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基督，他是普世的君王（Chris Pantocrator）。在所有正统跟非正统的圣像画中，应该没有任何一种艺术上的挑战，要比画出主耶稣基督的神人二性更困难的了。他既是人也是神，也是既严厉又慈爱的审判者。有时候，在他的左手，会拿着〈约翰福音〉：「我是世界的光，跟从我的，就不在黑暗里走，必要得着生命的光。」肩负着这样的使命，无怪乎普世君王在画中看起来，总是神情抑郁。对于艺术家来说，光是在人的形象中画出神性还不够，他们还要用马赛克拼贴画来表现，将画高悬在精美的大圣堂祭坛上方。我实在无法想像，是怎样高超的技巧，才有办法精确地透视整幅图画，有办法抓准那生动脸庞上的光影；又要如何，才能让每一小块磁砖显现出它们的意义？这每一小块磁砖，当隐身在巨大精巧的设计中时，一方面显得无足轻重；但同时每一块磁砖，却又对整体概念至关重要。我们都知道，即使微不足道的错误，都有可能让造物者脸上，出现恼人的滑稽表情，结果毁掉全盘努力；而当它被圆满完成时，如同意大利西西里岛上的切法鲁大教堂（Cefalù Cathedral），即使是宗教信仰最薄弱的人，都一望即知那是神的脸。这是无名的手工艺者所留下来的杰作，也是永恒的纪念品。

我并没有打算把本书带往新的方向。我只是震惊于那小小的马赛克磁砖，所拼凑出的人类意念，以及震惊于生物学里的「小小马赛克磁砖」，有着一样的重要性。是否由各种模组拼凑起来的蛋白质跟细胞，与我们的审美观之间，有某种神秘的潜在关联呢？我们的眼睛，是由数百万个光受器细胞所组成；它们有两种，分别是杆状细胞跟锥状细胞。每一个小细胞，随着光线刺激而开开关关，形成像马赛克一样的拼贴画。这些影像又会变成各种片段的讯号，像是明暗、颜色、对比、轮廓等，在脑中的心灵之眼里，重组成马赛克神经讯号。马赛克拼贴画之所以会撩拨我们的情感，一部分原因正是因为它从碎片拼凑出真实影像的方式，跟我们的意识一样。细胞也是由许多模组小单元组成，它们是有生命的磁砖，每一小片都放在关键的位置上，忠实执行自己的任务。四十万亿片小磁砖，拼贴出一个了不起的立体作品，就是人类。

在生物化学里面，马赛克拼贴法占有极为重要的地位。以线粒体为例，它带了很多重要的呼吸蛋白质；这些蛋白质，可以把电子从食物中拔出来传给氧气，同时一并把质子运输过线粒体内膜。这些蛋白质就是由许多小单元拼贴出来的。像最大的一个蛋白质，复合物I，本身就含有四十五个不一样的蛋白质，每一个蛋白质，又是数百个氨基酸连接成的长链。这些蛋白质复合物，常常又会聚集在一起形成更大的集合体「超复杂体（supercomplexes），形成把电子传给氧气的隧道。数千个超复杂体，每一个都是马赛克拼贴的杰作，装饰着线粒体这个庄严的大圣堂。这些马赛克拼贴的品质，是生死交关的事。做出滑稽的普世君王肖像画，可不是件好笑的事；而若是呼吸蛋白质的一小块拼图放错了位置，我们更会受到不亚于圣经里面所述的可怕严厉惩罚。只要一个氨基酸放错了位置，就有可能导致肌肉或大脑的缺陷性退化，甚至造成早夭，这些就是所谓的线粒体疾病。影响这些疾病发病时间跟严重程度的基因，状态难以探知，这要看是哪一块拼图出错，以及错误频率而定。但是这些疾病不管轻重，都在在显示出，线粒体对于我们生命的存续与否，占有核心的重要性。

线粒体是拼凑出来的，这些拼图的品质关乎生死。除此之外，如同普世君王肖像一般，呼吸蛋白质也因为有「两种性质」而显得独一无二，这意思是说，线粒体跟细胞核两者，最好能搭配的如天作之合。电子从食物传送给氧气的呼吸链，它的蛋白质有着非常独特的排列方式。排列在线粒体内膜上的核心蛋白，大部分都由线粒体自己的基因负责编码。其他的蛋白质则由细胞核里面的基因负责编码。我们大概在一九七○年代早期，就知道这件奇怪的事情了。那时候科学家刚刚才发现，线粒体的基因体实在太小，因此绝对不可能编码出自己全部的蛋白质。这个发现让早期的假设，认为线粒体可以完全独立于宿主细胞而活，显得毫无意义。线粒体表面上看起来，好像可以随时在自己想要的时候复制分裂，但这样的自主性不过是幻象而已。其实它们的功能依赖两套不同的基因体。只有在这两套基因体都提供全套蛋白质的时候，它们才有办法生长跟运作。

我想强调一下这件事有多么诡异。细胞需要呼吸，它们不能呼吸的话，我们会在数分钟之内死去。而细胞的呼吸，又完全依赖一条拼贴出来的呼吸链；这条呼吸链的蛋白质，由两套差异甚大的基因体负责编码。电子要想抵达氧气的话，它必须从这条呼吸链里的一个氧化还原中心，跳到邻近的中心，一个一个这样跳下去。这些氧化还原中心，通常一次只能接受或给予一个电子，我们在之前讨论过，这就像过河的踏脚石一样。这些氧化还原中心深埋在呼吸蛋白里面，它们的精确位置，端视蛋白质的结构而定，这结构跟编码出这些蛋白质的基因序列有关，因此也就同时依赖着线粒体与细胞核的基因体。我们之前也提过，电子是借着一种叫做「量子穿隧效应」的机制，跳来跳去。它们从一个中心消失，然后出现在另外一个中心里，出现与消失的机率，与许多因子有关：氧气的吸引力（精确一点来说，应该是下一个氧化还原中心的还原电位高低）、两个相邻的氧化还原中心的距离、占有率（下一个氧化还原中心是否已经被电子占住了）等等。特别是两个中心之间的精确距离非常重要，因为量子穿隧效应只能发生在很短的距离内，在少于十四个埃的距离以内才行（还记得埃（Å）这个单位吗？大概是原子的直径大小）。再远一点的距离，就跟无限远没差了；因为超过这个距离以后，电子要在两者之间跳跃的机会趋近于零。在这个关键距离以内，电子在两个中心之间跳耀的机率与距离有关，而两个中心的距离又跟两个基因体的交互作用有关。

这个距离每多一「埃」，电子传递的速率就降低大约十倍。我再说一次：两个氧化还原中心之间的距离每多一埃，电子在它们之间的传递速率，就少十倍！这大约就是两个相邻原子之间，电子的作用尺度；比如说，蛋白质里面带正电跟带负电的氨基酸，之间形成的「氢键」，就是如此作用。假设有一个基因突变，改变了某个蛋白质里面的某个氨基酸，那么原本的氢键就有可能被打破，或者形成一个本来没有的氢键。整个氢键网络，包括原本将氧化还原中心绑在正确位置上的氢键，都可能会稍微移动一点。它们的位置或许只移动了一埃，但是这样微小的位移，透过量子穿隧效应，会把影响放大许多。一埃的距离，就足以让电子传递的速度慢了或快了一整个数量级。这就是为什么，线粒体的突变，有可能酿成大灾难。

细胞核跟线粒体里面的基因体持续地分歧，会让这种原本就不稳定的排列方式，更不稳定。在上一章中我们解释过了，有性生殖以及两种性别的演化，很可能跟细胞取得线粒体的事件有关。有性生殖，对于想要在一个大基因体中，维持个别基因正常运作来说，绝对必要；两种性别，则有助于维持线粒体的正常运作。不过这样却导致了出人意料的结果，那就是这两种基因体演变的方式完全不同。细胞核里的基因，每一代都会经过有性生殖的基因重组，而线粒体里的基因，则由母亲的卵细胞传给女儿的卵细胞，几乎不会发生基因重组。更糟的是，从每一代基因序列改变的比例来看，线粒体里的基因，改变的速率，比细胞核里面的，快了十到五十倍之多，至少在动物身上是如此。这代表了由线粒体基因所编码出的蛋白质，不但变化得比较快，方向也跟细胞核基因编码出的蛋白质不一样；尽管如此，它们两者还是必须紧密配合，而且要紧密到在几个埃的距离之内，这样才能让电子在呼吸链里面传递下去。这实在很难想像，关于所有生物最关键的反应：呼吸作用、生命之力的来源，还有比这更荒唐的安排吗？

为什么事情会走到这个地步？自然界里大概没什么其他更好的例子，可以用来说明演化的短视。事实上，这个荒唐的安排几乎是无可避免的。还记得事情是怎么发生的吗？是从一个细菌住在另一个细菌体内开始。没有这种内共生关系的话，就不可能出现复杂的生物，因为只有这种自治的细菌，才可以丢掉多余的基因，最后只留下控制局部呼吸作用所需的基因。到目前为止，听起来都还算合理。对于细菌能抛弃多少基因，唯一的限制，就是天择的作用，而这个作用同时会施加在宿主跟线粒体身上。什么样的因素，会驱使细菌抛弃基因呢？最简单的就是繁殖速率：基因体愈小的细菌，繁殖得愈快，因而久了之后就容易成为多数。但是繁殖速率只能解释，为何线粒体要丢掉基因，却无法解释为何这些基因会跑到细胞核里面。在上一章中我们讲过为什么：因为一些线粒体死掉了，它们的基因就这样外溢到宿主细胞里，然后被细胞核拿走。这个过程难以停止。有一些跑到细胞核里的DNA，后来又获得了一段称作导向序列（targeting sequence）的DNA，这段序列像一组地址一样，可以带着做好的蛋白质，回到线粒体里。

