古老领地
探究树木、鲸和海绵的长寿之谜
告别来福镇后,我们沿着70号州际公路一路向西,开始了西部之旅的系列研究。这条高速公路与科罗拉多河并行了大约80英里,一直到犹他州边界才分开。随后,科罗拉多河偏向左边,沿着拱门国家公园的南侧,从峡谷地国家公园的中央穿过,向南进入大峡谷。
我也想沿河而行,但公路的前方是同样丰富的自然宝藏。我准备再去看看潘多。
森林生态学家伯顿·巴恩斯不仅大胆地估算了鱼湖颤杨无性系的巨大规模,还对它的年龄进行了估计。通过比较这些外形独特的叶子与相似的化石,巴恩斯推断它可能有80万年的历史。
柯普定律明确指出进化会导致体型不断变大,但这个基本原则适用于生命的任何属性。毕竟,顶层总是有空间的,包括增加体重的空间、长高的空间、变得更老的空间。到底是哪种属性发生变化,要看具体物种。
如果巴恩斯对潘多年龄的估计是正确的,那么它不仅是世界上已知最古老的生物,而且可能是有史以来最古老的生物——这的确是一项惊人纪录。据巴恩斯推测,这株伟大植物可能是与一些最早的人类祖先同时出现在地球上的。在它诞生的同一时期,直立人开始利用火,他们大脑的体积和复杂性开始迅速进化。[1]
在过去的几千年里,人类的DNA发生了巨大变化,但是在潘多诞生前后编写的那些重要代码(时间与地点等信息被记录下来并表达在颤杨无性系的基因组中)没有发生任何变化。因此,在我们抚摸颤杨无性系的白垩状白色树皮时,与我们发生心灵感应的不仅是眼前的这个生命体,还有它从人类诞生之时就开始的漫长生命历程。
就像巴恩斯对潘多庞大规模的估计令人难以置信一样,他对潘多年龄的猜测也招致了很多人的质疑。不过,尽管我们现在已经有了一定的把握,大致了解潘多的基因在鱼湖盆地上扩散了多少英里,但它的年龄很难确定。
大多数树木的年龄相对来说比较容易确定,而且几乎每个人都知道如何确定。首先切断树干,形成一个平整的横截面,然后数一数暴露出来的年轮。科学表明,在符合某些条件的前提下,每个年轮代表一年。
颤杨无性系的枝干也可能有这样的年轮。我没有砍潘多的枝干,但自然掉落的枝干有很多,地面上到处都是。森林管理人员在许多枝干上砍出了清晰的横截面,很容易数出上面的年轮。在一个寒冷的秋日下午,我数了几根树枝,一根有87个年轮,另一根有94个年轮,还有一根有103个年轮。但这些枝干都没有颤杨无性系那么古老,而且年龄相差非常大。它们就像人的头发一样新老更替,但头上一直会有头发。
有些人认为,出于这个原因,无性系生物不具备享有“最古老”这类形容词的资格。我不同意这种观点,颤杨无性系和你我没什么不同。当我们照镜子时,我们可能会觉得我们的脸从来没有变化过,就是我们在镜子里看到的那张脸,但事实并非如此,我们只需要看看10年前的照片就会意识到这个事实。构成我们皮肤的细胞最多只能存活几个星期。我们身体其他部位的细胞也会死亡,并以每隔几天到几十年不等的速度再生。你的身体内可能还有一些在你出生时就有的活细胞,但为数不多,而且每天都在减少。随着时间的推移,我们的细胞新老更替,我们的外表也会随之改变。所以,你不是过去的你,但你仍然是你。
不过,你可能有自己的出生记录,但潘多没有。那么,我们怎么能确定它有那么古老呢?答案很简单,我们不能确定,至少现在还无法确定。
有些人认为,用颤杨无性系的规模除以已知最大生长速率,就可以算出可能的最小年龄。一些研究人员根据这个公式猜测潘多可能有8万岁了,近年来的流行观点也认同这个数字。[2]这与巴恩斯的估计相差甚远。不过,即使潘多只有8万岁,它仍然是我们已知最古老的生物,而且领先优势非常大,它的诞生与人类第一次走出非洲差不多在同一时间发生。
但是,这些估算有明显的局限性。颤杨显示出巨大的遗传多样性,生长环境也各不相同。正如携带不同基因、生活在不同环境下的人长大后有明显差异(例如,荷兰男性平均身高6英尺,而印尼男性的平均身高是5英尺2英寸[3]),我们可以有把握地推测在不同遗传和生态环境下的颤杨长大后也会大小不一。潘多有可能生长速度非常快,因此8万岁这个估算结果可能偏大了。但我们也要考虑到火灾、洪水、山体滑坡和食草动物的问题。在成千上万年的时间里,它们可能会对颤杨无性系造成显著的“瘦身”效果。因此,潘多现在的体型可能远远小于以前,8万岁可能是一个保守估计。
我们或许很快就能找到一个更好的办法。
2018年,我见到在犹他大学环境与干扰数据实验室工作的杰西·莫里斯。[4]他告诉我,他正计划从鱼湖中心区域提取沉积物岩心,希望得到资金支持。
莫里斯解释说,该地区的大多数湖泊都是由冰川形成的,大约有8 500年的历史。但鱼湖是地壳运动将大盆地拖离科罗拉多高原时形成的。他说:“那个湖可能有100万年历史了。”
据莫里斯估计,鱼湖有的区域的深度超过100英尺,此外在鱼湖下方可能有30~40米的致密沉积物。这简直就是一座金矿,可以让我们了解过去的气候变化,还有可能告诉我们数万年前附近曾生长过哪些植物。他说:“在这么一个令人难以置信的古老湖泊旁边,有这样一种长寿的生物,这实在是太罕见了,同时也是一个不可多得的机遇。我们简直不敢有其他任何奢望了。”
