영원히 살 수 없는 이유

특정 해파리와 그 친척들은 불멸이 가능한지 여부에 대한 감질나는 단서를 제공합니다. 그렇다면 왜 죽음은 우리의 나머지가 되는 것일까요? 

우리의 바다와 강에서 떠 다니는 모든 이상하고 멋진 수생 생물 중에서 히드라를 간과하는 것은 용서받을 것입니다. 머리가 다시 자랄 수 있는 고대 그리스 신화의 뱀의 이름을 따서 명명된 이 뱀은 해파리, 말미잘, 산호의 민물 친척입니다. 약간 민들레 씨앗처럼 긴 몸체와 한쪽 끝에 촉수 다발이 있어 볼 것이 별로 없습니다. 그러나 그들은 생물학에 대한 호기심을 불러일으키는 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 재생될 수 있다는 것입니다. 히드라를 여러 조각으로 자르면 각 조각이 완전하고 새로운 개체로 다시 자랄 것입니다.

그들의 재생 속성은 자연에서 불멸의 증거를 찾는 생물학자들의 관심을 불러일으켰습니다. 왜 이 종들은 자연적인 원인으로 죽지 않는 것처럼 보입니까? 그리고 죽음은 피할 수 없는 것인가?

노화는 20세기 중반에 번식과 세포 유지 사이의 절충안 으로 설명되었습니다 . 처음에 유기체의 몸은 세포를 유지하기 위해 성장하고 우리를 건강하게 유지하기 위해 자원을 사용합니다. 어린 시절과 청소년기를 통해 강조점은 생존을 유지하고 가능한 한 강하고 건강해지는 것입니다. 성적 성숙 후에는 우선 순위가 번식으로 전환됩니다. 대부분의 유기체의 경우 자원이 제한되어 있기 때문에 자손 생산을 우선시하면 건강을 유지하는 데 희생될 수 있습니다.

산란을 위해 상류로 헤엄쳐온 연어를 가져갔다가 즉시 죽습니다. 연어는 산란장에 도착할 수 있는 가장 좋은 기회를 제공하기 위해 모든 것을 소비하고 일단 그곳에서 기회를 최대한 활용합니다. 연어가 하류로 다시 헤엄쳐서 바다에서 1년을 더 생존하고 같은 여행을 하고 성공적으로 다시 산란할 가능성은 너무 희박하여 자연 선택이 이러한 개체를 선호하지 않을 것입니다. 그리고 어쨌든 그들은 이미 한 번 성공적으로 유전자를 전달했습니다.

그러나 사물이 죽는 이유에 대한 현재의 이해는 조금 더 구체적입니다. 유기체가 성적 성숙에 도달하면 자연 선택의 힘이 약해지고 노화 과정이 시작되어 궁극적으로 죽음에 이르게 됩니다. 그러나 영국 이스트 앵글리아 대학(University of East Anglia)의 진화생물학 및 생물노년학 교수인 알렉세이 마클라코프(Alexei Maklakov)는 "이타적 관점에서 매력적일 수 있는" 차세대를 위한 길을 열어주지는 않는다고 말했다.

 

고대 그리스 신화의 뱀의 이름을 따서 명명된 민물 히드라는 놀라운 재생 능력을 가지고 있습니다(제공: Natural Visions/Alamy)

우리의 유전자는 일생 동안 돌연변이를 수집합니다. 일부는 완전히 무작위이고 다른 일부는 식단이나 자외선과 같은 외부 요인의 결과입니다. 대부분은 아무 것도 하지 않거나 해로우며, 유용한 것은 거의 없습니다. 옥스퍼드 대학 인류학과의 진화 생물학자인 가브리엘라 쿤투리데스는 성적 성숙이 있기 전에 "유기체의 번식 가능성을 감소시키거나 번식하기 전에 유기체를 죽이는 유전자 돌연변이는 강력하게 선택될 것"이라고 말했습니다. . 그러나 유기체가 성적 성숙에 도달하면 유전자를 다음 세대에 전달할 수 있습니다. 이때 자연선택의 힘이 약해진다.

산란 연어를 가져 가라. 그것은 성인이 되어 번식하기 위해 꽤 잘 해왔습니다. 그것의 자손은 또한 산란의 기회를 가질 것입니다. 연어가 산란된 후 유전자 돌연변이가 발생하여 무작위로 수명이 연장되고 1년 더 살아남는다면(매우 가능성이 낮음에도 불구하고), 그 자손은 형제 자매에 비해 특별히 중요한 이점이 없을 것입니다. 우리 연어는 이미 한 세대(돌연변이 없음)가 있습니다.

