為什麼不同的生物生命的長短會不一樣？

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這是一個很有意思的問題，剛好上學期上遺傳學的時候教授有講一節關於衰老的課，我試著根據那節課的內容來簡要回答一下這個問題。不過我將主要討論一下哺乳動物的壽命。
1. 早期研究。
大概在上世紀40、50年代（具體不記得了，不過也差不多），科學家發現給小鼠提供低卡路里(calorie reduced, CR)飲食時，小鼠壽命將延長。當時科學家發現此現象與胰島素（insulin）有關。血糖濃度升高激活胰島素釋放，從而使有胰島素受體的細胞產生一系列下游反應，比如轉運及利用葡萄糖等。給小鼠餵養葡萄糖類似物2-脫氧-D-葡萄糖時，小鼠血液胰島素水平較低，與低卡路里小鼠水平相當。這是現代生物學比較早期對衰老及長壽的研究，用的似乎是營養學的方法。
2. 細胞水平研究。
隨後科學家逐漸發現了端粒及其作用。端粒（telomere），簡言之就是線性染色體的末端，應是所有真核生物共有的。有一定分子生物學背景的人應該知道，真核生物DNA複製會有末端問題。首先DNA聚合酶無法進行3"到5"的複製，只能進行5"到3"的複製；其次DNA複製需要引物，一般是一小段RNA。這一段RNA最終將降解。那麼在線性染色體末端，5"到3"DNA鏈的複製毫無問題，而另一條鏈的複製則不會完整，因為最後那段RNA引物所覆蓋的序列無法複製。因而如果沒有特定的酶來延長最後的區域，隨著細胞多次複製，端粒區域將越來越短，最終將影響染色體的完整性，細胞可能會進入不同的階段，比如靜息或者直接凋亡。
端粒酶則可以向染色體末端添加重複序列，從而形成端粒。其自身具有一小段RNA，可作為DNA合成的模板。正常細胞（幹細胞除外）沒有端粒酶活性，因而當其複製一定次數後將停止分裂，直至死亡。一個成年人體內絕大多數細胞是處於不再分裂的狀態，不過它們依然存活並工作著。所以端粒長度可以決定一個細胞的衰老速度。
3. 遺傳水平研究。
1993年，Kenyon C等在Nature上發表了一篇文章，稱他們發現了一個C. elegans（秀麗隱桿線蟲)的突變株，此突變株的個體的壽命是普通線蟲的兩倍。後來科學家們發現突變的基因所編碼的是線蟲版本的胰島素受體蛋白。經過研究發現，此突變上調了某些應激反應基因的表達。那麼何為應激反應呢?
4. 活性氧與應激反應。
細胞雖小，也會受到各種環境傷害。常見的如各種氧化物以及紫外線。這些傷害會對細胞造成或大或小的損傷，最嚴重的是對DNA的損傷。活性氧(reactive oxygen species, ROS)是比較主要的損害，其可來自自由基反應，過氧化物反應或者其它氧化反應。活性氧對細胞損害極大，所以細胞也有各種抗氧化物酶如超氧化物歧化酶（就是SOD，大家估計比較熟）等來消除其影響。當細胞感受到活性氧或者其帶來的損害後，其可以通過激活抗氧化酶基因的表達，這個過程就是應激反應。當然應激反應不僅僅局限於對活性氧的反應。

說了這麼多，我們可以試著整合上面的信息。對動物來說，運動是其基本狀態，因此必然消耗能量。消耗能量一般來說是氧化過程，因而難免會產生各種活性氧。如果一個細胞處於「壯年期」，它可以通過應激反應來有效地消除活性氧的危害。但如果一個細胞逐漸衰老，其積累的各種損傷越來越多，到最後它可能無法應對活性氧的威脅。當然，如果一個細胞遭遇了某些突變而使得控制應激反應的基因失效，那麼它也將「折壽」許多。反之亦然。
一般而言，體型越小，活動越多，新陳代謝越快的動物壽命較短。當然這會有很多反例。不過依我看來，這個觀點其實是說得通的，因為活動多，新陳代謝快，其產生的活性氧也多，細胞受損也多，因而相對活動少，新陳代謝慢的動物壽命短。
至於端粒，可以說其長度決定了一個細胞一般的壽命。一定的質粒長度加上一定的縮減速度，我們就大概能知道一個細胞能正常分裂多少次。

關於胰島素的作用，我一時無法將其整合到上面那部分中，不過我覺得其和能量代謝有關。我也不知道到底有沒有真正回答了這個問題，因為我只在討論動物，而且主要在討論哺乳動物。其它如「不死」的植物和可無限增殖的微生物我可真的不太了解。

據說除了人以外，不管體型大小壽命長短，哺乳動物一生的心跳次數都差不多，7億多次；呼吸次數也差不多，1億多次。
還聽說三十年代國外有動物學家提出過「生物學上的瞬間」（確切中文表達不清楚）的概念，大概是說各種動物生命長短不同，但各自生命的瞬間濃度不同。關心這個問題是因為我的貓，它只能活十幾年，沒意外的話必定走在我前面，為了以後不遺憾，我應該給它配得上它高濃度生命的高濃度的關愛。