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图增—14 新月柄杆菌的生活史。(作者绘)
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而在不均等的细胞分裂中,这种历代沉疴就更加显著。那个大细胞或者固定的细胞实际上一直保留着旧细胞的物质,这使它们积累了越来越多的错误,最终呈现出了衰老的迹象。至于酿酒酵母的自杀基因,首先,它不会有害,因为那个衰老的大细胞已经制造了大量的子细胞,圆满完成了扩增的目的,在出芽40多次之后启动自杀并不会损失什么。其次,耐人寻味的是,酵母的性行为是有性生殖,如果任由这个可能积累了大量错误的衰老细胞与其他细胞融合起来重组基因,那就如同上了考场与不知道底细的陌生人对答案,必然承担巨大的风险。所以让老细胞及时死掉,对于整个种群来说很有好处。
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想想看,我们在正文里说过性行为把个体缔结成了种群,但这并不只意味着同富贵,也同时意味着共患难:在不可抗拒的威胁面前,常常需要某些个体主动牺牲自己。
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总而言之,即便在单细胞生物的世界里,衰老死亡的阴影也仍然笼罩着每个生命的未来,这就是第一步里的规律要加上“有机会”三个字……的一半原因。但是为了节省一些拗口的措辞,我们在下文里仍要装作所有的单细胞生物都不会老死,那并不会带来什么分析上的变化。
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至于加上“有机会”这三个字的另一半原因,当然就出在多细胞生物身上。那些负责制造新个体的细胞也不都能免于衰老。就拿人类来说,卵巢刚刚在胚胎体内长出来的时候拥有200多万个潜在的卵母细胞,但是到出生的时候就只剩100万个左右,再等到青春期,就只剩30万个,而在每个月的排卵期开始前,都会有20多颗卵母细胞苏醒过来,但是它们中的绝大多数都会迅速地衰老凋亡,只有表现最好的那一两个能从卵巢里成熟排出,准备受精——这个衰老凋亡的过程,就是我们在精密地检查卵母细胞的质量,只有错误最少的卵母细胞才有资格发育成新的生命。
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至于这究竟是在检查什么样的错误,你在读完这一整则增章之后自然就会明白。眼下,我们先要弄明白多细胞生物负责制造新个体的细胞们还有什么特殊的地方。
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·第四步 死亡基因·
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所有实现了细胞分化的多细胞生物都是真核生物。而真核生物都有一个先天的麻烦:它们的DNA主要封装成染色质,是线状的,而细胞用来复制DNA的酶系统又有一些先天缺陷,不能复制模板链3’端的一小截。所以,细胞虽然可以在细胞分裂的时候趁着DNA复制修复很多基因错误,却又顾此失彼,修复了中间,磨损了两头。[12]
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对此,真核细胞的办法首先是让DNA的两头更加“耐磨”。每条线状DNA的两头不安排任何基因,而是一大段无意义的重复序列。而且这段重复序列会与特殊的蛋白质结合起来,缠得紧紧的,好像鞋带两端的铁皮包头一样,这个结构就是著名的“端粒”,在真核细胞中,只要端粒尚未耗竭,DNA复制就不会伤及正经的基因。
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可惜这又只是缓兵之计,因为显然,一次次的细胞分裂总有耗尽端粒的一天,那一天到了,线状DNA不只两端的基因会被破坏,就连整个染色体也会像解开了橡皮筋的发辫一样,在细胞的水环境中迅速解体,整个细胞也就不得不凋亡了。
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所以,真核细胞还会合成一种端粒酶,我们已经在图4—57里了解过它的工作原理,这是一种逆转录酶,由RNA和蛋白质组装而成。其中的RNA就是端粒那段重复序列的模板,蛋白质就在每次DNA复制之后根据这段RNA模板及时地恢复端粒长度。所以说,只要合成了端粒酶,真核细胞就可以无限地分裂,无限次修复,无限地绵延下去了。
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显然,真核细胞要获得完整的赦免就必须有能力激活自己的端粒酶基因[13],否则它迟早会停止分裂,进入程序性的衰老和死亡。
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毫无疑问,端粒酶基因存在于任何一个真核细胞的DNA上,因为一个物种要延续下去,就必须有细胞能够无限地分裂细胞。但在多细胞生物身上,正如上一步讨论过的,只有负责制造新个体的细胞可以无限地分裂,因为只有它们可以激活这个基因,获得完整的赦免。
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我们不得不继续追究下去:其他细胞的端粒酶基因为什么就不能激活了呢?
