题图：意大利一位老太太庆祝自己的117岁生日

导读：人为什么会衰老？为什么我们吃的东西最后害了我们？人类是一种真核生物，但真核细胞的起源是什么？生命繁盛的法则是斗争还是协作？为什么大多数动植物最终都会进化为有性生殖？人类的奥秘都在基因，那么基因行驶功能靠的是什么？本文揭秘我们通常不了解的进化的秘密。 ¹

1、进化从不关心已经完成生殖任务的人

英国生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）撰写的《自私的基因》一书家喻户晓。自私基因理论很好地解释了遍及动物界的利他主义行为。比如，工蜂之所以甘愿牺牲自己成全蜂王，是因为蜂王可以更好地传递自己的一部分基因；再比如，第一个发现敌情的猴子之所以甘愿冒着生命危险向同伴发出警告，是因为同伴们也携带有自己的一部分基因。

在此基础上，“群体选择理论”解释了人为什么会衰老，该理论认为个体的“衰老”是为了群体的利益而进化出来的，因为“衰老”的受益者只能是群体，这是显而易见的事实，而且有无数的案例为证。

老的个体如果不死，并且影响到新个体的成长，那么进化就会去消灭老个体。所以，你看那些活的久的动物，大都是海洋动物（比如海龟、弓头鲸、海绵、灯塔水母等），其生存空间相对宽松，生活资源相对丰富。

1951年，英国著名的免疫学家、诺贝尔奖获得者彼得·梅达瓦（Peter Medawar）提出了新的观点，和群体选择理论不同，他在一次演讲中指出：我们之所以会死，原因是当我们完成了繁殖后代的任务后，自然选择就不再搭理我们了，任由我们老去。

也就是说，进化并不关心完成生殖任务的人。只要保障个体生殖和养育后代的成功，进化的目标就达到了。人是否衰老并不是进化关心的事，只不过我们没有进化出来“长生不老”的本事而已。

这个理论是比较容易理解的，也有很强的解释能力，比如可以解释“年轻人为什么普遍健康？”

原因在于：一个基因如果对生育不利，那一定会被大自然早早淘汰掉。

那些不足以健康到生育下一代的基因，早已被大自然淘汰。

其他和生育关系不太大的基因，进化并不关心。

塞缪尔.巴特勒说：“母鸡仅仅是一个鸡蛋制造另一个鸡蛋的方式。”

也许，人正是因为会老会死，所以才更想养育下一代？

人如果不会老不会死，是不是生育的意愿就更低了？

这可不是基因想看到的事。

2、你吃的东西成就了你，也害了你

细胞内有一种像的东西叫线粒体，可不要小瞧了它，它是给人产生能量的，没有它，你连思考问题的力气都没有。

人的能量来源于糖、脂肪、蛋白质等有机物在体内的氧化，我们吃进去的大多数食物，主要成分是碳和氢。氧气会从这些有机大分子中夺走电子，并在这一过程中释放能量供人体使用。失去了电子的碳原子和氢原子则会分别和氧原子结合，变成二氧化碳和水。

细胞内负责氧化还原反应的，就是线粒体。它产生的能量，以三磷酸腺苷（ATP）形式储存起来，供需要时使用。

氧化还原反应的过程非常复杂，很多步骤都像是在走钢丝，稍有不慎就会出岔子。线粒体是专门进化出来干这个的，其效率已经高到科学家至今都无法在试管里模仿出来的程度，但即便如此仍然会发生误差，导致食物分子中的电子没有被氧气抓牢，在线粒体工作的时候，从线粒体中跑了出来，这就是自由基（Free Radical）。

美国化学家德纳姆·哈曼（Denham Harman），他本来是研究放射化学的，在一次实验中意外发现接触过辐射的小鼠会未老先衰。他在研究这一现象的过程中逐渐意识到，线粒体会产生大量具有氧化作用的自由基，其破坏力和放射性物质产生的高能粒子是类似的，两者都会攻击细胞中的有机大分子，包括蛋白质、核酸和脂肪等，最终导致细胞功能的丧失。

自由基中含有未配对的电子，未配对的电子极不稳定，会从邻近的分子(包括脂肪、蛋白质、和DNA)上夺取电子，让自己处于稳定的状态。这样一来，邻近的分子又变成一个新的自由基，然后再去夺取电子…。如此连锁反应的结果，让细胞的结构受到破坏，造成细胞功能丧失。当自由基抢夺基因的电子时，会造成基因突变，以至于致癌。

