Science：震惊！与人类不同的是，乌龟可以关闭衰老

所有生物都会衰老和死亡，没有办法逃脱死亡。但并不是所有的生物都遵循同样的衰弱和退化模式，直到年老和死亡，尽管这看起来似乎是反直觉的。

在一项新的研究开始时，当时在南丹麦大学开展研究工作的生物学者Rita da Silva说，“与普遍的衰老理论相反，我们表明许多种类的海龟和陆龟已经找到了减缓甚至完全关闭衰老的方法。这意味着衰老并不是所有生物都不可避免的。”

她和南丹麦大学的其他研究人员在2022年6月24日的Science期刊上发表了这项新的研究，研究对象是生活在动物园和水族馆的陆龟和海龟。论文标题为“Slow and negligible senescence among testudines challenges evolutionary theories of senescence”。

这项新的研究发现，它们的衰老模式与人类或其他动物并不相似。事实上，它们中的大多数衰老速度较慢，在某些情况下，它们的衰老程度可以忽略不计。在52个海龟和陆龟物种中，75%的物种显示出极其缓慢的衰老，而80%的物种的衰老速度比现代人类慢。

具体而言，这些作者对海龟和陆龟（龟鳖目）的按年龄和性别分列的死亡率和生长模式进行了广泛研究。通过使用Species360动物学信息管理系统（ZIMS），他们获得了52个物种的饲养记录，涵盖了不同的生活史策略、体重和寿命。通过使用贝叶斯生存轨迹分析（Bayesian survival trajectory analysis），他们估计了雌性（47种）和雄性（39种）的成年按年龄死亡率（age-specific mortality）、剩余成年预期寿命和衰老率。根据最佳拟合模型，他们计算了生存函数达到0.2时（即80%的成体预计死亡时）所处年龄段的衰老率的95%可信区间（credible intervals, CI）。一般而言，如果一种物种的衰老率95%CI大于0，意味着该物种将会经历衰老；如果一种物种的衰老率95%CI小于0，即为负值，意味着该物种将不会经历衰老；如果一种物种的衰老率95%CI在0附近，意味着该物种虽然也会经历衰老，但是这种衰老率很低，是可忽略不计的。一些物种的衰老率95%CI为负值[即Testudo graeca 和Siebenrockiella crassicollis，雌性为4.2%（2个物种），雄性为2.6%（1个物种）]，或者在零附近徘徊（例如，Aldabrachelys gigantea的雌性和Gopherus berlandieri的雄性），这可能表明这些物种经历可忽略不计的衰老。21.3%雌性（10个物种）和17.9%雄性（7个物种）的衰老率95%CI为正，这表明这些物种即使在保护条件下也会经历衰老。78.7%物种（37个物种）的雌性衰老率95%CI和87.2%物种（34种）的雄性衰老率95%CI低于现代人类的衰老率（图1）。龟鳖目动物的衰老率分布比哺乳动物的要窄得多，这两类动物的衰老率分布之间的重叠程度很小。简而言之，龟鳖目动物的衰老率远远低于大多数哺乳动物，对某些物种来说，衰老率接近于可忽略不计（即与零没有区别）。

图1.雌性和雄性海龟和陆龟的成年预期寿命和衰老率。利用贝叶斯生存轨迹分析(BaSTA)计算预期寿命、衰老率及其95% CI。为了进行比较，这些作者描述了现代人类的衰老率。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811。

为了进一步了解寿命和衰老率在性别间的变化，这些作者测量了34个物种的成年预期寿命的相对性别差异[δ_e =(e_female - e_male)/ e_female]和衰老率的差异（δ_a = a_female - a_male）（图2）。成年雄性的预期寿命平均超过雌性20%（±51%），而衰老率的平均性别差异接近于零（-0.002 ± 0.039）。五个具有雄性优势的物种和两个具有雌性优势的物种的成年预期寿命差异的CI不包括零。他们发现雄性成年预期寿命的优势与其他爬行动物类群的研究一致，但与其他四足动物（比如哺乳动物）的结果不一致。与以前对爬行动物的研究相反，他们的贝叶斯系统发育广义最小二乘法（Bayesian phylogenetic generalized least-squares）显示，成年预期寿命的性别差异不能用陆生与水生生境的差异、性别间生殖努力的差异或冬眠来解释（表1）。然而，在人类的照料下，栖息地的差异可以忽略不计，个体可能会自然地绕过冬眠，以应对全年无限制地获取食物、免受捕食和热稳定性。由于信息的缺乏，他们无法测试其他的解释，如性选择性状的成本或性别决定系统。