莫里斯所在的实验室已经成功地利用沉积花粉化石,重现了数千年前的气候。研究小组甚至利用这些花粉化石,演示了颤杨在4 000多年前干旱时期沿落基山脉向上运动的过程。[5]
莫里斯不知道是否有可能把非常古老的花粉与特定的颤杨无性系对应起来。但是,如果研究人员在进一步追溯更古老的年代时发现颤杨花粉从样本中完全消失,就可以更有把握地确定一个“可能最古老的”年龄。
如果能更有把握地确定潘多的年龄,就不仅会让那些熟悉内情的人因为又掌握了一些超级生物的信息而在晚上去酒吧闲聊时多了一个谈资,也会帮助我们所有人了解特定基因组在地球上存在的时间上限,让我们对生命基本构件在地球上的潜在寿命有一定程度的了解,还会告诉我们一些关于我们自己的信息。
我们早就知道,某些独特的人类基因组有助于解开人类生命中的某些秘密。甚至早在科学家们知道基因组是什么之前,至少有一部分科学家就已经知道患有罕见遗传疾病的人可能是其他人的福音。[6]早在1882年,英国病理学家詹姆斯·佩吉特发现,把患有罕见疾病的人当作“怪人”对待(我们经常如此),无论是从科学还是从道德的角度看,都是一种失败的做法。他认为,对于那些异于常人的人,我们不应当用“‘罕见个例’‘概率’以及诸如此类毫无意义的概念或言辞”将他们撇在一边。他写道:“他们的存在,没有一个是无意义的。他们所有人都有可能是通向宝贵知识的一个窗口,前提是我们能回答这些问题:为什么这种疾病如此罕见?或者,既然如此罕见,为什么会发生在这个人身上?”
这也是癌症研究人员乔希·希夫曼试图回答的问题。他希望拓宽自己的研究范围,不仅研究人类的经历,还研究命运多舛、容易患癌症的狗和得天独厚、不会患癌症的大象。正如我们所知,这些研究使我们就如何对抗癌症的理解发生了很多根本性的变化。
潘多的年龄问题如此重要,正是出于这个原因。植物不是人,但我们有一个共同的真核生物祖先,这意味着我们有很多共同的基因。当然,颤杨与其他植物的亲缘关系更为密切。潘多在成千上万年的时间里用来适应这个世界的方法,可以帮助我们了解人类是如何在快速变化的地球上生存和发展的,尤其是考虑到还要确保其他植物也能生存下来。
所以,把这个长寿生物仅仅看作罕见的个例,确实是很不应该的。因为它也可能蕴藏着非常宝贵的知识,前提是我们要想办法回答“它为什么能长寿”和“它是如何做到那么长寿的”这两个问题。
不育为什么有助于生物长寿?
卡伦·莫克进行的颤杨基因研究不仅帮助证实了潘多当得起世界上已知最大生物的名声,还揭示了一个特别罕见的遗传现象:数量多得惊人的颤杨(包括潘多)有三组染色体。
大多数真核生物有两组染色体。许多颤杨也是二倍体(人类同样如此)。但是,当莫克和她的团队在北美各地研究颤杨时,他们发现在某些地区有多达2/3的颤杨是三倍体。这有点儿让人吃惊,因为我们掌握的所有生物学知识都告诉我们,三倍体通常很难繁殖——它们的细胞无法正常分裂。
对另外两个物种(同样都是无性系)的研究有助于我们了解潘多的不育问题。
第一个是“世界上最古老植物”这个头衔的另一个竞争者——人类发现的最后一株塔斯马尼亚洛马山龙眼(学名Lomatia tasmanica,亦称金氏山龙眼)。1934年,博物学家丹尼·金首次发现了这株山龙眼,但直到1998年,通过对附近发现的具有相同外形的化石叶子实施碳定年法,人们才发现它可能有4.3万年甚至更加久远的历史。[7]虽然这株山龙眼确实会开出粉红色的花,但它不会结果,也不会产生种子,因为它和潘多一样是三倍体。
这个谜题涉及的另一种植物Grevillea renwickiana,生长在巴斯海峡对面。目前这种植物在全球范围内仅存不到12株,全部生长在它的原产地——澳大利亚东南部。它和潘多、金氏山龙眼一样,也是三倍体。另外,它像骡子一样,也不能孕育后代。[8]
虽然这种植物已经所剩无几,但幸存下来的都长势良好。事实上,有一个植株就像蛛网般覆盖了莫顿国家公园中恩德里克河附近的一片区域,绵延近82英亩,与潘多覆盖的范围相差无几。[9]
大规模的不育应该预示着物种会走向灭亡。但是,生态保护遗传学家(或许也是全世界最懂Grevillea renwickiana这种植物的专家)伊丽莎白·詹姆斯告诉我,以上三种植物得以幸存是有原因的。她说:“因为不育,所以无须在繁殖上花费能量。”
“但不把能量花在繁殖上,最终不会灭亡吗?”我问。
“它们在进化上肯定是停滞不前的,但存活下来的植株似乎长势都非常好。”她说。
三倍体植物不需要开出大量的花,也不需要结出大量种子——花和种子是植物最复杂的部分,需要大量的能量。因此,它们利用所有可以利用的水、阳光和养分,发展强健的根系。“这可以给它们带来优势。”她说。
我认为所有父母都会认同这个观点。所有的父母都会觉得如果没有生儿育女,自己可以多活几年,不是吗?
