主题：【原创】死亡起源 The Origin of Death -- az09
家园 往下看。呵呵。 往下看。呵呵。
家园 死亡起源（四）—— “永生”的思想实验 续上：死亡起源（三）
如果说上面我们描述的细菌或者细胞们的“永生”方式可能会让作为多细胞生物的我们有些困惑或者无法理解——就好象一个生活在三维世界的我们可能无法理解多维世界的生命一般，那么，从下面开始，我们可以开始观察一些多细胞生物的“永生”了。
2. 多细胞生物的“永生”。
2.1 一个思想实验。
讨论完单细胞生物后，现在我们可以开始讨论多细胞生物了。不过在讨论之前，我们需要先做一个思想实验：
我们都知道，大部分有性生殖的高等生物，其生命都来源于一个单细胞：受精卵。那么，我们做下面这样一个思想实验。我们不妨把一个单细胞生物，比如一个大肠杆菌，看作是一个受精卵。然后把它放进一个封闭环境，比如一个容器里面，提供适合的生存环境。然后，这个大肠杆菌就开始分裂并繁殖了。现在，让我们不妨把这个细菌分裂出来的所有细菌的整体，看作是一个单个的“多细胞生物”。在广义上，我们是可以把这个细菌团定义为一个特殊形态的“单个的”生物体的，只是我们需要加一些特定的描述条件而已。比如，我们可以把容纳它的容器内壁作为它的皮肤或者包膜，把容器内的细菌培养液看作是它的组织液等等。或许它和我们平时看到的有组织的多细胞生物不一样，但是，在概念上，我们是可以将其定义为一种特殊形态的，没有组织功能的一个“单个的多细胞生物”。
然后我们只要稍微思考一下，就会得出一个结论：这个抽象的单个的“多细胞生物”，在理想条件下是永远不会衰老和死亡的，只要条件合适，它可以一直生存下去，它是“永生”的。
那么，问题就出来了：为什么这个“多细胞生物”作为一个生物整体，竟然是不会死亡的呢？
答案其实很简单：这个所谓的“多细胞生物”太原始了，它还没有演化出对于所有细胞整体而言的死亡和衰老机制。而且，正因为它的原始，它也不需要产生对于这团生命的整体而言的那种衰老和死亡机制，它可以通过大肠杆菌群内个体的基因变异，或者它们之间的结合生殖并交换DNA片段来演化和适应自然。
图11. 思想实验中的细胞群所构成的这个“多细胞生物”的寿命是无限的，它是“永生”的。和上面类似的实验其实已经有人做过了，只是他们使用的是酵母菌。当然，他们的目的也不是为了验证我的思想实验，他们的实验目的是为了观察是否可以从酵母菌群演化成一个有组织分化的多细胞生物。2015年1月《自然》杂志发表了这篇论文，介绍了美国明尼苏达大学的William C. Ratcliff小组曾经成功的在短短60天以内，就获得了一个由酵母菌组成的“雪片”状组织，显示这团细胞已经开始进行组织分化了 [6] 。另外，文章中，他们居然声称观察到了部分细胞组织的程序化死亡。（不过我对此深表怀疑，部分组织的程序性死亡不可能这么简单，居然可以在60天之内演化出来。有反对的声音说，酵母菌在上亿年前的祖先本就是多细胞生物，这只不过是它深藏在体内的，它们祖先的基因的一个表现而已）
总之不管怎样，有人利用酵母菌做了一个从单细胞到多细胞生物的演化实验，观察到了原始的组织分化。我们可以发现，这样简单的一个原始的，具有“组织分化”的生命，显然还没有演化出对于“整个多细胞生物”的衰老和死亡机制。所以，这个实验所产生的“多细胞生物”，在理想条件下也是永生的。
图12. 美国明尼苏达大学实验室产生的由酵母菌演化而成的“多细胞生物”也是永生的在生命从单细胞生物到多细胞生物的演化过程当中，有一种小生物是我们不得不提及的，那就是领鞭虫（choanoflagellate）。领鞭虫是一种单细胞生物，早在1888年，英国科学家William Saville-Kent便发现作为单细胞生物的领鞭虫和原始多细胞动物海绵之间的相似性了，因为海绵的环细胞看起来就像是一个许多领鞭虫的聚合体。而事实上，领鞭虫也往往会集聚在一起，形成一个多细胞集聚态（multicellular colonies）。领鞭虫是通过尾部长长的鞭毛搅动水流而捕获食物（细菌）的。当它们形成集聚团的时候，它们在协同作用下搅动的水流，会变得更有效率，也因此可以获得更多的食物。