如何從生物進化的角度來解釋動物壽命和端粒基因？
生物進化大多都是在外形功能或是構造上發生改變，但是沒有一種動物隨著進化最後變得長命百歲，為什麼生物在進化的過程中基因里好端端的加上了端粒來限制壽命？難道動物的細胞永不衰老對其本身不利？
謝邀
Telomere
這個玩意的作用主要是確保複製時，linear的DNA不會縮短到coding region或者important regulatory region，同時據說也可以「protection against homologous recombination (HR) and non-homologous end joining (NHEJ)」。原核生物多為circular DNA，所以不需要，有的是linear，但是結構和真核生物的很不一樣。端粒起的作用不是限制壽命，恰恰相反，端粒的存在以及配套端粒酶的活性對於細胞的持續複製是必須的，比如germ cell，或者，在不正常的情況下，cancer cell。
至於長命百歲這個說法，好多動物植物等等的壽命是超過字面意義的100年的。只是絕大多數生物都存在衰老這個現象，老的一般又弱又殘又病的，野外環境下，是捕食者填飽肚子的最好選擇。至於為何會出現衰老，衰老的具體機制，以及如何調控甚至逆轉，到現在都是很熱門的科研話題，有興趣的話可以去搜下ageing，longevity之類關鍵詞的reviews。
感謝微博上@Ent_evo的評論，回答中不嚴謹的地方做了修改。其實我自己在寫的時候也意識到了（要不然後面也不會用普通體細胞的說法），只是覺得這樣寫對普通科普夠了。這裡把所有的地方加上普通體細胞以避免誤解。
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這個問題可以分成幾個小問題：
1，為什麼要有端粒？
對於環狀基因組的生物來說不需要端粒。但對於線性染色體的生物，簡單來說，因為DNA聚合酶的性質，每次DNA複製都會丟失一點末端序列。如果沒有一個末端延長機制，染色體會不可逆的縮短。端粒其實是一段重複序列，可以通過端粒酶向末端重複延長。
但如果有其他末端延長機制，端粒也不是必須的。果蠅就沒有標準的端粒，用一套轉座子系統實現染色體末端延長的功能。
有了線性染色體加上端粒系統，就可以實現遺傳信息的無限複製。
2，為什麼普通體細胞中端粒酶活性要被限制？
我覺得這個才是樓主問的問題。
多細胞生物會分化發育為體細胞和生殖細胞。在生殖細胞中端粒酶活性完好無損，但在普通體細胞中沒有端粒酶，於是普通體細胞的分裂周期便受端粒長度的限制。
普通體細胞沒有端粒酶屬於細胞分化的結果，可以套用蟻群來理解。為什麼工蟻不能生殖？因為這樣就亂套了。多細胞生物是一個整體，不需要每個細胞來分化繁殖，反而經常需要少數細胞的自我犧牲來保全個體。如果套自私基因的說法，體細胞要擴展自己的基因只能通過同一個個體的生殖細胞實現。如果體細胞無限繁殖，就成癌細胞了。
3，壽命和端粒有沒有關係？
理論上說即便有上述一整套系統，從DNA和細胞複製的角度說多細胞生物還是可以永生的：因為幹細胞中有端粒酶活性，理論上可以無限產生各種體細胞，因此理論上說端粒系統不是限制生命壽命的因素。
至於為什麼生物會死亡，這個問題太大，我回答不了。但即便是單細胞的釀酒酵母(budding yeast)也是有壽命的，每次出芽都會在身上留下一個疤，到了一個極限也會掛。
不利，隨著細胞分裂，DNA複製的錯誤不斷累積，發生癌變的幾率指數式增加，繁衍死亡的過程相當於操作系統運行一兩年後格式化重裝。
維護整個系統永不出錯需要大量冗餘，是幾乎不可能完成的任務；而保證生殖細胞的優良要簡單有效得多。
衰老的個體通常意味著更多的錯誤信息，更不適合產生後代，這樣的個體對於種群來說會浪費太多資源。
自然競爭條件下，優勝劣汰的「優」首先是利於種群，其次才是有利於個體基因的傳遞。
詢問一位在做端粒研究的同學，得來答案如下
首先，端粒不是被加上用來「限制壽命」，而相反的，是用來保護DNA在複製過程中的完整性。
