佩托悖论被解决了吗？
佩托悖论被解决了吗？Original 糖兽
原理 2022-04-19 06:19
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佩托悖论
动物王国是包罗万象的，从体型微小、寿命短暂的动物，到体型庞大、寿命绵长的物种，形形色色的生命形式，彰显了动物世界惊人的多样性。
对于许多动物来说，癌症是一种普遍存在的疾病。那么不同物种的患癌风险是怎样的？发展成癌症的分子基础又是什么？要回答这些问题，我们首先要了解的是：癌症是如何开始的。
目前我们所知道的是，癌症始于一个细胞获得了一定数量的不利基因变化，这些异常的变化将它与其它正常细胞分离开来，成为了最终可能导致肿瘤形成的存在。
如果这种说法是准确的，那么这些异常细胞出现的概率应该随着生物体的生命周期和体内细胞的数量的增加而增加。也就是说，体型较大的、长寿的生物体理应受到更大的冲击，因为它们的细胞分裂次数更多，从而体细胞突变的可能性也越高。然而奇怪的是，事实并非如此：患癌风险与体型和寿命似乎并不存在这种关联。
这一迷思被称为佩托悖论，1977年，流行病学家理查德·佩托（Richard Peto）首次描述这一现象，他指出，虽然人类的细胞数量约为老鼠细胞数量的1000倍，且人类寿命也比老鼠寿命长30多倍，但它们的患癌风险并没有显著差异。
2021年年末，一篇题为《哺乳动物的患癌风险》（Cancer risk across mammals）的研究发表在了《自然》杂志上。这项研究通过对191个动物物种的死亡率进行分析后发现，体型更大或寿命更长的动物，并不比体型更小或寿命更短的动物更容易死于癌症。
观察体细胞突变
近日，《自然》杂志上刊登了一项更新的研究。研究人员为了探索佩托悖论背后的机制，分析了不同动物物种的细胞获得突变的速率。
体细胞突变是一个自然的过程，它发生在生物体的整个生命周期的所有细胞中。人体细胞每年大约会发生20到50个突变，这些突变大部分无害，但其中一些可能会导致细胞走向癌症或损害细胞的正常功能。
自20世纪50年代以来，一些科学家推测，这些突变可能在衰老过程中起到了某种作用。但是观察体细胞突变并非一件简单的事，对单细胞的突变进行准确测量需克服巨大的技术困难。
在这项新研究中，为了了解哺乳动物的体细胞突变情况，研究人员设计了一种巧妙新颖的方法来解决这一难题。他们聚焦在动物结肠中的一种被称为隐窝的结构上，这是一类由肠道上皮细胞组成的微小褶皱。这些细胞都有一个共同的祖先细胞，与物种的寿命相比，这一祖先细胞存在的时间相对较短。因此，对隐窝进行基因测序可以很好地估计出祖先细胞中存在的突变数量。
隐窝中的秘密
之前有研究表明，人类隐窝中的突变数量每年都以恒定的数量增长。现在，研究人员通过对来自包括老鼠、裸鼹鼠、兔子、猫、狗、人、马、长颈鹿、海豚等16种大小各异、寿命不等的哺乳动物的208个肠隐窝进行全基因组测序，在这些物种身上发现了相同的规律。
不仅如此，研究人员还发现，对不同物种来说，将突变引入基因组的过程似乎并没有什么本质上的区别。通过比较每个隐窝的基因组每年获得的突变总数，他们惊讶地发现这一数字对不同物种来说差异惊人，比如对于人类隐窝来说大约只有47个，而小鼠却有796。
接着，研究人员分析了哪些特征与物种间隐窝突变率有关。他们考虑了动物的一些生理指标，比如成年时的体重、胎仔数、基础代谢率等，发现其中与隐窝突变率表现出最显著的相关性的是寿命长短。寿命较长的动物每年获得的突变很少，而寿命较短的动物每年获得的突变很多，这意味着对于不同动物物种来说，在其生命自然结束时，突变总数是大致相同的。
新的问题
那么，佩托悖论被解决了吗？部分是的。然而，科学家仍无法合理地解释体型所起到的作用。即使不同寿命的物种在生命结束时每个细胞的突变量相似，但寿命较长的物种往往更大，也有更多的细胞，因此理应比体型较小的物种有更高的患癌风险。这种差异或许可以解释为，体型较大的物种进化出了额外的减少癌症风险的机制。
新的结果引发了一些新的有待解答的问题，比如癌症导致的死亡是影响突变率的唯一选择压力吗？长寿物种的低突变率是为了减缓衰老过程而进化的结果吗？未解的谜题还有很多。研究人员表示，在未来的几年里，他们计划将这些研究扩展到更多样化的物种上，如昆虫、植物等。期待届时将能得到令人惊叹的发现。
#创作团队：
撰文：糖兽排版：雯雯
#参考来源：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04618-zhttps://www.sanger.ac.uk/news_item/mutations-across-animal-kingdom-shed-new-light-on-ageing/https://www.nature.com/articles/s41586-021-04224-5#图片来源：
封面图：sanger.ac.uk首图：swiftsciencewriting / Pixabay
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