至于聚集成管状的多细胞动物海绵，它们的鞭毛的泵水能力则更加惊人，几秒钟内就可以泵超过自身体积的水流，也因此可以捕获大量的食物。美国加州大学的Nicole King团队则对领鞭虫由单细胞生物演化到多细胞生物的可能性做了进一步的研究。比如，领鞭虫在变成集聚态后，为了协调一起动作，它们是要进行细胞间通讯的，并且为此它们的细胞也需要有一定的分化能力，Nicole团队的研究发现领鞭虫含有多细胞生物才有的细胞间通信所必须的基因，并会在适当环境信号刺激下形成集聚态，相关文章发表在2014年3月的elife杂志上。[7][8]
同样，和上面的思想实验一样，在理想状态下，领鞭虫的多细胞集聚态（multicellular colonies）所构成的“原始多细胞生物”也是“永生”的。值得一提的是，有不少海绵的寿命也很长，南极洲的一些硬海绵的寿命可以高达1000年以上。
上面举出的三个例子，其实都还属于思想实验的范畴。它们各自在演化的道路上进化程度有所不同，不过我们可以观察到它们开始由松散独立的个体，向有合作的细胞群落发展了。下一章，我们将开始用真实的例子来说明问题。
图13. 早在1888年，英国科学家William Saville-Kent便发现单细胞生物的领鞭虫（choanoflagellates）和原始多细胞动物海绵的环细胞（sponge choanocytes）之间的相似性了，因为海绵（图右）看起来就像是一个许多领鞭虫（图中）的聚合体
图14. 领鞭虫（choanoflagellates）可以转化成一个多细胞的集聚态（multicellular colonies），并且有细胞间通讯。它们是生命由单细胞生物演化为多细胞生物的一个可能途径
图15. 领鞭虫（choanoflagellates）可以形成多种集聚态（球状或链状），同时领鞭虫细胞有一定的分化能力，以适应不同的多细胞集聚结构
图16. 荧光染色后的海水显示出海绵（Sponge)惊人的泵水能力。荧光染色过的海水，显示出有大量的水流，从海绵中持续不断的喷射而出。这个效果是由海绵众多环细胞的鞭毛，在协同一致的作用下达到的待续........ 请点击：死亡起源（五）
备注与参考文献
[6] William C. Ratcliff, Johnathon D. Fankhauser, David W. Rogers, Duncan Greig & Michael Travisano, Origins of multicellular evolvability in snowflake yeast, Nature Communications 6, Article number: 6102
[7] Nicole King: Choanoflagellates and the origin of animal multicellularity http://www.ibiology.org/ibioseminars/nicole-king-part-1.html
[8] Levin TC, Greaney AJ, Wetzel L, King N: The rosetteless gene controls development in the choanoflagellate S. rosetta. eLife 2014, 3.
通宝推：爱莲,lilly,铁手,zen,唵啊吽,浣花岛主,河区分,陈王奋起,石狼,青颍路,家园 死亡就像一个兼顾种群内单体数量和质量（进化）的算法？ 输入参数是：
1。每次生殖周期间的变化（误码）率。
2。每次生殖中代码的交换率。
输出则是一个单体死亡周期和生殖周期的比率。
最优解可以持续地引入随机而可控的变化，兼顾个体的进化和种群的稳定。
话说这和机器学习中喂数据是不是有些类似？莫非人类本身便是AI，做梦便是交作业。或者AI也不会有终点，总会有AI的AI出现。
家园 AI的AI 这个提法很好，值得思考...
如果说人类的智能是一种生物智能，人类发明的机器人是一种机械电子智能，那么机器人以后会发明什么样的智能呢...
