T他在我们身体的每个细胞内部都像一个拥挤的城市，充满了曲目，运输，图书馆，工厂，发电厂和垃圾处理单位。该市的工人是蛋白质机器，其代谢食物，取出垃圾或修复DNA。货物从一个地方从一个地方移动到另一个地方，分子机已经观察到沿两条腿沿蛋白质绳索行走。随着这些机器对他们的业务进行了解，他们被数千个水分子包围，这是一大万亿次坠入其中十万亿的崩溃。这是物理学家委婉地称之为“热运动”。剧烈的热混沌会更加易于。
任何善意的分子机器如何能在如此令人难以忍受的环境下做好工作，这令人费解。部分原因在于，我们细胞中的蛋白质机器，就像微小的棘轮，将它们从水轰击中接收到的随机能量，转化为使细胞工作的定向运动。他们把混乱变成秩序。
四年前，我发表了一本名为生命的棘轮，这解释了分子机械如何在我们的细胞中创造顺序。我的主要关切是生活如何避免血统落入混乱。为了我的惊喜，在这本书发表后，我被研究人员联系，他学习生物老化。起初我看不到连接。除了我从被迫观察自己身体的过程之外，我一无所知。
然后它在我身上恍然大悟，通过强调热混沌在动画分子机器中的作用，我鼓励老龄化研究人员作为衰老的驾驶员思考它。热运动在短路中可能看起来有益，动画我们的分子机器，但它可以长期有害吗？毕竟，在没有外部能量输入的情况下，随机热运动趋于破坏秩序。
这种趋势在热力学第二定律中得到了体现，该定律规定一切事物都会老化和衰变:建筑物和道路会倒塌;船舶和铁轨会生锈;山被冲进大海。没有生命的建筑在热运动的破坏下是无能为力的。但生命是不同的:蛋白质机器不断地修复和更新它们的细胞。
从这个意义上说，生命在致命的战斗中让生物学对抗物理学。那么为什么生物会死亡呢？衰老是物理学战胜生物学的终极胜利吗？还是衰老是生物学本身的一部分？
我f有一个创始文件，用于现代的老化研究，可能是尚未解决的生物学问题彼得·梅达沃爵士著。梅达华是一位获得诺贝尔奖的生物学家，同时也是一位机智但有时尖刻的散文和书籍作家。在尚未解决的生物学问题，Medawar在彼此相互衰老的两次解释：一方面是“先天衰老”或衰老作为生物必需品。另一方面是“磨损”衰老的理论，由于“经常性应力的累积影响”。前者是生物学，后一种物理学。天生的衰老意味着老化和死亡被演变所决定，以便为年轻世代进行空间。
天生衰老的想法表明，我们在我们内心的主时钟，抵消了我们生活的时间。确实有这样的时钟。最着名的是端粒 - 每次细胞分裂时都会缩短DNA的端粒酶。端粒体的研究已经存在争议：如果端粒缩短是一种原因或衰老的效果，目前尚不清楚。端粒不缩短恒定量 - 虽然在每个细胞划分上都有最小量，但如果通过其他方式损坏，它们将以更快的速率缩短。许多研究人员现在认为端粒缩短更像是老化的症状而不是其原因。
生命在致命的战斗中让生物学与物理学对抗。
Medawar本人争辩说“穿着”理论 - 衰老的物理观点。首先，他说，很难看出自然选择是如何选择衰老的选择，因为我们在我们的老年岁月中没有复制，并且自然选择是通过繁殖率的差异驱动的。其次，不必积极杀死老年人，以保持人口老龄化。随机的机会可以自己完成这个。
Medawar认为，无需生物硕士时钟是不必要的。为了说明为什么，他指出了一个明确的非生活方例：实验室中的试管。假设试管不时逐时休息。为了保持测试管的总数常数，每周购买新的供应。几个月后，有多少幼小的试管，有多少岁？如果我们假设意外破损的概率与年龄（明智的假设）无关，并且绘制测试管的数量与每个测试管的年龄，我们得到一个凹形，看起来像孩子的幻灯片的凹形衰减曲线。这个“寿命曲线”在顶部有一个陡峭的下降，底部是平的。
虽然试管不是老化（旧试管不会比年轻人更容易破裂），但断裂恒定概率明显减少了旧试管的数量。现在，假设像试管一样，人类在任何年龄都会死亡。老人的数量仍然很小。最终会赶上我们的概率。
麻烦是，绘制人类人群的生命曲线看起来看起来不像Medawar的试管曲线。他们在顶部开始平坦，年龄少的损失（出生以外）。然后在某种程度下，曲线突然下降。为了获得这样的曲线，我们需要向Medawar的试管模型添加另一个假设：试管必须随着时间的推移积累微小的裂缝，提高了它们的破坏风险。换句话说，他们必须年龄。如果违规风险逐渐增加，我们会得到叫做Gompertz-Makeham法的东西。本法与人类的生命相匹配得很好。在试管的语言中，法律包括恒定和呈指数增加的破损风险。这种指数增长已经在人类中观察到，其中死亡风险每七年在30岁后每七年加倍。
