概念27：衰老
衰老，是每个人都会经历的，但它并不是每个生物都会经历的，有些动物就没有明显的老化，甚至越老越强。了解衰老，是科学地树立世界观必要的环节，它可以让我们更坦然地面对生命的最后阶段。
这节课，我要对衰老的主题作一下回顾跟总结。
从寄生到共生
线粒体质量的下降是导致衰老的重要因素，线粒体既是供能的单元，也是执行死刑的单元。
这两种看上去矛盾的功能，是源于线粒体最初并不是从细胞内演化出来的：
真核生物大约在20亿年前，是由一个块头比较大的古细菌吞食了块头比较小的线粒体细菌之后，形成了一个寄生的关系才形成的。
生命史上这次事件，导致了一种全新的生命形式出现，那就是真核生物。
线粒体细菌最初只是无偿地吸食古细菌体内的养分，但并不是很霸道，双方形成了宿主虽然不会死，但是也轻度的营养不良。而寄生菌又不会暴力地分裂、增殖，双方就这样达成了相当久的平衡。
直到地球上的氧含量突然大爆发之后，寄生关系才出现了改变。
因为线粒体细菌竟然有一种特殊的能力，可以把氧化性很强的一种气体，也就是氧气利用上。
在那会儿，氧气对绝大部分的生物都是致命的毒气，这种古细菌也幸好肚子里有了线粒体细菌帮它解毒，于是幸存了下来。
而且更加幸运的是，线粒体细菌在解毒的同时，能把氧气跟葡萄糖上的质子跟电子拆下来，制造 ATP。这些能量货币本来是给它自己用的，但是宿主在后续的演化中翻了身，很多有运载功能的蛋白质会把线粒体制造好的 ATP 偷偷运走，供宿主用。
于是，这个一直吃亏了几亿年的古细菌，这次就不再是宿主了，我们可以说，它们形成了共生的关系，互相都得到了好处。这种好处相比没有线粒体细菌来说是巨大的，因为能量供给的效率大概高了20倍。
这样一来，真核生物的细胞就可以长得很大，分工也可以很多，反正就是有大把的能量货币供真核生物挥霍。它们也相应地生出了庞大的，包括在核内的 DNA，线粒体细菌自己在漫长的演化过程中，再没有走出过细胞。因为这里给它提供了最好的保护跟足够的营养。
虽然在内部成活，但是它也依照细菌的模式，不断地把曾经自身的基因图纸往外丢。
对于演化到人类这种生物来算，线粒体已经丢出至少300多个基因了，但是它还保留着量极少的基因在体内。而丢出去的这些蛋白质图纸都融合到细胞核内的 DNA 上了。
到了如今，一个体细胞内的线粒体有多少个呢？
它是不一样的，有些不太活跃的细胞有几十个，活跃的有一两千个，最多的是卵细胞，有10万个。
以上是在它们共生的关系中，关系良好的情况下互惠互利的生活模式。
衰老的来源
但实际， 线粒体细菌依然保留着当初入侵时的一些手段，现在已经演化成给细胞下达自杀命令的功能。
而当初这个功能是什么样的呢？
大概是这样，就是它们强烈地依赖细胞里的营养物质。在健康细胞里头，这些不是问题，但当细胞不再健康的时候，它们就需要另外寻找宿主了。所以需要把细胞膜弄破才能另寻出路，而弄穿各种膜的手段，就是现在让细胞凋亡的那个信号。
从线粒体的供能角度来看，什么时候细胞会凋亡呢？
那就是细胞色素 c 这个蛋白质游离出线粒体之后。
它本来应该在线粒体的膜上，那为什么会游离出线粒体呢？
那是因为膜上积累了太多的自由基，导致线粒体膜的破裂。
那么自由基又是从哪儿来的呢？
自由基是过多的电子淤积在呼吸链之后产生的多种活性很强的化学物质。
那么电子为什么会在线粒体上淤积呢？
那是因为呼吸链上的流水线被卡住了。
不卡住的时候，膜外的电子不断地流动，之前被泵入膜内的质子会冲击 ATP 酶，这个马达一样的蛋白质会转动起来，而且它真的跟马达很像，每转一圈制造3个 ATP 分子。当身体不需要耗费能量的时候，线粒体附近的所有可用的 ADP 都已经被转化成 ATP 了。直到没有原材料可用的时候，电子就开始在膜外淤积。
这个时候，并不算大祸临头，因为所有的真核生物还有一个泄洪的机制，就是让膜内的质子游出膜外，而又不冲击 ATP 马达。在这种泄洪的过程中，电子也会继续流动，不再淤积，不再产生自由基。ATP 虽然没有产生，但产生的是热量，这个热量也为生物体提供了恒定体温的基础。
尽管有这样防止自由基的机制，但自由基还是免不了会产生，一旦产生，那就会伤害周边的蛋白质跟基因，离得越近，伤害越大。
但是伤害一般也依旧不是什么大问题，生物体对蛋白质跟基因的损伤都有完善的修复机制，尤其是蛋白质的损伤，更可以快速地由免疫系统先清除，接下来由制造蛋白质的工厂把健康的零件补上。基因虽说也是可以修复的，但是风险稍高，好在大部分的基因都在核内，有核膜保护着。
此外，因为是多倍体，所以也可以依照多余的副本上的序列来修复损伤的部位。
