，我们这些速朽的个体的生命，将因这种浪费而更显局促。”
后来，他从课堂上了解到了自然选择不为种族的利益而活动，正常情况下只为个体的利益而活动。他对自己的结论产生了深深的怀疑。是否还有其他解释？当他跟密歇根大学“演化和人类行为研究组”的同事们谈起这些想法的时候，他们大笑，问道：你怎么会不知道生物学家乔治·威廉斯（本书另一位作者）1957年写的关于衰老的论文？！
威廉斯的文章以生物学家霍尔丹（J BS Haldane）和麦达瓦（Peter Medawar）的洞察为基础，表明了自然选择实际上会选择那些引起衰老的基因。早在1942年，霍尔丹就意识到，在最高生殖年龄以后才出现有害作用的基因是不会被自然选择淘汰的。这是一个重大的进展，但是这没有解释生殖为什么会停止。到1946年，麦达瓦又推进了一步，说明了自然选择的力量到生命的后期逐渐减弱，因为这时已经有许多个体因其他原因死去。
我们很容易想象遗传因素会优待年轻动物，而牺牲年老动物；或者说，以它们自己的老年阶段为代价。一个基因，或者一组基因，如果它们促进了这种状况，那么，在某些特定的条件下，它们就会在种群中散播开来，因为今天的年轻动物是未来种群的祖先。
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威廉斯把这些思想扩充成了衰老的多效性（pleiotropic）学说（多效基因，即一个基因具有多种功能）。假设有一个基因能够改变钙的代谢，促进钙的吸收、沉积，而使得骨折更快地愈合；但是这个基因也会慢慢地析出钙沉积在动脉壁上。该基因很可能被自然选择留下来，因为许多个体在青年期受益于它，却只有少数能够活到老年阶段经历其引起的动脉疾病。即使这个基因决定了每个人都在100岁时死去，只要它对青年有微弱的益处，它也会扩散开来。这个学说的成立并不需要预设衰老的存在。许多其他的死亡原因——意外事件、肺炎等已经足够使老年人数大大减少。这个学说也不像霍尔丹的学说那样预设了生殖的停止。
不过，月经的停止确实是一个棘手的难题。为什么自然选择没有剔除这种现象？停经不大像是衰老的必然结果。因为大多数物种即使进入老年仍然有生殖周期，而人类的月经周期无一例外地在50岁左右停止下来，不像其他器官那样功能逐渐衰退。在1957年的论文中，威廉斯提出了一种可能的解释。女人对每个孩子做了相当大的投资，而从基因的意义而言，这种“投入”只有在孩子们活到健康的成年之后才能有所“回报”。如果一个母亲在已经感到衰弱的年龄还要生育更多的婴儿（当然也要承担与此相关的风险），她将难以哺养新生下来的婴儿，甚至会威胁现有婴儿的未来。如果她停止生育更多的孩子，转而把精力放到抚养已有的孩子上，她会有更多的后代长大成人，进而哺育他们的后代。最近有人类学家希尔和罗格斯（Kim Hill&Alan Rogers）的文章挑战这种解释，目前还没有定论。但是，威廉斯的这个假说清晰地阐述了亲属选择如何有可能解释表面看来无用的生物特性。
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并非所有引起衰老的基因在生物早期都一定有益。某些衰老基因可能没有受到过自然选择的压力，因为只有很少的人能够活到这个基因产生不利后果的年龄。著名的生物学家埃里克斯·康富特（Alex Comfort）对这种可能性进行过深入思考，他同时还著有两本经典教科书：《衰老的生物学》和《性的欢愉》。如果康富特是对的，野生动物几乎从不死于衰老。他观察到自然界极少见到老弱的动物，因此得出结论，在野生动物群体中，衰老不是死亡的原因。但是不要忘记前述马拉松运动的记录，如果老一些的动物跑得稍微慢一点，它们就有可能会先被捕食者抓获，于是，它们早在衰老之前就死去。
如何研究这种情况呢？方法之一是计算自然选择作用于野生动物的选择力度（force of selection）。如果我们假定死亡率不随衰老变化，那么会得出一条理想曲线，然后再与群体实际表现出的生存曲线比较。根据两条曲线下面积的差别，我们可以估算衰老使健康状况下降了多少。图8—2即为一例。在野生哺乳动物中，衰老是一种主要的负选择力（negative selective force），大多数引起衰老的基因也都受自然选择的作用。它们之所以存在，可能要归因于对早期生命活动有好处。