这听起来好像很奇怪，不过目前一千五百个已知会回到线粒体的蛋白质，几乎都是透过这种方式进入线粒体的，所以看起来似乎也没有那么困难。在演化的过程中，必定有一个过渡阶段，那时候相同的基因可能同时存在细胞核，也幸存的线粒体里面。其中一个最后一定会被丢掉。到最后，我们的线粒体只保留了十三个蛋白质编码基因（这只占原本基因体的不到百分之一），其他的都保留在细胞核里，而线粒体则全部丢光了。这看起不太像是随机的作用。为什么保留在细胞核里的基因，比较受到青睐呢？有很多种可能性，但是透过理论验证，我们目前尚无法证明哪一个解释最好。有一个可能，是关于雄性的适应性。因为线粒体是母系遗传，从母亲传给女儿，如果任何一个男性线粒体，突变出有利于男性的基因，它永远也不可能被传下去，这样一来，就无法筛选出有利于男性的线粒体。把这些基因传到细胞核里去的话，因为那里的基因会同时传给男生跟女生，所以可以同时改进男生跟女生的适应性。而且既然细胞核里的基因，每一代都会透过有性生殖重组，所以改良的搞不好更多。此外，还有就是线粒体的基因，真的就是很占空间，最好可以空出来，放置呼吸作用或是其他的小机器。最后，从呼吸作用中逃逸出来的自由基，也有可能导致邻近的线粒体DNA突变。晚一点我们再回头来谈，自由基对于细胞生理的影响。总而言之，把基因从线粒体里面，传到细胞核里，实在不失为一个好主意。反而为什么还有任何基因，会被留在线粒体里这一点，比较令人惊讶。

它们为什么留下来呢？在第五章里面谈过平衡力，谈到我们需要有基因留下来，控制局部的呼吸作用。还记得这里的电压是一百五十到两百毫伏特，所造成的电场相当于每公尺三千万伏特，跟一道闪电一样强。为了要能控制这样巨大的膜电位，我们需要有基因在这里改变电子流、氧气供应、ADP跟ATP的比值、呼吸蛋白质的数量……等等。如果有一个控制呼吸作用所必须的基因，被送入细胞核里，它所制造的蛋白质，在灾难即将发生的节骨眼，来不及即时回到线粒体里，那内共生作用这个大自然的「实验」，就可以马上宣布结束了。没有把这个基因送到细胞核的动物（跟植物），存活下来了；错把基因送走的生物，就会带着错误的设定一起灭绝了。

天择是盲目而无情的。基因还是会持续从线粒体搬到细胞核中，如果新的安排比较好，那基因就会留在新家；如果新的安排不好，那惩罚就会降临，多半就是死亡。最后，几乎所有的线粒体基因不是被丢掉，就是搬家了，只剩下一小撮最重要的，留在线粒体里面。这种盲目的筛选，就是我们拼贴式呼吸作用的基础，而且还行得通。我猜，任何一个聪明的工程师，都不会这样设计东西；但是我也猜，天择大概也只能用这种方式，从两个细菌之间的内共生作用中，制作出复杂的细胞。这种荒谬的安排有其必要。在本章中，我们将探讨马赛克拼贴式的线粒体，所造成的后果为何？这种基因的安排法，让我们对复杂细胞特征，可以预测到什么样的地步？我会解释一下，透过天择筛选出的拼贴式线粒体，确实可以解释某些真核生物体内谜样的共同特征。这种可预测的天择成果，关乎我们全体的健康、适应性、繁殖力、寿命等等，甚至，还关系到我们这个物种的演化历史。

论《物种起源》

天择如何作用？又是发挥在哪里呢？我们知道天择确实有发挥作用，因为许多基因序列上面，都留有痕迹，见证了线粒体跟细胞核两者的基因体，不断在天择压力下互相适应，而且它们的改变是互相的。我们可以去比较，在一段时间里，线粒体跟细胞核基因体改变的速率，马上就可以看出这两套基因体如何直接互动。举例来讲，黑猩猩跟人类或是大猩猩分家了有数百万年之久，那些负责呼吸链蛋白质的基因，改变的速率都大约一样，但是在细胞核里的其他基因，改变（演化）速率则慢很多。很明显的，线粒体里每一个基因，每出现一个突变，都会导致细胞核里与它互动的基因，出现一个代偿性的改变。由此，我们知道天择一定以某种方式在影响。问题是，促成这样的互相适应的整个过程，到底是什么？

答案其实就藏在呼吸链本身。如果线粒体与细胞核里面的基因体，无法好好互相配合的话，会怎样？电子仍会照常进入呼吸链，但是配合不良的基因体却会做出搭配不良的蛋白质。这样一来，某些氨基酸之间的电荷互动（氢键）就被打断了，某一两个氧化还原中心，或许就偏离了正常位置一埃左右，而电子在呼吸链中流往氧气的速率，就比正常速率低了许多。如此一来，因为下游的氧化还原中心塞车，它们会慢慢累积在第一个中心，无法往前移动，而呼吸链的还原态就渐渐升高，也就是说这些氧化还原中心塞满了电子。前几个氧化还原中心，都是铁硫簇。里面的铁会从 O2 变成 Fe2+（也就是被还原了），而 Fe2+可以直接跟氧气作用，让氧气变成带负电的超氧自由基（superoxide radical, O2•-）。超氧自由基的符号中，那个黑点代表的是一个落单没有配对的电子，也是自由基分子的定义。产生一个自由基分子，会造成轩然大波。

有很多机制，都可以迅速地移除累积下来的超氧自由基，特别是超氧化物歧化酶（superoxide dismutase）这种酶。但是它的产量，会受到严格的调控。太多的话，有可能反而关掉像是危险警报讯号之类的重要局部讯号。自由基分子的功能，有点像是火灾烟雾，光是移除烟雾，并没有解决根本问题。在现在的例子里，根本的问题其实是「两套基因体的运作并不协调」，结果让电子流动受阻，因而产生超氧自由基分子这个烟雾。在超过一定量之后，自由基分子会开始氧化线粒体膜上的脂质，特别是一个叫做心磷脂（cardiolipin）的分子。心磷脂分子被氧化之后，会让另一个蛋白质「细胞色素c」脱离线粒体跑掉。细胞色素c平常只是松散地连在线粒体膜上，所以，很容易受影响。但是细胞色素c也是一个非常重要的蛋白质，因为呼吸链里的电子必须先跳到它上面，才能跳到氧气分子上。一旦细胞色素c跑掉，电子就再也无法达到呼吸链的终点，电子流就断了。没有电子流，也就没有质子泵作用，膜电位也会很快地崩解。结果，基因体配合不良的话，呼吸作用中的电子流，会造成三种变化：第一就直接减缓电子传递的速度，同时如此一来，ATP的合成也会跟着降低；第二个，就是产生高度还原的铁硫簇分子，跟氧气直接反应，结果生出一堆自由基分子；第三个，如果没有什么机制来调节这些电荷的话，线粒体膜电位就会崩解。

我刚刚所讲的，是在一九九○年代中期，首次被揭露的细胞内一系列最奇特的反应。这些反应在那时候，完全是「出乎大家意料」。它们扣下了「计划性细胞死亡」，也就是细胞凋亡的板机。当细胞进入细胞凋亡的程序时，宛如跳着精心安排好的芭雷舞般自杀，这活脱是细胞版的《天鹅湖之死》。要死的细胞，并不会简单地被分解成碎片；相反地，细胞凋亡时，会有一整队的蛋白质刽子手，从细胞内被放出来，它们叫做半胱天冬酶（caspase enzyme）。它们会把细胞里面的大分子，像是DNA、RNA、碳水化合物、蛋白质等等，切成一小片一小片的。这些碎片会被细胞膜包成一小包一小包的小囊泡（bleb），喂给旁边的细胞。只消几小时，这个细胞一切曾经存在过的痕迹，就完全烟消云散，什么都不留下，其效率堪比在莫斯科大剧院里面，执行任务的便衣。

细胞凋亡完全适合多细胞生物的需求。在胚胎发育时期，就需要这样的过程来雕塑组织，也需要它来移除跟替换受损的细胞。真正让人讶异的其实是，线粒体在这个过程中参与之深，特别是那个呼吸链蛋白质，细胞色素c，也参与其中。到底为什么，当细胞色素c从线粒体外漏时，会成为死亡的讯号呢？从发现这个机制以来，这问题只有愈来愈难解。现在我们知道，ATP短缺、自由基外溢、细胞色素c外漏，以及膜电位崩解等等一系列反应，是所有真核生物所共有的。植物细胞跟酵母菌，遇到这些讯号时，也一样会自我毁灭。这现象远超出我们意料。不过，这套机制恐怕是当天择在筛选两套基因体时，根据第一原理去推测，不可避免的结果。它会成为所有复杂生物共有的特征，其实完全是可预料的。

让我们回想一下，当电子沿着这条配合不佳的呼吸链流下去，会发生什么事呢？如果线粒体跟细胞核基因体运作不顺，其结果就是细胞凋亡。这个例子完美的展示了，天择如何加工一段无法回头的演化过程。它会将原本自然的趋势，规画的愈来愈详细，到最后演变出复杂的遗传机制；但是在机制的核心里，仍保有线索告诉我们，这套机制从何而来。没有两套基因体，大型的复杂细胞就不可能出现。它们必须互相合作，不然呼吸作用就会垮台。如果它们配合不良，那细胞凋亡就会将这颗细胞剔除。你可以把它看作是，天择透过功能上的筛选，消灭掉两套基因体互不搭配的细胞。如俄籍演化学家杜布赞斯基（Theodosius Dobzhansky）那句名言所说：「若无演化之光来启发，任何生物学现象皆无意义。」

