主题:【原创】死亡起源 The Origin of Death -- az09

大河奔流 导读 复 314 阅 511176

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2016-03-17 20:14:05
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az09
az09`21737`/bbsIMG/face/0000.gif`70`2777`8328`70431`正四品下:通议大夫|壮武将军`2008-01-19 15:49:34`
死亡起源(三)—— 酵母菌的“永生”,与程序化死亡 108

续上: 死亡起源(二)

1.2 酵母菌的“永生”,与个体的衰老和程序化死亡(凋亡)。

现在我再观察另外一种常见的细菌——酵母菌。酵母菌和大肠杆菌一样,也会玩“替身”这样的把戏。酵母菌的无性生殖通常采用的是出芽生殖。它复制出来的“真身”会以出芽的方式,从母体,也就是“替身”上脱离,同时也把各种垃圾留给了“替身”,它们用这样的方式,让自己“永生”。不过和大肠杆菌不同的是,酵母菌的“替身”的衰老和死亡过程已经被观察到了,并且发表在1993年的Genetica杂志上[4]。也由此引发了对细胞凋亡机制的更深刻的研究。

根据观察,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次后就会自杀,自己把自己杀死,而且是一种程序化的死亡,也就是细胞的“凋亡”(programmed cell death)。这样的细胞的自杀行为,可以在高等生物的体细胞内被普遍观察到。由此可见,我们人体细胞的凋亡,追本溯源,居然可以追溯到以酵母菌为代表的细菌身上。

所以,和大肠杆菌一样,酵母菌以“替身”自杀作为代价,换得了“真身”的永生。其实,即便是出芽后作为垃圾桶的酵母菌也未必不是“永生”的,至少看来起来,它再多活一段时间也应该没有什么难度。2008年1月,南加州大学的一个研究小组发表了一篇论文 [5] ,他们将面包酵母的RAS2和SCH9的两个基因敲掉后,发现酵母菌的寿命足足延长了10倍!只是这样的“永生”对酵母菌的种群的生存却是有很大副作用的,它寿命延长后所积累的错误未必会在短期内对酵母个体本身造成什么后果,但是这些基因的错误却可能在酵母菌的有性生殖中被传播出去,污染整个种群。所以,相信主要是为了避免这个副作用,它们被自杀机制给杀死了。本文在后面会告诉大家,这样的程序化自杀机制,不单单表现在对单细胞,比如:蓝藻、酵母菌、人体细胞的凋亡等等的控制上,也会表现在对生物整体死亡的控制上。

另外,通过比较大肠杆菌的寿命和酵母菌的寿命我们就可以看出,所谓的各种影响寿命因素的假说,比如端粒的限制导致的细胞不能无限制分裂……等等假说,很多都是不靠谱的,因为那只是结果,而不是原因。我们从它们的“真身”可以无限制分裂而永生可以看出,“永生”才是细胞的固有属性,他们本具有无限次分裂的能力。

还有,为什么作为“替身”的酵母菌分裂40次就会凋亡而作为“替身”的大肠杆菌似乎需要分裂更多的次数才可能死亡?我们甚至找不到有关大肠杆菌凋亡的研究报告。为什么作为“替身”的大肠杆菌看起来要远比酵母菌长寿许多(即分裂次数更多)?

其实这里面的道理非常的简单:这和大肠杆菌以及酵母的有性生殖相关。作为原核生物的大肠杆菌的有性生殖只是有限度的交换一小段DNA片段。而作为真核生物的酵母菌的有性生殖则是两个单倍体结合,生成多倍体。酵母菌在有性生殖时,它们的DNA是完全混合的,甚至还会在有性生殖过程中发生基因重组,这比只是部分交换DNA的大肠杆菌的交换程度要高许多。试想一下,若是一个“年老”的酵母,一个浑身错误DNA垃圾代码的年老的酵母生成的子囊孢子产生的酵母,与一个“年轻”的酵母进行结合,进行有性生殖,会发生什么?年老的酵母会在有性生殖后把成堆的错误的DNA垃圾代码通过无性生殖和有性生殖扩散出去!因此,在年老的酵母还没有变得更老,把事情搞得无法修复之前,让年老的酵母自己自杀(凋亡),就成为了一种必须的风险控制手段了,如果酵母菌没有演化出这个手段,那么,酵母菌的整个种群就是一个不稳定的结构,而不稳定的结构是无法繁衍亿万年的。另外,细胞的确具有相当强的DNA自我修复能力,但是,修复DNA是需要消耗能量的。当消耗能量开始超过所获得的利益的动态平衡点的时候,这样的能量消耗就成为了一种演化过程中的负资产了,也因此成为了一种不稳定结构,也是必然要抛弃掉的。所以,酵母菌在DNA错误积累超过一定限度后的“自我凋亡”将是演化过程中必须具备的一个能力。所以对于观察到的诸如端粒缩短导致细胞无法继续分裂等等现象,那都是结果,而非原因。原因就是它们必须得死,必须要自杀。

而对于大肠杆菌,因为它们只交换一小段DNA片段,即便有错误,它引入的错误也相对于酵母菌要少了许多,也容易修复许多,它的容忍度也因此会比酵母杆菌大许多。所以,继承旧端的所谓的“老”的作为“替身”的大肠杆菌分裂次数,也比“老”的酵母菌要多许多,以至于大肠杆菌的凋亡之慢,到了观察不到的地步。

另外,从技术的角度上讲,演化出一套自我凋亡的自杀机制,对于细菌来说,也并不是什么难事。就如同破坏一台机器总是比制造一台机器更容易一样。生命既然可以无中生有,演化出这么精巧的一套生命机制,那么,再演化出一个小小的,用来破坏它的自杀机制,相信只是小菜一碟。

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图8. 以”结合“的方式达,交换DNA片段的大肠杆菌。图中我们可以看见大肠杆菌的一小段DNA被交换了。

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图9. 在“永生”的同时,酵母菌也在无性生殖中以螺旋滑梯模式衰老和死亡(凋亡)

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图10. 酵母菌的生活史。酵母菌也通过子囊孢子生成单倍体的方式进行有性生殖

待续.......... 请点击: 死亡起源(四)

备注与参考文献

[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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