虽然这仅仅是一个玩笑,但有很多证据真的表明生育和寿命之间存在负相关性。人们发现,在过去50多年里研究的所有生物,几乎都因为繁殖而缩短了寿命。[10]莫斯科罗蒙诺索夫国立大学的研究人员在全世界153个国家调查了寿命和生育之间的关系,结果发现了非常显著的负面趋势。在对宗教、地理、社会经济等因素加以控制并考虑了疾病的影响之后,他们仍然观察到平均生育数和预期寿命之间存在某种此消彼长的关系。[11]
从科学的角度来看,这种关系具有显著性,但相对来说是微不足道的。颤杨、Grevillea renwickiana和塔斯马尼亚洛马山龙眼等植物之所以如此长寿,更有可能是因为它们的根部结构相互连接。短期环境变化可能会杀死依赖有性繁殖的植物,但根部结构在表层土壤的保护下不会受到任何影响。
“如果你让二倍体产生种子,”詹姆斯说,“同时让环境条件发生变化,使种子不能发芽,那么整代都有可能消亡。二倍体一旦死亡,就会烟消云散,但三倍体植株可以继续存活。”
要想知道这类知识在什么地方会派上用场,我们可以想一想科学家如何看待人类引起的气候变化对地球的影响。毫无疑问,地球正越变越热。我们还逐渐认识到,极端天气(包括飓风、热浪和历史上罕见的干旱)是我们向大气大量排放温室气体后付出代价的一部分。
哪些植物最有可能在这些干扰下生存下来,甚至能缓解干扰所导致的生态不稳定性呢?詹姆斯认为,也许就是颤杨、塔斯马尼亚洛马山龙眼、植物Grevillea renwickiana以及诸如此类不需要通过发芽获得新生并已经存活成千上万年的植物。
我们很难确切地知道这些幸存的Grevillea renwickiana无性系的年龄。詹姆斯告诉我:“可以肯定它们已经很老了。”她说,Grevillea renwickiana植株的二倍体可能在数千年前就灭绝了。但即使气候发生变化,三倍体也仍然有可能再活几千年。
前提是我们不以其他方式消灭它们。还是承认这个事实吧,人类有一种本领,可以让大自然母亲长期呵护的事物化为乌有。
古老的颤杨是如何帮助我们理解关联性的?
潘多到底有多少岁?80万岁,还是8万岁?不管我们了解多少信息,有一点是肯定的:在19世纪白人殖民者控制北美这一地区之前,颤杨无性系就已经存在很长一段时间了。
它会比人类存在得更长久吗?这就不那么确定了。因为这个神奇的生物(很可能是地球上最古老的生物)现在似乎濒临死亡。
2010年,当野外资源研究人员保罗·罗杰斯第一次从潘多的身体中穿行时,眼前的一切让他深感不安。P. D. 詹姆斯在反乌托邦小说《人类之子》中描写的那些情节仿佛在这里重现了,只不过潘多代替了小说中的人类。在詹姆斯于1992年出版的《人类之子》以及2006年的同名改编电影中,人类莫名其妙地停止了生育,地球上现存的老龄化人口陷入了一片混乱。
潘多仍然有许多“老迈的”枝干,它们大约有100岁,甚至可能更老。还有很多“年纪略长”、七八十岁的枝干。但年轻的枝干很少,只有少数枝干是十几岁的“青少年”。它几乎没有“孩子”,看不到任何新发的枝干。
罗杰斯告诉我:“肯定出什么问题了。”说话时,我们正徒步穿过这株无性系植物中一个遭到严重破坏的区域,地面上到处都是杂乱无章的最近掉落的枝干。放眼望去,后面的鱼湖一览无余。罗杰斯说:“它再也不长新的枝干了,这已经有30、40,甚至50年了吧。”
更令罗杰斯担忧的是,几乎没有人注意到这一点。这个庞大而古老的生物马上就要坠落柯普悬崖了,但没有任何人采取任何措施。[12]
如果真的是因为潘多漫长的生命已经走到了尽头,那么我们或许只能听之任之,但真实情况可能并不是这样。
罗杰斯说:“有证据表明,这株植物近些年发生了一些变化。”在这个疑案中辨认出行凶者并不难。在我们人类出现之前,鱼湖颤杨无性系已经有滋有味地活了成千上万年。
但是,就像仅仅知道线索无法在《妙探寻凶》游戏中取得胜利一样,仅仅知道行凶者是谁还不够。我们还得弄清楚行凶者使用的是什么武器。