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敏锐的读者现在可能会问了，早期有益而晚年引起衰老的基因的例子有哪些呢？我们知道有所谓的“多效基因”，即，一个基因有多种作用。例如，引起苯丙酮尿症的基因使头发颜色变浅，也使智力发育停滞。不过，我们现在感兴趣的是那些在青年阶段有益、却在老年阶段有害的基因。1988年，密歇根大学的阿尔宾（Riger Albin）医生发表了一篇论文，引证了几种疾病的起因是多效基因。其一为铁色素沉积性肝硬变（homochromatosis），这种病人的特征是铁吸收过多和中年猝死，死亡原因是铁在肝脏沉积，毁坏了肝脏。在生命的早期，吸收大量的铁可以使病人避免发生缺铁性贫血，这一益处压倒了后来的损失。阿尔宾医生注意到，这种基因的流行（在人群中的频率达10%）也可能用杂合子优势的解释。这个基因之所以保存下来，也可能是性别拮抗选择的结果：它对女性有益，女性需要铁补充她们月经中的损失；但对中年男性来说，积累了过多的铁只有害处。
在另一个例子中，阿尔宾医生注意到，有一种基因的携带者会产生过多的I型胃蛋白酶原（pepsinogen I）。这些人比较容易在年长时患胃溃疡，并因此死去。然而，纵观他们的一生，由于体内有较多的胃酸，他们抵御感染的能力可能更强。据我们所知，至今尚无研究检验阿尔宾的假说，观察更多的I型胃蛋白酶原是否能更好地对抗胃肠道感染，诸如结核和霍乱。
保尔·特克（Paul Turke），一位演化人类学家，同时也研究衰老，在医学院毕业之后成为一位演化医生，他提醒我们说整个免疫系统是有年龄偏性的。免疫系统释放破坏性的化学物质保护我们不受感染，这些化学物质不可避免地也会损伤组织，导致衰老和癌症。
另外一个例子是阿尔茨海默症。这是最常见的脑损伤疾病之一，在65岁的人群中发病率是5%，在80岁的人群中发病率达到20%。人们很早就知道，该病受遗传因素的影响，因为有许多家族性的病例，而且在21号三体综合征的人中频率最高。1993年，杜克大学神经科学系的科学家们发现，在第19号染色体上的一个基因编码的E4载脂蛋白（apolipoprotein E4），在阿尔茨海默症病人中的含量特别高。带有该基因杂合子的人在80岁发生该病的可能性为40%。据我们所知，目前还没有人尝试寻找过这些引起阿尔茨海默症的基因对早期生活的益处。现在，既然找到了这个基因，回答这个问题应该提上日程了。国立老年研究所的拉波得（S.I.Rapoport）提出了一个解释。他注意到，阿尔茨海默症病人的大脑中异常的区域是新近才发生演化的区域；而且，其他灵长类动物不得该病。他于是提议，导致过去四百万年来人类脑容量迅速增加的基因可能引起了阿尔茨海默症，或者产生了某种独特的遗传副作用。如果能够确认早年才智较高者，或者大脑容量较大的人群更容易患上阿尔茨海默症，那将很有意思。
许多实验证据表明，有早期益处的基因会促进衰老。群体生物学家苏卡（Roloert Sokal）养育了一批粉甲虫（一种常见的厨房害虫），并从中选育出那些在生命周期中繁殖得较早的个体。经过40代的繁育之后，粉甲虫确实能够在早期产生更多的后代，但它们同时也老得更快些，死得更早。生物学家罗斯（Micheal Rose）和查理斯韦斯（Brain Charlesworth）从另一角度进行了实验，他们养育的是在生命晚期才繁殖的果蝇。这种果蝇不仅在生命后期繁殖较多，而且也活得久些，但是后代总数较少。这些实验结果符合预期，人工选择剔除了只有早期利益的基因，生命得到延长。
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越来越多的证据提示，这类基因促进了野生动物的衰老。多年来，研究老年疾病的医学家接受康富特的错误结论，认为野生动物不会衰老。然而，这些研究野生动物的科学家犯了一个典型的错误——他们看到的是他们预期看到的内容，他们轻易地假定了死亡率在整个一生中保持恒定，甚至没有核查一下年老动物的死亡率是不是更高。然而，现在，当研究老年疾病的医学家开始分析各种观察数据，他们发现：对许多物种而言，衰老对生殖成功率降低的影响，比其他各种因素的总和还要强。当然，这并没有证明多效基因对衰老的作用，但是它无疑挑战了“自然选择只是没有机会剔除衰老基因”的学说。
