1.2 酵母菌的“永生”，與個體的衰老和程序化死亡（凋亡）。
現(xiàn)在我再觀察另外一種常見的細菌——酵母菌。酵母菌和大腸桿菌一樣，也會玩“替身”這樣的把戲。酵母菌的無性生殖通常采用的是出芽生殖。它復(fù)制出來的“真身”會以出芽的方式，從母體，也就是“替身”上脫離，同時也把各種垃圾留給了“替身”，它們用這樣的方式，讓自己“永生”。不過和大腸桿菌不同的是，酵母菌的“替身”的衰老和死亡過程已經(jīng)被觀察到了，并且發(fā)表在1993年的Genetica雜志上[4]。也由此引發(fā)了對細胞凋亡機制的更深刻的研究。
根據(jù)觀察，酵母菌的“替身”的收集垃圾的能力是有限的，它大概在出芽40次后就會自殺，自己把自己殺死，而且是一種程序化的死亡，也就是細胞的“凋亡”（programmed cell death）。這樣的細胞的自殺行為，可以在高等生物的體細胞內(nèi)被普遍觀察到。由此可見，我們?nèi)梭w細胞的凋亡，追本溯源，居然可以追溯到以酵母菌為代表的細菌身上。
所以，和大腸桿菌一樣，酵母菌以“替身”自殺作為代價，換得了“真身”的永生。其實，即便是出芽后作為垃圾桶的酵母菌也未必不是“永生”的，至少看來起來，它再多活一段時間也應(yīng)該沒有什么難度。2008年1月，南加州大學(xué)的一個研究小組發(fā)表了一篇論文 [5] ，他們將面包酵母的RAS2和SCH9的兩個基因敲掉后，發(fā)現(xiàn)酵母菌的壽命足足延長了10倍！只是這樣的“永生”對酵母菌的種群的生存卻是有很大副作用的，它壽命延長后所積累的錯誤未必會在短期內(nèi)對酵母個體本身造成什么后果，但是這些基因的錯誤卻可能在酵母菌的有性生殖中被傳播出去，污染整個種群。所以，相信主要是為了避免這個副作用，它們被自殺機制給殺死了。本文在后面會告訴大家，這樣的程序化自殺機制，不單單表現(xiàn)在對單細胞，比如：藍藻、酵母菌、人體細胞的凋亡等等的控制上，也會表現(xiàn)在對生物整體死亡的控制上。
另外，通過比較大腸桿菌的壽命和酵母菌的壽命我們就可以看出，所謂的各種影響壽命因素的假說，比如端粒的限制導(dǎo)致的細胞不能無限制分裂……等等假說，很多都是不靠譜的，因為那只是結(jié)果，而不是原因。我們從它們的“真身”可以無限制分裂而永生可以看出，“永生”才是細胞的固有屬性，他們本具有無限次分裂的能力。
還有，為什么作為“替身”的酵母菌分裂40次就會凋亡而作為“替身”的大腸桿菌似乎需要分裂更多的次數(shù)才可能死亡？我們甚至找不到有關(guān)大腸桿菌凋亡的研究報告。為什么作為“替身”的大腸桿菌看起來要遠比酵母菌長壽許多（即分裂次數(shù)更多）？
其實這里面的道理非常的簡單：這和大腸桿菌以及酵母的有性生殖相關(guān)。作為原核生物的大腸桿菌的有性生殖只是有限度的交換一小段DNA片段。而作為真核生物的酵母菌的有性生殖則是兩個單倍體結(jié)合，生成多倍體。酵母菌在有性生殖時，它們的DNA是完全混合的，甚至還會在有性生殖過程中發(fā)生基因重組，這比只是部分交換DNA的大腸桿菌的交換程度要高許多。試想一下，若是一個“年老”的酵母，一個渾身錯誤DNA垃圾代碼的年老的酵母生成的子囊孢子產(chǎn)生的酵母，與一個“年輕”的酵母進行結(jié)合，進行有性生殖，會發(fā)生什么？年老的酵母會在有性生殖后把成堆的錯誤的DNA垃圾代碼通過無性生殖和有性生殖擴散出去！因此，在年老的酵母還沒有變得更老，把事情搞得無法修復(fù)之前，讓年老的酵母自己自殺（凋亡），就成為了一種必須的風(fēng)險控制手段了，如果酵母菌沒有演化出這個手段，那么，酵母菌的整個種群就是一個不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是無法繁衍億萬年的。另外，細胞的確具有相當強的DNA自我修復(fù)能力，但是，修復(fù)DNA是需要消耗能量的。當消耗能量開始超過所獲得的利益的動態(tài)平衡點的時候，這樣的能量消耗就成為了一種演化過程中的負資產(chǎn)了，也因此成為了一種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也是必然要拋棄掉的。所以，酵母菌在DNA錯誤積累超過一定限度后的“自我凋亡”將是演化過程中必須具備的一個能力。所以對于觀察到的諸如端?？s短導(dǎo)致細胞無法繼續(xù)分裂等等現(xiàn)象，那都是結(jié)果，而非原因。原因就是它們必須得死，必須要自殺。
而對于大腸桿菌，因為它們只交換一小段DNA片段，即便有錯誤，它引入的錯誤也相對于酵母菌要少了許多，也容易修復(fù)許多，它的容忍度也因此會比酵母桿菌大許多。所以，繼承舊端的所謂的“老”的作為“替身”的大腸桿菌分裂次數(shù)，也比“老”的酵母菌要多許多，以至于大腸桿菌的凋亡之慢，到了觀察不到的地步。
另外，從技術(shù)的角度上講，演化出一套自我凋亡的自殺機制，對于細菌來說，也并不是什么難事。就如同破壞一臺機器總是比制造一臺機器更容易一樣。生命既然可以無中生有，演化出這么精巧的一套生命機制，那么，再演化出一個小小的，用來破壞它的自殺機制，相信只是小菜一碟。
備注與參考文獻
[4] Jazwinski SM . The genetics of aging in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Genetica. 1993;91(1-3):35-51.
[5] Wei M1, Fabrizio P, Hu J, Ge H, Cheng C, Li L, Longo VD. Life span extension by calorie restriction depends on Rim15 and transcription factors downstream of Ras/PKA, Tor, and Sch9. PLoS Genet. 2008 Jan;4(1):e13. doi: 10.1371/journal.pgen.0040013. Epub 2007 Dec 13.
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