有人猜测是火,或者更确切地说,是因为没有火。颤杨在受到干扰时反而会长势良好。砍掉颤杨的枝干,它的健壮的根系就会发出更多的新枝干。让烈火焚烧一个集落,根系就会沿着火焰的路径长出新的枝条。但是,鱼湖是一个很受欢迎的娱乐场所,森林中到处都是小木屋——有的小木屋就建在潘多的领地中。州政府的消防管理部门又非常尽责,于是,曾经不时发生的火灾现在再也不会发生了。
另一种可能的武器是气候变化。美国和加拿大林业局的一项联合研究表明,颤杨大量死亡都发生在近年来气温更高、冬季更干燥的那些地区。
罗杰斯认为另一个原因是数量庞大的鹿和麋鹿。该地区的主要肉食动物灰狼已经灭绝了大约80年,这与潘多最后一次大量萌发新枝的时间大致吻合。过去100年来,该地区的美洲狮数量也大幅减少,首先是1913—1959年的一项赏金计划夺走了近4 000只美洲狮的生命,而随后的狩猎规定又允许猎人无须许可证即可随时捕杀任意数量的大型猫科动物。[13]
要了解肉食动物对颤杨生态系统的影响,我们可以从潘多一路向北,去黄石国家公园水晶溪地区看一看(两地直线距离仅350英里)。
最后一批黄石国家公园特有的灰狼在1926年消失殆尽。随后,在20世纪90年代中期,公园重新引入了31头灰狼。这一举措很快见效。当时,黄石公园有18 000头麋鹿,饥肠辘辘的它们最喜欢吃的小吃之一就是颤杨嫩枝上的树叶,而同样饥肠辘辘的灰狼最喜欢吃的小吃之一就是麋鹿。灰狼露出獠牙后,麋鹿再也不能长时间地停留在某一个地方,成片成片地吃颤杨树叶了。很快,黄石公园的颤杨林(比如水晶溪颤杨林)就欣欣向荣了。
研究“引狼护树”现象的野生生物生态学家丹·麦克纳尔蒂表示,可能要等到多年之后,我们才能清楚地知道黄石公园的颤杨是否已经被挽救过来。他告诉我:“我们对黄石公园颤杨的未来充满希望,但还不能确保它们度过危机。”
不过,有一点很清楚:狼群的影响不仅限于麋鹿的减少和颤杨的增加,而是像涟漪一般逐步扩散。更大、更健康的颤杨林为鸟类提供了栖息地,为海狸提供了建筑材料,而海狸筑起的坝又有助于抬升地下水位,从而为更多的树木提供了适宜生长的环境。[14]
罗杰斯不能单方面地做出将肉食动物重新引入犹他州的决定(这个极端保守的州有很多猎人、农民和牧场主,重新引入肉食动物的举措肯定会招致他们的非议),但他想知道:如果不让当地的有蹄类动物把潘多这个庞大而古老的生物当作一个自助式沙拉酒吧,那么它会变成什么样?
有一天,在树林中徒步行进时,罗杰斯告诉我:“如果它们找到了特别美味的颤杨树,那么它们肯定会毫不犹豫地停下来。能吃上一个星期,甚至是一个月的美食,这种诱惑力是它们无法抵挡的。”
我伸手去够最近的一根枝条,然后跳起来抓到一片颤杨的叶子。我把它塞进嘴里,像吃新鲜菠菜一样咀嚼起来。它的味道有点儿像嚼碎的阿司匹林。
我说:“这些叶子并不是那么好吃啊!”我想吐唾沫,却发现那片叶子已经把我的口水吸干了。
“你不是有蹄类动物,”罗杰斯笑着说,“此外,它们喜欢吃嫩叶。”
“除非有狼在追它们?”我问。
“对。”他说。“但是这里没有狼,所以我们修了一道栅栏。”
罗杰斯带我来到颤杨外围栅栏的大门处。被栅栏包围的那片区域叫作“研究恢复区”。导致潘多逐步走向死亡的前两名犯罪嫌疑人——火和气候变化,至少在短期内是很难衡量其影响力的。但是第三名犯罪嫌疑人——鹿和麋鹿的影响是可以控制的。因此,他们修建了栅栏——当时栅栏才修好一个月。
这是栅栏修好后,罗杰斯第一次看望潘多。他并没有期望在这么短的时间就会发生很大的变化。罗杰斯告诉我,即使有蹄类动物是导致问题的一个原因,火灾、气候变化,以及“天知道还有什么”也几乎肯定是帮凶。只解决其中一个麻烦,潘多是不可能得救的。
但就在这时,他看到了一根纤细的根出条,最多只有7英寸高,从岩石附近的地面探出头来,顶部伸出几片翠绿的叶子。
接着,在一根倒在地上的圆木旁,他又看到了第二根根出条。
罗杰斯的脚步加快了。很快,就看到他在树林里奔跑起来,一会儿从这边跑到那边,一会儿从倒下的树干上跳过去,四处寻找那些根出条,然后伸出手指,去触摸这些足有小腿高的枝条上的嫩叶。
“这里有一根,”他喊道,“这里也有一根……这里也有!”