现在我们有一个机制，可以移除基因体搭配不良的细胞；搭配良好的细胞，则会被留下来。经过一代一代的演化，结果正如我们所见：在线粒体跟细胞核基因体互相适应的过程中，一个基因体序列上的变化，会造成另一个基因体的序列，也出现变化来补偿。如同上一章说过，两种性别的出现，可以扩大雌性生殖细胞之间的差异：每一颗卵细胞里面所带的，是一模一样的线粒体克隆；而许多不同的卵细胞，则可以加大这些线粒体殖株之间的差异。有些线粒体克隆，碰巧可以跟受精卵的细胞核，配合的得心应手；其他的殖株则没那么好运。运气不好的，都会透过细胞凋亡而被排除，运作良好的则会存活下来。

透过什么存活下来？对多细胞生物来说，最广泛的答案就是发育。从受精卵开始，细胞会开始不断分裂去形成新的个体。这个过程会受到严格的调控。在发育中，因为意外的细胞凋亡而死亡的细胞，就会危及整个发育过程，结果让胚胎发育失败，造成流产。这未尝不是一件好事。事实上，从天择无情的眼中看来，与其花费过多的资源，让胚胎发育完成，形成新的个体，不如早一点停止它。因为这个「细胞核跟线粒体基因严重不相容」的新个体，即使诞生，也很可能会出现线粒体疾病，危及健康，结果早夭。反过来说，让细胞核跟线粒体基因不相容的胚胎，发育及早中止，当然会降低繁殖力。如果太多胚胎都无法完全发育的话，那结果就是不孕。这种利弊取舍，正是天择作用的核心：适应性对上繁殖力。哪一些不适应，会启动细胞凋亡与死亡？哪一些又可以被忍受？这两者之间，必定有很精密的控制。

这些听起来或许有些艰涩而索然无趣、太理论性。老实说，它们很重要吗？答案是：非常重要，至少在某些例子里很重要，而这些例子，只是整个生物冰山的一角而已。美国斯克里普斯（Scripps）海洋学研究院的生物学家波顿（Ronald S. Burton），就给了一个最好的例子。波顿研究一种海洋桡足类生物海洋水蚤（Tigriopus californicus），已经超过十年了。他研究的是，水蚤体内线粒体与细胞核基因的不相容性。桡足类都是一些小型的甲壳类动物，身长大概只有一到两公厘左右，在所有潮湿的环境中，都可以找到它们。波顿研究的对象，分布在南加州圣克鲁斯岛（Santa Cruz）上的潮间带小水洼中。他让分布在岛两端的两群水蚤，互相交配。这两群水蚤，尽管只相隔数公里之遥，却已经各自独立繁殖了数千年。波顿跟同事特别注意到，在这两群水蚤交配所产生的后代中，有所谓「杂种衰落」的现象（译注：所谓杂种衰退，指的是不同「种」的生物，杂交所产生的后代，出现生殖缺陷与存活率降低的现象）。很有趣的是，虽然这两群水蚤交配后，所产生的第一代子代，影响还不太大，但是当第一代的杂种雌性，再回去跟原本的亲代雄性交配后，所产生的后代，却会有严重的缺陷，套句波顿论文里的话来说，就是「长得非常抱歉」。虽然出现的影响有各式各样，但是一般来说，杂种后代的适应性通常都比较低：它们的ATP合成，降低了大约百分之四十，这也反映在它们的存活率、繁殖率，还有发育时间上（发育时间指的是变态为成虫所需的时间，这跟身体大小，因此也跟生长速率有关）。

这一切的问题，都可以将它描述成是线粒体与细胞核基因的不相容性，而且可以用一个简单的小实验来证明：如果把杂种雄性后代，拿回去与亲代纯种雌性交配的话，生出来的后代的适应性，就完全回到正常水准了。但是反过来，若是把杂种雌性后代，再回去与亲代雄性交配，对后代的适应性却完全没有任何好处，后代只会愈来愈病态。这样的结果其实很好理解。因为子代的线粒体永远来自母亲，为了要能良好运作，在细胞核里跟它们配合的基因，跟母亲愈相似愈好。但是如果交配的雄性，是来自基因差异甚大的另一群水蚤，那就会让母系的线粒体，搭配上另一套运作不太搭调的细胞核基因。对第一代子代来说，问题还不太严重，因为细胞核里还有一半基因来自母亲，而这样应该可以跟线粒体搭配良好。但是再次杂交所产生的第二代子代，体内细胞核里的基因，就变成有百分之七十五，来自不匹配的雄性了，于是就出现我们所看到的适应性衰退。若将这些第二代杂种的雄性，拿回去与亲代纯种雌性交配的话，可以让细胞核里来自母亲的基因，增加为百分之六十二，这样就可以跟线粒体的基因匹配，个体的健康也就恢复了。但是反向操作结果会完全相反，若将第二代杂种的雌性，回去与亲代纯种雄性交配的话，细胞核里来自不匹配族群的基因，就从百分之七十五，增加成百分之八十七，只会跟线粒体基因愈来愈不匹配。难怪它们会病的那样严重。

这就是杂种衰退（hybrid breakdown）。不过大部分人所熟知的词汇，应该是「杂种优势」（hybrid vigour）。远系杂交的好处在于，不相干的两个个体，几乎不可能碰巧在相同的基因上，出现相同的突变，所以从母亲跟从父亲传来的基因，很可能可以互补，因而增加个体的适应性。但是杂种优势的好处也仅止于此。不同「种」的生物交配的话，很有可能产生无法存活，或是无法生育的后代，这就是杂种衰退。事实上，相近物种之间的性交屏障，远不如教科书里面所描述的那样滴水不漏。在野外因为行为模式不同，而彼此互相忽略的相近物种，经常可以在被关起来的环境中交配成功。传统上对于不同「种」的定义，是若这两群动物交配后，无法产生具有繁殖力的后代。但对于许多相近的物种来说，这其实并不正确。不过不管怎样，因为两群动物，只会随时间愈来愈分歧，它们之间确实会渐渐形成生殖屏障，结果就无法产生具有繁殖力的后代了。当两群同种，但各自独立繁殖许久的生物（就像波顿研究的桡足类动物）互相交配时，这道屏障就会开始出现，而原因，完全可以归咎为线粒体跟细胞核里基因的不相容。这种不相容性所造成的杂种衰退，是否就是生物「物种」的起源呢？

我觉得很可能。这当然只是众多机制其中之一，但是科学家发现许多物种，从苍蝇、大黄蜂到小麦、酵母菌甚至老鼠，都有这种「线粒体核」（mitonuclear）衰退的现象（译注：线粒体核，是「线粒体与细胞核」的简称）。因为真核生物一定需要两套基因体互相搭配运作才能存活，所以会演化出这种机制，这暗示了「种化」是完全不可避免的趋势。此外，它的影响，有时可能比其他机制要更明显，而这很可能跟线粒体基因的改变速率有关。比如说桡足类动物的线粒体基因，演化的速度比细胞核里基因的演化速率，要快了五十倍。而果蝇（Drosophila）线粒体基因的演化速率则慢多了，了不起只有细胞核的两倍。因此，线粒体核衰退在桡足类动物身上，要比在果蝇身上严重多了。反映出来的结果，就是在一定时间之内，它们的基因序列会出现更多的差异。因此当分开的两群桡足类动物交配时，更有可能出现基因体不相容的现象。

为什么动物的线粒体基因演化速率，要比细胞核基因快得多，我们并不清楚。线粒体遗传学的先驱华莱士（Douglas C. Wallace）认为，线粒体是适应性的前线。动物的线粒体基因，因为可以快速演变，所以才能灵活地适应饮食跟气候的改变。这是适应的第一步，之后生物的型态，才会缓慢地开始适应。虽然我倒是很喜欢他的想法，但是至今其实没有太多证据支持或反对这个假设。如果华莱士是对的，那么透过在线粒体基因序列上，不断出现可供天择筛选的突变，生物的适应性会愈来愈好。这些突变，除了让生物在新环境中，可以适应良好以外，也同时预告了种化即将开始。这非常符合生物学中一条奇怪而古老的法则，最早是由演化生物学之父之一的霍尔登（J. B. S. Haldane）所提出。现在对于这条法则的新诠释，显示线粒体核的互相适应，在新种诞生的过程，以及我们自身的健康中，都扮演了重要的角色。

性别决定以及霍尔登法则

霍尔登给过许多令人印象深刻的主张，在一九二二年他提出了下面这个引人注目的法则：

两个物种不同的动物，所产生的后代中，如果总是生不出其中一种性别，或者就算有也很少，不然就是有不孕症的话，那这个性别一定是由异型组合（heterozygous，或是异型配子，heterogametic）形成的。

其实他如果说「雄性」的话，大家会比较容易理解，不过这样一来，这法则的适用范围就会狭隘很多。哺乳类动物中的雄性生物就是「异型组合」或是「异型配子」，意思是说它们有两种不同的性染色体：一条X跟一条Y染色体。雌性生物有两条X染色体，所以是「同型组合」或是「同型配子」的。但是对鸟类跟某些昆虫来说，情况刚好相反。它们的雌性反而是异型配子，拥有W跟Z染色体；而雄性却是同型配子，拥有两条Z染色体。假设有两个「种」相近的动物交配后，虽然生下了可以存活的后代，但是仔细看看却发现，所有的后代都只有一种性别，不是雄性就是雌性；或是虽然两种性别都有，但是其中一种却不孕或残废。根据霍尔登法则，这个有缺陷的性别，在哺乳类会是雄性，在鸟类会是雌性。自一九二二年以来，我们搜集到数百个符合这项法则的例子，数量之多令人咋舌。除了少数例外以外，这些例子横跨许多不同分类「门」。而这些例外，一如生物学中的其他例外一样，同样让人困惑。

