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有沒有可能氧氣是慢性毒氣,只是需要70到100年才會殺死人類?

2024-09-27科學

氧自由基與生命體之間的對抗是無可爭辯的事實。這句話的前半部份是基於現實的。後半句則包含了一些事實,但準確性受到諸多因素的制約。

人體在正常呼吸過程中產生的氧自由基對生物體的損害是無可爭議的事實。衰老與氧自由基密切相關,一個簡單例子就是老年斑,實際上是皮膚組織(尤其是脂肪)遭受過度氧化的結果。最先受到氧自由基不斷損害的是粒線體,也就是呼吸作用發生的場所。

粒線體內的糖分氧化與自然界的燃燒現象在化學本質上並無二致。自由基是氧化反應中的一個活躍中間產物,它們的氧化能力遠超氧氣。如果將燃燒比喻為性行為,那麽氧氣就相當於衣冠楚楚的觀影狀態,二氧化碳是滿足後的平靜,而自由基則像是欲火中燒的掠奪者,無差別地進行攻擊。

煙霧和自然火焰都含有大量自由基,吸煙過程中最主要的有害成分便是自由基(焦油位居其次,尼古丁只能排在第三位)。一旦粒線體中的自由基泄露到細胞內部,它們會無情地攻擊遇到的任何生物大分子,包括承載生命資訊的DNA。

與普通燃燒不同的是,呼吸作用在高度有序的分子機制調控下逐步進行,並非像燃燒那般失控,自由基四處飛散。粒線體對氧氣的利用非常充分,反應空間受到嚴格的控制,而且擁有一套精密的保護和調控機制以抵抗潛在的損害。

前進演化生物學家曾對一個現象感到困惑:為何粒線體的前身(一種類似細菌的微生物)與真核細胞祖先結合共生之後,大多數基因會轉移到細胞核中,卻有少數基因留在粒線體中,形成了現在的mtDNA?最新的解釋是:這些基因是控制呼吸作用這一危險過程的現場指揮官。呼吸作用的強度必須被即時、精確地調控。一旦粒線體內出現呼吸不暢、自由基泄露增多的情況,這些基因必須迅速作出反應,調低呼吸作用的強度。相比之下,通常的細胞核基因組調節機制——包括接收化學訊號、生成信使RNA、轉運生成蛋白質再調控生理活動——對於這種即時調控來說太過緩慢。沒錯,呼吸作用的殺傷力就是如此巨大。

然而,在數十年的生命過程中,粒線體不可避免地會遭受損害,因為化學調控手段不可能完美無缺,調節訊號本身就包含了自由基。受損的粒線體會失去功能。粒線體在細胞內會進行分裂繁殖,以滿足能量需求。對mtDNA而言,分裂本身就帶有錯誤。受損的mtDNA在經過多次復制分裂後,會積累這些損害帶來的錯誤。最終,細胞內的粒線體出錯太多,效率低下,不僅導致能量供應不足(衰老的「衰」字),自由基泄露也無法得到控制,形成指數增長。自由基從粒線體泄漏後,會對其他有機物質造成廣泛破壞(衰老的「老」字)。一片組織因此惡化,進而引發器官問題,這就是衰老後的疾病。而隨著問題的擴散到整個系統,便會導致衰老後的死亡。

雖然這不是衰老的唯一內因,但它確實處於核心地位。透過這一過程,我們可以看出,癌癥(由核基因組DNA損壞引起)在某種程度上是這一過程惡化後的一個副作用。這一理論與目前逐漸獲得證實的「限食熱量攝入(尤其是碳水化合物)可以延長壽命」的理論互相印證。

那麽,為何說後半句只包含部份事實呢?因為我們的主宰——基因組,實際上已經將呼吸作用這一套系統打造得相當出色,在諸多生物系統中獨樹一幟。基因組的最高任務是:確保生物機器(為了物種的生存和繁衍)能維持到繁殖期結束便是成功。之後的衰老和死亡則無關緊要。人類在繁殖高峰後還能存活數十年,這已經違背自然規律,部份原因得益於人類智慧的突破性發展。另一部份原因在於,我們人類的復雜性使得與基因主宰進行了一場前進演化的談判:撫養一個孩子需要三年哺乳、十年守護,送他們出去狩獵要到十五歲,供他們讀書則需到二十歲,至於購房結婚則要看社會政策。為了順利繁殖,基因主宰們不得不賦予我們長輩更多的時間。

於是,我們看到人類的壽命在不斷增長。農業革命時期人類平均壽命僅為三四十年,而工業革命後人類壽命有望突破百年。

然而,問題也隨之而來:原本設計精良的呼吸作用系統,在靈長類天然壽命期內很少出問題。因此對於黑猩猩來說,氧氣並不是毒藥。但人類如今額外借用五十年壽命,毒藥效應逐漸顯現。

再強調一次,這套系統其實很出色。在其他系統開始出現問題之前,它還能正常工作。免疫系統(表現為多發性硬化癥、哮喘或者老年癡呆癥)、心血管系統(如冠心病、中風)、內分泌系統(如雄性激素減少、糖尿病)等,由於它們在前進演化歷史中出現的時間較晚,所以淬煉不足,出現問題的時間也較早。特別是最年輕的免疫系統,一旦失控,無論處於何種年齡,都可能致命。基因主宰們的編程水平有限,需要時間的磨礪。

這些,也是衰老的表現。在深層次的衰老到來之前,它們會先一步奪走生命。

而雄性激素之所以也是一種「毒藥」,是因為它不僅抑制免疫系統的活力,還會驅使人去冒險戰鬥。