章鱼被称为世界上最聪明的动物之一,有9个大脑5亿个神经元,但为何没发展出文明呢?章鱼一旦产卵就会死亡,让章鱼无法把知识传递给下一代,导致自己积累的知识,直接消亡,这是因为寿命的制约,导致它们永远无法成为高级智慧生物。寿命是生物繁衍的关键,也是生物进化最核心的问题,因为只有活着才能创造出文明。而人虽然没有像章鱼那样一生产就会终结生命,寿命可以达到百岁左右,但终归会消亡,而新生的婴儿需要从头开始知识的积累,虽然可以学习前辈积累的知识,但生命的长度依然限制了很多。那么人的生命为什么是有限的呢?这其中一个原因就是端粒缩短。这就要先从真核生物说起。
关于真核生物
自然界中的生物包括动物、植物、细菌、真菌和病毒。根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核,把细胞分为真核细胞和原核细胞。人类就是典型的真核生物。真核细胞的转录大多在细胞核中进行。而细胞核的结构包括核膜、核仁、核基质、染色质等物质。其中染色质由DNA和蛋白质组成,而DNA包含了机体的遗传物质。
关于DNA
DNA的结构是双螺旋结构,看起来像一个扭曲的梯子。梯子的侧面由交替的脱氧核糖和磷酸分子组成,而梯子的台阶由一对氮碱基组成。有4种氮碱基,分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。氮碱基具有特定的配对模式(A=T,G=C)。
关于RNA
RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种,即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶,其中,U(尿嘧啶)取代了DNA中的T,与A配对。人体中RNA主要在DNA的复制中作为引物,以及在控制蛋白合成的过程中起作用。
关于酶
酶是具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或核糖核酸,它能加快生化反应的速度,但不改变反应的方向和产物。酶存在于人的细胞内,是帮助DNA完成复制的一种必需分子。
脱氧核糖的化学式比核糖少一个氧原子。脱氧核糖是DNA的组成部分,而核糖是RNA的组成部分。人体各种细胞是有寿命的,人类生命的维系是通过细胞内DNA的复制来完成新陈代谢。但DNA的复制起始需要RNA(引物)的引导。
关于DNA的复制
解旋酶在局部展开双螺旋结构的DNA分子为单链,引物酶辨认起始位点,以解开的一段DNA为模板,按照5'到3'方向合成RNA短链,形成RNA引物。在引物提供了3'-OH末端的基础上,DNA聚合酶催化DNA的两条链同时进行复制。当DNA合成一定长度后,DNA聚合酶水解RNA引物,补填缺口。DNA连接酶将DNA片段连接起来,形成完整的DNA分子。最后DNA新合成的片段在旋转酶的帮助下重新形成螺旋状。
但最前方的一段缺口,没有提供3'-OH末端的物质,那么就会造成DNA链在一代一代的复制中不断的变短。因此DNA链最前端的地方,存在一种叫做端粒的结构,是一种富含T-G的重复短序列,专门来保护DNA。但端粒的长度也是有限的,在一代一代的复制中,端粒终会被消耗完,一旦DNA链短到关键基因位置造成缺失,那么人的身体就会出现各种问题。
端粒体与人的寿命密切相关,但不能说端粒体完全决定人寿命的长短。端粒体能影响细胞从成熟到衰老再到自然凋亡,细胞每分裂一次,染色体两端的端粒体就会相应变短,当端粒体短到一定程度,端粒体不再具有活性,细胞也就丧失了无限增殖的能力而发生凋亡。那么解决端粒变短也是达到长寿的一种方式。