还有，目前的人类智能貌似是一种可以通过科研和教学进行”自我升级“的阶段，并走向创造机器人智能的”创造智能新载体“阶段，而目前的机器人智能主要还是一种靠人类智能进行”被动升级“的阶段（我觉得用于神经网络训练的”自学习“本质上还是被动的）。那么是否可以有两个问题：
1. 人类智能曾经有过”被动升级“的阶段？
2. 机器人智能何时可以”自我升级“？何时可以”创造智能新载体“，并且会是什么样的新载体？
家园 死亡起源（三）—— 酵母菌的“永生”，与程序化死亡 续上： 死亡起源（二）
1.2 酵母菌的“永生”，与个体的衰老和程序化死亡（凋亡）。
现在我再观察另外一种常见的细菌——酵母菌。酵母菌和大肠杆菌一样，也会玩“替身”这样的把戏。酵母菌的无性生殖通常采用的是出芽生殖。它复制出来的“真身”会以出芽的方式，从母体，也就是“替身”上脱离，同时也把各种垃圾留给了“替身”，它们用这样的方式，让自己“永生”。不过和大肠杆菌不同的是，酵母菌的“替身”的衰老和死亡过程已经被观察到了，并且发表在1993年的Genetica杂志上[4]。也由此引发了对细胞凋亡机制的更深刻的研究。
根据观察，酵母菌的“替身”的收集垃圾的能力是有限的，它大概在出芽40次后就会自杀，自己把自己杀死，而且是一种程序化的死亡，也就是细胞的“凋亡”（programmed cell death）。这样的细胞的自杀行为，可以在高等生物的体细胞内被普遍观察到。由此可见，我们人体细胞的凋亡，追本溯源，居然可以追溯到以酵母菌为代表的细菌身上。
所以，和大肠杆菌一样，酵母菌以“替身”自杀作为代价，换得了“真身”的永生。其实，即便是出芽后作为垃圾桶的酵母菌也未必不是“永生”的，至少看来起来，它再多活一段时间也应该没有什么难度。2008年1月，南加州大学的一个研究小组发表了一篇论文 [5] ，他们将面包酵母的RAS2和SCH9的两个基因敲掉后，发现酵母菌的寿命足足延长了10倍！只是这样的“永生”对酵母菌的种群的生存却是有很大副作用的，它寿命延长后所积累的错误未必会在短期内对酵母个体本身造成什么后果，但是这些基因的错误却可能在酵母菌的有性生殖中被传播出去，污染整个种群。所以，相信主要是为了避免这个副作用，它们被自杀机制给杀死了。本文在后面会告诉大家，这样的程序化自杀机制，不单单表现在对单细胞，比如：蓝藻、酵母菌、人体细胞的凋亡等等的控制上，也会表现在对生物整体死亡的控制上。
另外，通过比较大肠杆菌的寿命和酵母菌的寿命我们就可以看出，所谓的各种影响寿命因素的假说，比如端粒的限制导致的细胞不能无限制分裂……等等假说，很多都是不靠谱的，因为那只是结果，而不是原因。我们从它们的“真身”可以无限制分裂而永生可以看出，“永生”才是细胞的固有属性，他们本具有无限次分裂的能力。
还有，为什么作为“替身”的酵母菌分裂40次就会凋亡而作为“替身”的大肠杆菌似乎需要分裂更多的次数才可能死亡？我们甚至找不到有关大肠杆菌凋亡的研究报告。为什么作为“替身”的大肠杆菌看起来要远比酵母菌长寿许多（即分裂次数更多）？