而人体的 DNA 大约是有16000多个是在线粒体 DNA 上的，没有在核内。那在这里的情况就要恶化很多。
首先，没有什么核膜去保护它们。
其次，它们在需要修复的时候，也没有父系的那一支父本的图纸可供参考。
最后，这里直接挨着氧化性质最强的活跃的氧气，受伤的频率本来就很高。但是没有办法，这最后13种，由线粒体 DNA 制造出的蛋白质，无论如何也没法像之前这里的基因那样，去转移到细胞核内了。因为它们要为非常区域化的损伤作出快速的响应，作临时的调配。
如果转移去核内的话，核心生产出的蛋白质运出了核膜之后，大概率说，是不会被运输到真正缺货的地方，反而会引发不缺货的单位发出“停止生产”的信号，这样反而会引发缺货地区情况更加恶化，长此以往，所有的线粒体都会受到牵连。
所以，线粒体 DNA 上，最后这一点点基因片段即便遭受了20倍于核内 DNA 的变异，也要坚守在这里。而这个也就是一部分动物有衰老现象的来源了。
线粒体 DNA 上的蛋白质设备，最关键的零件部位是由线粒体自己生产的。但毕竟占少数，只有13种。其它线粒体需要的零件大约上千种，还是需要核内制造出来。制造出来之后，会依照这13种像信号灯一样的指示牌运送到位，组装成线粒体上呼吸链上所需的蛋白质。
那运送过来之后，它们能不能装配到一起就是一个问题了。
但极少数极少数的情况下，线粒体 DNA 的图纸虽然被自由基攻击突变了，但导致的突变是那么的巧合，只是造成性能略有下降，而且还能跟核内运来的蛋白质结合得严丝合缝，还不至于导致这个线粒体被淘汰掉。虽然这样的事情几率很小，但是在漫长的往往有几十年的生命过程中，总有机会让这类品质略差的线粒体出现，并复制自身。
这些体制略差的线粒体，在细胞中所占的比例会随着年龄增长不断地增加，而身体怎么应对呢？
那办法就是，生产出更多的线粒体出来。
劣质化的进展虽然慢，但一旦开始，很难恢复到上一个阶段的状况了，所以一定有那么一天，所有的线粒体质量都会不及格的，那样再补充多少不合格的线粒体也都是无济于事。
逃过衰老
但动物和动物是不同的，有些相对于它们体重来说寿命明显长的动物就可以逃过衰老。
它们是怎么逃过的呢？
它们往往在身体出现衰老状况之前，就会因为其它的事故死亡，比如像癌症，或者落地失败摔死了。
鸟类就是最典型的，因为它们的体细胞中，线粒体不但数量多，而且线粒体上呼吸链的数量还多。鸟类之所以留出这么大的余量，是因为它们需要飞，飞离地面比在地面上奔跑要耗费更多的能源。所以， 自然界一直是在筛选，可以把单位质量的功率提升到最高的个体出来。
恒温动物就是这样，从爬行的变温动物演化出来的。鸟类也是这样筛选出来的，因为飞起来可以避免一切地面上的危险，可以轻松地跨越死亡地带，找到水跟食物，有了这些好处，多浪费一些能量还是值得的。
但是这样做的代价就是耗能太高，哪怕是在静止状态，身体也在耗费大量的能量，所以鸟类的体温也很高。
这个就像一个8.0排量的车，它在等红灯的时候也是非常耗油的。
但也正因为飞行给鸟类提供了更高峰值的能量需求，所以它们的呼吸链的数量，它们的线粒体的数量都富余得多得多。它线粒体 DNA 有大把的空间可供质量下滑，于是很多的鸟比它们体重相似的那些啮齿类动物，寿命要长10倍左右。
所以， 如果从线粒体的理论来看，人的衰老跟衰老带来的肌肉量大减，器官功能的下降导致的 N 种老年病，是有可能一并解决的，而不是一种病一种病地攻克。
解决办法，就是想办法提供足够多的线粒体。当我们有足够多余量的线粒体的时候，衰老的进程就能放慢。
除此之外，还有另外的办法，就是我们想方设法让呼吸链上不总淤积电子，那自由基的量也会减少，衰老的进程也能拖慢。
那怎么增加线粒体，怎么让它富余出来呢？
其实现在已经有一些药貌似有效果了，但是还需要很久很久的研究，我是不敢乱说的，否则有的人听了真的开始乱吃药了。
那怎么让呼吸链上不淤积电子呢？
这个我是可以大声说的，就是增加运动量跟减少食量。
因为如果身体连葡萄糖这种原料都缺乏的话，那就谈不上从上面拆下来电子，然后电子运输过去，淤积在呼吸链上，形成自由基。这些过程一并都不存在了。
所以， 少吃，多运动，长期让身体维持在六七成饱，这种状态就能延长寿命。
听着建议很俗气，但却是现在目前唯一一个在科学界有共识的，能延长寿命，提高健康状况的方法。
课后思考题
这道题你并不需要马上作答。在最近几天，你看电视或者上网，我相信肯定免不了会再次看到和老人相关的内容，尤其是一些纪录片。
那当你在看到有老人出现的画面的时候，请你记住那一刻脑子中的想法，希望你还能回来把它写在评论中。
