生物为什么会死亡?

好像所有的生物都不能长生不老,但是为什么生物会死亡呢?

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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2012-05-31 20:48

警告:以下大部分内容目前都还只能算是假说。


死亡有两种。
第一种我们可以命名为“对数死亡”或者“意外死亡”。被车撞死,被老虎咬死,天上掉钢琴砸死,凡是一切来自外因的都归于此。
之所以称为“对数死亡”,是因为在其他条件不变时,还活着的人呈对数衰减。假设1000个人里头10年有500个被车撞死了,那么第二个十年就有250个被撞死,第三个十年又125个,依此类推。事实上,这和放射性元素的衰变遵循同样的道理:其他条件不变时,任意一个人死于任意一种意外的概率不变。
第二种我们可以命名为“预定死亡”或者“程控死亡”。指的是老死或者老年病而死。这种情况下,似乎死亡是一个基本确定的年限,不管你之前多健康多好运,到时间就完,没什么余地。就人类而言,这个上限似乎不会超过120岁。
显然,第一种死亡是不可避免的,除非你是不怕氪的超人。所以,真正的问题是,为什么要存在第二种死亡。
但为了回答这个问题,还必须从第一种死亡说起。


第一种死亡虽然不可避免,但并非无计可施。我们有很多方法来减小死于它的可能性。
比如增强免疫力,防止飞来传染病取人性命;比如跑得更快,免受捕食者袭击;比如长出厚重的甲壳,防止天上掉东西。
但是世上没有免费的午餐。强化这一切都需要资源,而资源是有限的,要补西墙必须拆东墙。
在轰轰烈烈的寻找东墙运动中,某些生物发明了“贷款”这么一种东西。
所谓“贷款”,在生物界里,其实指的是:我得到一种性状,这种性状使我年轻时受益,但年老了受损。现在借债将来还。
端粒可能就是这样一个例子。照理说,端粒缩短这件事情是毫无必要的,因为存在酶可以修复端粒。但是大部分生物都放任端粒缩短,为什么?一种假说认为,端粒是对抗癌细胞的防线之一,如果潜在癌变细胞不能突破端粒防线,那么复制不了几次就呜呼哀哉了。现实中真正能成癌的,肯定都是突破了端粒防线;至于这道防线拦住了多少潜在癌,那就无人知道了。这便是年轻时的益处。
但是,老来还债,端粒的损害就体现出来了——等端粒耗尽时,即便是正常细胞也无法继续分裂了。
这个害处看起来很大啊?好像远远比癌症危险要大?
然而千万别忘了,第一种死亡是对数衰减的。这意味着,就算端粒不作梗,大部分个体根本就活不到这个老年。
那么,端粒的处境是:年轻时的益处,虽然有限,但受益几乎是肯定的;年老时的害处,看起来虽然很大,可是真活到那么老的概率极小,这一加权,害处也就很小了。
所以这笔买卖是划算的。
而当许多笔买卖都在这个基础上成交之后,老年生物就真的是活不下去了。
这便是第二种死亡的起源。

现在我们观察第二种死亡,一般只能观察到它的直接原因,比如端粒,比如自由基积累。
但这都不是根本原因。端粒缩短本是不必要的,自由基只要下足够大的功夫理论上也是可以清除的,真正的原因在于背后的那些交易。比如我不肯事无巨细地清除自由基,省下的资源用来干别的;等到自由基积累到明显危害时,正好我也行将就木。

所以,某种意义上,我们每个人都和梅菲斯托菲勒士做了一笔交易。我们抛弃永生的可能,去换取现世的幸福,因为我们知道,按照我们的累累罪孽,本来也没有多少永生的指望。

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红色皇后科普爱好者,科学松鼠会成员

2017-06-07 15:25

我补充一些我以前写的,“为什么会衰老”的问题,这个是纸糊上发的版本,还有一个更老的版本是发在果壳子日志上的。


动物寿命的最关键因素,在于动物的基因,而编制基因的看不见之手是进化。动物的寿命,就像动物的其他部分一样,是进化塑造出来的。动物要是老了,就不能再繁殖了,也就不能再传播基因了,所以衰老是不利的,为什么进化还允许衰老存在呢?现在用于解释衰老的理论,是免疫学家梅达沃(Peter Medawar)提出的。

