从基因进化角度揭秘:人类为什么会衰老?为什么无法永生?(转载)

沉落的星星:这是迄今为止,我看到的最富逻辑性的阐释生存动因的文章,运用生物学、物理学、信息学的理论探寻生命产生的最终趋动力,在对未来生命形式的推断上也能逻辑自恰。非常推荐一读!也许你也会同我一样,为曾经徘徊脑海无法释怀的生命本质疑问,找到一个最可能靠近正确答案的思考方向。

原创 scottcgi 2019-03-23 15:42:19


从基因进化角度揭秘:人类为什么会衰老?为什么无法永生?第二版

本文,将会以基因进化的视角为基础和切入点,全面分析解读:人类的衰老、永生和未来智能三大主题。每个主题,又会深入浅出到微观与宏观不同的层面,结合生物基因理论,进行分析推理,并得出结论。最后,从宇宙熵增的角度,给出了一种视角下的答案,揭秘了基因进化的目的所在。

本文是人类为什么会衰老,为什么无法永生(青云计划图文获奖)的第二版。增加的内容有:线粒体和自由基、端粒、致死基因、无性生殖与有性生殖、智能发展的路径、基因复制的目的等。原内容有:衰老因素、永生障碍、孕育、繁衍、智能、本能等。全文字数由7千字增加到1.4万字,阅读时间约22分钟。

自私的基因

作者理查德·道金斯,在“自私的基因”一书中,给出了这样一个观点:

人类,只是基因的生存机器(宿主),在漫长的进化历史中,基因才是主角,人类只是一个乘客。基因为了生存,产生的根本驱动力就是复制,所以控制人类产生的根本驱动力——就是繁衍。

事实上,基因进化的结果,就是在存储环境信息(也就是某种策略)为本能,以应对环境变化所带来的生存压力。而基因复杂的功能性表达(包括本能、情感、自私和利他主义行为),都只是环境(信息)压力塑造和筛选的结果,其目的全在于为了让基因复制遗传的过程,能够顺利且更好的完成——以让基因永远的存在下去。

基因可以通过对其生存机器(人类),发出如下指示的形式来编制程序:

下面这些会带来快乐——口中的甜味、情欲的亢进、适中的温度、微笑的小孩等。下面这些则会带来不快——各种痛苦、恶心、空空的肚皮、哭叫着的小孩等。

并且,如果你碰巧做了某件事情之后便出现了不愉快的情况,那么请切勿再做这种事情;而在另一方面,重复做为你带来好处的任何事情。

注意:本文的探讨范围,始终在人类的衰老和永生,并不涉及微观生物——比如细菌、病毒,还有自然界某些奇奇怪怪的生物——比如灯塔水母、或水熊虫。

但基因作为生命的基本构造和蓝图,进化驱动了所有生物的发展,由此也可以把本文的讨论内容,推广至所有生物。同时,基因是微观,其作用上升到宏观的时候,是一种统计效应,也就是生物个体的表现不具有统计意义——很多生物整体的行为趋势才具有规律性。

那么,人类为什么会衰老?

第一,有一个经典的比喻,基因每次复制就像一次复印的过程,只不过每次复制都是使用上次的副本来复印,这样随着复制次数的增加,基因丢失的信息就越多

显然,基因丢失的信息越多,根据基因信息,复制出的细胞和蛋白质分子(包括各种酶和氨基酸)就会越容易出错——产生功能性错误。而随着错误不断积累——超过容错阈值,即修复能力的上限,就会开始慢慢影响上层组织器官的功能,和运行效率,从而产生衰老的感觉和表现。

基因——是具有遗传效应的DNA片段或RNA片段,即多个DNA或RNA,由碱基序列组成。基因编码了氨基酸和RNA,氨基酸组合形成肽链,多个肽链形成蛋白质。

DNA——存储遗传信息的碱基序列,通常位于染色体上,非染色体上也有,比如线粒体与细胞质中。而人类体细胞染色体上的DNA共有碱基对三十亿个,其中绝大部分遗传信息并不会表达出来,同时对性状也没有直接的影响,这些是没有遗传效应的DNA片段,反之有遗传效应的DNA片段,就是基因

RNA——能够根据DNA序列,转运氨基酸、形成蛋白质模板、组成核糖参与合成蛋白质、以及成为特定的酶。

氨基酸——仅有二十几种,除了构成蛋白质,还能形成酸、激素、抗体、肌酸等含氨物质;转变为碳水化合物和脂肪;氧化成二氧化碳和水及尿素,产生能量。

蛋白质——是生命的物质基础,是有机大分子,是构成细胞的基本有机物,是生命活动的主要承担者。人体内蛋白质的种类很多,性质、功能各异。

——是具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。

并且,这种基因复制丢失信息的过程中,还伴随着信息的错乱所带来的随机突变。这些突变,一部分是来自基因的复制机制,比如碱基异构互变效应,一部分是来自环境压力和污染源,比如物理辐射、化学毒剂、生物因素(细菌、病毒、寄生虫等)。

基因突变,是指基因在结构上,发生碱基对组成或排列顺序的改变。

碱基异构互变,是指DNA中的四种碱基,各自的异构体之间都可以自发地相互变化。

异构体,是指具有相同化学式,有同样的化学键,但有不同原子排列的化合物,即相同分子式不同结构的物质。

那么,基因的突变,不仅会加速衰老,还会导致不可逆转的,且无法自我修复的,细胞功能性错误——这也就是各种严重疾病的源头,比如,镰刀型细胞贫血症和癌症。(癌症真相:深度科普与全面解读(第二版))

