不生孩子更长命?
2018-09-07 11:58

不生孩子更长命?

本文来自微信公众号:大象公会(ID:idxgh2013),作者:王大可(牛津大学动物学系Edward Grey研究所博士生)。


无论是人还是动物,精子竞争的核心逻辑都是更多、更快、更强。然而,生物不可能无限度地投入繁殖。一来,生物从环境中获取的能量有限;二来,繁殖的前提是活着,必须先拿一部分能量来喂活自己。


繁衍对于生物个体而言,弊大于利。啪啪啪极大消耗能量,加剧了疾病传播、增加了被捕食风险。于雄性而言,增加了争夺配偶打斗致死的风险;于雌性而言,增加了被强奸致死和难产死亡的风险。


生命的狂欢唯一的回报似乎只有短时间内大量多巴胺的释放。但为了一瞬间的欢愉,生物却承受了长时间的寻觅快乐而不得的痛苦。


但生命脱离了繁衍,活着好像也并无意义。于是,他们只好谨慎地平衡分配给自身和后代的能量。而各个系统都渴望更多能量,就像各个部门都渴望更大的权力、更多的收入。


在总能量一定的情况下,每个部门的增益,都意味着其他部门的损失。动物们对繁殖活动的每一项投入都有其代价,只是他们自己未必知晓而已。


繁衍的代价


例如,在资源有限的时候,生物若投资了更多能量在免疫系统上,相应就会少投资一些能量在生殖系统上,反之亦然。同样道理的,还有生物的生长速率、运动能力和寿命。



● 生殖系统和其他系统的权衡(trade-off)


举例来说,炎症会导致精子活性下降——并不仅限于生殖系统相关的炎症。在一个实验中,两组雄性蟋蟀(Teleogryllus oceanicus),一组在幼年期注射细菌的脂多糖引起炎症反应,一组不进行任何操作。


性成熟后,发现经历炎症反应的雄蟋蟀抗菌免疫系统显著调高,然而精子活性却比没处理过的蟋蟀要显著的低[1]



再比如,处男往往会有更快的生长速率。


一种端足目生物(Gammarus lawrencianus)在成功交配前,雄性需要抱住雌性在水中漂浮几天(Amplexus),直到雌性排卵,此过程耗时耗力,雄性因此减少了许多进食机会。


研究人员设计了一个实验,实验分为两组,一组全是雄性,另一组雌雄比例2:1,结果发现第二组雄性绝大部分时间都在抱着雌性,实验结束后,纵欲的雄性比禁欲的雄性轻了45%[2]



动物们还需要在肌肉和卵巢间做出权衡。


另外一种蟋蟀(Gryllus rubens)有两种形态,能飞的长翅型,不能飞的短翅型。两种形态的雌性蟋蟀在相同时间内增长的体重相当,然而长翅型把更多的能量分配到翅膀肌肉上,运动能力更强,短翅型把更多能量分配到卵巢发育上,生育能力更强[3]


● 左为“短翅型”,右为“长翅型” 


而最致命的取舍,在于寿命与生殖能力的关系。一项研究表明,去除生殖前体细胞的“太监”线虫,能比正常线虫多活60%的寿命。


不生孩子更长命?


自然界中,动物们往往面临一个两难抉择,是今天生孩子还是以后生孩子?


如果今天生孩子,它需要把身体资源挪一部分给性和生育,风险是死亡概率增大——因为自身健康水平下降,寿命减短,被捕食风险提高,最后还会导致未来生育水平降低。但好处是今天孩子已经生下来了,就算明天就死,起码没有绝后。


未来再生孩子的好处是今天不用承担生育风险,只需要把自己养的白白胖胖,以后更容易生孩子就行。坏处是,万一明天死了,就真的玩完了。 



一种鱼类(Gasterosteus aculeatus)在被捕食风险高的时候降低了求偶频率,为了更好的未来甘愿在当下压抑自己的欲望。但是在繁殖期快结束的时候,哪怕再危险,还是要殊死一搏,因为再不拼搏就老了[4]


