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世界上最長壽的動物,生于明朝壽命長達507年,最終為科學「獻身」
2023/08/29

雙殼類動物。圖片來源:pixabay

這只出生于明朝的蛤蜊壽命長達507年,被認為是可以確定具體年齡的,世界上最長壽的個體動物。它最終為科學「獻身」,而這或許可以讓人類一窺長壽的秘密。

有一天,我突然接到一通來自威爾士的電話。我記得對方說:「您好,奧斯塔德(Austad)博士。我們是兩名海洋生物學家,現在正在研究一種壽命很長的蛤蜊,您愿意和我們合作,一起探究它們是如何做到的嗎?」

作為一名研究衰老的生物學家,我最出名的一句話大概是曾經打賭時說的:第一個能活到150歲的人已經出生了。我因此接到過不少惡作劇電話和郵件,有些來自想要長生不老的人,還有的說自己已經知道永生的方法了,只希望我幫他廣而告之。所以出于禮貌,我記得我在電話里回答說:「或許可以,但你說的這種蛤蜊,壽命是有多長呢?」

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「幾個世紀。」對方回答道。我把電話拿遠了一點,這是一通來自大西洋彼岸的電話,或許我聽錯了。「抱歉,你剛剛是說幾個世紀嗎?」「是的,你沒聽錯,幾個世紀。」

幾個月后,這兩位來自英國班戈大學(Bangor University)的科學家坐在了我的辦公室里,跟我描述著長壽的雙殼類(bivalve)動物。這種動物有一對相連的殼,蛤蜊、牡蠣、扇貝和硨磲都屬于此類。我了解到,研究人員可以利用「硬化年代學」(Sclerochronology) 測算任意一只蛤蜊的年齡,能具體到它出生的年份。顧名思義,「硬化年代學」就是利用生物的堅硬部分追溯其年代。這個詞仿造了「樹輪年代學」(Dendrochronology),后者是通過分析樹木年輪測定年代的方法。由于水溫或食物資源的季節性變化,雙殼類動物的殼上每年會形成粗細不一的生長線。如果兩只蛤蜊生活的年代有重疊,科學家可以對準它們殼上的這部分生長線,來追溯它們出生和死亡的時間。

通過與更久遠的殼進行比較,科學家已經 追溯到了在公元649年出生的蛤蜊的殼

雙殼類動物的殼上每年會形成粗細不一的生長線。圖片來源:pixabay

硬化年代學幫助科學家發現了已知壽命最長的蛤蜊——「明」(Ming)。「明」是一只北極蛤(Arctica islandica),這一物種生活在北大西洋兩側的大陸架上。它們似乎更喜歡較冷的水,很少居住在海水溫度超過16°C左右的地方。這只壽命極長的蛤蜊在被發現后,被新聞媒體稱為 軟體動物「明」,因為它出生在1499年,那時是中國明朝。在「明」出生時,達·芬奇剛完成他的名作《最后的晚餐》;哥倫布正在駛向所謂的「新世界」的第三次途中;哥白尼還沒發表顛覆性的日心說;而莎士比亞要65年后才會出生。

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「明」的貝殼。圖片來源:BangorUniversity

「明」在剛開始與其他蛤蜊類似,漫無目的地在不同的水層間穿梭,最終定居在冰島北岸80米下的水中。它經歷了小冰期的結束,見證了冰島在幾個世紀間從人煙稀少的鄉村轉變為世界上科技最先進的國家之一,也目睹了科學的崛起, 直到科學家在2006年為提取歷史信息殺死了它——硬化年代學需要研究雙殼類動物的殼橫截面,而這只能在殼里的部分被移除后才能進行,「明」的剩余部分最終被埋葬于海底。「明」在為科學犧牲時,已經活了507年。

作為群體,雙殼類也許是最長壽的一種動物,其中的許多物種都有活到一百年以上的記錄,包括淡水珍珠貽貝(190年)、太平洋潛泥蛤(168年),它也被稱為象拔蚌,有著極長的水管,和近些年發現的巨型深海牡蠣,這種牡蠣的殼上并沒有生長線,但利用放射性碳的測算方法,科學家認為其年齡達到了500年以上。

這些物種長壽的原因一直是個謎,對我來說更是如此。這一現象有很多解釋,而每種可能都為長壽的基礎提供了令人著迷的線索。解開這個問題可以幫助我們揭示許多動物避開衰老的方式,從雙殼類動物到管蟲,再到鯊魚等。而它們的秘密或許能夠指導我們,尋找用科學延長人類生命的可能。

在大西洋東北部的北海發現的一只北極蛤,正準備對其生長線進行研究。圖片來源:Hannes Grobe/AWI

雙殼類動物的長壽有可能得益于它們的自然特征、生活環境、行為模式,或者更有可能是這三者共同的結果。與許多其他長壽的動物類似,雙殼類也是變溫動物,它們需要從外部環境中吸收熱量。變溫動物,尤其是生活在較冷的環境中的變溫物種,可能回避了衰老的兩個關鍵步驟。

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一些生物學家認為由于它們無法自己產生熱量,因此產生了 更少的氧自由基,這些有害的分子是線粒體活動的副產品,一直被認為是衰老的原因之一。另外,雙殼類動物的 蛋白質錯誤折疊率 或許也更低。(蛋白質需要復雜的折疊才能正常工作,而這種精確的折疊會隨著時間喪失,這也可能會導致衰老。)

