動物長壽秘訣：你以為光長得威武雄壯就夠了？

龐大的體型能幫助一些動物延長壽命，但這並非唯一的影響因素。

米黃色的外殼上分佈著灰褐色的斑塊，這隻被稱為「明」的北極圓蛤（學名：Artica islandica）看起來實在有些其貌不揚。不過，僅從名字上就可以看出，它背後的故事要比大多數軟體動物都要豐富得多。2006年，科學家從冰島附近的海床上發現了它（並殺死了它）。2013年的分析表明，它的年齡為507歲（即出生在1499年，相當於明朝弘治十二年，這也是它得名的緣由），是目前已知最長壽的多細胞動物個體。

一隻北極圓蛤（學名：Artica islandica）

2016年8月，研究人員發現，一條5米長的雌性格陵蘭鯊（又名小頭睡鯊，學名為Somniosus microcephalus）已經存活了392年，是目前為止發現的最長壽的脊椎動物。在哺乳動物中，最長壽的記錄屬於一頭弓頭鯨，據估計其年齡達到了211歲。

或許是因為人類在其他方面的優勢太過明顯，因此對那些比我們活得更久的物種十分著迷。對生物學家來說，極端的長壽現象意味著有關生物體衰老和死亡的基礎問題。為什麼某些物種的個體能夠存活數百年，而其他許多物種只能活幾個月、幾星期甚至幾天呢？

人類是相對長壽的動物。一些研究者認為，通過對動物界中長壽現象的研究，我們就能更進一步地了解這些物種，更重要的是也能了解我們自身。還有人想得更遠，他們相信這是人類壽命變的更長、更健康的關鍵。

2013年對北極圓蛤「明」的年齡分析使許多人提出了猜想，認為它長壽的秘訣在於極低的耗氧量。事實上，關於動物壽命最深入人心的一個觀點就是，壽命長短與代謝速率——食物轉化為能量和物質的化學反應速率——的關係十分緊密。換句話說，當動物像機器一樣滿負荷工作時，就會不斷累積損傷，死亡得更快。

20世紀初，德國生理學家馬克斯·魯布內（Max Rubner）比較了豚鼠、貓、狗、牛、馬和人類的能量代謝速率和壽命。他發現，體型更大的動物具有更低的每克組織代謝速率，它們的壽命也更長，因此他得出結論，能量消耗越快壽命就越短。

美國生物學家雷蒙德·珀爾（Raymond Pearl）研究了飢餓、溫度變化和遺傳對果蠅和哈密瓜秧苗壽命的影響，然後把這一觀點又做了延伸。他在出版於1928年的《生存的速率》（The Rate of Living）一書中寫道：「總體而言，生命的持續時間與能量消耗的速率成反比。」

1954年，加州大學伯克利分校的德納姆·哈曼（Denham Harman）提出了一個理論，支持當時已經廣為人知的生存速率理論。他指出，衰老是自由基導致的細胞損傷不斷積累的結果。自由基產生於新陳代謝過程中，是非常活潑的分子，能夠通過竊取電子導致細胞結構的損傷。

然而，儘管體型較大的哺乳動物的確顯示出較慢的代謝速率，並且活得更久，但生存速率理論現在已經被大多數人拋棄。首先，研究人員已經指出，許多鳥類和蝙蝠儘管代謝速率很高，但它們的壽命卻比預期的長得多；而有袋類動物儘管具有較低的代謝率，但它們的壽命卻短於胎盤哺乳動物。

包括英國阿伯丁大學的約翰·斯皮克曼（John Speakman）在內的許多科學家指出，雖然有些長壽動物具有較慢的代謝速率，但這並不代表低代謝率就是它們長壽的原因。「所有被用來支持生存速率理論的證據都存在一個基本缺陷，」斯皮克曼說，「就是它們都來自對不同體型動物的比較研究。」

東部灰大袋鼠（學名：Macropus giganteus）

2005年，在一項涉及239種哺乳動物和164種鳥類的數據研究中，斯皮克曼使用了一個聰明的統計學手段，將體重的影響從等式中剔除。對於每一種代謝速率相對自身體型高於預期的動物，他都檢查了其壽命是否相應地低於預期，反之亦然。「對於哺乳動物和鳥類，一旦體重因素被剔除，那代謝速率和壽命之間的關係就是零，」斯皮克曼說道。

不過，這項研究與此前支持生存速率理論的工作一樣，使用的都是動物的靜息代謝率數據，即動物既沒有消化食物，也沒有調節體溫時的代謝率。研究人員傳統上之所以使用這些速率，是因為動物在這種狀態下可以獲得更多的數據。然而，許多動物一生中只有很少的時間處於靜息代謝率的狀態，而不同物種的情況又有很大差別。

為了解決這一問題，斯皮克曼比較了48種哺乳動物和44種鳥類的每日能量消耗和最長壽命數據，然後用同樣的統計學方法將體型因素剔除。「結果發現，確實存在某種聯繫，但是與生存速率理論所預計的恰恰相反，」斯皮克曼說，「對於哺乳動物，如果你把體型因素剔除，那具有較高代謝率的動物反而活得更久。」鳥類的分析結果沒有達到統計學顯著性。