其实这里面的道理非常的简单：这和大肠杆菌以及酵母的有性生殖相关。作为原核生物的大肠杆菌的有性生殖只是有限度的交换一小段DNA片段。而作为真核生物的酵母菌的有性生殖则是两个单倍体结合，生成多倍体。酵母菌在有性生殖时，它们的DNA是完全混合的，甚至还会在有性生殖过程中发生基因重组，这比只是部分交换DNA的大肠杆菌的交换程度要高许多。试想一下，若是一个“年老”的酵母，一个浑身错误DNA垃圾代码的年老的酵母生成的子囊孢子产生的酵母，与一个“年轻”的酵母进行结合，进行有性生殖，会发生什么？年老的酵母会在有性生殖后把成堆的错误的DNA垃圾代码通过无性生殖和有性生殖扩散出去！因此，在年老的酵母还没有变得更老，把事情搞得无法修复之前，让年老的酵母自己自杀（凋亡），就成为了一种必须的风险控制手段了，如果酵母菌没有演化出这个手段，那么，酵母菌的整个种群就是一个不稳定的结构，而不稳定的结构是无法繁衍亿万年的。另外，细胞的确具有相当强的DNA自我修复能力，但是，修复DNA是需要消耗能量的。当消耗能量开始超过所获得的利益的动态平衡点的时候，这样的能量消耗就成为了一种演化过程中的负资产了，也因此成为了一种不稳定结构，也是必然要抛弃掉的。所以，酵母菌在DNA错误积累超过一定限度后的“自我凋亡”将是演化过程中必须具备的一个能力。所以对于观察到的诸如端粒缩短导致细胞无法继续分裂等等现象，那都是结果，而非原因。原因就是它们必须得死，必须要自杀。
而对于大肠杆菌，因为它们只交换一小段DNA片段，即便有错误，它引入的错误也相对于酵母菌要少了许多，也容易修复许多，它的容忍度也因此会比酵母杆菌大许多。所以，继承旧端的所谓的“老”的作为“替身”的大肠杆菌分裂次数，也比“老”的酵母菌要多许多，以至于大肠杆菌的凋亡之慢，到了观察不到的地步。
另外，从技术的角度上讲，演化出一套自我凋亡的自杀机制，对于细菌来说，也并不是什么难事。就如同破坏一台机器总是比制造一台机器更容易一样。生命既然可以无中生有，演化出这么精巧的一套生命机制，那么，再演化出一个小小的，用来破坏它的自杀机制，相信只是小菜一碟。
图8. 以”结合“的方式达，交换DNA片段的大肠杆菌。图中我们可以看见大肠杆菌的一小段DNA被交换了。
图9. 在“永生”的同时，酵母菌也在无性生殖中以螺旋滑梯模式衰老和死亡（凋亡）
图10. 酵母菌的生活史。酵母菌也通过子囊孢子生成单倍体的方式进行有性生殖待续.......... 请点击： 死亡起源（四）
备注与参考文献
[4] Jazwinski SM . The genetics of aging in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Genetica. 1993;91(1-3):35-51.
[5] Wei M1, Fabrizio P, Hu J, Ge H, Cheng C, Li L, Longo VD. Life span extension by calorie restriction depends on Rim15 and transcription factors downstream of Ras/PKA, Tor, and Sch9. PLoS Genet. 2008 Jan;4(1):e13. doi: 10.1371/journal.pgen.0040013. Epub 2007 Dec 13.
