随着我们年龄的增长，我们的身体逐渐虚弱，更容易受到疾病的困扰。最终有一天，我们的身体再也支撑不住，我们就会死亡。对于大多数动物来说，这是一个不可避免的过程。如果我们想要活得更久，那么我们就需要了解衰老背后的机制和原理，这正是许多科学家正致力于研究的问题。不过在这些疑问的背后，还有一个更深层次的问题：为什么人类和其他动物必须变老？衰老的产生是由于我们身体的损耗（就像机器一样），还是有更深层次的进化原因呢？
不可抗拒的衰老
几乎所有的动物都会变老，在这个过程中，身体也会不可抗拒地逐渐虚弱。就算一个个体活得足够长，ta最终也会倒在虚弱这个弱点上。人类的身体构造并不能让人类长生不死，但这是为什么呢？以家具为例，随着时间的流逝，沙发会逐渐磨损，并最终解体。但生物和家具不同，生物有内在的修复机制。
某些动物衰老的非常快，不到一天就会死亡；而一些其他物种（如水母和蛤蜊）似乎永远不会变老。一名百岁老人在他101岁生日前死亡的概率非常高，但一名9岁的小朋友可以安心的期待ta的10岁生日。与蛤蜊相比，一只体型巨大的100岁蛤蜊的死亡风险实际上比一只15岁的小蛤蜊的风险更低。虽然随着年龄的增长，蛤蜊和人的身体都会逐渐磨损，但蛤蜊可以修复所有的身体损伤，人类却只能修复一部分，于是这些损伤逐渐积累起来。为什么人类不能像蛤蜊那样修复所有的身体损伤，从而实现长生不老呢？是否有更深层次的原因，使得大部分动物只能走向衰老、虚弱甚至死亡？
一名生物学家曾说，“生物除了演化之外没有任何意义。”进化论成功地解释了为什么当今时代与数百万年前的动物有着很大的不同，海洋动物是如何来到陆地并演化为恐龙、鸟类或是猴子。这个想法非常直接了当。
想一下生活在同一个地区的所有狮子群体，有的个体更大、有的更小、有的更强壮、有的更快。这些特征各不相同，然而，其中一些特征会使狮子作为一个物种更容易生存。比如，速度快的狮子更容易捕获猎物，它们比速度慢的狮子获得了更多的生存机会、活下来的数量更多，也有更多的时间来繁殖。然后，速度快的狮子往往有速度快的幼崽，随着时间推移，整个狮子群体的速度都会加快。这样一个保留了让生存更容易的特征的过程就是我们熟知的自然选择过程，也是进化的基本原理。
但是衰老要如何解释呢？如果自然选择的过程倾向于让动物活得更久、产生更多的后代，那么动物的衰老虚弱是怎么产生的呢？难道进化不应该尽可能的利用修复的机制（如蛤蜊那样）使得动物越来越强壮，从而使他们能够繁衍更多的后代吗？如果强壮和长寿，更有利于创造更多的后代并传递基因，为什么大多数动物反而随着年龄的增长而逐渐变弱？或者换句话说，衰老是进化的一部分吗？
个体和群体的较量
变得更强、更快，一般有利于个体之间的竞争；然而“有利”这个词，也有群体层面的含义。一个稳定的生态系统需要各个有机体的相互配合，失衡会给系统内的每个个体带来灾难，最终导致整个生态系统的消亡。
还是上面狮子的例子，但这次让我们走出个体的角度，从生态系统的角度来思考。狮子为什么需要强壮、迅捷？因为只有这样它们才能捕到它们的猎物——瞪羚。在同一个生态系统中，瞪羚演化为跑得更快来躲避狮子的追捕，而与之相似，狮子也演化得更迅捷来捕捉瞪羚。当瞪羚跑得更快时，狮子就必须演化得更快，否则就会饿死；反之亦然，当狮子变快了，瞪羚也要演化得更快，否则就会被吃掉。
假如狮子比跑得最快的瞪羚还要快一点，那么狮子们会得到足够的食物，然后繁衍出下一代的小狮子；但这显然不利于瞪羚的生存，于是几代以后狮子越来越多、瞪羚越来越少，总有一天一只饥饿的狮子会把最后一只瞪羚吃掉，于是瞪羚从这片草原上消失了。如果狮子只吃瞪羚的话，不久后狮子就会饿死，生态系统崩溃了。
但
从上面的假设中不难发现，衰老有助于狮子-瞪羚系统的稳定和健全。每只瞪羚最终都会因为衰老而跑不动，于是狮子能获得食物；而年轻瞪羚保持健康，它们可以成长并繁殖下一代。狮子和瞪羚的共同演化对两者都有好处——衰老可能是一个健康的生态系统的重要部分！但是，科学研究是否支持这样的猜想和理论呢？在衰老存在的情况下，自然选择能否提高整个生态系统（而不仅仅是单一个体）的福利呢？
进化和衰老的研究
许多年来，研究演化的科学家们提出过两种主要理论来解释衰老和进化之间的组合。
1957年，乔治·威廉(George Williams)曾猜想，衰老是基因的负面副产物——或许一些基因确实能让年轻的动物更强壮、更成熟，但这些个体的存在对个体的作用过强，它们最终会破坏个体的生理状态。在模式动物的研究中，科学家们确实发现一些帮助动物强壮、成熟的基因实际上有负面影响。然而，科学家们还发现了许多其它基因，它们既能增加个体的力量和活力，还能帮助延长动物寿命！这意味着，动物可以利用这些基因来延长寿命，也不会受到不良副作用的影响。这样一来，副作用的猜想也就不成立了。