事實上，認為動物消耗氧氣越多，產生導致細胞損傷的自由基越多，因而衰老得更快的觀點，現在已經過時了。這要歸功於對線粒體更加深入的研究。

線粒體是細胞的能量工廠

線粒體是細胞中產生能量的細胞器。當線粒體把食物中的化學物質分解時，質子在它們的內膜上受到擠壓，形成電勢差。當這些質子被重新釋放到膜表面時，這種電勢差就被用來製造三磷酸腺苷（ATP）——用來儲存能量的分子。

科學家原先認為，當線粒體內膜表面的電勢差較高的時候，自由基的產量也較高，即新陳代謝的速率越高，造成細胞損傷和衰老高度活潑分子也會越多。然而，這一模型沒有考慮到線粒體內膜上「解偶聯蛋白」的存在。除了產生熱量的功能之外，這些解偶聯蛋白還能觸發質子在膜表面的流動，降低電勢差，從而阻礙三磷酸腺苷的正常生成。

「傳統觀點認為，隨著你的新陳代謝速率提高，你所消耗的氧氣中有一定的比例將會轉為產生自由基，這與我們已知的線粒體工作方式存在基本的矛盾，」斯皮克曼說，「無論發生什麼，我們將看到的是，當新陳代謝速率加快時，解偶聯過程也加快……自由基的損傷就會減少。」

因為自由基生成量越低，意味著壽命就會越長，因此這一理論被稱為「解偶聯生存」假說。斯皮克曼在2004年對這一理論進行了試驗，他發現，代謝強度排前四分之一的小鼠消耗了更多氧氣，並且其壽命比后四分之一的小鼠長36%，這一結果支持了解偶聯生存假說。

動物的壽命與體型有關

關於動物壽命，更加簡單直接的決定因素是它們的體型。在2007年發表的一篇論文中，英國利物浦大學的Jo?o Pedro Magalh?es列出了超過1400個物種——包括哺乳動物、鳥類、兩棲類和爬行類——的體重和最長壽命的關係。

Magalh?es發現，在這四類動物中，有63%的壽命差異源於體重；如果只是哺乳動物，這一比例為66%。蝙蝠是比較特立獨行的動物，它們的壽命要比對應自己體型的預期壽命長得多。因此，Magalh?es將蝙蝠的數據剔除，重新進行了計算，發現體重能解釋76%的哺乳動物壽命差異。對於鳥類和爬行動物，體重與壽命之間的相關性分別為70%和59%。兩棲動物中未發現存在關聯。

Magalh?es和其他研究體型如何影響動物壽命的學者表示，這種影響來源於演化和生態學因素。「體型決定了生態學上的機會，」Magalh?es說，「動物體型越小，其捕食者越多，它們必須長得更快，繁殖得更快，這樣才能把基因傳遞下去。體型較大的動物，比如大象、鯨，被捕食者吃掉的可能性就很低，並且缺乏較早成熟和繁殖的演化壓力。」

如果體型是通過被捕食的可能性來影響壽命，那可以推斷出，同一物種的不同種群可能會因為身處不同環境而呈現出壽命長短的差異。

大腦體積與壽命存在關聯

史蒂文·奧斯塔德（Steven Austad）原先是一位記者，後來成為一名馴獅員，再後來當了生物學家。20世紀80年代晚期，他在一項以成年雌性負鼠為實驗對象的研究中檢驗了自己的觀點。他從美國喬治亞州薩佩洛島和南卡羅來納州艾肯附近分別捕捉了34隻和37隻負鼠，並都安裝上了無線電項圈。艾肯的負鼠種群會受到野狗和短尾貓（學名：Lynx rufus）的捕食，而生活在薩佩洛島的負鼠則沒有這種威脅。總體而言，島嶼生活的負鼠受到的捕食壓力較小，並且在遺傳上較為孤立。

奧斯塔德發現，這些島嶼生活的負鼠平均壽命為四個半月，比大陸上生活的近親長23%。它們的產仔數顯著少於後者，開始繁殖的時間晚一些，繁殖期也長一些。分析顯示，大陸負鼠的尾巴中，肌腱纖維的膠原蛋白老化速度更快。

奧斯塔德考慮了各種可能的因素，包括氣候變化、病原體和飲食結構的影響，但他最後的結論是，島嶼負鼠種群的較長壽命最可能是因為不同選擇壓力下出現的遺傳分化。

還有其他一些乍看之下似乎對動物壽命有影響的因素，但仔細分析，這些因素其實只是體型和生態學機會的結果。舉例來說，研究顯示大腦體積與動物的最長壽命存在關聯，特別是在靈長類動物中。同樣的還有眼球體積。「任何能隨著體型發生變化的東西，看起來似乎都與壽命有關，而這僅僅是因為體型與壽命存在相關性，」斯皮克曼說道。