此外, 雙殼類新陳代謝率更低,這很有可能會讓它們活得更久,而且大多數雙殼類動物在成年后會潛伏下來,很少活動。北極蛤的新陳代謝率即使在雙殼類中也屬于比較低的,是已知生長最慢的物種之一。在低氧水平下,它的存活能力也比其他雙殼類動物更強:北極蛤可以降低自己的新陳代謝水平,或許能低至平時的1%,時間長達一周。得益于此,北極蛤可以在無氧狀態下生存兩個月之久。

在寒冷的環境中生活可以降低氧自由基的產生,減少蛋白質錯誤折疊,這或許也對某些蛤蜊的長壽起到了關鍵作用。「明」生活的水溫大約就只有6-7℃。在更溫暖的水中,北極蛤的壽命似乎會減少。例如, 它們在溫度更高的波羅的海中似乎活不到50歲

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,但還不能確定這是水溫造成的。有很多其他因素,如注入波羅的海的河流導致海中鹽度較低且多變,同時也帶來了污染;波羅的海也較淺,平均深度只有55米,這可能會導致海水環境不穩定。在更深的地方,如冷泉(cold ceep)的周圍或大西洋的海底可能有未發現的比「明」更長壽的蛤蜊,我們還不能確定。

雙殼類動物長壽的另一個可能原因是它們通常有非常安定的生活。一旦你深入海洋的表層以下,那里就是一個相對穩定的居住環境了。下潛越深,意外的環境變化就越少。此外,隨著雙殼類動物的年齡增長,它們的殼會變大變厚,能夠破殼的捕食者也逐漸減少。很多雙殼類物種也會將身體的一部分或全部沒入海底的污泥中,這使它們愈發安全。

如果這些因素能夠解釋一些雙殼類物種不同尋常的壽命,那麼我們可以推測,那些擁有相反特征的物種壽命會更短,甚至是雙殼類物種本身也不例外。例如,如果有種雙殼類動物生活在溫暖、比較淺、不穩定的表層海水中,同時還將自己暴露在危險下,比如通過積極游動(這同時也需要更高的新陳代謝率),那麼你可以預測它或許活不長。

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答案是肯定的,這樣的蛤蜊也確實存在:海灣扇貝(bay scallop)就生活在溫暖的淺水中,而它們的壽命實際上也只有一到兩年。

海灣扇貝的貝殼。圖片來源:Hectonichus

不論長壽與否,雙殼類動物的一個優點就是可以被帶到實驗室中進行研究。我和同事已經著手于此有一段時間了。雖然還沒能發現它們長達500年的生命秘密,但我們探究了兩個現存的理論。

第一,如果抵抗氧自由基的傷害的能力與長壽有關,就像許多科學家相信的那樣,那麼「明」確實應該得到了很好的保護。我們知道這一點,是因為在一個夏天,我和學生們在美國馬薩諸塞州的海洋生物學實驗室(MBL)研究了雙殼類物種在氧自由基壓力下的存活能力。那里附近的漁船賣給了我們一些北極蛤,我們也買了分別能活到100年和20年的蛤蜊,和只有一兩年壽命的海灣扇貝。

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之后,我們往這些蛤蜊的水缸中加入了能產生氧自由基的化學物質并做了記錄。結果很驚人:壽命較短的海灣扇貝在兩天內就都死亡了;有20年壽命的蛤蜊活到了第五天;100年壽命的蛤蜊在11天后還有一半的存活率;而北極蛤看起來并沒有受到影響,甚至在兩周后的狀態依然很好。我們嘗試了其他幾種通過不同方式破壞細胞的化學物質,都得到了相似的結果。這些發現佐證了在常規的實驗室動物中的發現: 壽命更長的動物對氧自由基等有害的生命副產物有更好的耐受性。理解這種耐受性的原理或許可以教會我們如何健康地活得更久。

第二有些出乎意料。雖然蛤蜊沒有能被稱為大腦的結構,但 北極蛤或許對阿爾茨海默病的治療有著關鍵的意義。我們想要探究北極蛤是否能更好地防止蛋白質的錯誤折疊。當蛋白質錯誤折疊時,它們不僅無法發揮正常的細胞功能,還會變粘而聚在一起。阿爾茨海默病的特征——大腦中常見的斑塊和纏結現象,就是一塊塊粘在一起的錯誤折疊的蛋白質。我們使用了幾種常見的方法,使蛤蜊的液體細胞提取物中的蛋白質發生錯誤折疊,并在不同壽命(7年、30年、100年和北極蛤)的蛤蜊中進行了對比。

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結果發現,在我們使用的所有方法中,北極蛤的蛋白質都對錯誤折疊有極強的抵抗能力,優于所有其他蛤蜊的蛋白質保護機制。實際上,這比我們從類似的人類組織提取物中嘗試的任何蛋白質都更好,這也包括導致阿爾茨海默病斑塊的蛋白質——β-淀粉樣蛋白(A-beta)。

這些發現使我們都感到非常激動。如果可以分離出北極蛤蛋白維護機制中負責抵御錯誤折疊的分子,那麼針對蛋白質錯誤折疊引發的疾病,如阿爾茨海默病和帕金森病等,或許我們就可以開發出新的治療方法。在過去的七年中,我們一直在尋找北極蛤防止蛋白質錯誤折疊的秘密。雖然還未能找到具體的答案,但我們已經排除了一些可能的原因。我們會繼續研究,畢竟在科學中很少存在便捷的途徑。

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