性的代價是縮短壽命，超級線粒體或許可以成兩全其美
尼克·萊恩（Nick Lane）是倫敦大學學院（University College London）的進化生物化學家。他思考了許多關於生命的重大問題，例如：「生命的起源是什麼？」、「為什麼我們會衰老和死亡？」，「為什麼我們會有性行為？」等等。萊恩認為這些問題不能被進化遺傳學解決，這些問題的答案和我們的基本生理機制有關。
萊恩一直在逐步構建一種和進化論互補的理論。他認為，如被稱為真核生物的複雜細胞（我們自己的細胞就是一種複雜細胞）以及多細胞生命形式的出現，這些進化史上的重大變化能通過能量約束來理解。
在萊恩的著作《權力，性，自殺》中，他認為，性行為是在複雜的細胞進化過程中出現的。簡單的細菌不會有我們通常認知中的性行為，但它們也能夠交換、傳播基因，這本質上就是性的作用。而複雜的真核細胞，包括人類、植物、真菌等等，都有性行為。但我們並不知道用性行為來傳播基因的優點是什麼。
性行為對於複雜細胞來說是必須的，並且它似乎與死亡緊密相連。我們越是把資源集中在繁衍後代上，我們在進化方面就越有優勢。但如果我們把所有的資源都集中在性行為上，我們能用來延長壽命的資源就少了。所以性行為幾乎是以壽命為代價來提高我們進化上的優勢。
死亡可以被看成一個細胞凋亡的特殊過程。死亡是由基因控制的，並且它還會消耗能量。受損的細胞會自殺，並被來自幹細胞群的原始新細胞取代。在個體層面上，性通過重組基因來實現，這可以增加個體間的差異和種群的多樣性。自然選擇的根源還是性，換句話說：你能留下多少後代？
在人類種群內，男性顯得更為重要。自然選擇的結果往往是一群佔總體不大的男性傳播了多數的後代。這說明有些雄性表現得很好，有些則表現很差。性在選擇層面上的作用是令最好的基因能更好的複製傳播。所以在優秀的男性和一般的男性中，自然選擇會偏向優秀的男性。
而另一個重要的概念——能量過程則和細胞中的線粒體息息相關。線粒體實際是在很早以前進入別的細胞的一種細菌。
關於沒有線粒體之前的細胞是什麼樣的，學界仍然有爭議，但可以肯定的是那細胞是十分簡單的。許多證據表明，最早線粒體這一宿主細胞是一種簡單的細菌樣細胞，叫做古生菌。
作者 | Philip Ball
翻譯 | 林宇豪
審校 | 酷炫腦 小草
編輯 | Mandy
古生菌沒有細胞核來儲存 DNA ，沒有性行為，也不會四處吞噬其他細胞。由於某種偶然的巧合，它和線粒體產生了結合。我們複雜的細胞類型和所有包括性別、壽命和年齡等複雜的特徵，都是在它們的相互作用下產生的。這意味著線粒體實際上和進化有著密切聯繫，並且是進化的核心。
線粒體是我們細胞的能量來源，它們又和衰老有密切關係。動物的生存是有成本的，而成本取決於生活的節奏。如果我們的生活節奏非常快，我們就會更容易疲勞。證據表明，新陳代謝率（我們吸入氧氣和消耗食物的速度）和壽命之間有著密切的關係。
在好的生存條件下，我們把大部分的資源集中在性和後代上。但如果生存條件不太好，例如在對食物的需求無法被滿足時，我們的重心就會從性轉移到生存上。在過去十年左右的時間裡，這種基因轉換一直是大多數衰老研究的焦點。
衰老和壽命不完全與代謝率有關，衰老同樣與我們集中資源的方式有關。一些基因突變可以讓非常簡單的生物體的壽命延長兩到三倍，例如說，鳥類的實際壽命比它們從新陳代謝率推斷出的預測壽命長得多，這個原因在後面會解釋。
線粒體可以產生自由基，自由基可以破壞或使 DNA 變異，損害蛋白質，甚至破壞細胞膜本身。隨著時間的推移，這種損害會慢慢累積，直到細胞不再能夠維持。在過去的幾十年里，最早提出的線粒體理論已被全面推翻。認為我們可以通過服用大量抗氧化劑來延長壽命或保護自己不受與年齡有關的疾病（包括癌症和痴呆）影響的觀點已經被證偽。大量數據顯示，服用大量抗氧化劑補充劑的人群反而更容易早亡。