那一刻,他看上去不太像是一名科学家,更像是一个在百亩林地里玩耍的孩子。不过,到太阳快落山的时候,他又恢复了往日的平静。“现在说这意味着什么还为时过早,”他说,“当然,这是好兆头,但我们还需要等待,看看会发生什么。”
当时,我没有完全理解罗杰斯为什么如此兴奋。直到5年后,当我再次走进那片颤杨林,看着栅栏里令我难以置信的一切时,就像那天引导我去看潘多的罗杰斯一样,欣喜若狂的我也忍不住暗暗地想:“哦,天啊,真的见效了!”
在栅栏里面,我们几年前发现的小嫩芽现在已经变成了粗壮的枝干,地面上还有更多的一年生根出条。
栅栏外面呢?几乎一无所有。
现在就说潘多在围栏内重新迸发出生机将促使黄石公园重现往日的生物多样性,还为时过早。但是,有蹄类动物的过度啃食是导致鱼湖颤杨无性系衰败的一个关键因素(并非唯一的关键因素),这一点是无可争议的。
尽管在潘多的周围修建一道栅栏并非难事,但其代价确实不小。我想,我们可以用这个办法拯救这棵古老植物,但这是一个无法拓展的办法,我们不能在每一个颤杨无性系周围都修一道栅栏。
不过,我们可以听听野生生物管理学之父奥尔多·利奥波德的意见。
利奥波德在1945年写道:“我目睹一个又一个州相继扑灭了州界内的狼群,我观察过一座座刚刚被扑灭狼群的大山的面貌。我看到山的南坡上被鹿群踩出的纷乱小径;我看到所有可食用的灌木和幼苗都被吃掉,这些植物先是萎靡不振,随后就会死去;我看到所有能吃的树叶——只要低于马鞍的高度,都被啃了个精光。看到这样的一座山,你会觉得是有人给了上帝一把崭新的修枝剪,让他整天修枝剪叶,其他什么也不可以做。后来,被人们寄予厚望的鹿群因数量过于庞大而纷纷饿死,它们的尸骨与死去的鼠尾草一起变白,或者在高大的杜松树下化为一捧尘土。”[15]
利奥波德的这篇题为《像大山一样思考》的文章提出了一个简单的请求:让肉食动物在它们进化的生态系统中发挥应有的作用。
如果我们这样做,就有可能拯救地球上的一些古老生物,而且这绝对不会是我们唯一的收获。
为什么狐尾松会越爬越高?
我有一张“藏宝图”,上面标出了雨水冲积形成的松果滩和弯弯曲曲的小径,旁边还给出了一些线索。此外,“藏宝图”简要说明了“宝物”名称以及寻宝路线,并附有一张古老的照片。
一路上能看到成千上万棵狐尾松。那些扭曲的、疙疙瘩瘩的枝条,在蔚蓝天空的映衬下,给人一种贪婪、绝望的感觉,就像在试图逃离地狱时被冻僵的魔鬼。要在加州巨石嶙峋的怀特山脉中,从古狐尾松森林中找到一棵特定的树,即使是最乐观的人,也会感到气馁。
但我没有停下脚步。终于,在“藏宝图”的提示下,我找到了它。
玛士撒拉树。
这是一棵有着4 850年历史的古树,是地球上已知最古老的单主干树,与埃及第一座金字塔差不多同时出现在地球上。只有为数不多的几个人知道玛土撒拉树在哪里,他们像保护圣物一样,闭口不谈它的位置。
这是因为在几十年前,人们给玛士撒拉树挂上了树木简介,结果游客们纷纷从树上取一些“纪念品”带回家。森林官员担心它们会“因爱致死”。于是,为了让这棵世界上最古老的树一直是世界上最古老的树,公园管理人员取下了关于这棵树的介绍牌。
有意思的是,这个决定有两方面的原因。一方面,研究狐尾松的研究人员,比如亚利桑那大学的克里斯·白桑,认为单棵树的年龄——即使是超级古老的树——并不具有非常重大的科学价值。2015年,白桑指出:“如果你是一名科学家,不关心弄虚作假的记录,那么年龄最大的树对你毫无意义。”[16]另一方面,年轮研究人员和森林官员为了保护玛士撒拉树已经不遗余力,如果玛士撒拉树本身真的无关紧要,这就说不通了。
就在玛士撒拉树的介绍牌被摘下来不久,一位名叫汤姆·哈伦的树木年代学家宣称他发现了一棵更古老的狐尾松。认识哈伦的人似乎都相信他的话,但这位亚利桑那大学资深研究员不愿把他的发现公之于众。2013年,有关这棵树具体位置的秘密被他带进了坟墓。[17]为了找到这棵神秘的树,哈伦的同事查看了他的笔记和他收集的木芯样品,试图从中找出线索,但最终一无所获。
我想,哈伦可能是编造了一个故事,目的是为玛士撒拉树多赢得一点儿喘息的机会。但是,哈伦在亚利桑那大学的同事马修·萨尔泽说,如果这棵树确实存在,他认为自己可能知道它在什么地方,并且考虑过要去找到它。我嘱咐他,到时候一定带上我。
但我不知道我是否真的想找到这棵树。在怀特山脉中穿行,周围古树环绕,却不知道哪一棵才是我们要膜拜的“真神”,因此一种神圣的感觉油然而生。