但自由基是有用的。例如白血球利用自由基(超级氧，一氧化氮)来杀死外来的微生物，体内一些分解代谢的反应需要自由基来催化，血管的舒张和部分神经、消化系统讯号的传导要藉助于自由基(一氧化氮)，基因经由自由基的刺激而得以产生突变以更适应环境的变化。

所以，没有自由基人活不成，但自由基一样会要你的命。

你需要吃食物，从食物中摄取能量，但这个过程会产生自由基，从而损害你的身体。

自由基理论能解释为什么饥饿疗法、锻炼身体和低碳水化合物饮食会延缓衰老：研究结果证明，人在饥饿、运动和低碳饮食时，其线粒体的工作效率会更高，自由基就更不容易泄露。

1956年，哈曼把这个自由基理论写成一篇论文，发表后引起了轰动。听起来毫无破绽，很快就在学术界找到了很多拥趸，其中最著名的支持者当属诺贝尔奖获得者、美国化学家林纳斯·鲍林（Linus Pauling）。他对自由基理论深信不疑，每天都要吃下去好几勺维生素C药片，希望这种具备一定抗氧化功能的维生素能够帮助他健康长寿。最终他活了93岁，虽然可以说是长寿了，但也算不上是一个奇迹。

如今，自由基理论不流行了，无数实验证明无论是食用大量具备抗氧化功能的蔬菜，还是服用抗氧化药物都不能增寿，甚至反而还会加速死亡。可惜这些实验结果并没有得到广泛的传播，市面上还能见到很多以“抗氧化”为卖点的保健食品在卖高价。

自由基，大约不是衰老的原因，而是衰老的结果。

3、线粒体让人类的出现成为可能

有了线粒体，才最终有了人类。

这是因为有了线粒体，才有了真核细胞，才有了真核生物，才有了动物界。

而人归属于动物界、脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。

为什么有了线粒体，才有了真核细胞？

一开始，世界上是只有原核细胞的，这种细胞没有线粒体。

原核生物都很简单（都是单细胞生物），主要就是细菌。原核细胞之所以未能演化成复杂生命，原因在于其大小有限，而其大小有限的原因，在于其可用的能量有限。

细胞的能量来自跨膜质子梯度，即细胞膜两侧的质子浓度差异。这个差异驱使质子从浓度高的一侧向浓度低的一侧转移，能量就是在这个过程中产生的（此即“化学渗透偶联”效应）。最早发现此机理的是英国生化学家皮特·米切尔（Peter Mitchell），他因为这项发现而获得了1978年的诺贝尔化学奖。

原核细胞产生的能量是和其细胞膜的面积成正比的。原核细胞直径越大，单位体积的细胞所能分配到的细胞膜表面积就越小，也就是说，原核细胞的体积越大，细胞内部每个细胞器所能分到的能量就越少，这就限制了原核细胞在进化上的想象力。

而真核细胞就不一样，真核细胞的能量是由线粒体产生的，一个真核细胞内部，可以有成千上百甚至上万的线粒体。

线粒体所产生的能量同样是和线粒体膜的表面积成正比的，但每个真核细胞内有多个线粒体，这就大大增加了膜的总面积，所产生的能量要比仅靠细胞膜产生能量的原核生物多得多。

这就打破了细胞膜总面积对能量生成的限制，于是真核细胞的体积也迅速膨胀起来。如今真核细胞的平均体积已经达到了原核细胞平均体积的1.5万倍！

有线粒体提供充足的能量，真核细胞终于可以养得起一个庞大的基因组了，于是真核细胞的基因组便越来越大了。比如人类基因组包含30亿个核苷酸，是细菌基因组的数百倍。

这是个巨大的变化，再像细菌细胞那样“无组织无纪律”就不行了，于是真核细胞进化出了很多不同类型的细胞器，比如内质网、高尔基体、溶酶体和中心体等等，它们就像是细胞内部的微器官，大大提高了真核细胞的组织性和纪律性，工作效率也大大增加，有人说，细胞内部各种复杂的细胞器和其工作的机制，比一个城市还要复杂。

线粒体，导致细胞发生了一系列连锁反应，最终产生了复杂生命。

4、生命的繁盛，源于协作而非战斗

关于线粒体的来源曾经有过很多理论，目前是马古利斯（Lynn Margulis）提倡的内共生学说占了上风，该学说的中心思想是：“生命并不是通过战斗，而是通过协作占据整个全球的”。

