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撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
随着年龄增长,患上诸如癌症、心血管疾病以及痴呆症等严重疾病的风险会大幅上升。随着全球范围内的人类老龄化,更好地理解贯穿一生的衰老过程变得愈发紧迫。
对个体从出生到衰老相关死亡进行持续观察,可为我们带来对衰老这一动态过程的根本见解,然而,脊椎动物的衰老时间跨度很长,往往难以对脊椎动物进行贯穿一生的持续性观察。
2026 年 3 月 12 日,“光遗传学之父”、斯坦福大学Karl Deisseroth教授在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为:Lifelong behavioral screen reveals an architecture of vertebrate aging 的研究论文。
该研究追踪了模式生物非洲青鳉鱼从青春期到死亡的整个过程,结果表明,睡眠模式和活动水平能够预测寿命长短——清醒时更活跃者相比懒散者往往活得更久,将睡眠时间限制在晚间者也比那些白天多睡者活得更久。
这项研究提示了我们,在生命早期的行为也能预测未来寿命,在疾病出现迹象之前很久,就可能估算出衰老的发展情况。
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在人类以及其他动物中,衰老是一个由遗传因素和环境因素共同塑造的复杂过程。该论文的通讯作者、斯坦福大学的Karl Deisseroth教授表示,行为是理解衰老的一个便捷途径,因为它能让我们了解动物的内部状态。这是一种深入了解大脑的非常有力的方式,然而,我们对于行为、衰老以及寿命之间的关联仍知之甚少,因为追踪动物一生中的每一个动作,显然是一项巨大挑战。
为了填补这一空白,研究团队将目光投向了非洲青鳉鱼(
Nothobranchius furzeri) ,这是一种小型淡水鱼,其平均寿命仅 4-8 个月,且其 衰老过程表现出与人类相似的特征,因此成为研究 脊椎动物衰老机制的重要模式生物。
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研究团队使用摄像机对 81 条非洲青鳉鱼从青春期到死亡的全过程进行了追踪,每天 24 小时不间断地记录它们的每一个动作。研究团队还构建了一个机器学习模型,以识别它们的各种行为特征中的模式,例如游动情况、速度和休息情况。
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研究团队发现,这些鱼在 100 天时(青年时期),那些最终寿命相对较长的鱼平均而言比那些寿命较短的鱼更活跃、更有力、游动速度也更快。那些最终活了超过 200 天的长寿鱼往往在夜间睡眠更多,而那些未能长寿的鱼则常常在白天打盹。
长寿鱼和短寿鱼的活动和睡眠模式的差异如此显著,以至于研究团队能够利用这些差异构建出“行为时钟”,从而在它们年轻时就预测其未来寿命。研究团队还发现,这些鱼在特定年龄时会经历快速的行为变化(例如夜间睡眠量突然减少),而不是在很长的一段时间内逐渐变化,在仅持续数天的行为变化期之后,它们会进入一个稳定行为期。
此外,研究团队还追踪了八种器官的分子水平的变化情况,他们发现,肝脏在短寿鱼和长寿鱼之间表现出最大的分子差异。例如,与长寿鱼相比,短寿鱼肝脏中参与蛋白质合成和细胞维护的基因更为活跃。这些发现与在其他物种的衰老研究中所观察到的情况相呼应。
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这项研究中开创整个生命周期的行为研究方法,还可以应用于其他动物甚至人类,尽管人类寿命太长,无法在整个生命周期内持续追踪,但可通过可穿戴技术(例如智能手表、智能手机)获取部分行为数据。
最后,Karl Deisseroth教授表示,这项研究尚未探究活动、睡眠与寿命之间的因果关系,但研究结果暗示某些生命阶段(例如中年之前)可能是引入行为改变的时机。进一步探究衰老过程中大脑与行为之间的联系,将是一个引人入胜的基础科学问题。
总的来说,该研究设计并构建了一个平台,能够持续追踪从青春期到死亡的整个生命周期中的自然行为,从而实现对脊椎动物衰老过程的高分辨率无偏筛选。基于该平台,研究团队发现,动物行为可以成为衰老过程的极具信息量且无创的检测指标,并且脊椎动物在成年期会按有序的稳定且模式化的行为阶段发展。该研究所描述的生命周期架构有助于增进我们对衰老的基本理解,可能为人类衰老以及衰老相关疾病的靶向机制和治疗提供支持。
论文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea9795
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