很多人提出许多可信的理论，试图去解释霍尔登法则，但是尚没有任何一种可以解释所有的例子，因此，它们都称不上是令人满意的完美答案。比如说，有人主张「性择」对雄性的作用比较强，因为雄性需要彼此竞争，去吸引雌性动物的注意（准确的来说，因为雄性跟雌性在生殖成功的机率上，有很大的差异，以至于雄性性征往突出、容易被选择的方向发展）。这让不同种动物交配时，雄性比较容易受到杂种衰退的影响。但是这个解释的问题就是，它无法解释为何雄鸟反而比雌鸟，不容易受到杂种衰退的影响。

另一个困境在于，霍尔登法则似乎不能只靠性染色体来解释，在演化更宽广的视野下，性染色体能解释的部分有点狭隘。许多爬行动物与两栖类动物完全没有性染色体，它们的性别，要靠环境温度来决定：蛋孵在比较温暖的环境中，会孵化出雄性；在比较冷的环境中会孵化出雌性；偶尔也有颠倒过来的情况。事实上，性别看起来似乎是如此基本而重要，以至于在不同物种之间，决定性别的机制是如此多样而令人困惑。寄生虫、染色体的数量、贺尔蒙、环境因素、压力、种群密度，甚至线粒体，都可能决定动物性别。即使在完全没有性染色体参与的情况下，两种性别其中之一，还是会因为异种杂交，而「退化」得非常严重；这种情况，代表在更深的源头，应该还有其他的机制。其实，决定性别的机制是如此多样，但是两种性别的发育，却又是如此一致，暗示了各物种之间，应该有一个非常根本的基础，在决定性别（也就是决定雌性或雄性的发育过程），而决定性别的基因反而显得像是额外的补缀而已。

代谢速率很有可能是众多根本的基础之一。古希腊哲学家认为，男性比女性要「温热」，这也就是所谓的「热男假说」。不过对于人类或是老鼠这些哺乳类动物来说，两性之间最早出现的差异，其实是生长速率：雄性胚胎长得比雌性胚胎要快一些。这样的差异，在受孕后几小时之内，就可以用尺测量出来。在人类的Y染色体上，主宰男性发育的基因叫做 SRY 基因，它会启动许多生长因子，因而加速生长速率。这些生长因子，本身并不专属于特定性别，它们在男女体内都有活性，只不过在男性体内的活性比较高而已。如果出现一个让这些生长因子活性增高的突变，那原本没有Y染色体（或是没有 SRY 基因）的雌性胚胎，就会性转而发育成雄性。反过来讲，降低活性的突变，则会有相反的效果，会让Y染色体功能正常的雄性胚胎，发育成雌性。这些现象，代表生长速率才是性别发育幕后真正的推手，至少在哺乳类动物里面是如此。基因只不过控制了速率的缰绳，而演化可以轻易地把它们换掉：把一个控制生长速率的基因，换成另外一个基因来控制。

雄性的生长速率比较快，这样的观点，很有趣的，竟然跟比较高的温度，可以决定两栖类跟爬行动物（像是短吻鳄）的性别这件事，不谋而合。吻合的原因，是因为生物的代谢速率，有一部分也跟温度有关。在一定的范围以内，爬行动物的体温每增加摄氏十度（比如说晒个日光浴），代谢速率大约会增加两倍，因此也会长得比较快。虽说雄性并不总是在比较高的温度下发育（这其中有许多微妙的原因），但是性别与发育速度的关系（不管发育速度是由温度，还是由基因控制），都远比其他任何机制，要更为基本而根深蒂固。看起来，许多跳跃基因，也都偶尔掌握了发育的控制权，调整过生长速率来控制性别发育。同时，这也是为什么，男生并不需要怕Y染色体退化的原因之一，因为它的功能，多半会被其他因素取代；或许是在其他染色体上的某个基因，也有可以设定雄性发育所需要的快速代谢速率。这或许也可以解释为何哺乳类动物的睾丸，会奇怪地设计在体外这么脆弱的地方，因为要调整正确的温度，是根植于我们生物核心的重要特质，而不是为了阴囊而已。

这些想法对我而言，带来很多新的启发。但是其实关于性别是由代谢速率决定，这样的假设，好几十年前，生物学家密特沃克（Ursula Mittwoch）就提出过了。她是我在伦敦大学学院的资深同事，即使已经九十高龄，却仍活跃在学界，并且不断发表重要的论文。密特沃克那时的论文，并没有受到应有的重视，一部分原因或许是因为，光是测量一些不够复杂的参数，像是生长速率、胚胎尺寸、生殖腺的DNA与蛋白质含量，在分子生物学的年代，看起来实在太老套。现在我们又进入了「表观基因学」崭新时代（epigenetics，这门学问研究的是，谁在调控基因的表现？），这些跟她的理论将会产生更多的共鸣。我希望，随着知识进步，密特沃克可以得到生物学上应得的历史地位。

但是这一切跟霍尔登法则有什么关系呢？不孕跟无法存活，都代表了功能缺陷。缺陷超过一定程度，器官甚至个体就无法运作了。这个功能的极限，跟两个简单的条件有关：能够达成器官任务（比如说制造精子之类的）的最基本代谢量，以及所能获得多少能量来执行代谢。如果能量供给低于需求，器官跟个体都会死亡。在基因网路所组成的精巧世界里，这些条件看起来，似乎有些简单直白到了荒谬的地步，但是它们就是这么重要。如果把一个塑胶袋套在自己头上，你就切断了能量供应。许多器官运作会在一分多钟之内停止，至少大脑会先停止。大脑跟心脏对于能量的需求都很高，它们会最先死亡。皮肤跟小肠，因为对能量的需求比较低，可能会活得久很多；残余的氧气，足以支撑它们的代谢需求，达到好几个小时、甚至好几天。从组成我们身体细胞的角度来看，死亡并非全有或着全无，而是一段连续的过程。我们是细胞所组成的集团，而这些细胞不会一次全死。通常，能量需求最高的细胞会最先死亡。

这正是线粒体疾病的根源。这种疾病大部分影响到的，都是神经肌肉退化，所涉及的组织，则是大脑跟骨骼肌，因为它们的代谢速率比较高。其中视力往往是最脆弱的，因为视网膜跟视神经的代谢速率，是全身所有细胞里最高的；雷伯氏（Leber’s）遗传性视神经萎缩症这种线粒体疾病，就会直接影响视神经，造成视障。我们很难去概括线粒体疾病的症状，因为它们的严重程度跟很多因素都有关，比如要看是哪一类突变、突变的数量、突变在组织中的分布情况。唯一的大原则就是，线粒体疾病所影响到的，一定是身体对代谢需求最高的组织。

假设有两颗细胞，带有一模一样的线粒体，数量也一样，这样，它们生产ATP的能力就可以完全互相匹敌。但是如果这两个细胞对于ATP的需求不一样，那命运也会不一样。假设第一颗细胞对代谢的需求比较低，那么这线粒体对它们来说，不但完全适用，甚至ATP可能还供过于求。而如果第二颗细胞对能量的需求高很多，高到超过线粒体所能生产的ATP。细胞这时候开始努力工作，启动所有的装配来满足需求。它把许多电子灌入呼吸链，但是呼吸链的生产能力就是这么低，电子进入的比出来的要快，于是开始塞车。氧化还原中心的还原态升高，开始与氧气反应，产生自由基分子。如此一来，自由基开始氧化周围膜上的脂质分子，结果大量的细胞色素c就被释放出来。接着膜电位崩解，细胞跟着死于细胞凋亡。这仍是一种功能性天择，虽然规模只限于组织层级。这样的天择会让无法满足代谢需求的细胞被消灭，留下可以满足的细胞。

当然啦，除非那些有功能缺损的细胞，在被移除之后，可以被来自干细胞群的新细胞替换，这种天择手段，才能够改善组织整体的功能。但问题是，对神经跟肌肉细胞而言，它们是不可替换的。神经细胞怎么能被换掉呢？我们人一生所有的经验，都是以神经突触网路（synaptic networks）的形式，记录下来。每一个神经细胞，都可以形成一万个之多不同的突触。如果这个细胞死于细胞凋亡，那它所连结的网路就永远消失了，伴随着写在这条网路里面，所有的经验跟人格特质，也将随风而逝。神经细胞是无法被置换的。其实，其他终极分化的组织，也都无法被置换，虽然这看不出有什么明显的必要性。这些组织，正是因为分化成跟干细胞非常非常不一样（也就是上一章谈到，生殖细胞与体细胞之间，深远的差异），才有存在的意义。天择的结果，都是为了保存下一代。如果生物因为有颗很大而不可取代的大脑，结果比起有颗很小而可取代的大脑，要容易留下存活子嗣的话，那它们就会繁衍兴盛。而这两者，只有当生殖细胞与体细胞，出现极大的差异时，天择才有办法比较然后筛选。但是，这样的发展，也代表了身体将可被抛弃，生命将成为有限。那些代谢需求无法被满足的细胞，最终将杀死我们。

这就是代谢速率重要的地方。当线粒体的能量输出一样时，代谢速率比较快的细胞，比较不容易被满足。不只是线粒体疾病会影响它们，正常老化的细胞，或是跟老化相关的疾病，都有可能影响到代谢需求比较高的组织。现在，回到最初的问题，也就是性别与高代谢需求的关系。我们刚说过，雄性代谢速率比较快（至少在哺乳类动物是如此）。如果线粒体有任何遗传缺陷，它们绝大部分都会赤裸裸地，显露在代谢需求高的性别上面，也就是雄性。有许多线粒体疾病，确实在男性体内比在女性体内常见：以雷伯氏遗传性视神经萎缩症为例，男性的盛行率比女性高五倍；而巴金森氏症也跟线粒体很有关系，男性盛行率比女性多两倍。男性也比女性要容易受到线粒体核不相容的影响。如果造成这种不相容性的原因，是透过远系杂交，让原本独自繁殖的两群动物混在一起杂交，那就会产生杂种衰退。因此，杂种衰退在那些代谢速率比较高的性别上最明显，而在这种性别中，又以代谢速率最高的组织特别容易受到影响。在此，我们再一次看到，这结果，仍是所有「需要透过两套基因体互相配合，才能存活」的复杂生物，必然会出现的可预测结果。

