给青少年讲生命科学

精彩书摘 控制寿命的时钟——端粒 大家在电影、电视剧中看到过很多长生不老的神仙，也在现实生活中看到过很多仙风道骨的白胡子老爷爷，大家心里可能会不由得产生疑问：人类的寿命究竟有多长？人类究竟能不能实现长生不老的梦想？ 4.1??衰老的谜团 在日常的生活中，大家会注意到一种奇特的现象，有些人虽然年纪很大，但是却显得很年轻，有的人岁数很小，但是却显得老态龙钟。正常情况下，我们的 面容和我们的年龄基本上是相符的，即使有些时候出现了一些所谓的“逆生长”的事实，这与心态的年轻、保健方式的多样、化妆手段的提升都有密不可分的关 系。从本质上来说，年龄和衰老保持对应的关系依然是符合自然规律的。 从呱呱坠地的孩童到耄耋之年的老者，我们的容颜会逐渐发生变化，会增长些许皱纹，会有白发产生，身体的机能也会发生退化。有的老人还会出现驼背、行动迟缓、言语含糊、记忆力衰退等症状。 衰老是每个人都要经历的必然的过程，在衰老外在的表现中，有一个重要的特点，那就是老年斑的产生。大家可以在老年人的体表看到一块块或一点点黑褐色的沉积，这就是老年斑。它的本质是一种色素的沉积，尤其是在脸庞和手上。 大家不要简单地认为老年斑只是在皮肤的表面产生，其实它在很多器官中都可以沉积，只不过内在的器官我们无法从体表上看到而已。可以这么说，当你的手脚或面部皮肤出现老年斑的时候，这就意味着你体内的器官也已经产生老年斑了。 老年斑的产生和身体机能的退化有直接联系，是身体不能排出或者清扫某些代谢产生的垃圾而导致的。 举个简单的例子，大家就能够明白老年斑的本质。每个人的身体就相当于一个个庭院，每天都有一位清洁工来打扫庭院。当清洁工很年轻的时候，这些垃圾都能够很轻易地被清除，所以我们的皮肤看起来很光洁。但是伴随着这个清洁工逐渐老去，她打扫庭院的能力越来越差，当有一天她无力再去清扫，或者清扫得不干净的时候，垃圾就会不断地在庭院中堆积起来，形成老年斑。老年斑的本质就是我们衰老的标志，说明体内清除垃圾的能力已经减弱了。 那么人类究竟能活到多大岁数呢？综合目前关于人类寿命的三种假说来看，人类的理论寿命应该在 120~150 岁，可是现实生活中能够活到这个岁数的人却寥寥无几，甚至人均寿命只有理论寿命极限的一半。其中的原因究竟有哪些呢？ 我们所说的理论寿命是在各种条件都很完善，身体中的细胞没受到任何损伤的前提下才能够达到的。现实中，我们生活的环境中存在着各种各样的对身体有害的因素，例如，化学药品的损害、空气中的雾霾、烟酒的刺激等，都会对人体产生很大的危害。虽然说随着生活水平的提高、医疗条件的完善，人类的平均寿命在大幅提高，但是要达到理论上的极限寿命依旧任重而道远。 然而在现实生活中，还有这样一类人，他们被称为早衰症患者，又叫儿童早老症。他们可能只有几岁，但是看起来就像七八十岁的老人一样，满脸的皱纹，花白的头发，甚至有人还出现了驼背和蹒跚的现象。 这究竟是为什么呢？ 这些儿童都有一些共同的特点，例如，发育延迟、头发稀少、皮肤老化、头皮血管突出、骨质疏松等，这些都是老年人所具有的特点。 这些孩子尚处在含苞待放的豆蔻年华，为什么会出现衰老的现象呢？是不是身体中控制衰老的机关被无意中打开了呢？ 研究表明，这和遗传存在着密切的联系。那些患上早老症的孩子一般很少有人能活过 20 岁，毕竟 20 岁对于五六岁就已经显现出衰老迹象的孩子来说已经是很大的年纪了。曾经有人做过比较，如果患上这种疾病，每过 1 年就相当于正常人过 10 年左右。就像《西游记》中描述的，天上一天，地下一年。早老症儿童的 1 天就相当于正常人的 10 天。 这种遗传疾病的发病率在 800 万分之一到 400 万分之一。对于家族里没有这方面疾病遗传史的人来说，除非发生了基因的变异，基本不用担心这种疾病会发生在自己和孩子的身上。 