龙虾的长寿之谜:它们真的能永生吗?

发表时间: 2019-12-25 10:30

龙虾是一种神奇生物,可以通过不断蜕壳和组织更新获得超长寿命。如果不是被送上餐桌,它们能活一百多岁。但再顽强也抵不过衰老,目前还没有什么物种能真正永生。

作者 | [中]李卓思 日本理化学研究所生命科学研究部

你有没有过这样的经历?自己青春年少,宠物却“英年早逝”,蛐蛐活不过冬天,仓鼠寿命两年,猫狗年月稍长,但也抵不过岁月时光。动物界仿佛有一个定律,体型越小命越难长。

但你也不必太过感伤。或许,你可以养一只龙虾。它虽然个子不大,命却很长。

不走寻常路,长寿界翘楚

生物学中,“龙虾”特指以澳洲龙虾为代表的龙虾科(Spinylobster),该科普遍肉质鲜美口感佳,是贵重海产。但我们日常所说的龙虾,是另一种名贵海鲜——以波士顿龙虾为代表的海鳌虾(lobster)科。

两种“龙虾”是近亲,外貌也不乏相似之处。不过,二者最大的区别是,海鳌虾科有两只硕大的鳌,而龙虾科则长有粗壮的触角,且周身多刺。

巨型澳洲龙虾(龙虾科,左)和波士顿龙虾(海鳌科,右)| 网络图片

它们的寿命都很长,龙虾年龄普遍可达20岁左右,海鳌虾则可以轻松超过一百岁。今天,我们的目光就锁定在这老寿星、海鳌虾身上。为了叙述方便,沿用大众叫法,称其为“龙虾”(后文所有“龙虾”均指海鳌虾)。

大部分龙虾在被送上餐桌时,只有不到1斤重,年龄4到18个月。虽然比起十几克的普通大虾,已算是庞然大物,但若能有幸躲过人类和其它掠食者,在海底颐养天年,它们可以长到令人恐慌的尺寸。

据吉尼斯世界纪录,迄今发现的最重龙虾达20.14千克,全长1.06米(从尾部到大螯尖端),1977年捕获于加拿大外海,是目前发现最重的海生甲壳类。

长寿龙虾的第一个特征便是身形庞大,因为其体型不受限制,一生都在持续长大,活得越久就越大,这和人类很不一样。目前,人类捕获的最老龙虾据估算已有140岁高龄。

身怀绝技,时不时就“里外大翻新”

这种持续生长的特性,在生物学上叫做“无限生长”,在海生甲壳类动物中并不鲜见。但它们是怎么做到的呢?关键就在于蜕壳。

龙虾表面覆盖着一层石灰质硬壳,为了让自己的体型变大,它们会将旧壳脱掉,让里面生长的新壳暴露出来。新壳在蜕壳初期尚未完全硬化,有一定延展性,因此能比旧壳拥有更大的空间,让龙虾实现体型增长。

蜕壳是龙虾唯一的身体成长过程,从幼年期一直持续到临近死亡,反复进行。只不过,蜕壳频率会随着年龄增长而降低,从一年数次减少到一两年一次。

水温、栖息地环境、品种等因素都对蜕壳频率有影响。一般来说,寒冷地区的龙虾蜕壳频率较低,这意味着它们的新陈代谢速率也低。因此,在寒冷水域生息的波士顿龙虾,比温暖地区的澳洲龙虾寿命更长。

超长寿的波士顿龙虾 | 图虫

更妙绝的是,蜕壳对于龙虾而言不仅仅是身体长大,还是一个去旧迎新的过程。随外壳一同蜕去的还有大部分的消化道,这让龙虾的身体时常保有大量的健康细胞。每隔几个月就来一次里外大翻新,能不健康吗?