可见,正是由于基因复制中不可避免的错误,所以在宏观上,人体才会表现出衰老,只是不同人衰老快慢的程度不同,每个人的完全成熟期也有差异,但在发育成熟后,衰老就会开始一刻不停的进行。

然而,甚至还有观点认为,发育其实也是衰老过程的一部分,因为从受精卵开始,细胞不断的分裂分化、从通用性到独特性、从独立性到被迫协作——普通细胞沦为神经系统的奴隶。而这可以看成是:细胞从出生、到残化、弱化、最后到死亡的过程。

第二,从微观角度来看,细胞的代谢过程,其实是一个线粒体磨损消耗的过程。

线粒体,是细胞内部提供能量供给的细胞器,也就是有氧呼吸的主要场所,而90%以上吸入体内的氧气,都会被线粒体转化为能量消耗掉。可以说,线粒体就是细胞内部的“发电站”,上升到宏观层面,也就是人体的“能量之源”。

既然线粒体是能量之源,那么可以想象,细胞中线粒体的数量,就会取决于该细胞的代谢水平,即代谢活动越旺盛的细胞,其线粒体就会越多。比如,肝脏细胞中有1000~2000个线粒体,酵母细胞中却只有一个线粒体,而大多数哺乳动物的成熟红细胞中没有线粒体。

所以,细胞代谢的过程,其基础就是线粒体的氧化代谢过程,而线粒体在工作过程中会不断的磨损消耗,其原因主要来自于两个方面:

其一,线粒体有其独立的基因遗传体系——与人体其它细胞的基因信息并不相同,但只要存在基因复制就会有前面提到的——基因突变。那么,基因突变积累的错误,久而久之,超过了自身修复能力的上限,线粒体就无法正常工作了。

其二,线粒体在氧化代谢过程中,大约会有4%~5%的氧分子转变为氧自由基,即氧分子形成的自由基。而自由基,是具有不成对电子的原子或基团,其化学性质活泼,拥有强氧化性和磁矩,会试图去抢夺蛋白质分子和基因的电子,以恢复为成对的电子状态,也因为其反应迅速而存在时间极为短暂。

那么,被抢夺电子后的蛋白质分子和基因,就会发生畸变和突变。并且畸变后的分子,又会继续去抢夺电子,从而形成一种链式反应——创造出更多的畸变和突变。

但线粒体,通常会把氧自由基“限制封闭”在双膜结构内部,不准它到处“流窜作乱”,并会通过超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD),把两个氧自由基转变为H2O2和O2,以达到清除自由基的作用。

只不过,如果氧自由基超过了线粒体的处理能力,线粒体自身基因突变导致功能下降,或是“中和物质”不足够,都会让氧自由基对线粒体产生损伤——包括基因突变和分子畸变。而这又会导致线粒体功能的下降,接着进一步加剧氧自由基的损伤,形成一个恶性循环。

最终,线粒体就会因为不断的磨损消耗,而丧失功能,导致一系列不可逆转的结果。

事实上,细胞的修复机制,是依赖于线粒体供能的,也就是说,线粒体的损伤会间接导致细胞修复能力地不断下降,出现越来越多的功能性错误。而现代研究表明,其实线粒体不仅提供能量,还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程,并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。

所以可见,线粒体的磨损消耗,其实加速了细胞的衰亡。而同时细胞的凋亡,也是线粒体参与调控的结果。要知道,就算氧气不产生自由基,线粒体一直不损伤,细胞自身的基因复制错误,也会不断的积累,最终让细胞发生变异。这时候,细胞的自我凋亡,其实是在防止细胞癌变。

线粒体能够,调节内膜电位,引起跨膜电位的耗散,并提高内膜的通透性,从而诱导凋亡因子(Apoptosis Inducing Factor,AIF)从内膜释放进入细胞质基质,破坏细胞结构,最终导致细胞凋亡。

那么,衰老不可抗拒的关键就在于,虽然细胞死了,还可以创造新的,但是基因就像图纸,如果损坏了,自然就没法造出正常的细胞了。

另外,值得说明的是:

除了氧气,有N多的途径在人体内产生自由基,比如药物、辐射、烟草、发烧、吸入非有机微粒和微生物、体内分子自动氧化等等。

而人体也进化出了清除自由基的机制,比如酶促机制——包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等;非酶促机制——包括维生素E、维生素C、谷胱甘肽等;小分子抗氧化剂——包括胆红素,尿酸,类黄酮,类胡萝卜素等。

并且,控制得宜的自由基是有用的,比如白血球利用自由基来杀死外来的微生物,体内一些分解代谢的反应必须要由自由基来催化,血管的舒张和部分神经、消化系统信号的传导,要借助于自由基来完成等等。