1998年，美国生物学家威廉·马丁（William Martin）在此基础上又提出了一个更加具体的方案，被称为氢气假说（Hydrogen Hypothesis）。该假说认为第一个真核细胞是由一个古细菌吞噬了一个细菌而产生的，这个古细菌是依靠氢气生活的，而它吞进去的细菌能够生产氢气，正好为宿主提供了最需要的东西。

一个细胞吞噬另一个细胞并不是什么新鲜事，但被吞进去的细胞居然没有死，还被宿主“招安”，成为宿主生命的一部分，则是极为罕见的事情。这导致了真核细胞的诞生。

那个被古细菌吞进去的细菌进入了一个非常安全的环境，迅速地繁殖起来。作为宿主的古细菌是乐见其成的，因为它需要细菌产生的氢气为自己提供能量。渐渐地，这个细菌进化成了原始线粒体，继续为宿主提供能量。但这样一来，宿主细胞内便同时有了两套基因组，一套负责细胞本身，一套负责线粒体，这就相当于一个帝国内部有了两套领导班子，早晚要出事。

果然，处于劣势的原始线粒体基因组首先投降了，线粒体内部的基因片段不断地跑出来，并被一一整合进了宿主的基因组内。这是一件对双方都有利的转换，因为这样一来线粒体在自我复制的时候就不必每次都复制一大堆基因了，这就加快了自身的繁殖效率，同时宿主也减少了线粒体的维护成本。

线粒体也并没有把全部基因都转移到细胞核内，自己仍然保留了一部分DNA，这是因为“化学渗透偶联”是一个极其精细的化学反应，对蛋白酶的三维结构的精确度要求特别高，这就要求线粒体基因组内专门负责编码这几个酶的基因尽可能地靠近线粒体膜，以便能随时针对外部环境的变化而迅速做出反应。

人类的线粒体基因组包含大约1.6万个核苷酸，不到原来那个细菌基因组的百分之一，但却包括13个重要基因，负责编码能量生产过程所需的那几个最重要的蛋白酶。（线粒体是人体基因组的一部分，含37个基因。）

简而言之，46条染色体和部分线粒体整合在一起构成了人类的基因组，其中核基因组负责编码组成线粒体的绝大部分蛋白质，线粒体基因组则负责编码线粒体中最重要的那几个蛋白质，两者必须结合在一起才能组装成一个完整的线粒体。

随着越来越多的线粒体基因被整合进宿主的基因组，一些细菌病毒也跟了进去，并最终进化进化成了内含子（Intron）。

内含子的出现逼得宿主细胞进化出了一层新的保护膜，把自己的基因组保护起来，这就是细胞核的由来。

从此，真核细胞诞生了。

5、有性生殖的产生

众所周知，基因突变无法避免，这是生命进化的原动力，没有基因突变就没有我们的今天。但是，绝大多数基因突变都是负面的，生物体必须通过自然选择将其淘汰。细菌很容易解决这个问题，因为细菌的基因组都非常小，而且细菌相互之间经常交换基因，术语称之为“基因水平转移”，这就保证了细菌基因组的流动性，便于大自然看到单个基因的表现，然后从中筛选。

但真核生物就不那么容易了，真核生物的基因组都非常大，即使分成了一个个染色体也都嫌太大了，再加上细胞核的保护，真核生物便没法通过“基因水平转移”来交换基因，于是基因的流动性就不存在了。如果真核细胞再像原核细胞那样采取一分为二（即有丝分裂）的方式进行繁殖，问题就来了。

假设有一条染色体，上面有个非常重要的基因，哪怕变一点都不行，这个基因后面跟着一个次要的基因，虽有好坏之分但却没那么重要，于是这个次要基因就相当于攀了门高亲，它再怎么差都不会被淘汰了。这显然是不行的。

真核细胞如何解决这个难题呢？答案是有性生殖。有性生殖过程当中最重要的一步就是基因重组，也就是来自父母双方的染色体两两配对，然后相互交换基因片段，这就相当于打破了基因之间固有的绑定关系，让基因“流动”了起来，只有这样才能让大自然看到单个基因的表现，从而把表现差的基因清除。

有性生殖虽然降低了繁殖的效率，但却大大提高了核基因组的质量，所以当真核细胞出现之后，很快就进化出了有性生殖。目前地球上所有的真核生物都会在生命的某个阶段采取有性生殖的方式繁殖后代，没有例外。

