而其实,在我们体内还有另一种细菌,其数量是身体细胞总量的至少1000倍,因此是肠道细菌数量的至少100倍;我们全身的几乎每一个细胞都要依赖它们才能工作,我们的心、肺、血管、血液、胃、肠、肝、胰等等,几乎都是为了供养它们而运转的……
后来有一种细菌被一种古菌吞进了体内,但却没有被分解掉,还在继续“化毒为火”;那古菌也因此变得既不会被毒气伤害,反而还能产生比之前多得多的能量,从而能够长出更复杂的结构,有更复杂的功能——这古菌后来就成了我们这些“真核生物”(包括植物、动物、菌类)的细胞,而那细菌就是细胞内的线粒体。
线粒体是细胞内的一种细胞器,大概是一根短棒的样子;它们从周遭的细胞液中摄入氧气和“燃料”,让它们在其内部“燃烧”,用得来的化学能量为细胞内所有需要能量的活动供能——就像发动机一样。
人体内的每个细胞平均有1000~2000个线粒体,极度耗能的组织(比如心、脑、视网膜)中的每个细胞则有10000个线粒体(女性的某些卵巢细胞甚至有10万个线粒体)。
线粒体供能的方式是将ADP(二磷酸腺苷)变成ATP(三磷酸腺苷)——ATP被细胞使用后,少了一个磷酸根,又变成ADP,然后再进入线粒体获得能量(磷酸根)变回ATP……因为细胞内的ATP储量只能维持几秒钟的能量需求,所以上述循环制造过程一刻都不能停(否则我们几秒内就会死掉)。
一个线粒体在状态良好、运转正常的时候,每秒钟可以循环制造600个ATP——在一个时间点上,整个人体内全部的ATP分子大约总重50克——但一天内可能需要循环制造超过150公斤的ATP!——这就是线粒体每天的(主要)工作。
除了供能,线粒体还参与其他的细胞活动,比如它们能控制细胞间的信号传递、细胞的分化与生死周期——如果线粒体不能正常工作,那么会释放信号,促使细胞启动凋亡程序(这种情况下“自杀未遂”的细胞可能会变成癌细胞(所谓“沃尔伯格效应”))——提升线粒体效率可以延长细胞的生命。
线粒体内膜还能将胆固醇转化成孕烯醇酮,这是其他类固醇激素(包括雄激素和雌激素)的前体。所以线粒体功能正常的时候,体内的性激素水平也才能正常——而雄激素和雌激素也会反过来调节细胞内的线粒体数量——线粒体功能与激素水平之间,会形成要么良性要么恶性的循环。
某些细胞内的线粒体还有特殊的能力,比如肝脏细胞内的线粒体独有能代谢氨(在降解蛋白质时的副产品)的酶。
于是线粒体DNA和细胞核DNA会存在匹配度的问题——双方编码的蛋白质必须能够配合得足够“严丝合缝”,线粒体才能进行正常的能量生产(生产的ATP足够,而自由基不多);否则细胞会启动凋亡程序。
我们的线粒体DNA全部来源于母亲。在这个意义上,我们与母亲(和姥姥)更亲近一些非常合理。
每当一个受精卵产生时,都会测试其中细胞核DNA(分别来自父方和母方)和线粒体DNA(完全来自于母方)的匹配度,如果不达标,那么该受精卵(或胚胎)就不会继续发展成成熟的胎儿(所谓“隐性流产”的原因之一)。
在这种匹配度上,不同的物种要求的标准不同:比如啮齿动物的标准普遍较低,而人类和鸟类的标准较高——标准低的物种,一般来说生育率高(隐性流产少);标准高的则生育率低(隐性流产多)。
我们体内的线粒体绝非只有一种——一般来说,每个细胞会同时备份10~20套线粒体DNA,用以不断地生产新的(不同的)线粒体(线粒体的生命周期只有约3个星期,然后要么分裂(增殖),要么死亡(“线粒体自噬”))。于是不同的线粒体,其DNA与细胞核DNA的匹配度会不同——其工作效率也有高有低。
一般情况下,年轻人的细胞内效率高的线粒体较多——它们能(利用有限的资源,尤其是氧气)生产足够的能量(ATP),同时产生较少的自由基。
细胞内高效的线粒体越多,身体各方面的机能(无论是免疫力、体力、记忆力、思维活力、情绪……)也就越好,我们也就越能享受到生命的喜悦,越有“活着真好”的感觉。
而如果细胞内低效的线粒体过多,从而ATP生产不足,而自由基又过量,那么细胞寿命就会缩短,身体机能下降,衰老加速。
肠道细胞内的低效线粒体过多,也会导致肠漏以及进一步的自身免疫性问题。
优胜劣汰
当然,线粒体在工作时总是会产生自由基,不过高效的线粒体本身就能解决这个问题——它们能自行生产抗氧化剂(这也需要ATP)来中和这些自由基。
但如果是低效的线粒体,产生的自由基过多,更没有多余的ATP来产生相应足够的抗氧化剂,那么许多自由基就会泄露到线粒体之外,进入细胞中。
泄露出去的自由基对细胞来说是一种信号(“逆行反应”),细胞会据此淘汰低效的线粒体(“线粒体自噬”),并利用优质的线粒体备份来产生更多的、新的线粒体——这是线粒体界的优胜劣汰:(正常情况下)高效的线粒体会更快地分裂、复制,从而能逐渐排挤掉低效的线粒体。
