衰老可以加速进化

【字体: 时间:2023年12月13日 来源:AAAS

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  通过计算机模型,进化生物学家——包括András Szilágyi、Tamás Czárán和匈牙利科学院院士E?rs Szathmáry领导下的Mauro Santos——已经证明,在适当的情况下,衰老可以支持对定向选择的反应,并帮助适应变化的环境因素。这项研究的发现发表在《BMC生物学》杂志上。因此,衰老不一定是自然选择的不利副产品,也可能对生物体有利。这代表了解释衰老的重大进展,衰老仍然是进化生物学中最大的未解决问题之一。

  

几千年来,衰老之谜一直吸引着人们,许多人愿意做任何事情来阻止或逆转这一过程,因为衰老通常与大多数身体功能的逐渐退化有关。虽然衰老是生命的自然组成部分,但生物学家对进化过程中这一过程的出现却知之甚少。衰老是否不可避免尚不清楚,因为有些生物体似乎根本不会衰老,而且,被称为负衰老或返老还老的现象确实存在:一些海龟的重要功能随着年龄的增长而改善。

由E?rs Szathmáry院士领导的进化研究所的研究人员努力证明先前提出但仍未被证实的衰老理论的有效性。该理论认为,在适当的情况下,进化有利于控制衰老的基因的增殖。

为了验证这一假设,研究人员使用了他们开发的计算机模型。该模型是一种算法,能够在科学家控制的环境下模拟生物种群和基因的长期过程。从本质上讲,有了这样的模型,进化场景就可以运行,在几个小时内产生结果,而不是数百万年。如果没有计算机建模,现代进化研究是不可想象的。

这项研究的基本问题很简单:衰老有什么意义吗?它有任何进化功能吗,或者它确实是生命中痛苦而致命的副产品?“如果存在对衰老的选择,衰老可能具有进化功能。在我们的研究中,我们的目标是揭示这种选择,”E?rs Szathmáry说。根据经典的解释,即使没有自然选择,老龄化也会在人群中出现。这是因为个体迟早会在不衰老的情况下死亡(由于疾病或意外),因此自然选择的力量在种群中会变得越来越弱。这为基因创造了一个机会,这些基因对年龄较大的个体有不利影响(从而导致衰老)。这意味着衰老只是进化的附带结果,没有适应功能。”

在上个世纪,利用不同的生物学机制,形成了几种进化理论来解释不可避免的衰老,这没有积极的作用。一些科学家接受了这一假设,但当不衰老的生物体被发现后,越来越多的研究人员质疑衰老的必然性,并提出衰老也可能有一些好处。

Szathmáry说:“在进化生物学界,经典的非适应性衰老理论不能解释自然界所有的衰老模式,这已经被接受,这意味着对衰老的解释再次成为一个悬而未决的问题。”另一种适应性理论通过提出衰老的积极后果,为这个问题提供了解决方案。例如,在不断变化的环境中,衰老和死亡可能对个体更有利,因为这样可以减少竞争,而竞争会阻碍具有更好基因组成的适应性更强的后代的生存和繁殖。”

然而,这种情况只有在个体主要被其亲属包围时才成立。否则,在有性生殖过程中,未衰老的个体从衰老的种群成员那里“窃取”了更好的(更适合变化的环境的)基因,因此显著的衰老消失了。

运行该模型后,匈牙利生物学家发现衰老确实可以加速进化。这在不断变化的世界中是有利的,因为更快的适应可以更快地找到适当的特征,从而支持后代基因的生存和传播。这意味着衰老可以成为一种真正有利的特征,并受到自然选择的青睐。


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