第一次踏上玛士撒拉小道时,我不知道哪些树的年代最久远。所以,当时让我心生敬畏的并不是树龄,而是年龄和体型之间的对应关系。在目睹了数千年的生长让颤杨无性系变成无与伦比的庞然大物之后,我对怀特山脉中古老狐尾松的第一印象就是它们看上去太小了。只需要几秒钟就能爬上它们粗糙的树干,触摸到顶端的树枝。
和大多数树一样,狐尾松每过一年也会增加一个年轮,有的甚至在巨石阵建造之前就已经这样做了。但是,狐尾松每年仅生长不到1毫米,用肉眼几乎不可能准确地数清楚古老狐尾松的年轮。
有一年,亚利桑那大学(哈伦曾在这所学校任职)的秋季学期开学后不久,我在萨尔泽的实验室里见到了他。萨尔泽说,狐尾松生长得如此缓慢是有道理的,因为它们生活在人们难以想象的最不适宜居住的环境中,有的甚至处于海拔1.1万英尺的林木线最顶端,一年中有很长一段时间气温都低于冰点,而在短暂的生长季节里有可能非常干燥。“因此,它们只能慢慢来。”萨尔泽说。
只有少数狐尾松能活到接近玛士撒拉树的年龄,但怀特山脉中不乏散落的死狐尾松,有的已经沉睡了数千年。通过寻找活树和死树年轮生长模式中相互匹配和相互重叠的部分——就像科罗拉多州来福镇的科学家利用重叠的DNA片段拼凑出更长的序列一样,萨尔泽绘制的狐尾松万年生长时间轴很快就要完工了。“只剩下最后几块‘拼图’了,”他说,“只要找到合适的部分就能完工。”
匹配年轮既是一门艺术,也是一门科学。海拔、坡度、土壤等因素会影响树木年复一年的生长方式,甚至相距不远的两棵树也会相互影响。因此,树木年代学家在年轮中寻找气候事件留下的印迹,看是否有足以在某一时间影响到所有活树的事件发生。透过实验室里的显微镜,萨尔泽发现一段狐尾松木芯样品中有这样的印迹。在我这个外行人看来,这个部分似乎比其他部分“更模糊”。“那是一个冻伤年轮,”萨尔泽告诉我。“大型火山爆发时,到处都会蒙上一层灰尘,而且这些灰尘四处扩散。这时候,就会形成这种冻伤年轮——世界各地的狐尾松中都有。”
我看到的这个冻伤年轮是627年留下的标记,差不多就是穆罕默德征服麦加的时候。萨尔泽和其他的树木年轮研究人员发现了狐尾松在536年(就在这一年,席卷全球的尘幕导致很多地方作物歉收和严重饥荒,[18]拜占庭帝国早期的历史学家普罗科匹厄斯称:“太阳只发光不发热。”)以及687年、899年、1201年、1458年、1602年、1641年和1681年形成的类似的畸变年轮。[19]虽然万年时间轴还未最后完成,但这些标记已经足以帮助萨尔泽和他的团队开发出一个强大的数据集,绘制出4 650年狐尾松生长时间轴,将狐尾松缓慢和稳定的健康长寿策略展现在我们眼前。在4 000多年的时间里,年轮年增长中位数为不到0.4毫米,大约是人类指甲的厚度。
但不久前,在怀特山脉的高海拔地区,情况发生了变化。截至最近,那里的狐尾松一直在蓬勃发展,可以说长势不错。1951—2000年,它们的年轮年平均生长0.58毫米,这是时间轴上的一个最快纪录,以前只有一次接近过这个速度。[20]
这种现象可能有多种不同解释,但是当萨尔泽的团队选择一个有可靠温度数据的时期研究年轮生长情况时,他们发现当地年平均温度和年轮生长之间存在明显的相关性。这项研究为我们解了燃眉之急,因为我们急需了解当前全球气候发生剧烈变化背后的原因。此外,它进一步证明这些气候变化并不只是更大、更长的周期的一部分(不过,我们目前应该不是很需要这个证据)。
狐尾松就是全球气候这口矿井中的“金丝雀”,又与那些黄色的小鸟有所不同。金丝雀用自己的生命发出预警,提醒矿工们防范致命毒气;而狐尾松不会死于一氧化碳中毒,而是在气温升高时长得更快(而且会占据更高的位置)。
当我徒步接近怀特山脉中肉眼可见的林木线最顶端时,就目睹了这一幕。我站在略高于11 000英尺的高度,旁边是一棵古树。我仔细观察这片区域,寻找另一棵古树,然后尽可能抄近路朝新的古树走过去。我每走几步就会向山上望去,寻找生命的迹象。
没过多久,我就看到了它们——矮小的狐尾松。在灰蒙蒙的地面上,它们呈现出一片翠绿。它们虽然矮小,但非常健壮,而且越爬越高。我们改变了全球环境,而它们正在追逐自己不断扩大的生物生态位的热极限——前往任何树木都不曾去过的地方,因为它们有这个能力。
很难想象狐尾松到底有多古老,但我认为,这些小树苗未来的生活更难以想象——当然,前提是我们不能毁坏它。是啊,如果我在已经成为历史的怀特山脉林木线上方看到的那些树和玛士撒拉树一样古老,那么这些小树苗有可能活到7000年。
如果它们真的可以,如果我们不干涉它们的生活,它们甚至可能会活得更久。
但它们不会衰老,活得久和衰老完全不是一回事。
树木、鲸和水螅为什么能帮助我们长寿?
