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深度科普:氧气有可能慢性毒气?需要70-100年杀死人类?

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简单讲,前半句基本是事实,后半句只有部分是事实。

氧,这一生命之源,其潜在的长期影响却并非全是正面。实际上,关于氧气的长期影响,科学界已有不少研究与讨论,虽然这并不是什么新鲜话题。



我们都晓得,呼吸作用产生的氧自由基确实对生物体造成负面影响。随着年龄增长,细胞衰老与氧自由基关系密切,以老年斑为例,那是皮肤脂肪组织过度氧化的直接体现。线粒体,作为细胞中负责能量生产的核心机构,首当其冲地承受了氧自由基的持续攻击。

细胞内的氧化反应,其本质上与自然界中的燃烧无异。氧自由基是氧化过程的中间产物,它们比氧气更具反应活性。若将生命活动比作戏剧,那么氧气相当于是尚未登场的角色,二氧化碳是演出结束后的状态,而自由基则如同激情澎湃的演员,随时准备投入行动。香烟烟雾和一般火焰均含有众多自由基,而吸烟的危害主要来自于这些自由基。一旦线粒体中的自由基逸出至细胞质,它们会无情地攻击遇到的任何生物大分子,甚至包括携带遗传信息的DNA。



然而,呼吸作用与一般燃烧的差别在于,呼吸作用是通过精密的细胞机制逐步控制的,不似燃烧那般无法控制、自由基四处飞散。线粒体对氧的利用极为高效,其反应环境受到严格调控,并有复杂的保护机制来抵抗自由基的损害。



进化生物学家曾困惑于一个问题:为何线粒体的前身——与真核细胞共生的细菌类微生物——大多数基因都迁入了细胞核,却有少量基因留在了线粒体,形成如今的mtDNA?最新研究显示,这些基因是调控呼吸作用的关键,它们必须实时、精确地管理呼吸作用的强度。

一旦线粒体出现异常,这些基因便迅速做出反应,调整呼吸作用的强度。而细胞核的调节机制,即接收信号-合成信使RNA-转运出蛋白质-调控生理活动,对于这一过程来说太过缓慢。是的,呼吸作用的损害之快、之大,令人震惊。



然而,经过数十年的时间,线粒体的损伤不可避免,毕竟调控机制不可能完美无缺,自由基本身亦是调控信号。受损的线粒体会逐渐失效,而新的线粒体会通过分裂产生以满足细胞能量需求。分裂过程本身带有误差,受损的mtDNA在多次复制后会累积更多错误。

最终,细胞内累积了大量错误的线粒体,不仅导致能量供给不足(即衰老),自由基泄漏也难以控制,引发连锁反应。自由基泄漏至细胞质,对细胞造成广泛损害(衰老的外在表现)。组织、器官乃至系统层面的衰退,则标志着衰老之后的疾病与死亡。



当然,这并非衰老的唯一原因。然而,它确实是核心因素之一。从这一过程我们可知,癌症(由核基因组DNA受损引起)在一定程度上是该过程恶化后的副产品。这一理论与现已逐渐得到证实的“限食(尤其是碳水化合物)可延寿”的理论相辅相成。

至于后半句为何只算是部分事实,是因为我们的主宰——基因组,已经将呼吸作用这一系统调试得相当精妙,至少优于其他同类系统。基因组遵循的原则是:只要生物体能挺过繁殖高峰期即算成功。繁殖高峰之后的衰败,基因组并不关心。人类之所以能在繁殖高峰后还能存活数十年,部分得益于智能这一超越主宰的伟大发明,另一部分则是与基因主宰讨价还价的进化结果。人类的复杂性使得抚养后代需要更多时间,为了顺利繁殖,我们必须获得更多生存时间。



因此,尽管其他灵长类的寿命仅二三十年,人类的寿命却在不断增长。农业革命时期平均寿命约三四十岁,工业革命后人类的寿命有望突破百岁。

现在我们回到问题:原本优秀的呼吸作用系统,在超出灵长类正常寿命的时限后,毒性效应开始显现。对黑猩猩而言,氧气并非毒药;但对额外借寿数十年的人类来说,情况就不同了。

再次强调,这套系统原本是高效的。在其他系统问题出现前,这套系统能够良好地运作。免疫系统(表现为多发性硬化症、哮喘、老年痴呆等)、心脑血管系统(如心脏病、中风)、内分泌系统(如激素失衡、糖尿病)等问题通常在较早的阶段出现,因为它们进化历史较短,承受的演化压力不足。尤其是年轻的免疫系统,即使在繁殖高峰前,也可能随时失控威胁生命。主宰的编程水平有待时间的历练。

所有这些,都算作衰老的一部分。在更深层的衰老到来前,它们就可能已经将我们推向终结。

最后,为何雄性激素也是一种“毒药”?因为它不仅抑制免疫系统,还可能驱使我们去冒生命危险。

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