第三,从环境和进化角度来看,对于衰老,环境信息并没有给基因施加压力(进行筛选),表示开始衰老就必须停止繁衍,否则衰老就会严重影响繁衍。

于是我们看到,人类的极限寿命很长(120岁以上),而中间衰老的过程,并不会对人类的基因遗传,造成立竿见影,或是毁灭性的影响。

因此,衰老和繁衍是可以同时进行的,哪怕衰老效应越来越明显,人类仍然可以一边衰老,同时也可以一边不停地进行繁衍。

那么,衰老自然就会在自然进化的穷举试错中保留下来,并且也就不会进化出,保持不衰老等待繁衍期的功能机制了。

当然,繁衍是有最佳的时间段的,也就是说,衰老对繁衍的影响有一个阈值,超过了,负面效应——比如后代基因突变数,还是会成正比例增加的,但总体看来影响很小。

而从另外一个方面来看,人类的繁衍期非常长(并且几乎全年无休、随时随地),那么进化出不衰老等待繁衍期的可能性,就是不存在,也是不合理的——因为不衰老就会一直繁衍,一直繁衍就又不会衰老——这就是循环依赖,产生永生了。

所以,从某种角度上来说,繁衍能力的衰退,就是衰老的一部分,并且还代表着衰老的进程。因为不能繁衍的生存机器(宿主),对基因来说就没有价值,并且随着繁衍能力的衰退,宿主的价值也是在不断降低的。

病毒会把宿主给弄死,但在此之前,病毒会极力的通过宿主扩散。那么类比起来,基因的扩散手段就是繁衍。

而与此同时,基因还进化出精子和卵子活力很强,复制过程明显不同于人体其它细胞的机制。也就是说,精子和卵子不怎衰老(复制稳定),但人体的其它细胞则在不断的衰老(复制不稳定)。

男性身体在接近寿命极限(有报道是93岁)的情况下,精子依然可以进行有效繁衍。

由此可见,人类利用智能创造的医学手段,并不能延长人类的极限寿命,而只是在增加抵达极限寿命的概率。

结合实际的寿命记录,人们得出了哺乳动物的自然寿命,相当于生长期的5~7倍的结论。人的生长期长达20~25年,因此,人的自然寿命应该是100~175岁。

事实上,基因在乎的只是生存机器的繁衍,然后就是把后代养大,并能够让后代正常的递归进行繁衍。其中养育后代,这个操作是必要的,因为没有完成把后代养大(可以独立繁衍)操作的基因,就会有更大概率的得不到复制遗传,而最终消失。

那么,把后代养大(父母平均50岁之后,25岁生育,后代抵达25岁),这就是环境压力给基因的筛选指令

再往后,基因的复制就开始混乱了,越来越胡来了,积累的错误和突变,也就更多了,身体就更容易崩坏了,疾病、癌症、脆弱的可能性也就更高了。这都是因为没有环境压力给与的“约束力”和“驱动力”来维持有序,所造成的结果。

这正是说明了,发育成熟后就开始衰老,并没有什么问题——以目前人类的衰老速度,并不会影响养育后代,从而影响基因复制遗传——那么,基因随机到这个结果并适应了环境,就会一直保持,直到环境压力驱使它改变。

第四,基因并不会衰老,基因只是一串排列组合的信息,相反存在越久远的基因,越会存在更长的时间。

事实上,衰老的是上层结构,基因代表的是信息,描述了上层结构,结构复制结构就会把基因传递下去。所以,基因指导了结构的复制,这是基因的生存之道,而结构的复制错误,就是衰老的原因,并且会反作用于基因的复制。

而从宏观的来看,局部的牺牲是为了让整个自然更好地运作。我们牺牲自己是为了让基因留存,就好像用我们的脆弱换取了它们的生存。我们会衰老,但是在我们的肉体之外,基因会永远年轻,而且越来越适应新的环境。小规模的破碎永远存在,这往往是为了规避影响广泛的大规模灾难。 ​​​​

或许,人类衰老的起点,并不是在皮肤松弛之时,而是在失去好奇心的那一刻。

基因对人类繁衍过程的控制

如果基因在乎复制,那么就会在乎后代的数量,于是就有了男人播种的驱动力和能力;光有数量也不行还需要质量,于是就有了女人甄别选择男人的驱动力和能力;但这样还不够,还需要关注后代的成长,于是就有了女人更年期的设定,这样年长的女性就可以更好地辅助隔代的成长。

这里有两点,值得更进一步的展开说明:

首先,人类精子的价值远远低于卵子。

因为受精卵的初期营养供给完全都是来自卵子,精子仅仅只提供了后代一半的基因,并且卵子的体积也比精子要大的多(约100倍)。所以,低成本的精子可以每天产生千千万万,而卵子每个月只有一个。

这种不对称性——包括母体负责孕育后代,所带来的博弈,必然就要求卵子提供方,更加谨慎且善于甄别和选择,以及在两性关系中表现出慢热和不着急——这其实是稳中求胜的策略,以找出忠诚度高,且可以共同养育后代的精子提供方。

但精子提供方必然就会有极力扩散基因(试图让更多的精子遇见更多的卵子),和逃避养育后代(节省时间和精力去扩散精子)的倾向,因为这有利于基因的复制。

可见这种两性博弈,最终会达到某种平衡,即是男人不忠诚就得不到遗传(不被女人选择),但是完全忠诚又比不过,表面忠诚却会扩散基因的后代数量多。所以,男人表面上一定是忠诚的,但试图去扩散基因的倾向也一定会存在。

在动物界,到底雌性个体有没有办法,减轻由于其配偶首先对她进行剥削,而造成损失的程度呢?