通宝推：lilly,代码ABC,铁手,zen,唵啊吽,浣花岛主,老老狐狸,河区分,北纬42度,joomla,秦波仁者,石狼,青颍路,李根,陈王奋起,pattern,家园 这个“北极灯蛾“非常有意思 每年到了冬天，冰雪来临时，就被冷冻起来，但是不死，到了春天，天气变暖，被解冻了，就开始不断的吃。
说起来，在北极附近，它一年当中真正意义上“活着“的时候实际时很短的。最神奇的，是它不是被冻死，而只是冷冻状态下暂时停止或者极度缓慢的生命状态。
对于永生，我最希望的是能够在某一天，通过某种手段，让思维能够延续。具体的物理存在我觉得不是很重要，也很可能维护起来有太多麻烦。最好这个被保存的思维能够有自我意识，知道我是谁，能够思考，能够感受外界。计算机的发展不知道会不会到那一天。
家园 这是很有可能的。 约翰尼德普的《超验骇客》就是这样一部科幻片。德普饰演的科学家死前将自己的所有思维上传到网络上永生，并且竟然重塑了一个自己。
家园 如果我们承认意识不能脱离物质而存在 如果我们承认，意识不能独立于物质而存在，那么延续思维，必须要找到某种合适的媒介来充做意识的载体。
而如果存在这样的人造载体可以承载思维，则很难否认这种载体同样可以自发式的，从无到有的产生思维。
那么人类实现永生的时候，也是人类丧失“自然之子”尊崇感的时候。
家园 现在我们所做的事情就是实现意识载体的进步 早先的意识载体进步方式就是生物进化。这种方式就是通过巨大的基数（种类繁多的物种形式）、按照较为成熟的发展方式（无性生殖、有性生殖、种群隔离、基因突变等方式）、较为随机的筛选方式（生存竞争、物种入侵、自然灾害、环境变化）进行演化。
人类开始发明文字以后，进化方式就开始变化了。
文字本身是一种意识载体，问题在于这是静止的。口语也是一种意识载体，问题在于这是瞬时的。以算筹为开端，算盘类的计算工具，也是一种意识载体，问题在于这是不能自主运动的。但是算盘走对了一个方向，就是通过计算记录信息。当然这也不是有意识的。这只不过是因为他干的就是这个事，算是专业需求与整体需求的吻合。
计算机发展出来以后，整合了各方面的因素，展现出了较为全面的素质，可以说，已经具有一定的意识。比如我们玩计算机游戏的时候经常被大boss整得欲仙欲死。。。
计算机其实就是一个意识载体。
以后发展下去，可能我们这个物种会逐渐的演化成为新型载体下的物种。也有可能，是从我们手中进化出来新型的物种，超越我们。
对于新型物种超越我们这个问题，有时候想起来是很可怕的，因为命运不自主，一言以生，一言以死，这太可怕了。但是有时候却也未必。庄子以前讲过鹓雏的故事：
惠子相梁，庄子往见之，或谓惠子曰：“庄子来，欲代子相。”于是惠子恐，搜于国中，三日三夜。庄子往见之，曰：“南方有鸟，其名为鹓雏，子知之乎？夫鹓雏发于南海，而飞于北海，非梧桐不止，非练实不食，非醴泉不饮。于是鸱得腐鼠，鹓雏过之，仰而视之曰：‘吓！’今子欲以梁国而吓我耶？”所以也许我们就是自欺欺人，觉得我们手里这点东西有人看得上。老虎逮着一只山羊，我们会跟他抢着吃吗？
当然了，竞争的结果也有可能是我们被排挤灭绝——可是，这就要看我们现代人怎么看待古猿、猿人到人的进化过程了。儿子长大了，父亲老去了，父亲会因为儿子会长大，所以就坚决不要儿子么？
担心人工智能会出现问题，就工作上来说，这是很有必要的。但是，如果因为担心人工智能出问题，就禁绝了他，我觉得也没有必要。
何况，人工智能首先使我们自己的一部分，这种进化本质上也是我们自己的进化。
人类开创的这种意识载体进化模式，和之前的进化模式不同。
人工智能，这种意识载体进化模式，其最大的特点就是包含着有计划、有目的的设计。这一点和早先的随机性生物进化完全不同。在生物学里，拉马克原先有个观点是用进废退，后来又有一个新型的用进废退。
人工智能这种模式，是从随机性的意识载体进化模式，转变为计划性的意识载体进化模式，进化效率出现了跃升。
自古以来，生产力模式的革命都带来了新的社会发展。农耕战胜了渔猎，游牧又和农耕形成竞争，农耕和游牧开拓了领土之后，工业革命又引发了新一轮的人种进化和替代浪潮。那么现在又出现了意识载体进化模式的革命。