因此,在众多物种中,生育和生存都是负相关的。为了探求其中道理,一心想着长生不老的人类把目光放在了去除生殖细胞和生殖腺上[5, 6]


研究人员发现,去除线虫的生殖前体细胞可以显著延长寿命。他们敲除了线虫生殖细胞相关基因,使其不产生或几乎不产生生殖前体细胞(Germ line precursor cell),生殖前体细胞是能够不断分裂和分化成生殖细胞的干细胞,它的缺失可以延长线虫寿命60%。


当研究人员突变了生殖前体细胞相关基因,使其不断增殖,过多的生殖细胞缩短了线虫寿命。虽然大幅减少生殖前体细胞可以延长线虫寿命,但移除整个生殖系统却没有这种效果[7]


不过,果蝇的寿命却没有因为生殖细胞的剔除而显著增加,相反,没有生殖细胞的雌果蝇寿命不增反减,空空的卵巢中长满了过度增殖的体细胞。


没有生殖细胞的雄果蝇的寿命与正常雄果蝇并无显著差异或仅有微小的提高。研究人员认为,这可能是因为生育和生存并不总要争个你死我活,也能共同进步[8]


不仅物种间有差异,两性间也有差异。研究人员发现去除卵巢的雌性小鼠寿命显著低于对照组,且加速衰老,而切除睾丸的雄性小鼠寿命却显著高于对照组。


研究人员推测,这可能是因为雌激素拥有抗炎效果,卵巢切除之后没有雌激素来源,炎症分子积累加速衰老[9]。生殖系统和我们携手走过多年风风雨雨,粗暴地分开自然会带来许多负面效果。


二甲双胍(Metformin)从上世纪六十年代起被用作二型糖尿病降糖药。近年来,科学家还发现二甲双胍可以延缓衰老和衰老相关疾病的发生。


在实验中,给中年小鼠长期服用低剂量的二甲双胍,可以让小鼠腰不酸、腿不疼,干活不累、吃嘛嘛香,效果和低卡路里饮食(被认为能延缓衰老)类似,各种衰老指标,如氧化压力(Oxidative stress)和炎症反应(Chronic inflammation)都有了年轻化的趋势[10]


但二甲双胍的副作用是可能会减小睾丸的重量。


研究人员让一组怀孕的小鼠妈妈每天喝二甲双胍直到怀孕第16天,随后取出尚在发育的胎儿,称量睾丸重量;另一组小鼠妈妈喝到怀孕第13天,并正常生产,随后处死新生儿称量睾丸重量。


两组实验结果均显示,喝了二甲双胍的小鼠生育的雄性后代睾丸较小,可以认为,二甲双胍抑制了生育[11]。但二甲双胍是否真的能延缓衰老,延缓衰老的原因是否和抑制生育有关,还需要更多的研究证实。


生殖系统内部的权衡


不仅动物投资在生育上的能量要同其他系统讨价还价,在生育中分配到不同功能的能量也是同理。


生物需要权衡两个问题:1. 分配多少能量于当下,多少能量于未来。2. 分配多少能量让自己更容易赢得配偶(交配前选择),多少能量让自己交配后更容易成功生子(交配后选择)


交配前选择的重要标准是打架能力,打架能力高,社会地位高,更容易赢得配偶。然而很多物种中,精子数量、质量和社会地位负相关,通常认为这是战败者最后的挣扎,如果对象找不到,精子质量又不行,就只能等着绝后了。


自然选择和性选择不止有一个标准,如果你在最为大众接受的那一个标准下垫底,不要紧,你依然有机会,但如果在所有标准下都垫底,则必定不能存活。而在社会顶层的雄性,只要精子没有都死光,日复一日的耕耘总是会生出孩子的,精子松懈一点也能赢。


公鸡经过多次擂台赛,每次都获胜的公鸡精子运动能力显著下降[12]。鲑鱼经过擂台赛,每次都获胜的鱼可以获得领地,过上老婆孩子热炕头的生活,失败的鱼只能捡漏,趴在别人窗户上,到关键时刻冲进去排出一堆精子,老王精子数量、质量显著高于老实巴交的正经老百姓[13],才略微多了一点胜算。