世间万物都会变老。每个人都明白这个道理,不是吗?地球上的生命体都是由细胞构成的,随着时间的推移,细胞会逐渐分解、丧失功能并开始出现故障。最终,它们再也无法维持生命。
至少大多数情况下都是如此。研究人员认为狐尾松也是如此,尽管它们衰老的速度要慢得多。但他们没有亲眼看到狐尾松的衰老。因此,在21世纪初,美国森林遗传学研究所的一个研究小组四处寻找狐尾松衰老的迹象。他们仔细研究了大量狐尾松,年龄为23—4 713岁。
他们研究了负责将水分从根输送到芽和叶的木质部,还研究了负责将光合作用产生的糖和其他代谢产物运送至其他部位的韧皮部。这两项研究的目的都是寻找这些细胞运输组织在工作效率上发生的变化。
他们查看了嫩枝生长的变化,了解生长过程中在速度和长度这两个方面发生的变化。他们研究了花粉的发育能力。他们称了种子的重量,还研究了种子的发芽情况。
其他科学家也在寻找狐尾松衰老的迹象。佛罗里达大学麦克奈特脑研究所的一个研究小组对狐尾松的端粒进行了长时间的仔细观察。我们在讨论蛙类时提到过,端粒就是保护染色体的“帽子”。如果端粒出现问题,包括人类在内的生物就容易患增龄性疾病。[21]
他们四处寻找。
你知道他们有什么发现吗?什么都没有。狐尾松没有任何衰老的迹象。[22]
将近20年过去了,在了解为什么如此(它们为什么不会衰老)的问题上,人们并没有取得多大的进展。不过,科学家在研究狐尾松内部工作机制后做出的最有把握的猜测是,狐尾松的分生组织中发生了某种变化,因此狐尾松可以年复一年地持续生长。分生组织就是堆积在根和芽的末端、使植物不断生长的细胞,也就是植物体内的“干细胞”。
正因为如此,狐尾松能告诉我们在有记录之前很长一段时间内的气候变化。它们不仅长时间地记录气候变化,而且始终如一,从无懈怠。由于狐尾松的形状并不会随着年龄的增长而发生变化,因此它们可以忠实地逐年记录所在环境发生的变化。事实上,考古学家就利用狐尾松来校准放射性碳定年法得出的结果。树木年轮的大小、模式和密度,以及年轮中的稳定同位素,可以让我们了解几千年前的气候、可用水资源、湿度和大气环流。
但是,那些看上去长生不老的生物——那些科学家认为其衰老可忽略或不会衰老的生物——不仅告诉我们关于过去的情况,还有可能是帮助我们了解人类未来的一把钥匙。
在丹尼尔·马丁内斯看来,可忽略衰老是最有可能导致全球生态环境发生变化的科研领域。他很奇怪为什么没有更多的研究人员去寻找答案。“除非我们认为不存在可忽略衰老,”这位来自波莫纳学院的生物学家在2012年写道,“否则我们似乎应该寻求更合理的解释。” [23]
我的朋友,有时也是我的合作者戴维·辛克莱正在哈佛医学院的实验室里研究衰老问题,他完全同意这个观点。他认为,在科学家为了实现减缓、阻止甚至逆转衰老症状的生物干预而寻找最有望成为干预目标的人类基因时,狐尾松及类似生物可以起到关键的辅助作用。2017年,辛克莱告诉我:“人们在看到一棵古树时经常会想,‘嗯,这棵树和我的差别太大了。’他们忘记了,人类和树木都来自同一个地方,而且与漫长的生命史相比,我们在生命之树上分道扬镳的时间并不长。我们有很多相同的基因。”
辛克莱说,尽管如此,人们仍然不愿相信他们与那些乍一看大不相同的生物有任何共同之处。也正是出于这个原因,在与人讨论关于衰老问题的比较基因组学研究时,他经常会从人类的一个近亲——弓头鲸谈起。他说:“所有的哺乳动物都是温血动物,会产奶,而且它们的大脑结构非常特殊,与其他动物不同。最重要的是,鲸和人类一样,具有高度的社会性和复杂的交流方式。”这一点也不奇怪,因为鲸和人类有很多相同的基因——大约有13 000个,包括一种叫作FOXO3的基因,它的一个变体与人类寿命有关。