早老症的出现释放了一个重要的信号，那就是在身体中一定有控制着衰老的信号机关，当这一机关被触发的时候，就开启了衰老的进程。 4.2??细胞能活多久 要了解人类究竟能活多长时间，首先要了解一下组成身体的细胞究竟能活多久，不同的细胞寿命有着天壤之别。 以人体为例，当细胞在没有受到其他损伤的前提下，正常肝细胞的存活时间是几百天；血小板细胞的寿命是 7~14 天；肠黏膜细胞的寿命是 3 天左右；而血液中的中性白细胞可能昨天才出生。于是出现了一种奇特的现象，不同的人体细胞各自具有不同的细胞生命周期。有的细胞如味蕾细胞、表皮细胞不断死亡，不断更新换代；而有的细胞如神经细胞却和我们一起慢慢变老。 在日常生活中，有很多细胞衰老和死亡的例子，多到让我们忽视了这些现象的发生。例如，小蝌蚪在成长为青蛙的过程中，尾巴逐渐变短并消失，就是通过细胞的死亡实现的。还有人体的某些表皮细胞，如头皮屑、皮肤表皮角质等都属于死亡的细胞，这些物质持续产生，意味着不断地有新细胞出生、有老细胞死亡，间接地说明不同组织的细胞有着各自的寿命。 4.3??生命的时钟 既然人类是有寿命极限的，各种细胞也是有一定寿命的，那么在我们身体中有没有一种物质在背后悄悄掌控着这一切呢？ 答案是肯定的，这种被称为生命时钟的结构就是——端粒。 端粒的准确定义是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段 DNA和蛋白质复合体。这样的定义，听起来有点复杂，简单来说，端粒就是染色体末端一小段重复的 DNA 片段，如果把 DNA 比作一条鞋带的话，端粒就是鞋带末端的塑料鞋带扣。它由简单的 DNA 高度重复序列组成，端粒结合蛋白一起构成了特殊的“帽子”结构，作用是保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期。DNA 分子每次分裂复制，端粒就缩短一点，一旦端粒消耗殆尽，细胞便会迈入程序性死亡的过程。 那么端粒*初是如何被发现的呢？ 1946 年诺贝尔生理学或医学奖获得者赫尔曼·约瑟夫·穆勒（Hermann J. Muller）在研究染色体结构的时候，发现了一个奇怪的现象：断裂的染色体末端很容易发生相互之间的黏合，形成各种不同的染色体畸变，而天然的染色体结构却极其稳定。这就说明正常的 DNA 序列和它末端的一段 DNA 在性质上有很大的差别，末端的 DNA 并不具有什么具体的功能，但是它能够起到稳定遗传物质 DNA 的作用。穆勒还发现，如果末端的 DNA 减少到一定程度，就会逐渐地失去稳定性，发生解体，细胞也就会走向死亡。 穆勒其实并不清楚，他无意中发现的这段特殊的结构——端粒，正是我们苦苦寻找的“生命时钟”。我们可以把端粒看成 DNA 的保护套，这个保护套起到了稳定遗传物质的作用，可以防止不同的染色体之间发生黏连，确保这些染色体结构的稳定。 细胞每分裂一次，端粒就会出现不同程度的损伤，不同物种的端粒磨损程度是不相同的，由于 DNA 分子复制的机制，DNA 每复制一次，末端就要缩短一点。当它的长度减少到一定程度，细胞就会停止分裂。细胞不能够继续复制，从而进入衰老和死亡的程序中，这也正是端粒被称为生命时钟的原因。 这从一个侧面证实了，生命的长度和端粒的长度是相关的：端粒的长度代表了剩余的生命长度，端粒长则生命就长。但是，端粒如何决定生命的长度，这其中到底有哪些具体的机制，穆勒却并不清楚。 科学家在对早老症患儿的成纤维细胞进行体外培养时，发现他们的端粒磨损的程度要明显高于正常儿童，因此他们的寿命要远远短于同龄的健康孩子，他们的生命时钟的转速要明显快于正常人。这也从一个侧面证实，端粒磨损的速度关系着我们寿命的长短！