至于消化道为什么会和外壳一起蜕去,我们可以这样理解:如果把龙虾身体简化为一根水管,把嘴想象为进水口,肛门想象为出水口,忽略其腹足和鳌等复杂形状,就会发现,它的消化道和身体表面分别构成了水管的内外表面。

那么,蜕皮过程中消化道也一起更新,就不足为奇了。

细胞中的秘密,让龙虾无限生长

龙虾能够不断蜕皮再生的背后,是否存在着更深层的生物学原理呢?答案是肯定的。如果将龙虾切片放在显微镜下,就会看到:秘密藏在它的细胞核里。

在所有生物的细胞核中,都有数量不等的染色体,染色体上有一个被称为“端粒”的特殊部分,它们像帽子一样附着在染色体末端。每次细胞分裂时,端粒都会缩短一点点,当端粒完全消失,细胞也就停止分裂,这意味着生物体将面临死亡的宿命。

染色体和端粒(黄) | 图虫

这种有限的细胞增殖能力,被称为“海夫利克极限”,由美国微生物学家海夫利克在1965年提出。该理论认为,人类体细胞的分裂次数存在极限,在分裂56次后就会因自产毒素而消亡,人也就衰老死亡。表现在端粒上,即端粒逐渐消失的过程,就是人逐渐死亡的过程。

那么,延长端粒的长度,是不是就可以阻止死亡呢?一定程度上确实如此。

在哺乳动物的胚胎时期,或者在某些干细胞中,存在着端粒酶这些酶可以帮助恢复端粒的长度,从而维持细胞的增殖能力并防止衰老。

龙虾长寿,正是得益于其身体的绝大部分组织都存在端粒酶。而人类的大多数体细胞(除了某些干细胞和肿瘤细胞)中都缺乏有活性的端粒酶,也就没办法“永葆青春”了。

活跃的端粒酶以及定期的蜕皮更新,让龙虾衰老非常缓慢,即使在高龄时蜕皮频率已极端低下,亦能实现腹足的局部再生。

再顽强,也抵不过衰老

既然龙虾身怀常换常新的身体绝技,是不是就可以永生了呢?答案是否定的。

以上提到的龙虾蜕皮,也并非全身细胞都得到了更新。因为“水管”的表面并不是水管的全部,龙虾还有很多重要脏器无法更新,比如它的心脏和大脑,仍会随着年龄的增长而衰老。

此外,逐渐变大的体型,也是龙虾的一个重要死因。因为每次脱壳都要代谢能量,体型越大,需要的能量就越大。10~15%的龙虾会在脱壳过程中因种种原因而死亡,其中包括能量耗尽、过分虚弱无法反抗猎食者、蜕皮不全等。

不过,话说回来,就算每只龙虾最终都无法逃脱衰老死亡的宿命,以如此小的体型,达到如此长的寿命,龙虾,可以说很不寻常了。

画家笔下的蟹、虾 | lafabutineuse.blogspot.com

除了龙虾,常见的螃蟹、蛤蜊、小龙虾等甲壳类生物组织内也都存在高活性的端粒酶,因此,也大多具有较长的寿命。其中,大洋蛤的寿命可高达500年。鱼类中也有一些品种,具有相似的持续生长的能力。

但是值得一提的是,即使细胞内含有大量端粒酶,也并不一定意味着物种长寿。在相当多的短寿命的水生物种体内,科学家也检测到大量端粒酶。因此有人提出,低等生物的端粒酶可能与组织再生有关,但与寿命无关。

科技能够让人类永生吗?

尽管自然界中没有真正意义上的永生物种,不过在实验室中,又是另一种情况了。

在一些人为干预条件下,单细胞生物如细菌、酵母、干细胞和肿瘤细胞等,确实可以拥有“无限繁殖”的能力。例如大名鼎鼎的“海拉细胞”(一位美国妇女的宫颈癌细胞,被医生取下来用于科研),就是无限增殖的典型案例。

那么,人类未来可以实现永生吗?

仰赖于科学技术的进步,人类的平均寿命在上个世纪内几乎提高了一倍。然而,人类的衰老机制非常复杂,除了细胞繁殖能力的逐渐减弱以外,基因组的不稳定,干细胞耗竭,情绪环境的改变等等,都会导致衰老。

现代科学也设想了一些方法:如限制热量饮食、输入年轻的血液(向血液中注射特殊的活性物质)、移植具有再生能力的干细胞、摄入具有延缓衰老的药物以及激活体内失活的端粒酶等等,来帮助人体抗衰老并延长寿命。

然而不管哪种方法手段都还没有真正进入到临床阶段。

或许不久的未来,人类真能通过科学的干预手段来突破人的预期寿命。届时,你希望活成几只龙虾?

作者 | [中]李卓思 日本理化学研究所生命科学研究部研究员

审稿 | [中]陆修远 日本大阪大学前沿免疫研究中心研究员