線狀染色體複製起始於RNA引物結合在複製起始位點，然後DNA聚合酶從5』到3』方向延伸合成新鏈。RNA引物在複製完成後，將從DNA鏈上解離並留下一段單鏈DNA在5』末端。每次DNA的複製，新鏈就會再損失RNA引物的長度和信息。端粒就可以看做在DNA鏈的兩端，一些不包含信息的序列。那麼每次複製的時候，我們僅損失的端粒部分的序列，就有效保護了其他含有信息的部分。除了存在於染色體末端充當物理上的屏障以外，端粒的序列可以被一系列的端粒相關的蛋白識別並結合形成一定的二級結構。 這些蛋白和二級結構的存在使得染色體末端不被DNA修復通路識別（特別是double-stranded
breaks）,
從而不同的染色體末端免遭被DNA修復通路亂牽紅線。如果沒有這些端粒蛋白的保護，不相干的兩個染色體可能會共價連接在一起，悲慘共度短短的一生。因此端粒是非常必要的染色體結構。
儘管DNA複製會導致端粒逐代變短，端粒酶會在S到G2周期中在染色體末端添加幾個重複的固定的序列，讓端粒再補回來一點。這個機制是十分保守的。除了果蠅外，被研究過的物種小到酵母草履蟲，大到老鼠和人，都是利用端粒酶來保持端粒的長度在固定的範圍內（後面會提到這個固定的端粒長度範圍因物種而異）。那麼為什麼端粒酶沒有無休止的把端粒添加到足夠長讓細胞一直長生呢？其中一個原因是：這樣會很浪費！過長的端粒除了浪費核苷酸以外其實並沒有什麼優勢，在酵母中還有因為過長的端粒威脅細胞生存的例子呢（McEachern
and Blackburn,
Nature. 1995）!因為體細胞凋亡或細胞程序性凋亡其實是受調控的，大意就是它到了時間就一定要跪了，讓位新的細胞， 並不會僅僅因為端粒還算長而決定多活一會兒。幹細胞和癌細胞的端粒酶活性一般就比較高，細胞複製和分化的能力也比較強。
（圖中A：DNA複製留下的沒有被複制的末端；B：端粒酶前來補上；C黃色部分是端粒複合體）
cite from： Telomeres and telomerase
其次，生物在進化中的位置和端粒的長短，端粒的有無，是沒有直接關係的。比如鼠的端粒(8-10kb, 也有些品種是30-150kb)其實是比人（5-15kb）的要長，但是壽命就非常短。不同地域的擬南芥，比如Ws就有Columbia兩倍長的端粒，但兩者的壽命基本相似。因此在健康的個體中，端粒的絕對長短並不一定能夠代表壽命的長短。而且，進化上也沒有生物越高級就有越長的端粒的規律。
做個不太恰當的比喻，延長個體壽命對於基因來講相當於節流，而獲得更強大的繁殖力和對環境更加適應的能力則相當於開源。
開源總比節流好，不是節流不利於生物基因保留，而是在現有和歷史的環境下開源的好處顯然更大。基因是自私的，用最有效的方式維持自己的存在才是對基因最為重要的事情。至於端粒酶之類，應該是屬於確保自身「血統純正」的方式之一，當基因發現自己變得和自己原來的樣子差別變大的風險增加到不可接受的限度時，就傾向用「程序性死亡」的方式結束自己的使命，一來不給「異教徒」壯大的機會，二來給「血統純正」的子代留下足夠的生存空間和資源。當然也總有些例外特別想得開，對血統之類的不那麼在意，不管變成啥樣，只要活著便好，所以我們就會看到癌症之類的奇怪東西了。
無聊的瞎想的玩意兒，民科味十足，姑且一笑置之吧。
端粒不是一個基因，只是一段序列。下面是我的有關端粒和端粒酶的一篇帖子，或者對理解該類問題有點幫助吧：
都說生病的人怕腫瘤，健康的人怕衰老。於是但凡與腫瘤和衰老相關的東西總是特別引人注目。比如：端粒和端粒酶！
但人的衰老是一個複雜的綜合性的生理過程，不可能由某一個單一的因素定奪，此其一；
再者，生命科學發展至此，很多還是未知數，許多生命之奧秘，有待進一步探究，此其二。所以，就算端粒如此熱門，有些問題還有待進一步研究，現階段下結論似乎還早了些。
不過，商家們總是迫不及待。最近就看到的兩則有意思的新聞。
一則是中央二台的早間新聞。該新聞如是說：您想知道您還能活多久嗎？科學新技術已經能很快告訴你。你只要花上1000英鎊，測一測你的細胞內一種叫端粒（Telomere）的分子的長短，你壽命的謎底立馬揭曉噢......