图2.预期寿命和衰老率的性别差异。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811。

在性成熟后

论文共同作者、南丹麦大学生物学系副教授Dalia Conde说，“我们发现其中一些物种可以降低它们的衰老速度，以应对动物园和水族馆中比野外更好的生活条件。”

一些进化理论预测，性成熟后出现的衰老是个体投入修复其细胞和组织损伤的能量与投入繁殖的能量之间的权衡，这样它的基因就会传递给下一代。这种权衡意味着，在达到性成熟后，个体停止生长，开始经历衰老，即随着年龄的增长，身体机能逐渐退化。

龟类在性成熟后继续生长

现有理论预测，这种权衡是不可避免的，因此衰老是不可避免的。事实上，这一预测在一些物种中得到了证实，特别是哺乳动物和鸟类。然而，那些在性成熟后继续生长的生物，如海龟和陆龟，被认为有潜力继续投资于修复细胞损伤，因此被认为是减少甚至避免衰老的有害影响的理想候选对象。

论文共同通讯作者、南丹麦大学数学与计算机科学系副教授Fernando Colchero说，“然而，请注意，它们中的一些表现出可忽略不计的衰老这一事实并不意味着它们是不朽的；这只意味着它们的死亡风险不会随着年龄的增长而增加，但仍然大于零。简而言之，它们所个体最终都会因不可避免的死亡原因而死亡，比如疾病。”

在生活条件改善的情况下，人类的衰老速度并没有减缓

在上个世纪，人类见证了人类寿命的空前增长。然而，对人类和非人类灵长类动物的研究表明，生活条件的改善并没有大大改变衰老的速度。

在这项新的研究中，这些作者研究了受保护环境下的种群，因此他们的研究结果可能不能反映其自然环境中的衰老率和寿命。例如，对毒蛇和青蛙的研究发现，当暴露在不同的环境条件下，种群的衰老率会有很大的不同。他们将他们的研究结果与三个龟类物种[Chrysemys picta、Trachemys scripta和Kinixys homeana]的自然环境数据进行了比较。他们发现T. scripta（自然界中a=0.04，而ZIMS中平均a=0.01）和K. homeana（自然界中a=0.11，而ZIMS中平均a=0.02）在自然环境中的衰老率明显较高（图3）。这两个物种在自然界的衰老率都落在ZIMS中衰化率的后验密度的上端，并且在95%的CI之外（即T. scripta的上四分位数<0.0001，K. homeana的上四分位数为0.007）（图3, B和F）。C. picta的野生衰老率略低（a=0.05，而ZIMS中的平均a = 0.08），尽管这种野生衰老率包含在95%的CI内（较低的四分位数为0.15），然而野生种群有相当高的基线死亡率水平（图3, C和D）。尽管如此，野生种群和人类照料下的种群之间的死亡轨迹和衰老率的变化的机制仍不清楚。一次性体细胞理论（disposable soma theory）认为，暴露在较温和条件下的种群可以将更多的能量分配给生存，而不是保护或觅食，从而延长其寿命。然而，这一理论仍然预测，在这个群体中，衰老应该是不可避免的。

图3. 野外、动物园和水族馆(ZIMS)中三种龟鳖目动物雌性种群的按年龄死亡率轨迹和衰老率比较。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811。

最近对人类和非人类灵长类动物的研究表明，为了应对生存条件的改善，寿命的延长来自于婴儿和幼年死亡率以及总体死亡率水平的降低，但衰老率保持稳定。在这项新的研究中，这些作者发现，在受控条件下，海龟和陆龟可以减少衰老的影响，在某些情况下，甚至可以避免衰老的影响。

在人类和非人类灵长类动物物种中，环境变化主要影响婴儿和青少年时的死亡率，以及与年龄无关的死亡原因，如捕食或极端条件。Colchero说，“所以这些物种，包括人类，无法避免衰老。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Rita da Silva et al. Slow and negligible senescence among testudines challenge evolutionary theories of senescence. Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7811.