如果氧化自由基會損害我們的細胞，那麼為什麼抗氧化劑不起作用呢？
一個原因是它們干擾了細胞間的信號。自由基是細胞應激狀態下發出的信號，它們就像一種警報機制，如果人體出了什麼問題，它們就會作出相應反應。
抗氧化劑的問題在於它實際上破壞了這種警報機制。警報機制會引起應激反應，而應激反應會激活對細胞有保護作用的基因表達。這是一種保護性的應激反應，它實際上會使細胞活得更長。所以用抗氧化劑破壞這一信號反而是幫了倒忙。
從進化的角度來看，人類可能能夠比現在長壽得多。如果負鼠生活在一個沒有天敵的島上，在五六代後，它們的壽命會延長一倍。鴿子的壽命大約是 30 年，但根據它們的高代謝率和體型，它們的預測壽命只有 3 到 4 年。
我們認為鴿子活得更長的原因是因為它們會飛。而僅僅是起飛的過程就需要巨大的代謝成本，因此它們必須有優秀的線粒體來提供能量。鴿子的線粒體之所以能有這樣的功能，是因為它們很少釋放自由基。這似乎便是鴿子長壽的原因之一。
如果鴿子的壽命比新陳代謝率預測的要長 10 倍，這是否意味著我們也能做到這一點呢？如果我們能在生活中替換細胞、人體組織，那麼我們的壽命大概就可以無限延長了。
但我們還受到大腦的限制，如果我們替換掉我們的神經元，我們也會在這個過程中改變我們過去經歷的記憶，這樣一來，我們還是之前的自己嗎？我們又該如何防止我們的大腦隨著時間的推移老化，失去神經連接，失去我們儲存記憶和經歷的突觸呢？
替換神經元還會帶來其它問題。
例如，我們可以取一個皮膚細胞，重新編程使其成為幹細胞。然後我們可以誘導這個幹細胞變成一個神經元，用它來代替大腦中死去的神經元。如果這個新神經元能夠成功地建立正確的連接，它的線粒體會發生什麼變化？
當我們重新編程一個皮膚細胞時，它的線粒體會恢復到幹細胞的樣子，變得圓潤並失去電荷。但我們還不知道它們的 DNA 會發生什麼樣的變化。這個皮膚細胞的 DNA 是否保留了它在以前的生命中所遭受的損傷？如果它實際上是有損傷的，那麼這個新神經元會帶來什麼影響？
如果我們有更多的線粒體，我們就能擺脫老年疾病，活得更久。爬行動物，例如烏龜的壽命非常長。原因是它們的代謝率非常低；它們幾乎不動，它們的細胞不處在任何壓力下，所以它們活得很長。
而在另一個極端上，鳥類的新陳代謝比我們快。鳥類有更高的體溫，消耗更多的氧氣，但它們比體積同等大小且代謝率相似的哺乳動物活得更長。原因似乎是鳥類有著更多、更高質量的線粒體，這些線粒體提高了整個系統的功能。所以長壽和新陳代謝率之間似乎有一個 U 型曲線的關係。
而人類在這一曲線上處於中間。
與鳥類或爬行動物相比，在把體重考慮進來之後，我們人類的壽命實際上是相對較短的，因為我們的代謝率相當高，但我們卻沒有鳥類所擁有的高質量線粒體。
我們的壽命和我們線粒體的數量也有關，例如，烏龜的肝細胞中線粒體的數量是我們的 10 倍。有一種猜想是，進化出高有氧能力的物種往往也會有較長的壽命。這就是為什麼對能量有很高需求的鳥類和蝙蝠的壽命都很長。與其他類人猿相比，我們的有氧能力和耐力在進化過程中也提高了許多，我們人類的壽命也比大猩猩或黑猩猩要來得長。
科學家有沒有可能利用線粒體來延長人類壽命呢？
這很困難。想要用好的線粒體替換壞的線粒體，最簡單的方法就是誘導細胞水平上的選擇——令線粒體損壞的細胞死亡，線粒體良好的細胞存活，讓細胞保持更新。
運動和飲食對此都有幫助，部分原因是它們可以促進細胞的循環更替，但這些與抗氧化劑幾乎沒有關係。吃好、多運動的確有益，但這些活動仍然不能令我們的壽命有質地延長。
作者 | Philip Ball
翻譯 | 林宇豪
審校 | 酷炫腦 小草
編輯 | Mandy
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