儘管目前主流的科學觀點認為體型決定了被其他動物捕食的可能性，進而對壽命產生了重要影響，但還有一些關鍵問題沒有得到解答。「這取決於你是在什麼水平上問這個問題，」斯皮克曼說，「演化論的解釋與外在的死亡風險有關。接下來的問題在於，是什麼機制真正在保護身體？」

弓頭鯨（學名：Balaena mysticetus）

在嘗試解答這一問題的過程中，奧斯塔德將目光投向了一些極為長壽的動物，他在2010年出版的論文中將這些動物稱為「瑪土撒拉的動物園」（Methusaleh『s Zoo）——以聖經故事中活了969年的人物得名。奧斯塔德指出，長壽記錄的保持者如北極圓蛤「明」、格陵蘭鯊和弓頭鯨等，它們都生活在低溫環境中，而這並非巧合。

「大部分壽命超長的動物都具有較低的體溫，或者生活在某種低溫環境中，」奧斯塔德說道。他指出，諸如活性氧類的產生、DNA修復和基因轉錄等關鍵生物過程在寒冷環境中會變得更慢。

奧斯塔德對於有可能為延長人類壽命帶來啟發的生物過程特別感興趣，於是他重點研究了裸鼴鼠和小棕蝠，兩種相對於自身體型而言比人類更加長壽的哺乳動物。他的結論是，自由基生成引起的細胞損傷累積確實在衰老中發揮了作用，但在許多情況下影響相對較小，並且對不同物種的重要性存在很大差別。

近年來，快捷、廉價的DNA測序技術為科學家提供了重要的研究手段，以探索基因在眾多物種的壽命調控中扮演的角色。例如，一個名為daf-2的基因發生突變后，可以導致線蟲的壽命延長一倍，並且依然保持健康。如果侏儒症鼠具有會破壞生長激素、催乳素和促甲狀腺激素產生的基因突變，那它們的壽命將比對照組延長大約40%。

在發表於2013年的一篇論文中，Magalh?es等人比較了許多對相似哺乳動物的基因組。這些相似的動物中有的最長壽命顯著不同，有的壽命則差不多。他們發現，與DNA損傷和蛋白質重複利用有關的基因在較長壽的物種中演化更快。

2015年，Magalh?es又領導了一個研究小組對弓頭鯨的基因組進行測序，發現了與DNA損傷應答、細胞周期調節和癌細胞調控有關的物種特異性基因突變。「我們不確定這些是否就是與物種衰老差異有關的蛋白質，但這些研究為我們下一步的實驗提供了線索，」 Magalh?es說道。目前，他正在參與對卷尾猴基因組進行測序的國際合作。這種猴類儘管體型相對較小，但壽命可達50歲以上。

Magalh?es等學者正不斷搜集有關決定長壽的遺傳因素數據，並逐漸發現長壽動物中存在著某種強化DNA修復能力的規律。舉例來說，基因測序已經解決了一個從20世紀70年代以來困擾科學家多年的生物學難題；如何解釋大象和鯨等長壽的大型動物為何具有極低的癌症發病率？

2015年，猶他大學的約書亞·希夫曼（Joshua Schiffman）領導的團隊計算髮現，只有不到5%的圈養大象會死於癌症，而人類的癌症致死率約為11%至25%。當研究人員審視測序結果時，他們發現非洲象擁有40份編碼p53蛋白的基因拷貝。p53是在抵抗癌症時起關鍵作用的一種蛋白質，能夠阻止受損DNA解體，直到損傷被修復；或者觸發這些DNA自行凋亡。亞洲象擁有30到40份基因拷貝。相比之下，人類和蹄兔——與大象關係最近的現生物種——只有兩份基因拷貝。

後來的試驗顯示，大象在修復受損DNA上並沒有過人之處。希夫曼的結論稱，大象之所以對癌症有著較強的防禦能力，是因為它們能殺死那些有可能癌變的細胞，阻止它們變成腫瘤。「我的假說是，不是DNA修復在本質上存在不同，而是細胞對DNA損傷的反應有所不同，」 Magalh?es說，「同等數量的DNA損傷會殺死一個大象細胞，或者阻止它增殖，但小鼠的細胞就不一定做得到這點。」

「壽命較短的動物浪費寶貴的能量來抵抗需要很多年才能發展起來的疾病，這在演化上是很沒有道理的，」奧斯塔德說，「這就像在一個廉價手錶上使用價值1000美元的面板。」

卷尾猴（學名：Cebus capucinus imitator）

目前，採用比較生物學方法研究衰老的科學家已經對數十種哺乳動物的基因組進行了測序。當測序對象變為數百種時，他們將更好地鑒別出促成動物長壽的遺傳學線索。「長壽在某種程度上塑造了我們人類，儘管我們並不知道為什麼人類具有這種能力，」Magalh?es說，「對更多的物種進行測序將幫助我們提出並回答許多其他迷人的問題。」

Magalh?es還認為，如果能對長壽動物抵擋疾病的機制有更深入的了解，那就將幫助人類進一步延長已經相當可觀的壽命。「例如，我們能否從裸鼴鼠和弓頭鯨身上獲得對抗癌症的線索？」他說，「我認為我們可以，但仍然有大量的工作需要完成。」（任天）