另一种理论是，衰老是由于生物体内的各种损伤导致的，而修复这些损伤需要消耗能量，能量又来自于难以获得的食物。因此，个体必须要在能量消耗上精打细算。如果有限的能量立即用于繁殖，那么基因一定能够传递下去；然而如果保存这些能量以便在未来进行修复的话，风险更高——在这个期间的变数太多，个体不一定有机会将基因传递下去。这个理论最早于1977年由托马斯·柯克伍德(Thomas Kirkwood)提出，并得到了很多人的认可。然而，一些年后的科学研究发现，许多动物在吃得更少时活得反而更久！这些事实发现并不能支持托马斯的观点。
既然这两种理论都不能完全解释衰老和自然选择的关系，研究人员便开始着手尝试其它理论。一些研究者创建了一个数学模型，并发现进化事实上更偏好于短寿命个体而非长寿命个体。衰老虽然是个体的代价，但确实提供了一种群体优势。
进化的重要信息：变化
研究人员在先前的衰老演变模型中加入了一个新的因素：变化[1]。进化这个词本身意味着代与代之间的变化。环境在变化的时候，动物需要跟着变化，否则现在个体的一些优势特征在变化后的环境中就可能转化为劣势。新的个体能更好的适应新环境，衰老则有助于推动新个体取代旧个体的过程。
这个数学模型可以用下图的游戏板来演示。游戏板上的每个方格只能有一个个体，方格的颜色显示了住在那里的面孔。蓝色苦脸表示年老死亡的动物；红色笑脸表示尚未受到衰老作用的个体。
探索衰老和进化关系的示意图
在这个模型中，个体繁殖的后代将在个体附近出生。一张蓝色苦脸的后代是一张新的蓝色苦脸，这意味着一段时间后，每个区域的个体都很可能有亲缘关系。然而，自然界中食物等各种资源是有限的。为了体现这一点，游戏板中的每个方格只允许一个个体生存，当超出这个数目时，这些个体就需要相互竞争。只有能力更强、适应性更好的个体，才能获得更高的生存机会——这也是模型中唯一的竞争。
经过一段时间的演变，总会有些初始群体比其他群体的扩散范围更大，于是自然出现了成片的、有亲缘关系的动物群体。在这种情况下，竞争绝大多数发生在亲属间，也就是说衰老的动物更可能和衰老的动物竞争——衰老让种内的竞争变得更困难。
这个模型的一个关键因素就是对环境变化的不断适应。变化，意味着以前有用的信息之后可能不好用了。因此，不论个体衰老与否，这个模型会让每个个体随时间推移而逐渐“虚弱”，可以用适应度(fitness)来衡量。适应度越高的个体越强壮、竞争中的生存机会越大。此外，考虑到现实生活中的后代会比父母略强或略弱，模型中后代的适应度也会以父母为基础上下浮动。这样，各个群体就可以产生改变、更好地生存下去。
在模型中，更长的寿命意味着年长个体的存在时间更长，但由于环境变化导致的适应度下降，于是越年长的个体往往越是虚弱。作为一个整体的物种只有在新的个体出生时才会产生变化（即后代以父母为基础发生的变化），因此，当一个物种的平均寿命较长时，物种的总体演化速度就更慢。于是，寿命更短的群体比寿命更长的群体演化的速度更快，能够更快的适应环境的变化，从而比演化慢的群体获得了更好的适应性。
这些结果意味着什么？
这个数学模型表明，衰老的一个重要原因可能是因为世界的变化！尽管衰老切断了每个个体的繁殖机会、对于个体来说是不利的，但是从整体上说衰老能够给物种群体带来好处，包括加快演化速度、提高物种适应度等。从自然的角度来说，提高物种的总体生存水平比个体死亡带来的危害更重要，所以衰老可能确实是一个被演化所支持的重要过程。在不断变化的环境之中，自然选择会更偏好较短的寿命，从而有益于整个物种的生存。
参考资料
[0] Martins A and Mitteldorf J (2021) Why Do Animals Get Old and Die?. Front. Young Minds. 9:530721. doi: 10.3389/frym.2021.530721 [licensed under CC-BY]
[1] Mitteldorf, J., and Martins, A. C. R. 2014. Programmed life span in the context of evolvability. Am. Nat. 184:289–302. doi: 10.1086/677387
[2] Martins, A. C. R. 2011. Change and aging senescence as an adaptation. PloS ONE 6:e24328. doi: 10.1371/journal.pone.0024328