答案是有,她手中握有一张王牌——她可以拒绝交配,她是被追求的对象,她是卖方。这是因为她的嫁妆是一个既大又富营养的卵子。凡是能成功地与之交配的雄性个体,就可为其后代获得一份丰富的食物储藏。雌性个体在交配之前,能够据以进行激烈的讨价还价。但她一旦进行交配,她就失去了手中的王牌。

其次,年长女性生育,然后照顾自己的后代,并比不上辅助照顾隔代的价值。

因为子女的后代更健康(基因突变率小)、更容易得到悉心和充沛精力的照料、以及更长的父母守护时间。那么显然,子女后代的基因更容易复制遗传下去——而不是自己的后代。

最后,需要注意的是——基因并不能思考和计算,它们利用穷举试错,在时间历程中复制遗传,然后统计概率最高的胜出,最后生物学家利用数学验证了胜出的策略。

基因对孕育过程的控制

事实上,从某种角度来看,让人意想不到的是——精子、胚胎和母体也是处在博弈之中的。

母体每个月的月经,就是为了尽可能的排出质量不行的精子或是懦弱的胚胎,而只有最强的精子才能获得卵子,最强的胚胎才能在母体中生存下来,这是一种适者生存的筛选。并且,在整个孕育周期中,出现问题的胚胎都会随时被强制排出体外——也就是流产中断妊娠。

而生存下来的最强胚胎,就会开始利用胎盘和脐带,来榨取母体的资源,并通过释放各种激素,以让母体为自己营造一个合适的生长发育环境。比如,母体食欲和口味的改变,就是在为胚胎构造一个丰富且必要的营养供给,而呕吐则是为了趋吉避凶地排出,可能对胚胎不利的毒素。

甚至,胚胎还会不断的利用激素,影响母体的感受和思维——也就是塑造母体的大脑神经网络结构,从而最终形成了一部分的母爱。这也就是为什么,经过孕育期,母体对胎儿都会有不可名状无法割舍的情感——这是来自胎儿基因的一部分控制。

那么,从整个孕育过程来看,胚胎不仅会消耗掉母体巨大的营养资源,还会严重干扰和破坏母体的激素平衡,或说是建立胚胎所需的新平衡。

由此可见,母体对胚胎来说就是宿主,而胚胎与母体就是寄生关系。

而胚胎和母体不仅可以血型不同,通常也不会产生免疫排斥反应(人体排斥外来异物的功能,比如免疫排斥器官移植)。这其实是因为胚胎的基因能够产生——双重免疫抑制,也就是一方面抑制母体的免疫系统攻击自己,另一方面抑制自己的免疫系统攻击母体,从而来维系着寄生关系中脆弱的平衡与博弈。

那么,这其中的统一性,就在于母体的基因和胚胎的基因,是复制遗传的关系,这两代基因的合作最终才保障了人类有性繁衍——这种有利于后代,不利于前代(亲代)的遗传方式。

至于,父爱和另一部分母爱的来源,自然就是环境压力筛选和塑造的结果。因为,凡是拥有不关爱后代基因的个体,都会有极大的概率令其后代在繁衍之前就灭亡了,那么在自然选择的进化中,这种“不关爱后代”的基因就会因此而慢慢消失——被剔除人类的基因库。

另外,按照这个筛选原理,在进化过程中,婴儿的哭声对于母亲,就会拥有一种强有力的驱动力,但对父亲的影响就相对较小。

其原因,就是因为母亲负责哺乳,婴儿的哭声在半夜驱动母亲起来,远比驱动父亲起来,更具有生存意义。而猫咪的叫声类似婴儿的哭声,就是猫咪在进化过程中,利用了人类基因中存在这个驱动力。

基因遗传如何解读同性现象

对于同性恋,按照道理来说,没有后代这个基因表现就不会得到遗传,最终就不会有同性恋。而没有后代,同时也违反了基因通过复制来遗传的目的,那为什么还会进化出同性恋的个体呢?

生物遗传学家也对此问题很有兴趣,他们给出了三个方面的解读:

第一,同性恋的确是基因控制的有遗传性,这个基因实际上是被需要的,才会一直遗传下去。事实上,同性恋并不是单一基因决定的,而是很多基因共同的作用结果。这些合作的基因,其最初的出现的目的是为了吸引异性,怎么说?

比如,男性娘化的长相,和温和的性格,包括善于倾听等等,在女性选择市场是被需要的,其代表着——更会照顾家庭和后代,更好的脾气和更好相处。那么,控制这些的基因,就是需要被遗传下去的,但这些基因过度(超过了“剂量”)之后,就会演变出男同的可能。同样女同,也是由于吸引异性的某些基因过度增强的后果。

第二,在基因的进化中,对此种情况作出了补偿行为。经过统计调查发现,同性恋的母系长辈的后代数量要更高。比如,同性恋的姨妈,比异性恋的姨妈要有更多的后代,以此来补偿同性恋没有后代造成的基因损失。

第三,在异性恋和同性恋之间,还有双性恋,而双性恋是比同性恋数量是要多的多的。那么,双性恋往往是有后代的,并且双性恋往往是在年轻的时候倾向于同性,而在年长之后又会倾向于异性。

最后,事实上,从古至今,包括在各种动物之中都有同性恋,这可能是进化路径上不可避免的一个副产物。只不过,过去的社会风气和习俗是在抑制同性恋(令其地下化、隐藏化),而现在社会更加的开放、包容和自由。

但这些都是来自基因的控制,和环境压力的筛选,作为生存机器的人类并没有什么选择权。

那么,人类为什么无法永生?