虽然野生动物中关于衰老的证据支持我们提出的“收益代价学说”（tradeoff theory），最近这个理论又受到了新证据的挑战——即，寿命可以被轻易地延长。当实验小鼠与大鼠的食物受到严重限制时，它们的寿命可以延长30%甚至更多。这似乎难以理解，因为通过简单的控制热量就能带来寿命延长与我们的“衰老是由许多基因协同作用而引起的”理论冲突。那么，为什么进食更少的实验小鼠能活得久些？第一种可能，它们在实验室一般被过度喂食，以至于提前衰老。也许它们的身体并不需要太丰富的食物，所以饥饿实验不是延长了寿命而只是减少了过多食物的不良副作用。这似乎不对。实验小鼠在实验室正常进食时并不比它们的野生同类体重更高，而实验室里营养不良的大鼠比被保护起来（不受天敌或者毒药的伤害）的野生鼠还要活得更久。
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哈佛的生物学家奥斯特（Sleven Austad）回顾了上百项关于限制进食延长寿命的研究，从少数研究中发现了一个关键性的事实：食物不足的大鼠可以活得久些，但是它们没有后代。事实上，它们不交配！它们似乎停顿在生殖发育的前期，等待充分的食物供应。限制进食导致长寿的生物学机制仍然值得研究，但是对一个演化论者而言，以牺牲繁殖为代价换来的长寿并非好事，几乎与早夭同样悲惨。
衰老的机制
衰老和寿命的近因机制是什么？最近的研究发现了好几个候选对象。比如，自由基，一种活跃的化学分子。任何与自由基接触的物质都会受到破坏。我们的身体形成了一系列防御机制，特别是过氧化物歧化酶（SOD），它能在自由基造成损害之前解除它们的破坏。缺少正常的SOD会引起肌营养不良性侧索硬化症（amyotrophiclateral sclerosis，亦名Lou Gehrig’s病），它的致命特征是肌肉萎缩。不同物种的SOD水平与寿命直接相关。从一个方面看，自由基损伤确实是衰老的近因机制；从另一方面看，自然选择可以把防御机制调节到正好符合需要的水平。
另外一种抗氧化剂——血尿酸的水平也与物种的寿命密切相关。虽然大多数哺乳动物都可以降解尿素，但是人类已经失去了这种能力。尿酸结晶会在关节液中沉淀并引起痛风，医学书籍中将此视为人体生物化学反应的一种缺陷。但是，如同从生物化学教科书中摘录的下文所述，这也可能是一种优点：我们可以活得更久。
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这么高的尿酸水平，使许多人处于痛风跛行的边缘，它有什么选择优势？现在我们知道，尿酸盐有一种重要的益处。尿酸盐可以高效地捕获含氧自由基，包括羟基、超氧阴离子、单氧原子以及氧化血红素中间产物高价铁（正4价和正5价）。尿酸盐作为抗氧化剂的作用与抗坏血酸（维生素C）等效。人类的尿酸盐水平高于原猴类（prosimians）和其他灵长类，这可能显著促进了人类寿命的延长，并降低了癌症的发病率。
痛风发作的时候，脚指会感到火烧一样的灼痛。这种痛苦可能只是一种代价，因为引发它的基因可能可以延缓衰老。这个基因的作用与前面已经讨论过的基因的作用相反，它会减缓晚年衰老的过程，却令整个成年期都要付出代价。如果能够证明患痛风的人确实衰老得慢些，那将是十分重要的证据。
有一种修复异常DNA的酶在寿命更长的物种中含量也更高。这说明DNA受损也是一种自然选择的力量；而且，与SOD和尿酸盐一样，自然选择也找到了一套解决办法。如果人们认为自然选择的力量较弱，那么就可能会把自由基和DNA损伤视为衰老的原因。而一旦认识到自然选择的强度，人们便可能倾向于认为演化的机制在限制着自由基和DNA损伤，正如它促进繁殖最大化一样有效。
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如奥斯特指出的，衰老的机制在物种之间多半不同。大多数用于研究衰老的模式生物，大鼠和小鼠，与人类有很大的差距。区别不仅是遗传谱系，也包括衰老模式。奥斯特因此主张进行严密的物种之间的比较研究，来揭示常见的共同模式。他在乔治亚海边的一个小岛上用鼬（opossums，又名负鼠）进行研究。这里的鼬在没有捕食者的条件下已经生活了几千年，因而有较长的寿命。野外调查工作——在岛上和大陆上捕捉鼬并测定其年龄——花了几年时间。岛上的鼬很容易捕捉，因为它们在地面上睡觉，不做防御；而大陆上的鼬则整天躲在很深的地洞里。研究发现，岛上的鼬不仅比它岸上的表兄弟活得长久些，而且一系列指标都表明它们也老得慢些。不过，这些变化的代价是新生的小鼠在各个年龄阶段个体都要小些，而且首次生殖年龄迟些。很显然，衰老的速度，同其他的生活史特征一样，是由自然选择塑造的。