一个基因在自然选择中,会受到偏爱还是剔除,它对生殖的影响很重要,它在什么时候表现出效果,也很重要。

导致遗传病的基因,如果它很早就表现出来,让宿主没生育就死掉,它就无法传到下一代,所以表达早的基因容易被自然选择剔除。相反,如果它在老年出现,那么宿主在得病之前,很可能已经繁殖了。虽然它是有害的,但还是被传递下来。亨廷顿氏舞蹈症(Huntington's Disease)可能就是一个这样的遗传病,老年痴呆和动脉硬化就更不用说了。

著名的科普书,道金斯(Richard Dawkins)的《自私的基因》也提到了这个问题:


很明显,致死基因往往被从基因库中清除掉。例如,使老年个体致癌的基因可以遗传给无数的后代,因为这些个体在生癌之前就已生殖。而另一方面,使青年个体致癌的基因就不会遗传给众多的后代;使幼儿得致死癌症的基因就不会遗传给任何后代。


这可以解释为什么自然选择会让衰老存在,那些导致衰老的基因,在繁殖之后出现,被剔除的可能性就下降了。

那为什么不同的动物衰老速率会不同呢?

不同动物的生活风险不同。即使不衰老,动物也会遇到各式各样的危险,天敌、风霜雨雪、同类相残、火山爆发、陨星撞地球等,生活风险越大,活得长的可能性就越小。

如果一个基因在人四岁时表达出来,它会很快被剔除,但如果它在老鼠身上表达出来,那就完全不一样了。举个例子,中国香港的0-4岁幼儿死亡率不到0.1%,可是老鼠的年死亡率超过90%,“四岁杀死你”基因来不及表达,就和宿主一起喂猫/喂鹰/喂同类了,它的坏处根本没有体现出来,自然选择也就会对它高抬贵手。

生物科普作家里德雷(Matt Ridley)曾用简洁的语言诠释过这个道理:


一只老鼠不太可能活得过三岁,所以,那些损害四岁老鼠的基因,就不会因为任何自然选择的压力而消失。


再看看公认长寿的动物,北极圆蛤(学名Arctica islandica)是人类测量过的,最长寿的个体动物,它住在几乎没有天敌,气候稳定的深海里,又有外壳保护,在这样稳定的环境里能活到120岁并不奇怪,即使一个基因在120岁后表达出来,它依然有被剔除的可能性。

动物的生活风险越是大,它活到较长岁数的可能性就越小,那些早早发病的基因,会在基因库里累积,反之,则会被剔除。随着时间的流逝,越来越多的发病基因像定时炸弹一样表达出来,使生物变得越来越虚弱、多病,我们把这种症状就叫做衰老。

生活风险越大,累积早发病基因的可能就越大,衰老来得也越早,这就是生于安乐死于忧患。哈佛大学和爱荷华大学的动物学教授,奥斯泰德(Steven N. Austad)调查过萨皮罗岛(Sapelo Island)上的北美负鼠(学名Didelphis virginiana)。这个小岛上面没有捕食负鼠的狐狸等动物,所以这里的负鼠生活应该更安逸。他发现,海岛上的负鼠寿命,平均比大陆负鼠长出1/4,它们的筋腱老化也更慢。

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mickey_hho细胞生物学硕士,PS达人

2012-06-01 23:18

首先说,死亡,其实是一件极好的存在。
无论是从生物学的角度讲还是从社会发展的角度讲,死亡都是旧的事物让位于新的事物的过程中一个必然的事件。没有死亡,就没有新旧事物的更替,进而就不会有发展。
没有死亡,也许地球还停留在生物刚刚从海洋踏上陆地的那个阶段。因为没有新的生态位可以提供给后来者,也没有更多的空间和资源。
另一方面说,没有死亡,代表着旧的意识形态的一代人会一直占据主流的位置,文明就无法进步。
死亡和生存就像一枚硬币的两面,他们是无法离开彼此存在的。对于有限的资源来说,没有旧事物的消亡,就没有新事物的产生。即使从最根本的食物链讲,死亡也是每一级之间环环相扣的锁链。作为生产者的植物以自己部分或者全部身体组织的死亡来给上一级消费者提供食物,而低级的消费者也以死亡来给上一级消费者提供食物,这样一级一级,食物链顶端的消费者则以死亡,给各种食腐动物和分解者提供食物。
可以说,我们以及我们生活的这个世界,它的千姿百态,它的欣欣向荣,都是以各种形式的死亡为基础而建立起来的。

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基因限制细胞的再生性,而能永远繁殖、再生的只有癌细胞

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演化的方向和重心永远不是个体生存时间的延长啊,基因的延续才是王道。