虽然人类的寿命比大多数哺乳动物都长,但弓头鲸的寿命远远长于人类。它们的寿命可达200年甚至更长,是已知最长寿的哺乳动物。辛克莱说:“最值得我们关注的是,弓头鲸有一种其他任何动物都没有的FOXO3变体。”
辛克莱称,一旦你知道人类的某个近亲因为共有的基因而具备了某些特殊属性,你就会更容易理解我们从那些亲缘关系不那么近但拥有相同基因的生物身上能学到什么。
马丁内斯在波莫纳学院实验室里研究的水螅(学名Hydra vulgaris,生活在淡水中,与水母关系比较近)就是这样一种生物。马丁内斯在读研究生期间第一次听说水螅在合适的环境中可能永远不会死,但他认为这是谣传。不过,由于没有人关注这个问题,因此他决定亲自驳斥这个观点。
水螅一般不超过半英寸,在野外生存的时间也不会太长。所以马丁内斯认为,用不了多久就能证明它们不可能永生不死。他告诉我:“我想大概要花一年半的时间吧。但是4年后,我不得不发表一篇论文,承认自己错了。”
水螅长寿的一个可能原因是什么呢?就是干细胞。水螅几乎完全是由干细胞组成的。马丁内斯实验室里的那些水螅,只要制造更多干细胞的必备条件得到了满足——每隔一天补充一些干净的水和几只卤虫,就可以用新的细胞取代原有细胞。到目前为止,根本看不出这些水螅更新细胞的速度有减缓的苗头。
不过,仅仅有大量的干细胞是不够的。对于马丁内斯来说,要找出水螅惊人寿命的奥秘,关键是了解它们的基因组在这些干细胞做出细胞应激反应时,以及在调控与细胞生长相关的基因表达时,会下达什么样的指令。[24]这个研究方向让马丁内斯和其他水螅研究人员找到了FOXO3——水螅干细胞的一个关键调节因子。
当你看到某个生物因为某个基因而具有某种属性时,你可能会认为这是一个有趣的现象。如果你看到两个生物都有这种属性时,你会认为这可能是巧合。如果你看到很多生物都有这种属性——而且让它们具有这种属性的基因我们人类也有,那就是一条线索。
2018年,夏威夷大学生物合成研究所的菲利普·戴维领导的一个团队指出,FOXO3以及其他生物体内的类似基因“似乎非常重要,因为它们会形成胰岛素或胰岛素样生长因子信号转导通路,可以影响多种生物的寿命”。[25]他们认为,马丁内斯及其他研究人员对于这种基因在水螅及类似生物体内发挥的作用提出了新的深刻见解,这为我们研究“调节人类衰老速度并影响人类寿命的分子、细胞和生理过程”提供了一个新视角。
经过几十年的调查,马丁内斯已经可以确定他最初的假设是完全错误的。毕竟,他的实验室里的那些“小家伙”仍然很健壮。其他科学家也看到了类似的结果。在一项研究中,马丁内斯与德国、丹麦的水螅研究人员一起,研究了12个不同的水螅同龄组。有趣的是,几乎所有水螅同龄组的死亡率都很低——约1/167的年死亡率。有些死亡无法解释,但大多数水螅的死亡都是实验室事故造成的,比如黏在培养皿盖子上的水螅因为缺水而亡。
值得注意的是,不管这些水螅是1岁还是40多岁,死亡率都没有变化。与狐尾松的情况一样,即使人们进行了大量研究,也没有从它们身上找到任何衰老的迹象。例如,马丁内斯的一项研究收集了390多万天的水螅个体观测数据,相当于对100只水螅进行了100多年的观测。[26]
它们游来游去,和蛤蜊一样开心。[27]
应该说,和大多数蛤蜊一样开心。
为什么一些古老生物的死亡导致科学家对超级生物研究犹豫不决?
1964年8月7日是生物学家、生态学家以及几乎所有听过这个故事的人都感到耻辱的一天。
就在那一天,北卡罗来纳大学的研究生唐纳德·柯里在内华达州东部惠勒峰附近发现了一棵狐尾松,但是在试图评估这棵松树的年龄时弄坏了一件钻孔工具。换一件钻孔工具仍有损坏的危险。他觉得这棵树平常无奇,不值得冒险使用造价昂贵的钻孔工具,因此他问美国林务局怎么办。[28]