자연 선택의 관점에서 볼 때 번식 후 건강을 유지하기 위해 필요한 노력을 계속하는 데에는 거의 이점이 없습니다. 결과적으로 이것을 가능하게 하는 모든 유전자는 선택 압력을 받지 않아 더 일반적이 됩니다. "개인은 살아 남기를 원합니다. 그러나 그 시점에서 자연 선택은 그렇게 열심히 일하지 않습니다. 왜냐하면 다음 세대에게 계속 줄 것이 더 이상 없기 때문입니다."라고 Kountourides는 말합니다.

그러나 모든 유기체가 한 번만 산란하는 연어만큼 극단적인 것은 아닙니다. 일부는 더 많은 자손을 낳기 위해 더 오래 살아남습니다. 우리 DNA에 대한 대부분의 돌연변이는 부정적인 결과를 가져오거나 전혀 영향을 미치지 않습니다. 우리 몸은 이 DNA 손상의 일부를 복구할 수 있지만 자연 선택의 약한 힘 때문에 나이가 들면서 복구 능력이 저하됩니다.

그러나 노년기에는 노화 세포가 조직에 축적되어 손상과 염증을 유발할 수 있으며 노화 관련 질병의 전조가 됩니다.

그러나 노화와 죽음은 두 가지 방식으로 발생합니다. 약한 자연 선택으로 인한 부정적인 돌연변이의 축적과 번식에 유리할 수 있지만 긴 수명 동안 부정적인 돌연변이가 되는 돌연변이의 축적입니다.

후자의 한 예는 BRCA 유전자 돌연변이일 수 있습니다. 이것들은 유방암과 난소암의 위험을 상당히 증가시키는 것으로 알려져 있지만 돌연변이를 가진 여성의 더 높은 출산율 과도 관련이 있습니다 . 따라서 BRCA 유전자 돌연변이가 생전에 생식 이점을 제공한 다음 나중에 더 큰 건강 위험을 제공하는 경우일 수 있습니다. 그러나 성적 성숙 후에는 자연선택이 약해지기 때문에 번식의 이점이 단점을 능가합니다.

Oregon State University의 생물학자인 Kaitlin McHugh는 "생애 초기에 일어나는 일은 생식 연령 이후에 일어나는 일보다 더 중요할 것입니다. 왜냐하면 생식 능력이 정말로 중요하기 때문입니다."라고 말했습니다.

세포가 분열을 멈추는 세포 노화는 노년기에 불리한 점이 있는 조기 수명 이점의 또 다른 예일 수 있습니다. 노화는 DNA 손상이 있는 세포가 증식하는 것을 방지할 수 있기 때문에 암으로부터 우리를 보호합니다. 그러나 노년기에는 노화 세포가 조직에 축적되어 손상과 염증을 유발할 수 있으며 노화 관련 질병의 전조가 됩니다.

대부분의 종은 나이를 먹지만 몇 가지 예외 가 있습니다. 예를 들어, 많은 식물이 "무시할 수 있는 노화" 를 보이며 일부 종은 수천 년 동안 산다고 알려져 있습니다. 특히 흥미로운 예 중 하나는 유타 주 피쉬레이크 국유림에 있는 판도 나무입니다. 이 나무는 실제로 단일 루트 시스템으로 연결된 유전적으로 동일한 수컷 떨고 있는 아스펜 나무의 군체입니다. 면적은 100에이커(400,000제곱미터) 이상이고 무게는 6,613톤( 6,000톤 ) 이상으로 추정됩니다. 일부 추정에 따르면 10,000년 이상 된 것일 수 있습니다 .

히드라의 친척인 불멸의 해파리는 장수를 보장하는 또 다른 독창적인 방법을 가지고 있습니다. 상처를 입거나 질병에 걸리거나 스트레스를 받으면 성인기에서 초기 폴립 단계로 되돌아갈 수 있습니다. "하지만 어느 시점에서 당신은 그것이 같은 개인인지 아니면 다른 무엇인지 스스로에게 물어야 합니다." 맥휴가 말합니다.

바다에서 강을 거슬러 올라가는 힘든 여정은 연어가 산란 직후 죽게 만드는 큰 피해를 입힙니다. (Credit: Arch White/Alamy)

일부 종은 나이가 들어감에 따라 더 성공적이라는 제안도 있습니다("음의 노화"라고 함). 그러나 이에 대한 증거는 대략적이라고 Maklakov는 말합니다.

