新陈代谢几乎是所有生物体活着的基础,它决定了细胞怎么拿到能量、怎么获取资源。你只要抓住新陈代谢这根线,就能顺着往下推出一堆事——生物体长成什么样、长得多快、多久成熟,还有一个大家最上心的问题:能活多久。
物理学家杰弗里·韦斯特讲过他为什么一头扎进这个领域。他说自己五十多岁那会儿,突然对衰老和死亡上了心。身体在变,生理机能在变,身边也陆陆续续有朋友走了。他就开始琢磨,这到底是怎么一回事?作为物理学家,他不想去抠具体的衰老机制,
他想问一个更根子上的问题:凭什么人类的寿命就是100年左右?为什么不是1000年,也不是100万年?顺着这个问题往下走,还有一个疑问——老鼠在宇宙尺度上跟我们几乎一模一样,凭什么它只能活2到3年?
很多人已经做过这方面的研究了,把哺乳动物、也包括更广泛的生物体拉出来,比较寿命和体型的关系。
结果发现,寿命跟代谢率一样,也遵循四分之一幂的尺度定律——体型越大,寿命越长,而且是系统性地增长。
唯一的区别是,寿命的数据比代谢率散得多。你告诉我某种哺乳动物的体型,我能大致猜出它的平均寿命,但这个猜测的浮动范围比代谢率、主动脉长度、生育数量这些指标都要大得多。
那寿命这个数到底是从哪儿冒出来的?
有一种理论认为,寿命是被代谢率以及一大堆可测量的量(大概有50到75个)共同决定的,而这些量又都受网络流动的约束——比如我们的循环系统。
你只要一想到血液在血管里流,就会立刻意识到这种流动是"耗散的",它会造成磨损。就像楼外面那条街,车来车往,路面就得反复修;铁路要养护,地铁要检修,都是因为交通在磨它。我们身体里也一样,多套网络系统里的"交通流量",天天都在把管道磨薄。
磨损最狠的地方在终端单元,也就是网络最末端的节点——毛细血管。它们是最细的那一段管子,血细胞、大分子挤着过,产生的破坏性影响是最厉害的。
好在这些都能算,理论会告诉你流速、尺寸、磨损速率。而且身体不是只挨打,它同时也在修——只不过修复也要靠新陈代谢供能。你可以假设,当未被修复的损伤累积到某个比例,系统就撑不住了,这时候算出来的,就是最大寿命。
顺着这个思路一算,人类的平均寿命是100岁左右,就有了物理上的解释。
有意思的是,就在这套理论提出后没几年,另一头的生物学家也从数据上算出了几乎一样的天花板。2021年5月25日,新加坡Gero生物技术公司联合美国罗斯威尔公园综合癌症中心、俄罗斯莫斯科物理技术学院,在《自然·通讯》上发了一篇论文,专门算这个事。
他们没有拍脑袋,而是拉了美国、英国、俄罗斯三个国家、加起来几十万人的健康数据,从血常规到步数记录,纵向追踪了很多年。算出来的绝对上限是150到156岁。
这个数字,和物理学家用网络理论算出的最大寿命,方向完全对得上。
而更早之前,1961年美国生物学家海夫利克就发现,人类胎儿的成纤维细胞在体外培养的时候,最多只能分裂50次左右,之后就衰老死亡,这叫海夫利克极限。
细胞每次分裂周期大概2.4年,50次乘下来正好120岁左右,跟这次算出来的120到130岁的"恢复力归零点"也几乎重合。三条完全不同的路子——物理网络理论、大数据统计、细胞分裂计数——最后都指向同一个天花板。
那既然天花板画在那儿了,人能不能往上顶一顶?
理论告诉你,能改的地方就两个:一是减少磨损,二是增加修复。这两条听起来简单,其实决定了寿命上限的所有关键参数。
先说磨损。既然磨损来自代谢,那减少食物摄入就是最直接的一招——限制热量。这也解释了为什么大型动物比小型动物寿命长:随着体型变大,单位质量、每个细胞的代谢率会按四分之一幂律系统性下降。细胞被"折腾"的频率低了,磨损自然就慢。
再说降低新陈代谢的另一种办法,这个办法对人类特别难,但对地球上几乎所有其他生物都特别容易,这跟我们恒温动物的身份有关。人体温度是恒定的,我们发展出了一套非常了不起的机制,把自己从环境温度里"隔离"了出来。别的生物可没这待遇,它们的体温跟着环境走。
这一点为什么关键?因为新陈代谢本质上是化学反应,而化学反应速率跟温度是指数关系。温度稍微一动,代谢率就跟着指数级窜。你看昆虫,早上冷得动都动不了,非得等太阳出来烤一会儿,才能开始飞。蜥蜴也是这样,几乎周围所有的生物都这样。
人不受这个影响,这既是巨大的优势,也埋下了一个反过来说的可能性——如果能把体温降下来,代谢就慢,损伤就少,寿命就长。这在其他生物身上被反复证实:把它们扔到低温环境里,寿命会呈指数级延长。这是一个非常显著的效果。
在小鼠身上做过药物降温实验,寿命确实拉长了;反过来把小鼠代谢率提上去,寿命就缩水。理论预测和实验对得上。
Gero那篇论文,还提出了一个特别有意思的指标,叫DOSI——恢复能力。什么意思呢?年轻人熬个夜、感冒一场,睡一觉基本就缓过来了;上了年纪,可能得缓好几天。这个恢复速度就是DOSI在测的东西。
他们发现,人在30岁左右恢复能力最强,之后每年大概掉0.5%到1%,线性下降,跟你锻不锻炼、保不保养关系都不大,就是一直掉。到了120到130岁,这个能力基本归零。到那时候,就算你什么病都没得,打个喷嚏、拉个肚子,都可能缓不回来了。
极端情况一算,绝对上限就是150到156岁,再高不可能。
最扎心的一句话在这儿——哪怕你把所有疾病都消灭了,癌症、心脏病、糖尿病、老年痴呆全治好了,人还是会死,最多也就活到150多岁。因为磨损本身不是病,是物理规律。
2018年《科学》杂志发过一篇类似的研究,把全球所有有可靠出生证明的长寿老人拉出来分析,发现115岁以上的人就特别稀少了。目前有记录的最高寿是法国的珍妮·卡尔芒,122岁164天,这个记录从1997年到现在,快30年了没人破。
而且要说清楚,156岁是绝对理论上限,不是说人人都能摸到。实际上能活到100岁的人就已经是万里挑一。大部分人如果能健健康康活到90岁,就已经算是人生赢家了。
所以把这些串起来看,人类寿命大概长这样:底层是新陈代谢和网络磨损定的那条物理曲线,往上是修复能力随年龄的线性下滑,最外面是海夫利克极限画的那道细胞分裂天花板。
三条线交在一起,把人这一辈子的上限锁死在了大约120到156岁之间。100岁是平均寿命解释得通的位置,122岁是目前人类真实抵达过的位置,156岁是数学允许的极限。
想再往上,就不是治病能解决的了,得从根上改新陈代谢的物理逻辑——比如把体温降下来,把修复速度提上去。这条路听起来很科幻,但方向已经被理论指出来了。
剩下的,就是时间和技术的事了。
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