上面所说的，完美而简单的解释了霍尔登法则：代谢最快的那一种性别，最容易发生不孕以及死亡。不过，事实果真如此，或者果真那么无关紧要吗？一个假设很有可能为真，但是却无足轻重，也不会与其他霍尔登法则背后的原因相抵触。代谢速率当然未必是唯一的原因，不过它是否是很重要的原因呢？我认为是的。我们已经知道，温度升高确实会让杂种衰退变严重。比如说有一种谷物害虫叫拟谷盗（flour beetle），它的学名是 Tribolium castaneum，当它与近亲弗氏拟谷盗（Tribolium freemani），在正常饲养温度的摄氏二十九度交配时，杂种后代都很健康。但是如果温度升高到摄氏三十四度，雌虫（在这个例子里是雌虫）的触角跟后腿，发育都不正常。类似这种对温度敏感的缺陷，相当普遍，而且常常会导致特定性别的不孕症，这很容易用代谢速率来解释。当对能量的需求超过了一定的临界值之后，特定的组织就会开始衰退。

这些特定组织，往往也包括性器官，特别是雄性的性器官，因为它们终生都在制造精子。植物有一个很特别的例子，叫做「细胞质雄性不孕症」。大部分的开花植物都是雌雄同株，但是生病的植物，大部分都会表现出雄性不孕的症状，结果造成一部分植物看起来仍是雌雄同株，但实际上只有雌株（跟不孕的雄株）。这种灾难是线粒体造成的，而一般都被认为，这是源自于自私冲突的结果。但是分子生物学的资料显示，雄性不孕很可能只是代谢速率的问题。牛津大学的植物学家利佛（Chris J. Leaver）指出，造成向日葵产生「细胞质雄性不孕症」的原因，在于负责ATP合成酶一个小次单元的基因，出现突变。而ATP合成酶位于线粒体里。因为出现了一个重组错误，影响了ATP合成酶一小部分（不是整个酶喔！这点非常重要），结果降低ATP的最大合成速率。对于大部分的组织来说，这个突变几乎无足轻重，但是对雄性生殖器官，也就是花药的部分来说，却会造成退化。退化的原因，是因为组成花药的细胞，开始细胞凋亡。这过程也涉及了细胞色素c从线粒体里面漏出，就跟我们人类的情况一模一样。看起来，花药是整株向日葵所有组织里面，唯一新陈代谢速率高到会出现退化症状的，只有在这里，有缺陷的线粒体无法达到组织的要求，而结果就是雄性专一的不孕症。

果蝇也有类似的现象。我们可以透过转移细胞核的技术，把细胞核从一个细胞里送进另外一个细胞，组成一种融合细胞（叫做细胞质融合细胞，cybrid）。这些融合细胞的细胞核基因体，彼此大同小异，但是线粒体的基因却不一样。利用卵细胞为材料，可以做出核基因一模一样、但是线粒体基因来自相近种的果蝇胚胎。这种胚胎后来发育的结果，随着线粒体基因不同，会有非常大的差异。在最好的情况下，新生的果蝇完全没有任何不正常；在最糟的组合之下，则会出现雄性不孕症，而果蝇的雄性，也属于异型配子。比较有趣的是那些中间型的组合。虽然表面上看起来，好像没什么问题，但是仔细观察不同器官的基因活性后，却可以发现它们的睾丸有些问题。雄性果蝇的睾丸及其他附属性器官中，超过一千个基因的表现，都增加了。我们并不确知发生了什么事，不过依我来看，最简单的解释就是：这些器官没有办法应付原本的代谢需求，它们的线粒体基因，无法跟细胞核的基因匹配，去发挥最大效益。睾丸中的细胞，因为有很高的代谢需求，所以常处于紧绷的状态。为了应付这股压力，细胞必须反应，也影响了大部分的基因活性。这情况，就像是在植物身上出现的细胞质雄性不孕症一样，只有对代谢需求颇大的性器官，会受到影响，同时也只出现在雄性身上。

如果上述论点为真，那为何在鸟类里面，受到影响的都是雌鸟呢？其实原因大致相同，只不过有一些细微的差异。虽然少数鸟类，特别是猛禽类，雌鸟体积都比雄鸟大（合理的推测是雌鸟应该长得比雄鸟快），但并非所有鸟类皆如此。密特沃克早期的研究指出，母鸡的卵巢，刚开始会发育得比较慢（大约一个礼拜左右），但之后会长得比公鸡睾丸要快。在这些例子里，我们会猜雌鸟会出现不孕症，但是应该不会死亡，因为只有性器官长得比较快而已。但是其实并非如此。在大部分符合霍尔登法则的鸟类中，出现的却都是死亡而非不孕。我原本一直对这一点感到很困惑，直到去年一位从事鸟类性择研究的专家，希尔（Geoffrey E. Hill）寄给我一篇他的论文，阐述霍尔登法则在鸟类身上的研究，我才豁然开朗。希尔指出，有些负责鸟类呼吸蛋白的核基因，位在Z染色体上（还记得雄鸟是同型配子，有一对Z染色体；雌鸟则是异型配子，有一条Z染色体跟一条W染色体）。为什么这件事情很重要呢？因为如果雌鸟只有一条Z染色体，那这些重要的呼吸蛋白，就只能从父亲那里遗传到一种版本而已。如果母鸟不小心选错了伴侣，那么雌性雏鸟的线粒体基因，就很有可能跟父亲那里来的核基因不匹配，而且因为只有一种版本，别无选择，杂种衰退的效应会快速而严重。

希尔认为，因为基因这样安排，让雌鸟在选择交配对象的时候必须费尽心力，不然就要付出惨痛的代价：雌性雏鸟会死亡。这又反过来可以解释雄鸟那些鲜艳亮丽的羽毛。如果希尔的解释正确，那么雄鸟羽毛的花样，可能代表了不同型的线粒体DNA。雌鸟利用这些羽毛花样，作为适应性的参考。但是在众多羽毛花样吻合的雄鸟中，仍可能存有不好的样品。希尔认为，羽毛颜色的鲜艳与否，可以反映线粒体的功能良窳，因为大部分的色素分子，都由线粒体合成。颜色亮丽的雄鸟，一定也有最上等的线粒体基因。目前并没有太多的证据，可以支持希尔的假设。不过他的说法，可以让我们理解，线粒体核基因的互相适应，对于生物的重要性来说，可以普遍到怎样的程度。复杂的生命需要两套基因体互相配合良好这件事，可以用来解释非常广泛的演化谜题，从物种的起源、性别的起源，以及雄鸟鲜艳的颜色，都非常合理。

这个论点，其实还可以再讨论地更深入一些。线粒体核不相容的话，生物会付出代价；但是要让它们配合无间，一样要付出代价。在不同物种之间，如何去平衡这个利弊，根据它们对氧气的需求，会有不同的做法。我们等下会看到，这是在适应性跟繁殖力之间的平衡。

死亡的门槛

假设你会飞好了！你身上每一克组织，都比全力冲刺的猎豹，要多一倍的力量，在力量、有氧能力跟重量上面，都分配得恰到好处。如果你的线粒体不是接近完美的状态，那根本不可能有任何希望可以飞起来。现在考虑一下飞行肌肉里面空间配置的问题。你需要很多的肌原纤维（myofibril），它们是让肌肉收缩的滑动丝线。因为肌肉的强度，跟横断面面积有关，就像缆绳粗细一样，所以肌肉里面包愈多肌原纤维，你就愈强壮。但是跟缆绳不一样的是，肌肉收缩需要消耗ATP。要能够持续不断收缩肌肉，你就需要持续不断的生产ATP，这也就是说，肌肉细胞里面就必须要有线粒体。这些线粒体，会占掉一些原本可以放置肌原纤维的空间。线粒体需要消耗氧气，所以还要有微血管送来氧气跟移除废物。在这种有氧的肌肉里面，最理想的空间配置应该是三分之一放肌原纤维、三分之一放线粒体，还有三分之一放微血管。对于人类、猎豹、蜂鸟（在所有脊椎动物里面，拥有最高的代谢速率）来说，都是如此。最重要的一件事就是，光是堆积愈多线粒体，无法得到更多力量。

基于这些条件限制，对鸟类来说，要能够生产足够的能量，维持长时间飞行的办法，就是拥有一种每一秒、每一单位面积，都能比普通线粒体生产更多ATP的「超级线粒体」。在它里面，从食物流到氧气的电子流，一定要够快，这样才能够同时快速的泵出质子，也才能快速地合成ATP，并维持超高的代谢速率。因此，每一个呼吸蛋白，每一步反应，必定都会被天择细细筛选，才能够将反应速率推到极限。我们可以去计算这些反应速率，结果显示，在鸟类线粒体里面，酵素的反应速率，确实比哺乳类要快得多。但是，如我们所见，呼吸蛋白是一个拼贴的作品，组成它们的蛋白质次单元，由两套基因体所负责编码。要维持快速的电子流，天择的作用必须非常严格，才能够选出搭配完美的两套基因体，这就是线粒体核的互相适应。肌肉对有氧呼吸的需求愈强，对互相适应的选择就愈严格。基因体无法顺利合作的细胞，都会进入细胞凋亡，然后被剔除。做这种筛选最理想的时候，就是前面我们提过的，在胚胎发育时。从绝对理性的角度来看，如果胚胎没有合适的基因体、不够好到可以让鸟类飞翔，那还不如早一点终止胚胎发育。