中国因为错过了工业革命，一度面临着灭顶之灾。只不过因为我们拥有工业革命所需要的庞大市场基础，具有很好的存在价值，才得以幸存。
那么如果我们再错过了智慧革命呢？
错过这一个，恐怕就是真的灭绝了。
中国人在古代时期，长期是人类社会中唯一一个没有被神权奴役的人群，为人类发展保留了文明的火种。这个火种最终引发了遥远地方的文明火焰，激发了工业革命。在这次智慧革命中，说一点可能会被人认为有一点种族主义的话，与其指望那些在数千年历史上被证明容易被蒙蔽的族群在智慧革命中为人类争得光明的前景，还不如依靠我们自己。何况多一分力量就多一个成功的可能性。
像美国那群人，拍什么终结者，核心不就是恐惧么？
一个有趣的事情是，终结者所说的液体机器人什么的，中国科学家真的发现了液体金属存在类似智能机器人的表现。有时候开玩笑说，原来美帝所说的统治世界的邪恶的“天网”是中国人。
美国人所代表的那种恐惧，有一定的进步意义，但是其主导的敌对思路，却不正确。恐惧是好事情，将事情想得糟糕一点也是有利于我们防备危险的，但是主导思想应该是求的进步，应该是乐观的。
家园 感谢回复，有几处尚有异议，时间允许时一定回复
家园 意识的载体是需要的 我只是觉得生物体作为载体实在是比较脆弱，非常容易被消灭，最好是能够有一种载体比较坚实一些，最好是即使被毁，也能很容易重建。
家园 生物发展我理解就是能量管理 我个人看来，生命诞生之初最大的特色就是形成了稳定的、高效率的能量传输途径。
就生命内部而言，在智慧出现之前，是基于化学反应的能量利用率越来越高，稳定性越来越高。在这个阶段，能量管理水平还是比较低的、随机的状态，依赖于物质的偶然遭遇来产生化学反应，或者说能量交换。
在智慧出现之后，能量管理水平出现一个升级。生命体开始主动的展开能量交换，创造有利于能量交换的条件，维持交换形式、传输途径的的稳定。
这一个发展方向是比较成功的，于是逐渐发展壮大，生命体的种类在大爆发。
智慧生命高度发展，成果丰硕。到目前为止，最终形成了现在的人类——这种智慧程度明显超越其他物种的生命。人类的管理能力是非常高的。科学家指出，除了东亚地区以外，大型动物的灭绝时间表与人类进入该地区的时间表高度吻合。这说明人类在获取能量方面，已经发展出了极高的能力。就管理能力上来说，这也说明管理得不完善。人类在获取能量方面已经达到了一个高度，但是收放还不自如。
收放自如的问题，人类也在寻求解决办法。我们是东亚地区的人，我们的历史早就无数次强调过“禹禁”。禹禁的一个主要内容，就是根据生物发展规律，主动安排生物成长空间。用现在流行的话说，禹禁就是科学合理地管理生态圈。但是禹禁并不是单纯的环保主义。
禹禁不是环境保护，而是环境管理。
人类的管理能力越来越高，对于智慧的要求也越来越高。人类智慧已经发现了自身的很多不足。比如一个基本的问题：不能长时间维持稳定的高水平。
人类本身其实是一个耐力很好的物种。这个耐力很好，是由于智慧的发展，具有携带干粮的能力以后出现的。凭借这一能力，人类可以在不从事生产的情况下连续作战。对于其他物种来说，随身携带食物，并且不从事生产就获得大量食物，简直是不可能的事情。但是人类的这一耐力仍然是不足的。军事斗争这一比拼耐力的竞赛中，但是相当多的战役高潮通常只是一两周、半个月左右，因为指挥官和士兵都已经筋疲力尽。古代的很多战争往往只是在一个白天激烈搏斗，然后大家就都回去休息，明天再来。现代的要求越来越高，精力就不敷使用了。
于是人类现在直接开始尝试创造新的智慧载体。计算机就是这种新智慧载体的表现形式。比较原始的计算机，比如算盘，只要不清盘，可以记录一个运算数据直到彻底湮灭。现在的电子计算机，依靠电力作为运行能源，在不拔掉电源的情况下，维持能源输入，可以不眠不休地连续工作到发热爆掉。在空调发明以后，温度调节能力提升，计算机的散热问题也极大缓解，持续工作能力就更加突出。
随着智慧要求的提高，人类社会早晚会发展到全面使用新型智慧载体的地步，也许将来我们会直接更换遗传信息。