一則是某美容公司老總發到朋友圈的廣告宣傳。」諾貝爾科技、端粒酶頂級眼護
進駐***醫學美膚。
神奇的端粒端粒酶！！..... 是耶？ 非耶？ 看來今天還是得來一番「說長道短」
話說端粒，號稱生命體的『分子鐘』，巍巍然矗立於細胞核內染色體DNA的兩個末端，通俗地說，就是DNA的保鏢。它日夜保護著生命最高司令官DNA的安全… 可以如此描述，端粒『健在』，DNA才能完好無損，細胞才能正常運作，生命體才能生生不息。遺憾的是，端粒這個保鏢是要不斷做出犧牲的，細胞每分裂一次，端粒就會縮短一點，細胞分裂次數越多，端粒就縮短的越多，換句話說，細胞越老，端粒就越短。
曾經有國內外文獻報道，檢測各類人群細胞內的端粒長度，即胎兒組，青少年組，中年組，老年組，其端粒長度確實隨年齡增高而順序遞減。
於是乎，從這些研究數據，科學家們提出了『分子鐘』的概念：「染色體端粒就象是一個伴隨著細胞分裂繁殖的「生命之鐘」，它曆數著細胞可分裂的次數，同時也見證了細胞由旺盛地生長繁殖到走向衰老死亡的整個生命歷程。」
這便是分子鐘的由來。端粒的長短和年齡的關係，或許不一定精準，但至少從現有的實驗研究數據，確實是那麼個趨勢。於是乎便有了前面那則新聞，商家們真乃『無孔不入』啊。不過需要提醒的是，還是前面第一段話：人的衰老是一個複雜的綜合性的生理過程，不可能由某一個單一的因素定奪。花上1000英鎊，去預測那麼種趨勢，值不值，看各人吧。如果是我，多老就多老吧，順其自然好了，不測也罷。
至於端粒酶，簡單說，就是讓正在縮短的端粒重新延長的一種酶。該酶在絕大部分正常人體細胞內是檢測不到的，在人的胚胎期才有活性。通常說，如果體細胞里能重新獲得端粒酶活性，就能使端粒變長，細胞應該會變得年輕化，存活時間也會變長。一些體外實驗數據也支持此看法。這便是端粒酶抗衰老的初步依據。
問題的關鍵在於，重新激活端粒酶的結果究竟如何？是否能真正讓細胞年輕化，更重要的是，年輕化的同時
有無潛在的刺激細胞過度生長的風險？！...... 期待科學家們更充足的實驗數據。
有一種能量的說法。生物生存生育的本質是為了產生下一代讓種族生生不息。在競爭激烈的生物圈中，在條件惡劣的大自然中，這時候就有兩種解決辦法來保證種族的延續。
一，是通過大量的生殖，比如小白鼠啊蒼蠅啊。你看他們自身的壽命都很短，但是一生生一窩！到現在絕對算是生生不息了。生物生育是需要消耗大量的能量的(不是簡單的是我們說的atp的那種能量)，在總的獲取的能量一定的情況下，生物就要縮短自身的壽命來儘可能的生育，從而讓種族生生不息。再比如蜘蛛，有種蜘蛛在交配完了以後母蜘蛛甚至要把公蜘蛛吃掉……
二，延長自身壽命。這類在生物鏈高層的生物中比較常見。因為生物鏈中越往頂層的生物對大自然消耗的能量是越多的(兩千斤草養活兩百隻羊養活幾隻獅子)。這時候就不能靠大量生殖來保證種族延續了。為了提升自身的壽命，就需要機體有著完善的修復系統來處理病變的、衰老的組織。
人體和木建築啊汽車啊什麼的不太一樣，很多部位都是同時開始衰老的。心臟病三高骨質疏鬆等等，這時候如果通過修復辦法來保證長壽，需要大量的能量和原料的攝入，而平時的運動也已經消耗了大量的能量了。再者，我們平時大病初癒的時候是不是都胃口很棒呢？僅僅是為了延長壽命的話，對於整個種族是不利的，因為種族的目標是為了生生不息……這就是生物的本質。