不过，到底要不匹配到什么程度，才叫做不匹配？所谓坏，到底是有多坏？基本上，应该会有某个生物能忍受的极限，超过这个临界点之后，细胞凋亡程序才会被启动。超过这个上限，流过这个拼凑式呼吸链的电子流，就不够快，无法胜任工作；这个细胞，以及延伸出去到整个胚胎，就会死于细胞凋亡。反过来讲，在极限之下，电子流就够快。这样一来，两套基因体就算是合作良好，细胞以及胚胎就不会选择自杀。然后发育持续进行，一只完整而健康的小鸡就会诞生。它的线粒体已经通过出厂前测试，并且被盖上「合格」章。这里的重点是，这个「合格」的标准，应随使用目的而有所差异。如果是为了飞行，那么基因体之间的匹配必须接近完美；高有氧能力的代价，就是低生育率。在这个「要求完美」的祭坛上，某些原本企图心小一点就可以存活的个体，就必须被牺牲掉。我们也可以从线粒体的基因序列上面，看到这个结果。鸟类线粒体基因的改变速率，低于大部分的哺乳类动物（哺乳类动物里蝙蝠是例外，因为蝙蝠会面临跟鸟类一样的问题）。不会飞的鸟类，因为没有受到一样的限制，基因的改变速率就快多了。对于大部分的鸟类来说，线粒体基因改变速率如此之低的原因，是因为它们的线粒体基因序列，早就是适合飞翔的最完美状态了。在这种理想的序列中所冒出的突变，往往不容易被接受，所以就会被天择剔除。如果大部分的突变都被剔除了，那么剩下来的就是不变的序列了。

那如果我的企图心小一点呢？举个例子来讲，如果我是一只大鼠好了（就像我儿子学校里的童谣所唱：无处可逃），我从没打算飞翔。对我来说，让自己未来的子嗣，牺牲在「要求完美」的祭坛上，毫无道理可言。刚刚我们已经看过，外漏的自由基，会启动细胞凋亡程序，这是没通过功能性筛选的结果。呼吸作用中比较慢一点的电子流，也代表了线粒体跟细胞核基因体之间粗糙的配对。后果就是呼吸链被高度还原，然后漏出大量的自由基；细胞色素c接着被释放出来，膜电位随之瓦解。如果我是一只小鸟，这些反应加在一起，就会启动细胞凋亡，我的胚胎会一次又一次的死亡。但是我现在是一只大鼠，我并不希望这样。有没有什么生化学上的把戏，让我可以「忽略」那些自由基讯号，让它不会引起后代的死亡呢？我把死亡的门槛提高，这意思也就是说，我可以承受比较多的自由基外漏，而不至于启动细胞凋亡。如此一来，我可以获得数不尽的好处：大部分的子嗣都可以活过胚胎发育阶段，我会变得更有繁殖力。我需要付出什么代价吗？

当然，我将永远无法飞翔，同时，我的有氧能力也将受限。我的后代只有很小的机率，可以拥有完美匹配的线粒体与细胞核基因。这会直接导致另外一种利弊取舍：适应性跟疾病。还记得华莱士的假说吗？他认为线粒体基因的快速演化，有利于动物适应不同的饮食跟气候。虽然我们不知道这如何达成，甚至也不知道是否真的如此，但是若要说完全不可能，也蛮让人惊讶的。在适应上面的第一要务，就是饮食跟体温（如果连这些基本权利都无法满足的话，生物也活不久），线粒体在这两者上，都扮演举足轻重的角色。线粒体的表现，跟它们的基因息息相关；不同的序列，代表了不同等级的表现，有一些可能在较冷的环境下，表现得比在较热的环境下好；有些比较适合潮湿的环境；有些适合燃烧多油脂的饮食，诸如此类。

分布在不同地理区域的人，线粒体DNA的形式也不太一样，这种差异性显然并非随机，而这也暗示我们，特殊环境对线粒体DNA，确实有筛选的效果，但是，这也就仅止于暗示而已。但是如同前面提过，鸟类的线粒体DNA很少变异，因为DNA序列已经是最适合飞行的了，大部分后来出现的突变，都会被天择消灭；这也就是说，因为线粒体DNA的变异性很小，也就没有留给天择什么机会，去筛选出碰巧适合寒带气候、或是适合多油饮食的变种线粒体。从这个角度来看，鸟类必须经常迁移，而非停在一处忍受季节变化，就变成一件很有趣的事。是否是因为它们的线粒体，比较适合应付迁徙时的消耗，而比较不适合应付留下来所要面对的严酷环境呢？反过来说，大鼠的线粒体差异就很大，根据第一原理的预测，这可以让它们有较多本钱，适应力就好很多。事实果真如此吗？老实说，我不知道。但是老鼠确实是适应力极佳的小动物，这点无需辩驳。

但是当然，追求线粒体的变异性，也要付出代价，这代价就是疾病。就某种程度上，这缺点可以借着选择生殖细胞来避免，也就是带有突变线粒体的卵子，会在成熟以前就被剔除。有一些证据显示，这样的筛选机制确实存在：在大鼠跟小鼠体内，严重突变的线粒体在经过几代繁殖后，就会被剔除，而比较不严重的突变则会被留下。不过回头想想这个结果，要数代后才会被剔除呢！这个天择作用可真弱。如果你生下来，就受尽严重的线粒体疾病之苦，那么当想到你的孙子（如果你够幸运能有一个的话），可能不会有一样的疾病，是不是感到很安慰呢？即使天择确实可以作用在生殖细胞上，去剔除突变的线粒体，但这并不保证也会剔除线粒体疾病。尚未成熟的卵细胞，还没有完整的细胞核基因体，不只是因为它们在减数分裂半途就会停下来，被关在无人知晓的角落好多年；同时也是因为此时父系的基因尚未加入战局。对核线粒体互相适应的筛选，只有当卵细胞受精之后，当一颗全新、拥有独一无二细胞核基因体的受精卵诞生后，才算开始。杂种衰退，并不是因为线粒体突变的关系，杂种衰退来自线粒体跟细胞核基因体的不相容性，而这两套基因体，当各自处于另外一种情境下时，搞不好是完美的。我们也介绍过，对核线粒体不相容性的筛选变严的话，必定也会增加不孕的机率。如果我们不想变成不孕，那就必须付出一些代价，也就是有可能生病。而要在繁殖与疾病之间取舍，也是复杂生物因为需要两套基因体，而出现完全可预测的后果。

假设真有所谓的死亡门槛。跨过这道门槛之后，细胞（连带着整个生物个体）就会死于细胞凋亡。在门槛之下，细胞跟个体都可以存活。显然，不同物种之间的阈值，一定不一样高。对于蝙蝠、鸟类以及其他对氧气需求极大的生物来说，这门槛必定很低：只要线粒体跟细胞核的基因体稍有不合，线粒体稍微运作不良，又引起轻微的自由基外漏，就会放出细胞凋亡的讯号，然后终止胚胎发育。对大鼠、树懒以及其他「懒惰的」动物而言，因为对氧气需求比较低，等于把门槛提高：轻微的自由基外漏没什么关系，线粒体运作不太顺利，也可以接受，胚胎就可以发育。对这两种选择而言，都有各自的利弊。死亡门槛低，生物有氧运动能力高，不容易有线粒体疾病，但是代价就是生育力低以及适应力低。生育力、适应力、有氧运动力、疾病，这些都是关键字汇。没有什么比这些更适合作为天择的种子了。我再强调一次，所有这些利弊取舍，都是因为需要有两套基因体，而不可避免的结果。

我纯然称它为一个「假设的死亡门槛」，它确实只是个假设。这道门槛真的存在吗？它很重要吗？以人类来说，大约有百分之四十的怀孕，最后会以「早期潜藏性流产」告终。这里所谓的早期，是非常非常早，大概发生在怀孕前几周之内，通常都还没有出现任何怀孕症状，你甚至根本不知道你怀孕了。而「潜藏性」的意思，就是说藏起来，所以也没有临床症状。通常我们都不知道为什么会流产，它也不是来自一些常见的原因，像是染色体分离失败，结果造成「三染色体」（trisomy）之类的疾病。那它有可能肇因于生物能量上的问题吗？这很难证明。不过，今天科学家已经有了快速扫描基因体的能力，我们倒是有点希望可以知道。我们对于不孕症的焦虑，让科学家甚至去进行一些不太健康的实验，来研究可以促进胚胎发育的因子。有些吓人的实验，像是笨拙地把ATP送入虚弱的胚胎中，而这样做竟然可以延长胚胎的寿命！所以很明显地，生物能量确实很重要。同理，或许这些流产，是为了「追求最佳」所造成的结果；或许这些胚胎，有线粒体核不相容的毛病，所以进入细胞凋亡程序了。对于演化，没有什么道德批评可言。我只能说，我不会忘记自己也曾经为此苦恼不已（幸好现在都过去了）。而我，跟大部分人一样，都想知道为何如此。我相信，大部分的早期潜藏性流产，应该都是源于线粒体核不相容。

此外，还有另外一个理由，支持死亡门槛的存在，以及它的重要性。高死亡门槛，会带来一个间接的终极代价，那就是老得快，以及必需忍受各种老化相关疾病。这个论点可能会引起某些人的不快。高死亡门槛，代表生物可以忍受比较多的自由基外泄，而不会引起细胞凋亡。这意思也就是说，像大鼠这种低有氧能力的动物，会有比较多的自由基外漏；相反的，像鸽子这种高有氧能力的动物，则会有比较少的自由基外漏。我挑选这两个物种来比较，是有特殊的目的，因为它们的基础代谢率以及身体质量，几乎一模一样。在这样的基础上，绝大部分的生物学家，都会猜测鸽子跟大鼠应该有一模一样的寿命长短。但是根据西班牙的生理学家巴哈（Gustavo Barja）详细的研究显示，鸽子线粒体外漏的自由基，比大鼠少多了。根据自由基老化假说，老化是因为自由基外漏所引起的：自由基外漏的愈厉害，我们老化的愈快。自由基老化假说过去曾备受争议，但是在上面的例子里，它却做出了很明确的预测：鸽子应该活得比大鼠久。事实也确实如此。一只大鼠最多可以活三四年，但是鸽子却可以活将近三十年。但是，鸽子当然不是一只「会飞的大鼠」，很难这样比较，所以自由基老化假说是正确的吗？根据它原本的定义，答案很简单：这假说是错的。但是，我仍然认为，存在一个正确的、比较难于捉摸的形式。

