W当我出版生命的棘轮四年前，我专注于生命如何在周围的分子混沌中创造和维持高度有序的系统，分子棘轮如何，换句话说，“从混沌中提取秩序”。令我惊讶的是，这本书在衰老研究领域引起了极大的兴趣。国家老龄化研究所心血管科学实验室主任埃德·拉卡塔（Ed Lakatta）说，老龄化使“秩序混乱”
作为这种令人惊讶的兴趣的一部分，我最近被邀请写一篇文章对于鹦鹉螺，引发了大量评论，包括这是黑客新闻的评论. 我想在这里对其中一些评论作出答复。
评论中反复出现的一些主题是:1)我们是开放的热力学系统，因此不受熵增加的影响(因为我们总是可以从环境中获得更多的低熵能量);我们的细胞有修复系统，可以处理任何可能发生的损伤;3)存在“不朽”的细胞和有机体，这与我认为衰老是不可避免的说法相矛盾。
第一和第二点的答案本质上是相同的:我们是开放系统，这是绝对正确的。这就是我详细描述的生命的棘轮．低熵能量的摄入是我们的分子机制能够从分子混沌中提取有序的原因。然而，分子混乱总是存在的，在显微镜下，我们细胞中的分子是不断被破坏的。与其他热力学上开放的、自组织的系统(如飓风)不同，生命系统是难以置信地严密控制的系统，由复杂的联锁反馈和调节回路组成。这些反馈回路都依赖于非常适应和构建的分子机器，未受损的DNA提供蓝图，以及及时和准确的调控和信号传递。这些系统跨越分子、细胞器、细胞、细胞相互作用、组织、器官和有机体的层次相互作用。它们有大量的储备、冗余和内置的修复系统。
我们细胞中的修复系统是一流的，它们能让我们活到80多岁。我们能活得更长吗？
然而，最终这些系统中的一些会受到微妙的破坏。能量供应减慢，信号链中断，反馈回路计时有点不准确，受损分子无法从细胞中清除并积累，分子机器功能丧失，或无法激活。由于有机体中所有系统的相互依赖性，这种功能丧失会导致其他系统功能的额外丧失。这会导致越来越多的级联故障。
这一过程的开始只是一个跨越大量细胞和功能的概率问题。您可以尝试防止一个系统出现故障，但也有很多其他系统会出现故障。一个试图防止失败的系统依赖于其他系统，因此从长远来看，它不会不受影响。我们细胞中的修复系统是一流的，它们能让我们活到80多岁。我们比任何体型和心率相当的哺乳动物活得都长。我们能活得更长吗？原则上，修复系统是可以改进的，但其纯粹的复杂性使得这一前景需要很多很多年的时间。但我们将永远受制于概率的游戏，我们最终会输。
关于第三点，有些读者提到有“不朽的”有机体。关于这些永生的生物，我们注意到的一点是，它们都非常简单:典型的单细胞或至少是高度未分化的。比如细菌，还有一些生物，比如所谓的“不朽的水母”。不朽的水母会经历一个逆转其发育过程的阶段;从本质上讲，它从成虫回到幼虫阶段，然后可以发育成新的成虫。这似乎可以无限地继续下去，使水母“不朽”。
乍一看，这似乎很神奇。然而，在某种意义上，人类也会做同样的事情!我们的生殖系也是“不朽的”。但这不同于一个复杂的成年人的衰老。相对于多年来维持复杂有机体的分子和系统秩序，保持人类卵子中的DNA相当稳定是一项相对容易的任务。然而，即使在那里，随着时间的推移，也有退化。这是我们通常在年轻时生育的主要原因，也是年老的母亲和父亲的出生缺陷变得更普遍的主要原因。
至于水母，作为成虫，它们显然不是永生的，因为它们必须“死亡”才能回到幼虫阶段。而且，很可能不是所有的水母都能成功转化，所以“不朽”是在种群层面，而不是在个体层面。但如果这就是“不朽”的定义，那么人类也是不朽的!但我们通常不会用这个定义。
重要的是，正常（体细胞）的人类细胞也可以长生不老。这叫做癌症。癌症和衰老是同一分子紊乱的两个方面。如果我们的细胞在某个时候不会死亡，分子紊乱和DNA损伤将不断增加细胞失控和癌变的可能性。保持细胞整齐排列的代价是严格控制细胞分裂、生长和分化。面对热和化学损伤的冲击，这种严格监管的成本是老化。
彼得·霍夫曼(Peter Hoffmann)是韦恩州立大学(Wayne State University)的物理学教授，也是文理学院(College of Liberal Arts and Sciences)研究副院长。