世代更替一方面保证了基因的流动,另一方面加快了物种遗传变异产生新性状,多好啊

2012.6.1 Update:
后面一句话说得角度不对,没有从根本机制上进行解释。
物种演化的实质是种群基因库的改变,而这个改变往往是遗传变异和环境选择共同作用的结果。对于一个个体来说,直接决定其在选择中是否占优势的是它能产生的后代数(即传递下去的基因拷贝份数),而不是寿命长段;寿命长短只有在显著影响后代数的情况下才会被选择。当寿命长至对此影响可忽略时,没有什么环境动力是鼓励其继续延长的了……。

(又看了一遍楼主的问题……发现我跑题了……。然后以上是针对“为什么寿命不会变得更长”的讨论嗯嗯。)

另外,如果楼主换一个角度看的话,其实生命一直在延续,只是存在形式不一样了。 端粒什么的,在生殖细胞形成的时候就已经被修复了,如果将生殖细胞看做生命体的一部分……那么它会是一直以自己子孙的形式存在着的呢……。

受《自私的基因》的影响,有时会习惯于把很多现象理解为“基因驱动”的结果——虽然这样理解不符合本来机制(基因没有意识,只是各种选择选出了最能够复制并传播自己的基因,“基因驱动”是果不是因),但是有时这样确实想起来比较顺溜(比较适合倒推?),推了一圈后有时只需换个说法就好……嗯总之理解了就好……。

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能猫洒仙食品科学专业

2012-05-25 23:28

端粒学说提供了一种解释,就是细胞不断分裂,染色体端粒DNA序列会逐渐缩短,导致端粒内侧正常基因DNA序列受损,使细胞活动渐趋异常。

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支持者: shangshueve 阿吉_5573

记住,没有死亡就没有生物多样性,假如细胞真的可以做到永生不死的话,现在多细胞生命完全不可能存在了。你能想象一下么,假如生物可以永生不死,但是又可以繁殖,并且还可以变异,那么一千万年以后,它自己已经无法和自己的后代交配了,已经产生了生殖隔离了。甚至不要一千万年只要几十万年就可以产生了。然后你觉得这个世界好玩么?

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ykokia环境工程小硕一枚

2017-06-03 14:25

也许可以不用死亡,只是消耗资源比较大,比如他

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支持者: shangshueve

我觉得可以这么想,第二种死亡其实并不是必然的,而是演化所带来的副产品。假设有两种生物,A拥有无限的生命,而B生命有限,如果生育率一样,短短数代A很快就会用几乎同样的个体填满所有生存空间,而B需要繁殖很多代才能到同样的事,显然,B的基因会更多样化,当环境发生变化的时候生存的机会也会更大。当然长寿也很有好处的,比如可以获得更多生活经验。目前所有物种的寿命,都是长寿和更多繁殖次数所带来好处的一个平衡。

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支持者: 姬俣橦-

我只想到一句话:宇宙的目的是变化。

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@Ent 讲得很好,我做个学习总结:

生物会死亡归根结底是因为生物会繁殖,而资源又是有限的,竞争不可避免。就好比一辆汽车,如果发动机一直低负荷运转,又有足够的冷却液进行冷却,使用寿命可以很长,但是寿命长有个屁用,走得慢吞吞的,资源都被别人抢光了,还是要饿死,所以为了抢到资源,只能超负荷运行,死就死吧,饱死总比饿死好。

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支持者: 陈稳地

哥来怒答此题,请叫我荒野大神

首先,你要明确一个概念,就是衰老死亡是演化出来的,不是一开始就有的,换句话说,死和老是演化的副产品

一开始,咱们都是单细胞生物,单细胞生物哪有死亡呢?一个分裂成两个,你觉得是死亡了吗?无论你定义哪个是本体,那两个还会一直分裂下去,如果资源足够的话。。。。

到了多细胞真核生物,有性生殖之后,一切都变了,有性生殖的好处是可以通过基因组合迅速变异,多样化程度迅速增加,几千代以后变异得妈妈都不认识,但是如果这样,衰老死亡就是个优秀性状

想象一个两个种族,A种族永生不死,和自己的同代与后代交配,很快资源就将被占据,下一代永远没有生存机会;B种族进化出了死,老一代为新一代腾出生存空间,变异迅速累积,多样化程度也更高。N代以后,A种族被B种族灭掉了,大致就是这么回事,所以不死的基因灭绝了。