Maklakov는 "종의 생태가 어떤 이유로 번식이 일반적으로 낮거나 초기에 전혀 번식할 수 없는 경우 선택이 작동하는 방식을 변경합니다"라고 말합니다. 예를 들어 바다코끼리나 사슴과 같이 하렘에서 짝짓기를 하는 동물에서 그 예를 찾을 수 있습니다. 한 남성이 전체 여성 그룹을 통제할 수 있습니다. 그 그룹의 크기, 따라서 그가 가질 수 있는 자손의 수는 그의 나이와 크기에 따라 증가할 수 있습니다. 그래서 그의 번식력은 계속 올라갑니다.

일부 종은 나이가 들어도 번식 능력을 유지할 수 있지만 부정적인 노화의 진정한 예는 아니며 그렇게 많이 주장한 연구에는 결함이있을 수 있다고 Maklakov는 말합니다. 궁극적으로 바다코끼리는 하렘을 무한정 통제할 수 없을 것입니다.

그러나 섹스는 우리가 나이를 먹는 방식에 흥미로운 역할을 할 수 있습니다. University College London의 Megan Arnot과 Ruth Mace의 연구에 따르면 규칙적인 성관계를 가진 여성은 폐경이 늦게 시작 됩니다. 그들은 이것이 절충의 예라고 제안합니다. 즉, 임신 가능성이 없다면 배란에 소비되는 에너지가 신체의 나머지 부분에서 더 잘 사용될 수 있다는 것입니다.

그러나 나머지 동물의 왕국에서는 번식력이 높을수록 노화가 빨라지는 것 같습니다. 예를 들어, 자손 이 더 많은 박쥐는 자손이 적은 박쥐보다 수명이 더 짧습니다 . 아마도 번식 기회가 주어지면 모든 것을 투자합니다. McHugh는 "초기에 아주 잘 번식하는 유기체가 늦게까지 잘 번식하지 못하는 타이밍에 트레이드 오프가 있습니다."라고 말합니다. (다시 한번 말하지만, 우리 히드라도 이 규칙의 예외입니다. 그들의 출산율은 평생 동안 감소하지 않는 것으로 보입니다 .)

그리고 수명이 성별에 따라 크게 다른 종이 있습니다. 일반적으로 개미, 꿀벌 및 흰개미에는 불임 일개미에 비해 번식력이 높고 수명이 긴 왕이나 여왕이 있습니다. 그들의 경우 번식 비용이 수명을 단축시키지 않는 이유는 무엇입니까? 대답은 아마도 왕이나 여왕이 노동자들이 직면한 많은 위협으로부터 보호받고 있고, 두 사람의 생활 방식이 너무 달라 노화 이론이 그들에게 동등하게 적용되지 않는다는 것일 수 있습니다.

할머니가 주변에 있으면 가족에게 많은 이점을 가져다 줄 수 있습니다(제공: Brooke Fasani/Getty Images)

그렇다면 번식이 우리 수명에 그렇게 강한 영향을 미친다면, 우리 중 많은 사람들이 아이를 낳지 않은 후에도 인간은 왜 오래 살까요?

할머니 가설은 번식이 비용이 많이 들고 위험한 사업이기 때문에 나이가 많은 친척이 생존하는 것이 중요하다고 제안합니다. 할머니는 손자에게 투자하여 자신의 유전자 중 일부의 생존을 보장할 수 있으며, 따라서 더 긴 수명은 자연 선택의 관점에서 이점을 가져올 수 있습니다. Kountourides는 " 주변에 할머니가 있는 가족은 생식 능력이 훨씬 높습니다 . 아마도 어머니가 더 많은 자녀를 갖는 데 집중할 수 있고 할머니가 이미 그곳에 있는 자녀를 양육하는 데 도움을 주기 때문일 수 있습니다"라고 말합니다.

그러나 손자는 할머니와 유전자의 25%만 공유하기 때문에 그녀가 조카와 조카와 같은 관계입니다.

"또한 과거에는 50세에 번식할 수 있을 만큼 충분한 여성이 살아남지 못했을 수도 있습니다. 따라서 50세에 여성이 번식할 수 있는 방법에 대한 선택은 매우 낮았습니다."라고 Maklakov는 말합니다. 노화의 핵심 원리로 되돌아가는 것, 즉 자연 선택을 재생산한 후에는 약화된다는 것입니다. 노년에 우리에게 일어나는 일의 대부분은 유쾌하지 않을 수 있지만 진화가 우리를 보호하는 데 도움이 되는 강력한 힘도 없습니다.