家园 今天看到一个新闻，科学家尝试创造生物 一开始打算直接编制基因，后来发现不行，就用支原体的DNA，敲除不必要的部分，创造了只有几百个基因的强壮支原体。
看来我的脑子和以前一样，马马虎虎还能跟上最前端的东西，哈哈。
家园 的确很有趣的一个小生命。 不过，北极灯蛾的实际寿命也是很长的。呵呵。北极，初春融雪后，到初秋再次初雪，整整一个夏天。呵呵，然后是整整14年。
家园 死亡起源（二）—— “永生”的细菌 续上， 死亡起源（一）
为了解释这个问题，也为了揭开生物衰老和死亡起源的重重迷雾，我们需要一步一步循着生命演化的轨迹来探索。其实关于衰老与死亡机制的任何分析与假说的对错与否，有一个简单的判别标准，那就是：它们都必须能够通过演化论的检验。关于它们的各种理论与分析，也都必须给出一个可以历经千万年的时间与竞争的考验而不会自己崩塌的稳定结构。如果不能自证这一点，那么这个理论或者假说就一定是不靠谱的。
下图是生命的演化树，从单细胞生物到哺乳动物，我们大体上可以循着细菌（原核生物）、单细胞动物、腔肠动物、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类这条路径来对衰老与死亡机制进行探究。
图4. 生命的演化树1. “永生”的细菌。
1.1 “永生”的大肠杆菌。
我们首先观察最简单的单细胞生物。为了去掉不必要的干扰信号，我们先以比较简单而且常见的大肠杆菌为例。我们不妨用显微镜观察现实世界中的某一个具体的大肠杆菌，我们只要稍微思考一下，就可以看出，主要采用无性分裂生殖的大肠杆菌是具有“永生”能力的。这是因为它们主要采用的是对等分裂的生殖方式，那么分裂后形成的两个大肠杆菌当中，我们总是可以至少把其中的一个，看作是它自己“本身”或者“真身”。根据细胞学原理，细胞总是要从已有的细胞分裂而来，于是，我们总是可以将眼前的这个大肠杆菌追本溯源到亿万年前的某一个大肠杆菌身上，他们是同一个大肠杆菌。也就是说，根据细胞学原理，它们可以“永生”。在细菌身上发生的这种“永生”现象，人们在很久之前就已经观察到了。
对于细菌或者单个细胞的永生，在这里需要稍微解释一下。对于细胞来说，因为它们是在不断分裂的，所以，所谓细胞的永生，指的是它们具有持续不断分裂的能力。比如，人体内的体细胞就不是永生的，因为它有分裂次数限制，人类的体细胞一般最多只能分裂50～60次。而与此相反，人类的生殖细胞和癌细胞却可以不受到这种限制，它们可以无限制地分裂，它们可以是“永生”的。
现在我们可以知道：“永生”，这个大家普遍觉得不可思议的事情，其实正实实在在的发生在显微镜下，我们正在观察的这个大肠杆菌身上。那么问题来了：大肠杆菌又是如何做到这一点的呢？有些生物学常识的人会知道，大肠杆菌在分裂过程中，由于DNA碱基对数量的巨大（大概有460万个），它很难避免在复制过程中不出任何错误。事实上，细菌在分裂复制过程中，也常常出现各种错误。这种错误若是代代积累下去，便会越积越多。大肠杆菌的世代交替大概只有20分钟，也就是说，只要一昼夜时间，它便可以繁殖72代。如果任由错误发展，只需要几昼夜时间，它所积累的错误就足够导致它的系统崩溃而无法收拾，更遑论绵延亿万年了。所以，为了解决这个问题，大肠杆菌采用了一种很聪明的做法[2][3]。详细过程我不赘述，可以通过下面的三幅简图大概得知。大体上就是大肠杆菌在分裂的时候，会产生一个“真身”和一个“替身”。每次分裂，真身都会把分裂过程中产生的垃圾，各种不好的DNA错误，尽量转移到“替身”上面，于是，每一次分裂后，这个“真身”就能够获得崭新的DNA，成为一个“新”的细菌。 而“替身”呢，它也未必死亡，它只是也把垃圾转给它的“替身”，如此这般，击鼓传花。 不过，这种转移不是无限的，当经过若干代以后，它的第n代“替身”的生长速度会变慢，也就是开始衰老。至于死亡，由于现代的技术所限，也因为它可能要分裂许多许多代以后才会死亡，所以，那些倒霉的做了人家“替身”的大肠杆菌的自然死亡暂时还没有被观察到。（不过酵母菌已经被观察到了，稍后就会提到）