因此,需要你明确的第二个概念是,生殖细胞才是你的本体,你的身体只是一副生物机甲而已

一开始主流是单倍体,后来因为极端环境才产生了二倍体,二倍体本身是一种应急措施,后来通过减数分裂只是拨乱反正而已,你的体细胞就只是相当于工蜂,一切都是为生殖细胞服务,你的人生也一样。。。这就是为什么我同学听到他娃出生啼哭,他告诉我,这感觉就像永生一样。

所以,为什么有癌症,癌症就是你自己的体细胞造反了,他们不满于做奴隶,他们要回到那个每个细胞都可以自由繁殖的幸福时代,于是乎。。。。。这下你就能理解,为什么奎木狼(黄袍怪)和那个宫女谈恋爱不在天上开房而要跑到下界去,不是因为天堂没有钟点房,而是因为既然死是性的代价,那你要永生就必须自卸装备,还有为什么吕洞宾号称纯阳真人三戏白牡丹。。。算了,太污,就不跟尔等啰嗦了。

最后,第三点,不管是啥都不是一开始就有的, 不管啥都是有原因的,不管是啥都是有代价的,记住这句话。

还不把手支在地上说三声谢谢~

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1.为什么要有新生命?千百年后的新生命是什么样的?

2.虽说不可逆转,但是不试一试怎么知道。现在的智慧可能达不到,也许只有通过外力提高人脑才能达到这样的高度。

有一种感觉:

觉得未来这个可以被实现,会有两种生命,一种自然进化,一种半机械半人。

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其实我觉得很矛盾,如果永生虽然生存空间很快会满,但子代的变异及基代的样本会造就更多的变异,基数大幂更大进化的可能更大,会造成第一种人为死亡更替机会更大,这又平衡了生存空间的问题,你说基代永生会造成子代没有生存空间存活,那基代繁殖就没意义了,那繁殖的基代很可能会为了争夺生存空间维护其自有子代与其它基代发生生存空间竞争,这也会增加第一种死亡机率,又一次回归平衡。我觉得就像宙斯推翻上古神一样呵呵。其实进化方向掌握在自然因素选择上,端粒完全可以选择永生,自然会趋于平衡。还有我就是觉得恒星在消耗物质转变成能量发散,那么行星上的物种都是受它恩泽生存,动植物都实现能量的转移和储存,这样能量不就会越来越多?那变成煤就是古老的能量,人类现在不就是消耗来产生动能和热能吗?如果说能量的形式不是就是生存空间变大么?恒星转变物质变轻了,不是引力会变小么?那么行星不是会因引力变小逃离束缚么?如果前面能成立那么行星圈地球的外一圈的行星以前就在宜居带上的宜居星球么?这会不会是生物进货大爆发产生的原因?原始生物一直苦逼生存着前行,自然突然丢来个宜居的橄榄叶,就大爆发进化抢生存空间,然突然又有什么自然原因,又产生生物大灭绝。这些都是建立在第一种死亡的基础上,第二种影响有多大?感觉死亡的进化在星级上完全是被选择的地位。感觉跑题十万里,嘿嘿。

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粗手揉面不明真相的围观群众

2012-05-31 19:39

同学,我们不曾死亡也不曾“活”,我们本身就是由原子构成的,已经存在了太久太久了,等你真正醒来时,你就会发觉你以为你活着的状态有多么可笑

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其实最原始的生物也可能出现过永生的个体,但是能够永生对于整个种群来说并不是好事情。因为环境一直在变化,会发生自然死亡的群体会把生存空间让给带有良性变异的后代,让整个种群逐渐适应变化的环境。而永生的群体不会主动让出生存空间,而且成熟个体还会挤占新生个体的生存空间。因此永生的群体的基因相对稳定,随着环境不断变化,永生的群体就会越来越不适应,而产生大面积死亡,最终在大自然的自然选择下被淘汰出局。因此自然死亡是自然选择的结果,只有能够自然死亡的种群才能在生存竞争中立于不败之地。

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生存需要,如果不会死亡那就不会有现在的世界。

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也可以这么理解啊,生命其实一直是在延续。
单细胞的二分裂繁殖的很好理解了,一个变两个,就无所谓死亡了
高等的生物的新生命也不是凭空造出来的,也是对于母体的延续。用久了的东西总会报废麽,换瓶不换药

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人体新陈代谢产生的废物累积,
还有器官使用的极限无法消除。
如果能完美再生、完美解毒,就能永生。

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