自由基老化理论

老化的自由基理论，根源于一九五○年代的辐射生物学。科学家发现，游离辐射可以从水分子中，劈出一个反应性很高的「碎片」，这个碎片带有一个不成对的电子，这就是氧自由基。氧自由基分子有很多种，有像羟自由基（hydroxyl radical，OH•，又叫氢氧自由基）这种恶名昭彰，反应性极强的分子；也有像超氧自由基（O2•-）这种相较之下，温驯许多的分子。自由基生物学的先驱们，像是葛希曼（Rebeca Gerschman）、哈曼（Danham Harman）以及许多其他人都观察到，在线粒体里面，一样的自由基分子可以直接从氧气产生，完全不需要什么游离辐射。他们认为这些自由基具有毁灭性，可以破坏蛋白质，造成DNA突变。这点其实没错，自由基分子确实可以达成这些破坏。他们认为更糟的是，自由基分子会引起连锁反应，让电子从一个分子跳到下一个分子上（通常是膜上的脂质受到影响），然后摧毁精致的细胞膜。自由基理论主张，这些自由基最后会酿成大灾难。想想看，自由基从细胞的线粒体里面渗漏出来，跟周围所有的分子反应，当然也包括邻居的线粒体DNA。这样一来，突变就慢慢开始在DNA里面累积。有些突变会影响到DNA的功能，结果制造出更会渗漏的呼吸蛋白。这样一来，就有更多的蛋白质跟DNA被破坏，不久之后，腐烂就会蔓延到细胞核里面，演变成「错误大灾难」（error catastrophe）。看一下从六十岁到一百岁的疾病与死亡统计图，跟错误大灾难的概念（损害会引起更多的损害），似乎相当吻合。而他们主张，老化的一系列过程，都是氧气所造成的（是的，就是我们赖以为生的气体），这主张让我们对氧气这美丽的杀手，又平添各式各样骇人的印象。

如果自由基是坏的，那么「抗氧化剂」（antioxidants）就是好的。抗氧化剂会干扰自由基的毒性，阻止连锁反应，因此可以限制损害的扩大。如果自由基会造成老化，那么抗氧化剂应该会减缓老化速率、延迟疾病发生，或许还能延年益寿。有许多着名的科学家，特别是化学家鲍林（Linus C. Pauling），都非常相信抗氧化剂的迷思，他每一天都要吃好几匙的维生素C。鲍林的确健康地活到九十二岁高龄，但是这年纪仍在正常范围之内，许多又烟又酒一辈子的人，也可以活到这个岁数。很明显，故事没这么简单。

自由基与抗氧化剂之间非黑即白的剧情，至今仍在坊间许多杂志，与健康食品商店里上演，而这个领域内的科学家，却早已知道这故事是错的。我最喜欢的一句话，是哈烈炜（Barry Halliwell）跟古特雷基（John M. C. Gutteridge）在经典教科书《自由基生物学与医学》中所说的：「时至一九九○年代，我们已经很清楚，抗氧化剂根本不是老化与疾病的万灵丹，只有非主流的医学，还在兜售这些说法。」

自由基老化理论，是众多理论漂亮、却禁不起残酷事实考验的例子之一。这个理论最原始的立论中，没有一条主张可以在实验的细细检视下，站得住脚。没有任何系统性的测量显示，当我们老化的时候，从线粒体里面漏出的自由基，会愈来愈多。虽然老化的时候，突变的线粒体确实会些微增加；不过除了组织里面极少数区域以外，这些突变线粒体的比例，少到令人失望，而且远远少于可以引起线粒体疾病的程度。虽然有些组织，确实有损害累积的现象，但是这完全不像什么「错误大灾难」。这理论的因果推论，也颇启人疑窦。我们几乎可以确定，抗氧化剂不但不会延年益寿或预防疾病，而且可能还有反效果。由于这个主张如此普遍，在过去几十年间，已经有数十万人参加各种临床试验，来研究抗氧化剂的效果。实验的结果非常明确：服用高剂量的抗氧化剂，会有轻微却相当肯定的坏处。如果你服用抗氧化补充剂，那你可能反而会比较短命。其实很多长寿的动物，组织中抗氧化酵素的浓度都很低；短命的动物，组织中的浓度反而比较高。很奇怪的是，预防氧化剂反而比较有可能延年益寿。综合这些观察结果，整个老年学领域的研究方向都已经改变了。我在二○○二年所出版的早期着作《氧气：建构世界的分子》一书中，曾经花了相当大的篇幅讨论这件事。我很希望那时候的先见之明，就已经破解关于「抗氧化剂可以延缓老化」这个迷思，但是显然没有。现在所面对的高墙，更胜以往。这个迷思，其实是因为集合了众人的期望、贪婪，同时又别无他法等众多因素，而愈演愈烈。

那么，你现在一定觉得很奇怪，为什么我仍认为，自由基老化理论，一个更为难解的版本，有可能会是正确的？原因很多。原始的理论中，没有考虑到两个最重要的因子：讯息传递跟细胞凋亡。自由基其实对细胞生理（包含细胞凋亡）来说，是最重要的讯号之一，这刚刚我们已经讨论过了。西班牙马德里的生物学家安立奎斯（José Antonio Enríquez）跟他的同事，用细胞培养的实验证明了，当使用抗氧化剂阻断自由基的讯号时，会抑制ATP合成，因而有害。看起来，在线粒体里面，自由基讯号可以增加呼吸复合物的数量，连带着增加线粒体的呼吸能力，进而让呼吸作用最适化。线粒体花非常多时间先融合在一起，然后分裂，这样可以制造更多的复合物（以及更多的线粒体DNA），最后产生更多线粒体。这过程称为线粒体生合成作用（mitochondrial biogenesis）。因此，漏出的自由基可以刺激线粒体分裂，增加线粒体数量，因而生产更多的ATP！相反地，安立奎斯的实验指出，用抗氧化剂阻断自由基讯号的话，也会一并阻断线粒体生合成作用。因此，抗氧化剂不利于细胞获得能量。

但是，刚刚我们也看到了，当线粒体的渗漏速率增加到超过门槛时，会启动细胞凋亡程序。所以，自由基到底是帮助呼吸作用最适化，还是用细胞凋亡把细胞杀死呢？其实，这两件事并不互相矛盾。自由基的讯号代表的是，细胞的呼吸能力降低，结果无法满足任务需求。如果这个问题，可以借着制造更多的呼吸复合物，然后提升呼吸能力而获得解决，那么一切都会完好如初。但是如果这样做还是无法解决问题的话，那细胞就会自杀，把可能有问题的DNA，从身体里面移除。如果这颗受损的细胞，可以被一颗又新又好的新细胞取代的话（来自干细胞），那么一切又会完好如初，否则，个体就会灭亡。

自由基的讯号，在把呼吸作用调整到最佳化的过程中，扮演如此重要的角色，因此，抗氧化剂并不会延年益寿。在细胞培养实验中，它们会抑制细胞的呼吸作用，那是因为培养皿里没有身体原本的安全措施。在真实的人体里面，把大量的抗氧化剂像是维生素C吃进去时，其实大部分都不会被吸收掉。它们比较会让你拉肚子。偶尔有多余的抗氧化剂跑到血液中时，都会很快地被排到尿液中；血液中抗氧化剂的浓度，其实非常稳定。这些研究的意思，当然也不是说你要避免吃抗氧化剂，特别是像蔬菜跟水果这些食物，它们都是必要的饮食。事实上，如果你吃得很不健康，或是缺少维生素的话，服用一些抗氧化剂可能还有好处。但是如果认为抗氧化补充剂，比均衡的饮食（已经同时含有抗氧化剂跟促氧化剂）还要重要的话，那根本是本末倒置。身体若是让高剂量的抗氧化剂进入细胞的话，可能会酿成巨灾，甚至有可能会因为缺乏能量，而杀死我们。因此，身体完全不会允许这种情况出现。抗氧化剂的浓度，不管是在细胞内还是在细胞外，都受到非常严格的调控。

至于细胞凋亡，这个过程借着移除受损的细胞，同时也消灭了受损的证据。细胞凋亡跟自由基讯号两者，都与原始的自由基老化理论，所做出的预测相抵触，因为这理论提出的那年代，我们对这两个机制，完全一无所知。因此，我们看不到自由基渗漏愈来愈严重、或是大量线粒体突变、或是氧化造成的损害不断累积；我们看不到抗氧化剂带来任何好处、也看不到什么错误大灾难。这些现象都很合理，也很清楚地显示，原始自由基老化理论的预测，几乎全部失准。但是既然这样，这些现象自然也不会告诉我们，自由基老化理论，还有哪些地方可能正确呢？如果自由基的调控是如此良好，那么，为什么自由基还会跟老化有关系呢？

是这样的，它可以解释为何不同物种之间的寿命不一样。从一九二○年代开始，我们就知道生物的寿命跟代谢速率有关。性格古怪的生物测量学家波尔（Raymond Pearl）曾发表过一篇文章，讨论这个主题：〈为何懒人活得比较久〉（Why lazy people live longer）。懒人其实没有比较长寿，反而比较短命。不过这是波尔用来介绍他着名的「生命率学说」（rate-of-living theory），这理论确实有点事实根据。代谢速率比较低的动物（通常都是大象这种大型物种），通常都活得比代谢速率高的动物（像是大鼠跟小鼠这种啮齿类）要久。这个原则在同类生物里面相当准，像是爬虫类、哺乳类跟鸟类都遵循这个原则，但是在不同类生物之间，则完全不适用，因此这个理论备受挑战，或者说早已被摒弃了。不过其实是有一个简单的解释，可以来说明这理论，而我们刚刚已经介绍过了，那就是自由基外漏。