图5. 一个正在分裂的大肠杆菌，杆状的它在杆的两个尽头是有两端(pole)的。注意它的中间凹陷处，就是细胞分裂之处。在这个凹陷处形成的新细菌的那个端（pole），就是所谓的“新端”（new pole）
图6. 大肠杆菌的无性生殖。分裂中它不断产生新端和旧端（pole），继承旧端的细胞，随着“年龄”(代)的增长，它的生长速度越来越慢（也就是衰老）。反之，如果每次都继承新端，7代以后细菌生长速度加快（也就是变年轻了）。
图7. 大肠杆菌在分裂过程中，通过一系列的手段，通过多次分裂，将出错的基因等垃圾，尽量转移到继承了最旧的旧端的细胞里面相信大肠杆菌应该还有其他的一些手段来自我修复受损的DNA和细胞组织，比如我们知道细胞通常可以通过光修复、切除修复和重组修复等等方法来修复受损的DNA，这本就是细胞的一个非常重要的功能。总之，不管它采用了何种手段，根据细胞学的原理，新的细胞只能从已经有的细胞分裂而来。我们总是可以将这个单细胞的大肠杆菌追本溯源到亿万年前的某一个细胞上。也就是说，不管怎样，事实上显微镜下我们正在观察的这个大肠杆菌，的确是在过去的亿万年间不停分裂而获得“永生”的。
自有生命以来，有两个问题一直是每个物种都需要面对和解决的，那就是1. 如何维持足够的，可以保证种群延续的种群数量；2. 如何获得足够的，演化过的，可以适应环境变化的个体。并让这两者在自然选择的作用下，达到一个微妙的平衡。这个话题我在文章的后面还会反复提到，因为这两点是关系生物之所以衰老与死亡的一个非常重要的因素。
为了兼顾上述这两个问题，大肠杆菌也进行某种意义上的有性生殖。大肠杆菌通常是采用无性的分裂生殖，因为这样可以迅速的扩大种群数量，也就是保证上面的1的要求。我们经常可以观察得到，细菌类乃至各种低等生物，在理想条件下，也就就是竞争和压力低的情况下，一般会更倾向于采用无性生殖的方式，迅速扩大种群数量。但是，大肠杆菌也进行有限的所谓的“有性生殖”——结合（Conjugation）。也就是两个大肠杆菌之间交换一小部分DNA片段。有性生殖的好处是，如果某个大肠杆菌出现了在物种竞争中会处于优势地位的突变，它可以通过有性生殖以级数的传播速度把它传播出去，在自然选择这个看不见的手的作用下，这个突变就会被保留下来，并广泛传播，这是非常有利于种群生存的。这样就它们可以达到上面所述的2的要求。不过有性生殖是需要消耗能量的，消耗过多的能量显然不利于竞争。所以，细菌需要在自然选择的这只看不见的手下，达到一个微妙的平衡。
另外，值得一提的是，即便是如大肠杆菌这样原始的细菌，它们的细胞之间，也是具有一定的通讯能力的。它们可以通过分泌一些小分子化合物作为信号分子，并且发展出了包括受体在内的各种信号传递机制去捕获并传递信号。本文后面会提到，这种细胞间信号传递机制的出现，对于多细胞生物的衰老与死亡的产生，是至关重要的。
待续.......请点击： 死亡起源（三）
备注与参考文献
[2]. Stewart EJ, Madden R, Paul G, Taddei F. Aging and death in an organism that reproduces by morphologically symmetric division. PLoS Biol. 2005 Feb;3(2):e45.
[3] Lindner AB, Madden R, Demarez A, Stewart EJ, Taddei F. Asymmetric segregation of protein aggregates is associated with cellular aging and rejuvenation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Feb 26;105(8):3076-81
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