一些甲虫(Onthophagus)打架专用武器是它坚硬的角,实验人员在其幼虫期去掉会发育成为角的细胞,成年后甲虫没有角但却发育出了不成比例的巨大的睾丸,意味着它把建设角的能量转移了一部分到精子上[14],没有角的甲虫只能采用隔壁老王上位法,果然失败使人奋发,成功使人松懈。




科研人员不禁想到,当代人类社会早就不再把暴力当成追求配偶的最重要因素,取而代之的是聪明的大脑,睾丸和大脑都是人体极度耗能的器官,假如这二者争夺资源,岂不是会蛋大无脑?


一项研究显示,多夫制社会中的雄性蝙蝠大脑比一夫制社会中的雄性蝙蝠大脑小,而以前的研究告诉我们,多夫制社会中的雄性蝙蝠睾丸比一夫制社会中的雄性蝙蝠睾丸大,如此一来,大脑和睾丸的大小就负相关了[15]


还好,紧接着就有研究出来反驳,不不不,我们不一样,高贵的哺乳动物睾丸和大脑可是各自独立地茁壮成长呢[16]


参考文献:

1. Simmons, L.W., Resource allocation trade-off between sperm quality and immunity in the field cricket, Teleogryllus oceanicus.Behavioral Ecology, 2011. 23(1): p. 168-173.

2. Robinson, B.W. and R.W. Doyle, Trade-off between male reproduction (amplexus) and growth in the amphipod Gammarus lawrencianus.The Biological Bulletin, 1985. 168(3): p. 482-488.

3. Mole, S. and A.J. Zera, Differential allocation of resources underlies the dispersal-reproduction trade-off in the wing-dimorphic cricket, Gryllus rubens.Oecologia, 1993. 93(1): p. 121-127.

4. Candolin, U., Reproduction under predation risk and the trade–off between current and future reproduction in the threespine stickleback.Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 1998. 265(1402): p. 1171-1175.

5. Maklakov, A.A. and S. Immler, The expensive germline and the evolution of ageing.Current Biology, 2016. 26(13): p. R577-R586.

6. Partridge, L., D. Gems, and D.J. Withers, Sex and death: what is the connection?Cell, 2005. 120(4): p. 461-472.

7. Arantes-Oliveira, N., et al., Regulation of life-span by germ-line stem cells in Caenorhabditis elegans.Science, 2002. 295(5554): p. 502-505.

8. Barnes, A.I., et al., No extension of lifespan by ablation of germ line in Drosophila.Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 2006. 273(1589): p. 939-947.

9. Benedusi, V., et al., Ovariectomy shortens the life span of female mice.Oncotarget, 2015. 6(13): p. 10801.

10. Martin-Montalvo, A., et al., Metformin improves healthspan and lifespan in mice.Nature communications, 2013. 4: p. 2192.

11. Tartarin, P., et al., Metformin exposure affects human and mouse fetal testicular cells.Human reproduction, 2012. 27(11): p. 3304-3314.

12. Froman, D.P., et al., Sperm mobility: mechanisms of fertilizing efficiency, genetic variation and phenotypic relationship with male status in the domestic fowl, Gallus gallus domesticus.Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 2002. 269(1491): p. 607-612.

13. Bartlett, M.J., et al., Sperm competition risk drives rapid ejaculate adjustments mediated by seminal fluid.eLife, 2017. 6: p. e28811.

14. Simmons, L.W. and D.J. Emlen, Evolutionary trade-off between weapons and testes.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006. 103(44): p. 16346-16351.

15. Pitnick, S., K.E. Jones, and G.S. Wilkinson, Mating system and brain size in bats.Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 2006. 273(1587): p. 719-724.

16. Lemaître, J.F., et al., Sperm competition and brain size evolution in mammals.Journal of evolutionary biology, 2009. 22(11): p. 2215-2221.


本文来自微信公众号:大象公会(ID:idxgh2013)作者:王大可(牛津大学动物学系Edward Grey研究所博士生)。

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