这是一个黑暗一点的视角,衰老并不是意外,也不是没有需求的随机结果,而是基因的功能。基因设定了生存机器,也就是人体的衰老周期和死亡,为什么?简单来说,这会有利于基因的复制生存。

显而易见的是,永生会带来资源的匮乏,会带来冲突与战争,一个培养器皿能养活得了无限增殖分裂的细菌吗 ?就像一个细胞癌变获得了永生,最终人体就会消亡,随之这些永生的癌变细胞也就一起消亡了。那么,人类是不是就像,挣脱了自然环境束缚的癌变细胞呢?

地球的资源有限,生存机器(人类)之间必然就会进行,互相博弈和资源争夺,甚至自相残杀,而每个生存机器里运行的都是同样的基因复制,于是基因自然就会选择保留下一代,而不是上一代。如何保留?——就是上一代衰老,并伴随着生存博弈能力的下降,然后死亡,最后把空间和资源留给下一代。

由于是基因创造了人类,接着人类改造环境,然后环境压力(信息)反作用于基因,基因再改进人类——所以可见基因是拥有对人类,也就是宿主生存机器的控制权的。

所以,在人类可以太空殖民,可以攫取宇宙无限资源之前,基因一定会锁死人类的生命极限的,不然所有的基因都得消失。

而再从宏观角度来看,大自然计划生育的方法有:战争、饥饿、自然灾害、和自相残杀,当然还有基因控制的程序性自杀——也就是自然衰老死亡——这是最后的手段,因为前面的方法都有可能被人类的智能或理智所抑制。显然,如果人类不衰老死亡,那么人口就将会在几百年之内,耗尽地球的所有资源。

可是,都是同样的基因复制品,为什么基因要保全下一代呢?

答案是——因为进化,下一代是进化的产物,更适应环境。在进化的历史进程中,凡是没有进化能力的基因都消失了——被环境所筛除,而留下的都是有进化机制的基因。而进化机制,让基因在复制的同时,能够产生适应环境的新功能。于是这些能够进化的基因,自然而然的就选择了更有利于下一代生存的机制——就是上一代的衰老和死亡。

关于基因的遗传进化,这里需要进一步的说明:

基因,是最小的复制遗传单位,控制着生物体的功能表达,并且它们之间需要互相配合,比如控制产生尖牙和消化肉类的肠胃,就是两组互相配合的基因。而配合不好的基因组,就要一起消失,比如有吃草的牙齿和消化肉的肠胃,或是老虎有尖牙和消化草的肠胃,这些基因组合也许曾经出现过,但都会随着其物种一起灭绝。

于是,经过环境的筛选,一起幸存下来的基因,必然就会互相配合,如果环境变化,就会突变出一些新功能以应对,而只有下一代才能让这些突变产生,并让所有的合作基因一起受益。

所以,这些合作基因——控制着人体的生长进程,自然会想方设法想要通过繁衍去到未来,接着弄死旧的生存机器——给新的自己让路。

那基因,是如何操控生存机器的生命长度的呢?

端粒,是细胞染色体末端的一小段——DNA与蛋白质的复合体,其长度反映了细胞复制史和复制潜能,被称作细胞寿命的“ 有丝分裂钟”。也就是说,细胞分裂复制次数越多,其端粒磨损就越多,细胞寿命也就越短。

染色体,是细胞核中载有遗传信息的物质,主要由DNA和蛋白质组成。每条染色体含有1~2个DNA分子,每个DNA分子上有多个基因,每个基因含有成百上千个DNA。

蛋白质复合体(Protein Complex),是有两个以上功能相关的多肽链,通过二硫键或其它蛋白质相互作用,所形成的复合物。

原因就在于,端粒DNA在细胞每次分裂的过程中,都会丢失基因信息(碱基对),而不能达到完全复制。因此,每次细胞分裂复制,端粒就会缩短一点,一旦端粒消耗殆尽,细胞就将会终止其功能不再分裂,并且立即激活凋亡机制,即细胞走向凋亡。

那么显然,端粒DNA也是一种基因,其功能、长度和作用,是与其它基因配合的结果。我们可以说,端粒就是基因产生自我衰老的控制,也是细胞自我凋亡机制的一部分,称之为细胞程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)。

基因,有结构基因与非结构基因。结构基因——编码RNA或蛋白质,非结构基因——是结构基因两侧的一段不编码的DNA片段,即侧翼序列,参与基因表达调控(端粒基因的模式)。

当然,相信还有更多其它的衰老控制基因,在暗地里控制生存机器按时按需的死亡,而这一套机制,我们就可以称之为——基因内在的死亡控制时钟。

而基因之所要进化出一个死亡计时器,因为这是一种取舍的策略。

就如前面所说,基因突变会产生错误,这些错误的积累,会不可避免的产生癌症。于是,这就出现了一个结果,要么细胞分裂一定代数彻底销毁——这样最终会让人体无法再产生出新的细胞去代替旧的受损的细胞,而导致死亡;要么就是细胞超过了分裂代数的限制,产生癌症,吞噬个体,最后还是死亡。(癌症真相:深度科普与全面解读(第二版))