之所以我們會有這這樣的壽命，是因為經過大自然選擇之後，在壽命和數量之間選擇並取得平衡的結果。
當然，誰不希望長壽呢？我也希望。
再，世界上唯一不死的生物是一種非常簡單的生物，水螅，白白的，像個蟲子…可是有什麼意義呢？
好好努力，幸福的過一輩子，才是真理吧。記得電影里說過，「永生」實際上是一種詛咒。
以上。
記住一件事兒
生命存在，實際上是以繁殖取勝的，中間的一切對外抗爭，為的是繁殖傳遞自己的基因。
而傳遞基因是有最好的時間的，因為繁殖是一件十分耗費能源的事情，各種器官都有能量消耗，所以說一直保留著生殖能力並不是對所有生物都很合適，如果說在這方面耗費太多能量來刻意保持，很顯然可能競爭不過同類和自然。
人類已經是很例外了，在合適的年齡過去後居然還能活著，其他大多數動物都是終生生育，畢竟大都只能活很短時間。
意思是什麼呢？
我們能夠獲得保留的，是那些幫助繁殖的，有利於繁殖期間和同類和外界抗爭的特性，而老了之後還能活著，大體上可能是因為人類老人有一定家庭功能，但這至少對以前來說仍然是不重要的（更何況家庭功能對於體能要求不高）。
簡而言之，老了死了不可惜。
所以，也就不用太關心老這件事兒，盡量長大jj（危害免疫系統），女人長肥屁股（不利奔跑）。
我舉個例子，人類的祖先曾經可以自己體內製造維生素C，後來出現了很多含有VC的食物，於是逐漸喪失了體內合成VC的能力。
衰老也是同樣的道理，其實生物「進化」只是一個不斷與環境相適應的過程，而非真正意義上的變得更強大。
個體的長生不老對於種群來說沒什麼意義，並且還要佔據大量的資源，所以「進化」不出永葆青春的基因來。
衰老是由很多因素共同影響的。其中比較重要的一項便是基因。
有些基因是在個體老年後 —— 也就是在有性生殖之後 —— 才發揮作用的。基因的遺傳需要有性生殖。從這兩點可以得出什麼推論？
那些年輕時引發疾病的基因不會或者很少隨著有性生殖從我們祖先哪裡傳遞下來，而引發老年疾病的則可能會傳遞下來。
所以如果我們想延長某種生物的壽命，只需要逐步地延長它們生殖時的年齡，從而使得對老年產生不利影響的基因更少的遺傳下來，那麼種群的平均壽命就可以提高了。
以上轉述自《自私的基因》，對於 為什麼基因自私但是生物卻有利他行為 感興趣的可以找來看看。
至於端粒，不清楚。進化是通過生殖來完成，一代一次，這樣生殖年齡（人的話14-30歲）前良性表達的基因就會充分被優化，表現在這個年齡的人狀態非常好。一些比較差的但是延遲表達的特徵，則很難被淘汰，積累的多了，就形成了衰老和死亡。
因為這樣設計物種的話、物種的升級迭代速度最快！！~~
繁衍出新的一代、有點象軟體release新的版本一樣：積累一批補丁和新的feature後、馬上發布新的版本、這時老版本就應該銷毀啦(這是根據【天地不仁以10000物為芻狗】基本原理來的、不是我派說的！！。。。快跑啊哈！！~~)沒錯，端粒控制著細胞衰老進程，縮短速度越快衰老越快，這是2009年諾貝爾醫學獎得主之一伊麗莎白布萊克本提出的，她也提到了改善端粒的幾個好習慣，運動，受到更良好的教育，童年未受到虐待，她特別指出需要補充omega-3，之後她在對冠心病患者研究上也發現這點，對於冠心病患者血中omega-3含量更高人群的端粒縮短速度更慢，延緩了衰老。而補充omega-3，國外醫生推薦高純度omega-3魚油