这个指数增加的起源是什么？热运动不是我们细胞中唯一的损坏的源泉。一些常规过程，尤其是我们的线粒体中的代谢，并不完美，倾向于产生自由基- 可以损伤DNA的高反应性原子。一起，热噪声和自由基产生构成细胞损伤的背景风险。损坏通常是修复的，或者，如果一个细胞被认为无法修复，诱导细胞进行自杀 - 一种称为细胞凋亡的过程。通常，干细胞取代它。
消除癌症或阿尔茨海默病可以改善生活，但不会让我们长生不老，甚至让我们活得更久。
不过，最终，损害会累积起来。只有当有一个完整的复制品可以复制时，DNA才能被修复。受损的蛋白质展开并开始相互粘附，形成聚集体。细胞的防御和凋亡机制受到损害。“衰老细胞”开始在器官中积累，导致炎症。干细胞没有被激活，或者被耗尽。线粒体受损，细胞内的能量供应减少，这是修复DNA的分子机器所需的能量。这是一个恶性循环，或者用技术术语来说，是一个积极的反馈循环。从数学上讲，这种正反馈循环导致风险呈指数增长，这可以解释人类生命曲线的形状。
科学文献中充满了对衰老的解释:蛋白质聚集、DNA损伤、炎症、端粒。但这些是对潜在原因的生物反应，通过热降解和化学降解累积损害。为了证明热损伤效应确实会导致衰老，我们需要观察生活在不同内部温度下的人类。这是不可能的，但是有一些生物体可以经受不同的内部温度而不会立即受到伤害。在最近的一篇论文中自然，哈佛医学院的一个研究小组确定了蛔虫衰老对温度的依赖C. Elegans.它是一种简单而研究透彻的生物。他们发现，生存曲线的形状基本上保持不变，但随着温度的变化，它会被拉伸或收缩。在较低温度下生长的生物生存曲线延长，而在较高温度下生长的蠕虫寿命较短。
更重要的是，拉伸因子根据每个科学家熟悉的模式依赖于温度：它与化学粘合率对随机热运动的温度的依赖性相同。
我甚至在自己的实验室里看到了键断裂和人类衰老之间的潜在联系。当我第一次遇到Gompertz-Makeham定律时，它看起来非常熟悉。在我的实验室里，我们使用原子力显微镜研究单分子键的存活概率，原子力显微镜可以测量作用于两个分子之间的微小力在cal实验中，我们将一种蛋白质附着在一个平面上，另一种附着在一个小悬臂弹簧的顶端。我们让这两种蛋白质相互结合，然后慢慢拉动弹簧，对这两个分子施加越来越大的力。最后，两个分子之间的键断裂，我们测量实现断裂所需的力。
这是一种随机过程，由热运动发起。每次我们做实验时，破损力都不同。但是涉及施加力的债券的存活概率看起来就像人类生存与年龄一样。相似性与之共鸣C. Elegans.结果表明，断裂蛋白质键和老化和衰老和热运动之间的可能连接。
T关于是否将老龄化归类为一种疾病，老龄化研究界进行了激烈的讨论。许多研究特定疾病、细胞系统或分子成分的研究人员都希望看到他们最喜欢的研究课题承担起衰老“原因”的重任。但提出的可能性数量之多驳斥了这种可能性。它们不可能都是衰老的原因。细胞老化的最初发现者伦纳德·海弗利克（Leonard Hayflick）在其标题为“生物老化不再是一个未解决的问题”的文章中指出，“所有现代老化理论的共同点是分子结构的变化，因此是功能的变化。”海弗利克认为，最终原因是“增加分子保真度的损失或增加分子无序度。”这种保真度的损失和无序度的增加会随机地表现出来，因此对不同的人来说是不同的。但最终的原因是相同的。
如果对数据的解释是正确的，那么老化是一个自然过程，可以简化为纳米尺度的热物理，而不是一种疾病。直到20世纪50年代，在提高人类预期寿命方面取得的巨大进步，几乎完全是由于消除了传染性疾病，这是一个恒定的风险因素，并不特别依赖于年龄。结果，预期寿命(死亡时的中位数年龄)大幅增加，但人类的最大寿命没有变化。指数级增加的风险最终会压倒任何持续风险的降低。不断增加的风险是有帮助的，但只是在一点上:持续的风险是环境(事故、传染病)，但指数级增加的风险很大程度上是由于内部磨损。消除癌症或阿尔茨海默病可以改善生活，但不会让我们长生不老，甚至让我们活得更久。
这并不意味着我们能做什么。需要更多研究对老化的特定分子变化。如果存在首次分解的关键分子组分，这可能向我们展示，并且该分解是否导致随后的级联失败。如果有这样的关键组成部分，我们将有明确的涉及干预和修复的目标，可能通过纳米技术，干细胞研究或基因编辑。这值得一试。但我们需要清楚一件事：我们永远不会击败物理学法律。
Peter Hoffmann是韦恩州立大学的物理学教授，以及文科和科学学院的研究副院长。