线粒体基因组的情况比较复杂。这是个很小的基因组，所以它肯定只能跟在核基因组后面走，逼着自己学会适应有性生殖方式，没有其他选择。

照理说，当两个性细胞彼此融合之后，线粒体肯定也会混杂在一起，如果一方带来了不好的线粒体，就会被稀释，从而躲过大自然的筛选，于是包括人类在内的绝大部分真核生物采取了一种极端的方式，即受精卵内的线粒体全部由卵子提供，精子只负责提供核染色体，一个线粒体也不贡献，这就避免了彼此遮掩的情况，便于大自然淘汰坏的线粒体。

而高等动物高度分化的身体结构对胚胎的早期发育提出了很高的要求，胚胎中的任何一个细胞都不能掉链子，否则就会影响整个器官，然后波及到全身。于是高等动物进化出了超大体积的卵子，里面含有超多的线粒体，这就解决了胚胎发育的线粒体质量控制问题。

另外，像人类这样的陆地动物是需要满地乱跑的，这种生活方式需要大量的能源，于是人类线粒体的工作效率非常高，繁殖速度非常快，突变率也随之大大提升。已知人类线粒体基因组的突变率达到了核基因组的10～50倍，远高于海绵，于是人类体细胞中的线粒体出现坏变异的可能性变得非常大。

为了保证后代的线粒体的健康，人类进化出了专门的生殖细胞系，在出生后不久便将它们冻结起来，不再参与任何生理活动，尽可能降低基因突变的可能性。比如人类的卵母细胞在女性胚胎发育的早期就被保护起来，成年后每次排出的卵都是从这几个被保护起来的卵母细胞分裂出来的，线粒体质量得到了保证。

6、人们为什么在择偶上很挑剔？

不管是人，还是其他动物，经常可以看到择偶中“挑剔”现象，这是为什么呢？

原因在于：人要对基因的延续负责。

基因采取的方式很巧妙：你只会对那些好的、匹配的基因动心。

数十亿年来的进化，所确保的都只是一条：让更适应环境的基因延续下去。

所有会飞的动物对线粒体质量的要求都非常高，因为飞行需要耗费大量的能量。这就是为什么绝大多数鸟类对于配偶都极为挑剔。很多进化生物学家都对雄鸟为什么会进化出如此艳丽的羽毛感到不解。原因是：雄鸟羽毛上的色素是很难合成的，需要高质量的线粒体提供能量，所以雄鸟羽毛其实就是展示自己线粒体质量的一个广告牌。

还有一点也很重要，那就是雄鸟的性染色体是ZZ，雌鸟是ZW，和人类正相反。很多和线粒体有关的基因都在Z染色体上，所以雌鸟的线粒体基因大都来自父亲，这就是为什么鸟妈妈在择偶时必须十分挑剔，否则她的女儿就会遭殃。不过，挑剔的结果就是鸟类的生殖能力相对较低，一只雌鸟一年往往只能生一窝。

并不是所有动物都是那么挑剔的，关键是要能适应环境并繁衍下去，满足这个条件，基因就别无所求。比如小鼠的生活范围很小，不需要特别优质的线粒体就能活得很好，所以小鼠没有那么挑剔，其结果就是小鼠的体力虽然不如鸟类，但繁殖力比鸟类强。

鸽子和小鼠的体重差不多，新陈代谢速率也相近，但绝对寿命却相差10倍，原因就在于鸟类的线粒体质量高，其自由基泄露速度是同等体重的哺乳动物的十分之一。

蝙蝠是唯一会飞的哺乳动物，其线粒体质量和鸟类更相似，寿命也相应地比同样体重的小鼠长很多。

这在一定程度上，说明了线粒体对寿命的重要性。

现代智人诞生于非洲大草原，祖先们的绝对速度不如猎豹，绝对力量不如狮子，虽然学会了使用工具，但原始工具的作用有限，他们凭什么称霸非洲？答案就是长跑。

我们的祖先是非洲草原上长跑成绩最好的选手，这项技能对线粒体的质量提出了很高的要求。事实上，人类的线粒体质量是灵长类动物当中最好的，这就是人类长寿的奥秘。

我们的寿命几乎是黑猩猩的两倍，其他灵长类动物更不是我们的对手，人类可以说已经达到了灵长类的极限。

长寿给人类带来了诸多好处。比如，人类婴儿的大脑可以有充足的时间发育，少年们可以有充足的时间学习知识，成年人可以有充足的时间发明创造出新的技能。

正是因为长寿，我们的祖先这才有了充足的时间，慢慢进化出了超高的智商，最终成为了地球的主人。

7、人的一切秘密都在基因

这节回顾一些基本知识。

每个细胞里都有细胞核，细胞核里有染色体，染色体里有DNA，DNA里有基因。

人的基因不只是控制着生物的性状，还精确地控制着生物的生长发育乃至衰老的过程，比如从精子、卵子形成的一瞬间开始，什么时候由一个细胞到两个细胞，哪个细胞到什么时间点分化，都由基因精准控制着。比如心脏的发育，它从精子和卵子一结合，到第六周时心脏开始跳动。