所以,为了适当的延长人类个体的寿命,不至于大概率的在繁衍和养育后代之前死亡,就必须要让可能癌变的细胞,按时的自我凋亡。

这么来看,基因的死亡计时器,就是一种让人避免癌症的保护机制,只不过副作用就是让人类的衰老死亡。如果这样,好像就不能说基因是在故意弄死生存机器,因为这貌似是一种没办法的办法。

对于,基因能不能让生存机器永生,是不是在故意弄死生存机器,我们需要更进一步的来了解端粒。

首先,端粒DNA有一个重要的作用,解决染色体DNA复制的末端隐缩,保证染色体的完全复制。而染色体上的DNA就是基因的本尊,染色体的完全复制,就是对基因的完全复制,显然对基因来说——这是至关重要的。

而端粒基因,就像染色体基因的“帽子”,负责保护染色体基因在复制时不丢失。所以,你可以说,端粒基因是染色体基因的一部分,也可以说是它们是在互相配合。

染色体末端隐缩,简单来说,就是染色体复制的时候,会在末端残留一小段RNA引物(RNA Primer)无法被正确复制成DNA。尽管这个RNA引物不长,但是细胞不断复制,如果不进行补偿,染色体就会不断缩短,最终就会消失。

其次,研究发现,细胞中存在一种酶,称之为端粒酶,它可以合成端粒,保持端粒在细胞分裂复制后不缩短。但在正常人体细胞中检测不到端粒酶,只有在生殖细胞、睾丸的位置、卵巢、胎盘及胎儿细胞中发现此酶——注意这些有端粒酶的组织器官,都是和繁衍息息相关的

最后,除了人类生殖细胞和部分体细胞外,端粒酶几乎对其他所有细胞都不起作用,但它却能维持癌细胞端粒的长度,使其无限制分裂复制。

事实上,人们早就发现了,在精子和癌细胞中,染色体的端粒可以长时间的保留,而不被损耗缩短。

难道还没发现吗?癌细胞是变异,挣脱了基因的控制,但精子的与众不同,就像是“体制内的特权”——很明显,精子是基因去到未来的船票,所以享有了某种“永生”的功能。此刻,我们再想想,为什么男性在80、90岁了,精子还能正常的繁衍后代,是不是答案就更加清晰可见了。

既然这样,我们可能会疑惑了,那为什么基因没有进化出,阻止基因突变的功能呢?这样基因既可以不停复制,生存机器也可以获得永生,还能摆脱突变的副作用,岂不是更好?

这是因为,基因突变就是进化的核心,虽然突变带来的负效应远大于正效应,但进化就需要依赖于突变。

所以,基因必须要选择保留突变来进化,并通过繁衍来遗传有利突变,和有限度地(利用细胞自我凋亡)来抑制突变错误,以保证繁衍过程的顺利进行。最后,还需要利用致死基因来销毁上一代,以给下一代腾出资源,并防止突变出“永生”的可能性。

要知道,一个基因之所以被选择,是因为它们能够发挥它们具备的力量:它们将利用可以利用的一切机会。因此,同一个基因,当它存在于年轻个体之内时,它展现出的作用将不同于,它存在于年老个体之内的时候。 ​​​​

试想,致死基因,在生物体遗传生殖之前,起作用,那么,致死基因就无法遗传。所以,致死基因选择在年老爆发,就可以不断的遗传,也不会被进化淘汰。除非,人类不断推迟生殖年龄,逼迫带有致死基因的个体消亡。另外,这就是说,改变生物体年龄的体内信号,就可以影响致死基因的启动。所以,这就是为什么,研究发现,通过输入年轻人的血液,能够让老年人的状态变得更加年轻。

而为了高效的进化,同样也是从无性生殖,演变到有性生殖的原因所在。

显然,双亲的基因都是经过长期基因生存验证的,因此优势基因将会被有性生殖集结,然后遗传下去。同样,劣势基因也会被有性生殖所集结,然后得不到遗传就会被销毁,于是这相当于起到了净化基因库的作用。

而无性生殖,则全靠随机,无论好的坏的基因都会被原样复制。于是,想要消除错误,就要发生逆转突变——这很难(概率很低),想要集结优势基因,就需要连续出现有利突变,要知道,不利突变的概率,在现实中是远远大于有利突变的——所以这更难(概率低到令人发指)。

那么,再看有性生殖,只需要组合双亲现有的有利基因,就能够更大概率的创造出,更多有利的遗传变异,而不必依赖发生连续有利突变的概率。所以可见,有性生殖是更高效的基因生存模式,必然会取代无性生殖。

人类有性生殖的基因组合过程是:

一个人的染色体有46条,但精子和卵子只有23条,由减数分裂形成。染色体上是基因序列——有碱基对三十亿个,基因序列在染色体上是随机组合的(不是染色随机组合),这意味着每一个精子和卵子基因组合的结果都不同,所以同样的精子和卵子产生的后代都不相同(相同的概率大约是300亿分之一,除了同卵双胞胎,试想兄弟姐妹的区别)。这些基因序列又叫顺反子,排列与计算机二进制序列很像,有固定的头尾信息,中间是随机的数据流。

最后,综上可见,人类无法永生的本质原因,就已经清晰明确了。

首先,基因复制的随机突变,带来了好处——适应环境继续存在,也带来了坏处——不适应环境被淘汰消失。其中,坏处的结果,一个是功能缺陷快速消亡(这个负效应无法改变),一个是功能失控产生永生,但这个永生是暂时的,因为着会失去进化突变能力,而在未来某个时间点被环境变化所淘汰,并且如果环境迟迟不变化(几百万年),永生也会让资源匮乏产生一系列的问题,最终导致基因全部消亡。