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因为多细胞生物进化出了各种各样的“死亡基因”,它们以各种方式让细胞走向程序性的死亡,其中就有一类专门负责关闭细胞里的端粒酶基因。
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要理解这个回答,我们首先要知道,多细胞生物体内任何两个细胞都有着完全相同的基因,所谓细胞分化,就是每个细胞都选择性地关闭大部分的基因,只在剩余基因的指挥下实现某些专门的功能[14]。至于每种分化类型的细胞究竟要关闭哪部分基因,这又是由另外一些基因决定的。
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从第二步的讨论来看,那些没有生殖专权的多细胞生物并不会关闭细胞里的端粒酶基因,至少不会永久关闭那些有分裂能力的细胞的端粒酶基因。毕竟,它们每一个分裂的细胞既负责修复自身也负责制造新个体,如果这些细胞永久关闭了端粒酶基因,那它们就不会有后代了。
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反过来,对于那些有生殖专权的多细胞生物,差不多就是对绝大多数的动物来说,从胚胎阶段开始,除了那几个预留的生殖细胞,所有的细胞就都激活了某种死亡基因,关闭了端粒酶基因,所以我们的每一个细胞都将不可避免地走向程序性死亡,我们的生命也必将衰老和死亡。
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看起来,这真是非常不幸的事情。那么,有生殖专权的生物为什么要进化出死亡基因来呢?
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从原则上讲,这种看起来的“不幸”一定只是“看起来”不幸,程序性的衰老和死亡本身也是一套极其复杂的代谢机制,而生命的任何复杂机制都必然是因为有某种显著的适应优势,才在自然选择下逐步进化出来。也就是说,任何一种死亡基因的实际表现都必然是有利而非有害,否则它们根本就不会出现。
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那么说得具体一些,在自然环境下,即便没有死亡基因,我们也活不到端粒耗尽的那一天,所以除了那些负责制造新个体的细胞,所有细胞的端粒酶基因本来就是形同虚设的。
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关于我们为什么活不到端粒耗尽的那一天,我们要留在下一步里认真讨论。在这里,我们先把它当作已知,然后意识到这样一件事:如果某种死亡基因是通过关闭端粒酶基因而使细胞注定死亡,但细胞本来就活不到端粒耗尽的时候,那么显然,这种死亡基因就不会是细胞死亡的原因。就好比有质量的物体的确不能以光速运动,但这显然不是你上学迟到的理由。
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另一方面,任何基因的效果都是多方面的,如果某种死亡基因在关闭端粒酶基因的同时可以给细胞带来一些别的价值,比如一旦表达出来就能让细胞分化得更精细、更准确、更迅速,最终让多细胞生物在宏观上更加复杂,那么这种死亡基因的总效果就是有益的。
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甚至更普遍一些:多细胞生物是一个群体,任何细胞的牺牲如果能够换来群体的利益,那么这样的牺牲就是值得的。所以除了关闭端粒酶的死亡基因,还有禁止细胞分裂的死亡基因,而分裂中的细胞不能行使任何生理功能,所以这样的死亡基因会在几乎所有分化完成的细胞里表达出来;还有关停一部分代谢功能,破坏一部分细胞结构的死亡基因,比如人类的红细胞一旦成熟就会拆除几乎所有细胞器,连细胞核都要解体,全面断绝有氧呼吸,只为了专门运输氧气;有的死亡基因一旦表达出来就命令细胞当场自杀,这在胚胎发育中尤其重要,比如第六章里让手指分开靠的就是这样的死亡基因。
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