如果细胞内的抗氧化剂过多,细胞对这种自由基信号就会不敏感,从而会影响它及时清除低效的线粒体——长期来看,这反而会缩短细胞的寿命(毕竟低效线粒体生产ATP的效率不够)。
所以大量摄入的外源性的抗氧化剂(维生素C、维生素E、番茄红素、花青素……)不仅没有益处,反而可能有害——重要的是从源头上减少自由基的产生(比如让线粒体烧油而非烧糖),提升线粒体产生抗氧化剂的能力(比如让线粒体烧油而非烧糖),而不是迷信某种(奇特)食物(或营养素)的神奇功效。
前面说了,啮齿动物对线粒体DNA和细胞核DNA的匹配度要求较低(因此生育率高),于是其线粒体产生自由基的速度更快,因此它们的寿命更短;
而人类和鸟类在匹配度上的要求高(因此生育率低),线粒体产生的自由基相对较少,其寿命也相对较长。
电子传递链上最容易泄露电子的地方是复合体1(详见《烧糖还是烧油》),绝大多数的活性氧簇都从这儿产生,而不巧的是:线粒体DNA就在复合体1旁边,因此非常容易被自由基损害,甚至发生变异——线粒体DNA的变异速度是细胞核DNA的10万倍!再加上线粒体的数量是细胞核数量的上千倍……
所以在人的一生中,线粒体一直在不停地变异……其工作效率也因此在不断地变化。
由于绝大部分的变异都是有害的,即会产生工作效率更低的线粒体,所以对于维持细胞内的线粒体效率来说,保持良好的优胜劣汰环境非常重要:我们需要鼓励高效的线粒体多多生养,并及时淘汰掉低效的线粒体——趁它们还没有大规模增殖之前。
而现代人的饮食和生活方式中,有许多因素都会妨碍对线粒体的优胜劣汰。所以:
“一般情况下”,在人30岁之后,线粒体的效率就开始下降;到70岁时会下降到年轻时的一半——“发动机”老化,我们的各种身体器官(尤其是那些最需要能量,因此线粒体最多的器官,即心、脑、视网膜、卵巢)也会随之老化(线粒体衰老可以说是身体衰老的根源)。
而且,这个过程还可以加速——即“线粒体早衰”(年纪轻轻就习惯性乏力、提不起精神?差不多就是了……)——通过各种不健康的饮食和生活方式,降低线粒体效率,加速线粒体变异,促进低效线粒体的增殖……这种情况下细胞内的自由基越来越多,细胞会加速凋亡,身体也会加速老化。
当然,这个过程也可以减速:
比如使其产生更少的自由基,减慢其变异率——我们之前说过,线粒体在烧糖时产生的自由基更多,因此最好让它们多烧油;另外,限制热量摄入能减少穿过电子传递链的电子数,从而减少自由基的产生……
据说,某些多酚(比如白藜芦醇、姜黄素)也能减少电子传递链上的泄露率——但其实很可能:它们只是激活了人体在受冷时的一部分反应通道。
比如提升对低效线粒体的淘汰率,从而使其难以在细胞内分裂、增殖——低效线粒体往往不能有效烧油从而只能烧糖,于是让全身进入烧油模式,可以帮助淘汰许多低效的线粒体;提升自体吞噬效率(比如通过受冷和深度睡眠)可以加速对低效线粒体的拆解……
糖烧得越多、越久,一个人体内低效的(只能烧糖的)线粒体数量就越多,整个身体再转换为烧油模式的难度也就越大(过渡期也就越痛苦)——尤其是对于年龄大的人……
比如促进高效线粒体的增殖——短时间的体力练习(虽然)会让线粒体多产生一些自由基,(但是)这种信号能刺激细胞制造更多的高效线粒体,从而提升整体的线粒体效率;脑力练习应该也有类似的效果……
而长时间的有氧运动会产生大量的自由基,往往会超过细胞的应付能力,引起线粒体和细胞的损伤(皮肤直接接受日照、双脚直接接触大地、在寒冷中运动……能在一定程度上缓解这种问题)。
比如给线粒体提供充分的营养素,尽量少接触环境毒素(尤其是铅、汞等重金属),强化线粒体内膜上质子与电子的耦合效率(Coupling Efficiency),提升解耦联蛋白的活动水平……
(以后细说……)
……
作为我们身体内数量最多的“微生物”,线粒体们也有高下之辩,“好”“坏”之分,它们不断演化,互相竞争(资源和繁殖空间),此消彼长……
不过,只要我们不予干涉,这个群落里“庸人”“坏人”的势力极有可能越来越大,直到整个“微社会”失去活力……
而这个社会的活力直接等于我们的活力……
如果我们给予足够的关注,好好经营这个比肠道菌群更庞大且要紧的“微社会”,那么我们就(应该)可以一直不出离生命的“本来境界”,从而一直得享“为人之乐”……
甚至,我们有可能在70岁时还能有堪比(甚至超过)30岁时的生命活力——谁知道呢?
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