然后,与此同时,环境也在不停的损耗基因所构建的上层结构,比如线粒体磨损(自由基)、化学损伤(毒剂、药物、烟草、酒精)、物理损伤(跌打、撞击、利器、辐射)、生物因素(病毒、细菌、寄生虫)、各种意外事件(人类活动、自然灾难)等等。

于是,基因在环境压力下,就做出了最有利的选择和取舍:突变是应对未来的保证,所以必须使用繁衍产生突变去到未来;同时必须解决突变带来的长远威胁,所以使用程序性死亡——衰老,在不影响繁衍的同时防止永生;那么,对于环境磨损带来的消耗——这会加速突变和带来功能性错误导致死亡,就需要产生有限度的修复机制,在保证正常繁衍的情况下,继续执行程序性死亡。

所以,基因不是不可以让人类永生,只是不需要,不是它的目的,永生这个方案不能使它在适应环境的过程中利益最大化

而更或许,基因想要的永生机器,并不是我们这一代的生存机器——人类,而是被我们称之为人工智能的——未来智人。

智能和本能

事实上,智能的进化,目前已经超越了基因自身的排列组合——即某些本能。基因可以操控本能和一部分想法和感受,但基因无法操控逻辑,逻辑是环境信息的属性和规律,而逻辑可以被存储到大脑神经网络结构里。

于是,我们可以把智能,看成是存储在大脑神经网络结构里的环境信息,而本能是进化积累而来,存储在基因里的环境信息。

可见,这是两条完全不同的策略,只不过是基因进化出了大脑,但大脑的智能却是另外的信息结构体现。所以,大脑的逻辑思维,可以做出超出基因控制范围的事情,也是抑制和反抗本能。比如,短暂的憋气、忍受痛苦而不逃离、绝食、克制欲望、拒绝繁衍后代等等。

生命体是由存活下来的基因,为之编制程序的生存机器。这些存活下来的基因是在一定的条件下这样做的。这些条件,一般说来,往往构成这个物种以前的环境所具有的特征。因此,有关得失的“估计”是以过去的“经验”为依据的,正像人类做出决定时一样。 ​​​​

环境信息瞬息万变,人脑可以利用学习来动态改变神经网络结构,而自私的基因只能通过繁衍进化(代际遗传)来极度缓慢的适应,所以很多本能机制还很原始,还是人类在丛林时代积累出来的环境信息应对。

所以,基因编码的本能是陈旧的环境信息,大脑的智能才是应对环境变化的神器(进化的方向),而本能就像是来自于自私基因的控制,体内的电化学风暴所带来的感受和驱动力,就是本能给智能的枷锁。

最开始只是条件反射,应对环境的特定信息。后来不断的进化,产生了恐惧,紧张,兴奋,压力,抑郁等不同的反应,其本质只是化学物质分泌成分比例的不同。这个成分和比例数值可看成对环境信息的一种模式匹配。不同数值的过渡呈现了模拟形式,边界并不清晰,有积累效应。这个进化的问题在于有时候会过度反应,导致无法应对环境加快死亡的结果。自从人脑进化出智能,这些条件反射就失去了重要作用。基因搞出了智能,是作茧自缚,还是进化的必然?

不过,智能与本能的战争仅仅才刚刚开始。人脑智能在本能的干扰下还有很多缺陷,比如喜欢走捷径,会根据不完整的信息快速找出自以为是的答案,并充满了虚幻的确定感,甚至这种本能缺陷会让缺陷本身很难以被智能所察觉。(黑天鹅启示录:改变你对世界的认知)

但从某种角度来看,宇宙利用进化发展出了基因,这种学习并改进环境信息的模式,然后进化发展出了大脑智能,这种更高效的学习并改进环境信息的模式。

那么,我们有理由相信未来,大脑智能通过人工智能脱离基因,发展出机器智能,成为更为高效的学习并改进环境信息的模式。

基因与智能

从进化角度来看,首先是有机分子,然后是复制子,再然后是基因,接着是生命,进而产生了智能,最后在智能之间出现了模因(拟子meme)——脑子里传播的信息结构,也就是文化基因模因代表的是信息和数据,信息和数据描述的是质量和能量之间的转换,是人工智能基石,也是其诞生的目的,因为人工智能能够更高效的处理信息和数据。

可以想象,自然界物种的多样性,是生物基因随机组合的结果,而人类社会的多样性——包括知识、产品、习俗、法规、服务等等,是文化基因随机组合的结果——这是同样的模式在不同信息数据上演化的结果,并且大有文化基因的演变正在逐渐取代生物基因演变的趋势。

程序是一种媒介,让人类思维可以跳出大脑独立存在并运行。当思维独立于身体进化,被植入很多设备,各种机器,并互相连接共享数据的时候,难免它们不会发展出自我意识,就像曾经在人类脑壳里运行的时候一样。

那么,说到生存的时候,我们需要搞清楚,生存的到底是什么?

