为什么会有死亡和肿瘤 —— hzangs的认识。

hzangs · 发表于 2016-1-17 22:50:11

本帖最后由 hzangs 于 2016-1-17 22:57 编辑

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今天跟朋友游虾从外泌体谈起，最后聊起了我之前想到的一些东西，算是一些个人的观点。来整理整理，发出来供大家一起YY一下吧。

为什么会有自然衰老死亡？

在有人类历史以来，自然衰老死亡就一直是存在的，然后我们可能想当然的就会认为自然衰老死亡是一个很理所应当的事情。但是并不是这个样子，目前的研究确实发现有些生物（低等生物）具有永生的能力。那么，问题来了，永生能力是进化出来的还是衰老死亡能力是进化来的呢？

我们从达尔文的进化论角度来尝试解读一下这个问题。如果永生能力是进化而来的，试想一下，这个能力存在的意义是什么，是通过什么样的选择压力使一些生物具有了永生的能力？我想了很久，确实没有想到过什么选择压力可以让一个物种为了适应环境而筛选出该物种中具有永生能力的个体并繁衍下去。于是我做了另一个假设，衰老死亡并不是一个生物与生俱来的能力，它可能是一个生物进化出来的能力，在后天的自然选择压力下逐渐被筛选出来！下面是开脑洞时间，我们来粗略分析下是什么样的自然选择压力筛选出了衰老死亡这个表型！

达尔文进化论一般概括为：过度繁殖、生存竞争（物种间和物种内两种）、自然选择、适者生存。
试想，最初的地球上存在的生物都是永生性的，不会死亡，它们可以不断的繁殖，种群不断的扩大，同时因为突变的存在，种群中的个体具有不同的基因型，这样的物种个体数目可以不断的累加扩大，终究会有适应环境变化的个体可以存活下来，但是这样的种群存在一个问题，同一个物种的个体维持生存和繁衍所需要资源可能是一样的，而资源总是有限的，在有限的资源下，物种间要竞争，而特定物种内老的个体和新的个体要通过竞争来获得资源（种内竞争激烈），新个体的繁殖会受到一定的限制，携带各种新突变的个体的比例就会较小，换句话就是说物种基因库的基因多样性不足，这就造成两种问题，可能该物种竞争不过其他物种而灭绝，或者一旦环境剧变，可能这个物种会因为没有足够多适应新环境的个体而造成物种灭绝。因此可见，这样的物种发展策略对物种的维持是不利的。假设在这些众多的具有永生能力的物种中出现了一个新的物种，他们进化出了一种自然衰老死亡的能力，老的个体在生存一定时间后就会自然衰老死亡，这样的表型就会带来一些好处，老的个体衰老死亡就会将资源让位于新的个体，降低物种内竞争压力，同时就增加了该物种的种间竞争能力，这样利于新的个体生存和繁殖，繁殖过程通过突变和基因重组有会产生更多的新基因型个体，这些个体可以经过不断变化的环境选择压力的筛选，物种的基因库多样性也更有能力来支持该物种度过剧变的环境而生存下来。综合分析一下，具有衰老死亡能力的个体相比永生性的个体而言，物种繁殖能力更强、物种间竞争力更强、基因库突变速度更快、基因库对基因的更新速度更快，这就使得该物种对环境的适应速度更快，也就更容易在不断变化的选择压力下维持物种的延续。综合这些考量，永生性的个体可能在与具有衰老死亡能力的个体的竞争和环境压力筛选下逐渐的退出了历史舞台。然后，一个具有衰老死亡的新世界出现在各个物种面前。

从衰老死亡就会自然的先导肿瘤，肿瘤又是为什么要出现的呢？我们依旧从达尔文的进化论角度来分析。

众所周知，肿瘤的发生需要细胞不断的积累突变，最终发展到基因组变的不稳定，细胞完全不受控制的无限制分裂。突变是怎么样产生的呢？只要有一定生物学知识的人就知道，这源自于遗传物质复制中的错误。遗传物质复制是一般是通过DNA polymerase 完成的（少数RNA 病毒除外），这里我们来引入一个DNA polymerase容错性的概念，即DNA polymerase复制特定长度的DNA时引入突变的数量。

试想，如果DNA polymerase的容错性很高会有怎样的结果？过高的容错性就会带来高频的基因突变，因此过高的基因突变频率会使个体携带大量的基因突变（例如HIV病毒，注：该病毒为RNA病毒，遗传物质复制过程略有不同，为了方便理解，我们这里不考虑该问题），个体基因组差异会很大，这有利于物种适应各种环境。但是很多时候基因突变是不利的，对于复杂基因组生物来说，生物体内的各个生化过程是受到严格调控的，一个不利突变可能会使整个生物系统陷入崩溃（例如：镰刀形红细胞贫血症、血友病等），因此这样的高容错性并不适用于复杂基因组生物。因为以上原因，目前生物学中发现的使用高容错性复制策略的物种基本都是一些病毒等极简单基因组生物。如果DNA polymerase的容错性很低又会怎样呢？过低的容错性就会使物种的基因组很稳定，亲代与子代间的差异就会很小，这样会使物种基因库多样性很低，由于物种内个体间差异过小，面对环境变化的能力过于薄弱，可能一次环境剧变，整个物种中都没有可以适应新环境的个体，这样的物种就会被自然选择淘汰掉。

由此可见，对于复杂基因组生物而言，DNA polymerase的容错性应该控制在一定的范围内，这样既可以保证不会因为过多的突变而造成个体系统崩溃，又可以保证一定物种基因库多样性，这样的多样性足够用来应对环境的变化。DNA polymerase的容错性被控制在一定的范围内对整个物种（尤其是复杂基因组物种）的延续具有重要的意义。
回到肿瘤的话题，肿瘤的产生就是因为细胞不断的积累突变才产生的。而这些可能要归功于DNA polymerase的容错性，随着个体的生长，遗传物质不断的复制，不断积累突变，最终复杂基因组生物的个别细胞就会系统崩溃，崩溃的结果有两种：多数情况下会造成细胞凋亡或坏死，但也会有情况造成细胞不再受机体调控，突变使细胞具有了不停复制的能力，最终造成了肿瘤（也就是系统崩溃的一种）。这种系统崩溃会杀死老的个体，使其将资源让位于新个体，客观上又促进了物种的进化。这样看来，肿瘤（准确点说应该是系统崩溃）也可能是自然选择的产物。

达尔文的进化论结合罗纳德·费希尔的遗传漂变理论以及木村资生的中性突变理论真的可以解释好多原理性的问题呢。上面的东西纯属分析，没有数据支持，算是提出的假说吧。这样想来，我们的存在不过是为了物种的延续、为了基因库的位置，基因果然很自私啊。哈哈，就想到这吧，我是hzangs，欢迎大家来讨论。O(∩_∩)O~