你什么时候发育什么部分，什么时候长相开始变化，什么时候开始产生精子或者卵子，以及你的性格、气质、言谈举止、脾气喜好，都和你的基因有莫大的关系，虽然环境能起一定作用。

人的每个细胞中，如果没有基因突变的情况，那么就都含有相同的基因，但基因突变是很普遍的，所以并非每个细胞中的基因都相同，那些突变了基因的细胞，有可能会修复这些突变，有可能会启动自杀程序，也有可能被免疫细胞干掉，也有可能成为衰老细胞，甚至是癌细胞。具体可见这篇文章：细胞是怎样衰老、自杀和癌变的？

人体细胞里共有23对（46条）染色体，含有约2.1万个基因。一个DNA分子可以包含几个乃至几千个基因，每个基因由成百上千个脱氧核苷酸组成。

DNA的组成碱基是ATGC，单位是脱氧核苷酸。DNA是双螺旋结构，属于遗传物质。

RNA的组成碱基是AUGC，单位是核糖核苷酸。RNA一般是单链，不作为遗传物质。

遗传信息的标准流程大致可以这样描述：“DNA制造RNA，RNA制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制”。

注意蛋白质是人体生化过程的重要角色，合成蛋白质这件事，本身是靠蛋白质来实现的，而这些制造蛋白质的蛋白质，也是受基因控制的。

8、基因是怎么合成蛋白质的？

如何从基因到蛋白质？答案是通过翻译。

翻译就是根据基因编码合成蛋白质。

人体的每个组织：毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成。蛋白质主要由氨基酸组成，因氨基酸的组合排列不同而组成各种类型的蛋白质。人体中估计有10万种以上的蛋白质。

蛋白的制造是源源不断的，因为人体细胞每天都会有蛋白质的损耗。

那么，蛋白质是怎么合成的呢？

在细胞中，要想合成蛋白质，离不开这三种基本的RNA：mRNA、tRNA、rRNA。

mRNA（messenger RNA，信使RNA）上面记录着遗传信息，可以比作是合成蛋白质的设计图纸，核糖体（比作是蛋白质装配工厂）依据mRNA上的信息合成蛋白质。

mRNA是怎么生成的呢，它是在细胞核内以DNA的一条链为模板，以碱基互补配对原则生成的。首先转录生成的是前信使RNA（pre-mRNA），然后将其中内含子转录来的部分剪切去掉，将外显子转录来的部分拼接，就形成了mRNA，其中只含有编码蛋白质的序列。

然后mRNA穿过核孔进入细胞质。

合成蛋白质的原材料是20种氨基酸，由核糖体来完成装配。并非所有氨基酸都可以在人体内合成，例如成人所需的20种氨基酸中，就有9种（数目有争议）氨基酸是人体无法自身合成的，必须要从食物中摄取。

tRNA即transferRNA，译作转运RNA，它的作用是把氨基酸搬运到核糖体上，按照mRNA的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结起来。

rRNA（ribosomalRNA，核糖体RNA）是细胞内含量最多的一类RNA，也是3种RNA中相对分子质量最大的一类RNA，它与多种蛋白质结合而形成核糖体，其功能是在mRNA的指导下将氨基酸合成为肽链。

肽链就是多个氨基酸相互连接形成的一条链状结构，肽链形成后，在内质网、高尔基体作用下盘曲折叠加工修饰成蛋白质。

注意，这三种RNA都是从DNA转录出来的，mRNA上记录了蛋白的编码，rRNA和tRNA属于非编码类RNA，而是用来帮助合成蛋白的。非编码RNA中还有一些其他类型的RNA，这里就不介绍了。

总的来说，蛋白质合成的本质就是将氨基酸聚合，即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为肽链中的氨基酸排列顺序。

在蛋白质合成过程中，基因被转录成前信使RNA，接着被后转录修饰及控制（包括移除内含子及拼接外显子），形成成熟的mRNA，并运往细胞核外的细胞质进行翻译，新合成的蛋白质会被再行修饰，并可以与效应分子结合，最终成为具有生物学活性的蛋白质。

蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所，我们身体内各个组织就获得了可以行驶功能的基本物质。

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1. 本文部分内容节选自袁越的“人类到底能活多久-抗衰老科学指南”