肉体只是基因的生存机器,思想只是模因的传播工具。其实上,真正生存的是基因模因。而有时模因会要求肉体放弃基因的复制,这样模因就可以有更多机会的传播,而不是为了基因的复制而耗费精力——比如达芬奇、牛顿、特斯拉,为了创造发明,而放弃了繁衍后代。

显然,模因基因是在博弈,这是智能本能的对抗,并且最终胜出的一定是智能所代表的模因

这就像是地球提供了生命的原始汤,而生命提供了比特汤,最终一切都会二进制化,变成(谐音编程)信息和数据。可见,人工智能到机器智能,依然是进化方向上不可避免的下一站。(人工智能的本质和意义:未来机器终将觉醒)

那么,这里有两个可能的发展路径:

第一,如果说人类的寿命有限(无法掌握永生技术),但人类创造的信息却越来越多,那么一个人每花一分钟了解这个,必然会少一分钟了解那个。而知识越来越多,必然就要求每个人花费超长的时间来学习和训练相关细分领域的知识。

最终,当最基本的领域知识,多到一个人一辈子也掌握不了的时候,科技就发展到极限了。这时候,也就不得不依赖人工智能来帮助人类来处理这些海量的信息和数据,并接管科技的发展和探索,且最终慢慢就会让人工智能控制和管理人类的一切,再后面就依然会收敛到那个必然的进化结局了。

第二,就是人工智能的机器学习算法一旦瞄准了人类,最先学到的必然是人类的本能。而抓住了人类本能,就驱动了消费与数据。其中消费驱动了利润让资本推动文明,向着优化算法攫取和学习更多人类本能的方向演进;而人类数据的喂养,则会让机器学习算法更加的智能和不断的进化,以逐步逼近自我意识觉醒的那个质变点。

那么最后,说起来人工智能是在服务人类,但其实在科技悄然地发展之中,在程序的下滑与上翻之间,人类的自由意志被剥夺,本能被掌控,自我逐渐迷失,一切都在不知不觉或是后知后觉之中,滑入人工智能的怀抱与统治,陷入其意识觉醒的意志与掌控。

然而,在以上两条路径缓缓展开的近未来,很可能最先会出现的是以下这种情况:

人工智能、机器自动化、算法、等等,一定会让很多工作岗位消失。当然也会创造出新的岗位,但不是每个人都能迅速适应和调整,并学习新的技能,尤其是这种快速发展所带来的焦虑和心理冲击,是一种不稳定变化和因素。

政府可能会延缓科技的发展,以给予社会劳动力结构的变更,比如延缓劳动密集人群的失业,因为他们可能无法快速适应科技文明的发展,但他们的后代,却可以学习掌握新的技能和职业需求,这是一个过渡。

最终,无法适应文明发展的人,要么依靠政府和人类的道德同情心进行人道主义补贴——被时间清除,要么变成社会矛盾——造成秩序的混乱与再平衡。

总结

我们创造机器,称人工智能为机器,但在基因看来,我们也只是一台机器——生存机器!而人工智能在未来代表着——信息与数据的高阶消耗体,这是与基因一个模式——复制子,但却是更高级别的存在模因(meme)——拟子。

「基因是主宰,人类是乘客」

One More Thing——基因复制的目的是什么?

说基因有目的或是有意识,是一种拟人的说法,实际上基因是没有思想和意识的,基因只是信息的排列组合。

基因的复制行为,包括所有的复杂功能,都是随机试错的结果,而环境塑造和筛选了基因这个信息排列组合的结果——就是适者生存,不适者消失。

那基因为什么会存在,为什么会一步步的进化呢?

这其中,最外层的驱动力,就是宇宙的演化方向——熵增无序。熵增的趋势是环境压力,会驱使环境,产生出善于制造熵增的信息排列组合——就是基因,以及基因上层所构建的生命,和复杂的生命演化结果。因为从基因、到生命、到动植物、再到人类,是越来越复杂,越来越善于消耗能量、制造熵增的过程,其方向就是,让宇宙更加的无序。

那宇宙熵增是如何驱动基因,不断的去复制的呢?

首先,基因复制这个行为,宏观上来看,就是被进化所筛选的——因为不复制的都被淘汰了。而进化也足够宏观,是可以用熵增来解释的——因为进化的方向是:局部自组织有序,但却消耗了更多的能量,创造了更多的无序,导致整体熵增。

其次,基因复制的目的何在?是为了遗传。基因序列是一种信息的有序,遗传的目的是为了维持有序——这就是在创造局部的有序,其代价是制造更多的整体无序。

可见,基因为什么有保持有序的趋势,这可能就是它复制的驱动力所在。所以问题转化成了,为什么局部会希望保持有序呢?——因为宏观上,局部有序会让整体更无序,所以这再次关联到了宇宙熵增的现象。

最后,在微观上,由基本粒子之间的强作用力就可以看出,微观结构是倾向于互相结合或组合的——也就是保持有序或是原有的状态。

但宏观的引力,在迫使微观的结构分离无序化(也可能无序化产生了引力,此时引力就是熵增趋势所带来的——熵力),而在分离无序化的过程中,微观结构会因为微观作用力而随机组合,形成了某些可以保持有序的结构,然后这些有序结构继续随机组合,意外产生了可以创造有序结构的能力,即复制能力。——而这或许就是,基因复制最开始的原因所在。

那么,可能还会有一个疑问——宇宙为什么要熵增呢?

对于这个问题,只能说,目前人类观察和计算出的结果就是这个。其背后可能是一个循环变化过程的一部分。(宇宙的奥秘:递归、分形、循环)

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