Xiaoyu Zhuo把端粒的問題說的很明白了，我來說下關於長壽的問題
動物為什麼會進化出死亡這種特性，的確是很奇怪的一件事。我也老思考這個問題，歸納了一下，大概有這麼幾點原因：
- 長壽看似很厲害，其實並不有利於進化。達爾文的進化論核心思想是「適者生存」，著眼於個體的生存能力，現代的進化理論則提倡「有利於種群的繁衍」，就是說不利於個體的性狀有時候會有利於一個群體，那麼這個性狀也會保存下來。死亡就是這樣一個性狀。你可以假設某種動物在條件優越的情況下擁有無限的壽命，並且一直處於繁殖期。那麼繁殖幾代過後，你會發現新的後代和老的個體同時在繁殖後代，然而繁殖本身是需要成本的，在我們假設的這種動物種群內，年紀很大的動物和年輕的動都擁有繁殖能力，但是年紀很大的動物，他的基因也是「很老」的，換句話說，就是年老的動物基因比年輕的動物基因擁有更少的變異，在這種情況下，將大量的生殖資源讓給年老的個體將會大大的拖慢整個種群的變異速度，導致整個種群進化的速度和應對環境變化的能力下降，所以最好的策略就是將更多的生殖資源留給年輕的個體，老的個體儘快退出生殖期，退出生殖期的動物對於種群的生存就沒什麼用了，所以就死掉，給年輕的個體留出資源。
- 很多動物細胞是不能替換的。比方說你的神經細胞，這種細胞往往分化非常完全，並且也不容易替換（有的神經元軸突長達一米，如果損傷將是很難修復的）。當一個個體大量的不可替換的細胞因為外界條件原因而死亡，這個個體的生存能力勢必會不斷下降。這種下降趨勢往往會隨著年齡的不斷增長而加快，所以為了保證整個種群的質量，為年輕的個體留出生存資源，就讓所有個體在某個年齡之後死亡。
- 細胞的凋亡機制。我們的細胞會自然死亡，進化出這種機制擁有很重要的意義；它不僅可以保證體內細胞保持在某一個固定的數目，清除無用的細胞和組織並保證機體功能，而且可以防止細胞不受控制的過量增長。p53基因在人類腫瘤有關基因的突變率最高，被認為是治療癌症的關鍵，這個基因就是控制細胞凋亡的。隨著機體年齡不斷增長，會有大量的細胞進入凋亡階段，當進行到一定程度，機體生存所需要的必要細胞過少，機體也就自然死亡了。
本人並不是科班出身，如果答的地方有什麼不對的，歡迎下面指正^_^
對大自然了解的越微觀越精確，我就越感覺這個世界太tm虛幻了……
進化不是針對個體，而是說的是一個族群。
進化簡單的說是族群中具有新形態，新功能，更能適應環境的個體逐漸取代整個族群的過程。這個過程需要一代一代的族群個體共同完成。注意一代幾乎就是一種生物的一個生命周期。
如果一個個體的壽命非常長，那這有利於整個族群的進化么。之所以會這樣，或者說之所以大多數生物有一個不是特別長的生命周期，這也應該是進化的結果吧。
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