如同最原始的构想所假设，自由基老化理论认为，自由基是呼吸作用中不可避免的副产品，根据这理论估计，大约有百分之一到五的氧气，一定会变成自由基。不过这个推论有两个严重的错误。首先，所有传统的实验过程，都将细胞或组织培养在一般大气的氧浓度中，但是事实上，这浓度远高于体内细胞或组织会接触到的氧气浓度。因此，真正的自由基渗漏速率，可能比他们量到的，要低了好几个数量级。就一个有意义的结果来说，这个差异可谓天差地别。自由基渗漏并不是呼吸作用下不可避免的副产品，它是细胞故意释放出来的讯号，而渗漏的速率，在各不同物种、不同组织、每天不同的时间下、不同的贺尔蒙状态、不同热量摄取、有无运动等，都差异甚大。当你运动的时候，会消耗比较多氧气，所以自由基渗漏会增高对吧？错！它的水平其实维持一样，甚至还会更低，相较于氧气消耗量增加，自由基渗漏的比例会显着降低。这是因为呼吸链中的电子流动速度加快，所以呼吸复合物的还原态降低，电子也就比较不容易跟氧气直接反应。我们不需去烦恼那些细节，重点是，在生活速率跟自由基渗漏之间，其实并没有一个简单的关系。我们刚刚说过，鸟类可以活得远比根据代谢速率所推估出「它们应有的寿命」，要长得多。它们的代谢速率虽快，渗漏出的自由基却少得多，寿命也长。在这现象背后的相关性，其实应该在自由基渗漏与寿命长短之间。这个相关性如此显着，看起来像是有因果相关，而且是让人印象深刻的一种。但是，它们真的有因果关系吗？

想一想自由基讯号对于线粒体的影响，它让呼吸作用可以调整到最佳化，也可以消灭功能不良的线粒体。渗漏出最多自由基的线粒体，也会自我复制最多，原因正是因为，自由基讯号代表了呼吸作用不足，因此线粒体想借复制，来补强能力。但是，如果呼吸作用不足，并不是因为能量的需求跟供给发生改变，而纯粹是因为跟细胞核不相容呢？在老化的过程中，确实会出现一些线粒体突变，结果让细胞中混杂了一些不同的线粒体，有的跟细胞核基因搭配的比较好，有些比较不好。想想看这里出现的问题。最不相容的线粒体，会漏出最多的自由基，因此会自我复制最多次。这会走向两种结果：要么细胞会死于细胞凋亡，把所有突变的线粒体一笔勾销；要么细胞不会死亡。先看第一种，细胞死掉的结果。死掉的细胞，可能会被置换，也可能不被置换。如果死掉的细胞被换掉，那么一切都完好如初。但是如果死掉的细胞，是像心脏或大脑里的细胞，不会被置换的话呢？那么这个组织就会渐渐变小。剩下比较少的细胞，必须要做跟原来一样分量的工作，工作压力就变大。当细胞承受这种实质的生理压力时，如同前面提过的实验，在「线粒体核不相容」的果蝇睾丸中，好几千个基因的活性都会发生变化。在上述过程中，自由基渗漏不一定会伤害到蛋白质或DNA，也不会造成错误大灾难。所有的反应，都只是线粒体内部自由基的精巧讯号传递，但是结果却是组织消失、生理上的压力，还有基因调控改变。这些改变，都跟老化有关。

如果细胞不会死亡的话，又怎样呢？当能量需求低的时候，不足的线粒体尚可以应付，或者，它们也可以透过发酵作用产生乳酸（我们常称发酵作用为无氧呼吸，但这是错的）。这时候，我们就有可能在「老化」的细胞里面，见到突变的线粒体累积下来。这些细胞不会再生长，但是却不甘愿地留在组织里面；自己承受极大的生理压力，也常常引起慢性发炎跟生长因子失调。这样一来会刺激旁边蠢蠢欲动想要生长的细胞，像是干细胞、血管细胞等等。这些细胞被刺激后，会在不该生长的时候开始生长。若是运气不好，就会发展成癌症；而癌症，绝大多数都是老化相关疾病。

最重要的事情是，这整个过程都源于能量缺乏，最后引起线粒体里面的自由基讯号。随着年龄渐长，不相容性开始累积，最后影响线粒体的性能。这个过程，跟原始的自由基理论完全不同，因为它无关线粒体里面，或是其他地方的氧化性损害（当然，这过程也并不排除氧化性损伤，只不过并非必要）。如前所述，自由基讯号引起的，就是ATP合成增加，因此根据预测，抗氧化剂不可能有用。它既无法延年益寿，也无法保健强身；根本的原因在于，就算它们真有办法抵达线粒体，也只会阻挠细胞获得能量。这个观点也完全可以解释，为何随着年龄渐长，罹病率跟死亡率都急剧增加：因为身体组织在用过几十年之后，会慢慢衰退，最后低于执行正常功能所需的最低要求。我们会愈来愈难以全力以赴，最后甚至连动也不动的存在，都无法应付。在我们生命走下坡的最后几十年中，这个过程会重复出现在每个人身上，让死亡率图表上的曲线急速上升。

所以，我们能做什么来防止老化呢？我刚刚说过，波尔是错的，因为懒人并不会比较长寿，运动才有好处。所以，在一定的程度以内，只有「卡路里限制」跟「低碳水化合物饮食」两件事，才是能防止老化。它们都会带来生理压力反应（就像促氧化剂一样），而这样会清扫掉有缺陷的细胞跟不好的线粒体，在短期之内可以提高存活率，不过一般来说，代价是降低生育力。在这里，我们又再次看见有氧能力、生育力跟长寿三者的关联。但是，改变我们自身的生理条件所能达成的，难免有其极限。我们的演化历史，已经设下了我们寿命的最长极限，这个极限，受限于大脑里面复杂的神经突触联会，以及其他组织里面干细胞的数量。据说，汽车大王福特（Henry Ford）会去废车场，检视报废的福特车，看看哪一部分的零件还能继续使用；然后他会坚持，在新型的车子中，要把这块坚固耐用但毫无意义的零件，换成比较便宜的零件，来节省成本。演化的过程也是一样，因为我们的大脑会最先老化，所以如果在胃黏膜里面，保存一大群有活力的干细胞，却从没机会使用的话，也是没有意义的事。因此，演化最终会设定我们最佳的使用年限。所以我很怀疑，仅靠微调自身的生理状况，我们能有办法活的比一百二十岁多多少。

不过演化又是另外一件事。想一想那个死亡门槛。有氧需求高的物种，像是蝙蝠跟鸟类，有非常低的死亡门槛：在胚胎发育过程中，即使是有限的自由基渗漏，都会驱动细胞凋亡程序；只有渗漏非常轻微的胚胎才能够完整发育。这样低的自由基渗漏率，造就后来的长寿，而原因我们刚刚已经讨论过了。相反地，有氧需求低的动物像是大鼠、小鼠等等，它们的死亡门槛较高，可以忍受比较高的自由基渗漏，所造成的结果就是短命。因此，我们可以很直接的预测：如果持续选择较高的有氧能力的后代，在经年累月之后，应该会延长族群的寿命。事实确实如此，比如用大鼠来做实验，我们可以用跑步机，去筛选它们的有氧能力。如果把每一代的最佳跑者拿去配对，同时也把最差劲的跑者拿去配对，最后高有氧能力的那一组，寿命确实会延长；而低有氧能力的那一组，寿命则变短。经过十代之后，优秀的跑者那一组，有氧能力是差劲的跑者的百分之三百五十，而寿命则长了将近一年（因为大鼠通常只能活三年，所以这样的差异非常巨大）。我认为，蝙蝠跟鸟类也是在演化的过程中，自然而然受到类似的筛选。一般来说，内温动物（就是俗称「温血动物」）在这样的筛选下，最终会让寿命延长大约一个数量级。

我们可能不希望自己被如此筛选，因为这听起来实在太过优生学了。就算这样改造社会的实验，真的有可能成功，它会带给社会更多的困扰，恐怕远大于所能够解决的问题。不过，事实上，我们可能已经在不知不觉中，正在进行这种实验：相较于其他大型猿类群，我们的有氧能力确实比较高，而我们也活得比较久。人类的寿命，几乎是黑猩猩与大猩猩的两倍长，而它们代谢速率则非常相近。或许，这是在人类种化初期的那些年，在非洲大草原上追逐着瞪羚时，所留下来的遗产。你未必会喜欢那样持续不懈的长跑，但是这个经历，却形塑了我们这个「种」的特征。天下没有不劳而获的事情。从「需要两套基因体互相配合」这件简单的小事，我们可以预测，我们的祖先，渐渐增加有氧能力、降低自由基渗漏，这或许带给它们生育力上的问题，但也同时延长了寿命。这些预测中，有多少是对的呢？因为它是可用实验检验的假设，当然有可能被证伪。但是，因为有一个拼贴式的线粒体，这些现象不可避免的一定会出现。根据真核生物的起源故事，一定也会产生这些预测。这些细胞的起源，发生在二十亿年以前一次偶尔的机会里，让细胞突破了那道细菌无法超越（所以始终是细菌）的能量障蔽。无怪，非洲大草原的日落景象，始终引发着我们情感的共鸣。因为这个景象，将我们紧紧系在一列神奇（或者该说扭曲的）因果列车上，一旦启动就无法停下，一路可以追溯回到这个星球上的生命最源头。

2024-07-06 16:51:22