Att slå döden och bli odödliga måste vi först besegra entropi

Odödlighet är den sällsynta supermakt som låter som en förbannelse. Och ändå finns det något mycket lockande om möjligheten att aldrig dö. Något måste vara hårdkopplat i oss för att undvika död i något sammanhang, oavsett hur irrationellt ett beslut det kan vara för oss själva eller för arten som helhet.

Detta har verkligen alltid varit den biologiska vetenskapens heliga grann. Att undersöka och behandla sjukdomar har alltid haft målet att förlänga och förbättra livet. Den senaste tekniken har bidragit till förnyat intresse för idén om att odödlighet faktiskt kan uppnås. Vissa forskare skulle vilja behandla åldrande som någon annan sjukdom (eller insamling av sjukdomar), som nyligen lyfts fram på Ron Howards nya show Genombrott.

Dessa forskare hoppas kunna utveckla tanken att ett läkemedel kan undersökas för att behandla åldern själv. Även om drogerna som de tittar på redan har varit på marknaden i flera år för att behandla sjukdomar som diabetes, är hoppet att förändra tänkandet och undersöka droger för att behandla ålder i första hand. Vilken bättre förebyggande behandling kan det finnas, trots allt, den eviga ungdomen?

Eftersom det inte är möjligt att få ett läkemedel som behandlar åldrandet rensas av FDA, argumenterar forskare, ingen i den privata industrin har försökt seriöst att ta itu med en åldrande botemedel. Men när FDA kommer runt, så tänker man, floodgatesna kommer att vara öppna, och den fria marknaden kommer att hålla oss alla känna 24 och virila i flera århundraden framöver.

Det här är en inspirerande tanke. Innan vi blir alltför upparbetade, låt oss dock dyka in i vad det innebär att åldras.

Livet är i grunden en instabil process (ja process). Livet verkar föredra högre, mer instabila energistater till lägsta energistatus, vilket gör det så intressant. Allt i universum verkar tendera till högre entropi eller störning. Faktum är att forskaren Nicolas Carnot konstruerade en princip för att beskriva den tendensen som i slutändan blev en "lag". Så när något verkar göra motsatsen, känns det konstigt och på något sätt avsiktligt av någonting eller någon.

Det är värt att notera, att tyngdkraften är också en lag. Med tillräcklig energi kan den, som den andra lagen om termodynamik, tillfälligt motstå (notera att lagarna fortfarande är mycket effektiva men övervinnas med arbete, inga fysiska lagar bryts). Det uppenbara exemplet är ett mänskligt skapat raketfartyg, men exempel finns också i naturen. Ytspänningen i vatten, till exempel, kan övervinna tyngdkraften. (Jag bör notera att det är tänkt att allt detta är möjligt för att vi är ett "öppet system", så det finns något för att kompensera vår minskning av entropi. Specifikt sönder solen sin väg ut mot jämvikt. En del av solenergi som genereras av solen i denna process, men den övergripande tendensen i systemet är fortfarande mot ökad entropi.)

Så tystare, medan allt i universum tenderar mot jämvikt betyder jämvikt döden. Jämvikt betyder en jämn fördelning av alla beståndsdelar i det högsta tillståndet av entropi - total störning, men total stabilitet. Livet gör motsatsen. Det hämmar vissa molekyler i cellerna och reglerar dem. Livet tenderar istället för en energibalanserad stabilitetsform: homeostas. På så sätt måste den stå emot den naturliga riktningen av resten av universum.

Så livet är i huvudsak motståndet i det lägsta energistat, tillståndet för maximal entropi som allt i systemet vill röra sig mot. Motstånd mot denna naturliga tendens gör systemet i sig instabilt, och möjliggörs med precis rätt mängd energi. För mycket energi och allt blir för instabil och smälter helt enkelt (eller förångas). För liten energi och allt förblir helt enkelt i lägsta energistatus. Det finns dock ett litet fönster där entropi kan minskas, och komplexitet kan genereras spontant.

(En tillägg: Denna andra lag anses vara oåterkallelig, ett ägg kan inte bryta ut, för att citera ett klassiskt exempel. Men observera att det finns en skillnad mellan en minskning av entropi och tidens pil. Det är sant - ägget kan inte bryta ut, men Det beror på att vi inte kan gå tillbaka i tiden. Ett ägg kan faktiskt reformeras om äggets komponenter återvinns genom livets funktion, som om komposterna komposteras i mulch för en majsväxt som i sin tur matar en kyckling. Livets cirkel är så kallad av en anledning.)

Medan naturen tenderar mot jämvikt, motstår livet jämvikt och tenderar mot homeostas. Men allt detta kräver energi. Vi använder energi för att motstå jämvikt, precis som en raket använder energi för att motstå tyngdkraften. Men energianvändningen är dyr och orsakar slitage på komponenterna i systemet. Så småningom fungerar pumparna och membranen inte lika bra som de en gång gjorde. Livet är nödvändigtvis en destruktiv process!

Denna förstörande process är sannolikt vad åldring verkligen är. Så om vi hoppas kunna hantera åldrande måste vi först ställa frågan: Är det till och med möjligt? Komponenterna i vårt system vill tendera mot det lägsta energitillståndet, precis som komponenterna i en raket vill tendera mot jordens yta. För att motstå det, kräver båda energianvändningen, men energianvändningen bär ner de väldiga komponenterna. Om vi ​​vill leva, måste vi använda komponenterna i vårt system, vilket innebär att vi måste åldras.

Ändå är det inte klart varför det inte borde vara möjligt att kringgå detta genom att på något sätt ersätta komponenterna. Ska vi inte kunna ersätta celler som slits ut och blir så instabila? Eller är det något iboende instabilt om grupp av celler, också? När allt kommer omkring tros celler att ersätta alla deras beståndsdelande molekyler över tiden, så varför dör de? Det är en öppen fråga, men en titt på de odödliga maneterna föreslår att det verkligen borde vara möjligt att helt enkelt ersätta allt.

En av mina forskare vid namn Jack Davis föreslog en intressant tanke för mig om detta: Kanske åldrande är en evolutionär anpassning. Eftersom utvecklingen bara fungerar när det finns en kontinuerlig omsättning av biologiskt material, måste själva omsättningen ha kommit någonstans, vilket gör utvecklingen mer effektiv. Denna omsättning är nödvändig för att skapa nya egenskaper och bygga på de som redan utvecklats, bland annat utveckling. Sätt enkelt, om ingen dör, så har ingen några barn och barn behövs för att driva utvecklingen.

Det verkar mer troligt att denna åldrande är ett naturligt förekommande fenomen som inte behöver anpassas. Men Jacks resonemang kan vara varför åldrande fortsätter. Det kan faktiskt finnas vägar för naturen att komma runt åldrandet, men åldrande är starkt gynnad. Utveckling får en stark fördel av att ständigt generera ny biomassa, men det får ingen nytta av att hålla organismer vid liv efter att de har bidragit till nästa generation (faktiskt fortsätter de bara att ta resurser om de håller sig fast) så det finns ett selektivt tryck för att hålla åldrande. Och djur som dör av har förmodligen incitament att odla. Allt detta kan förklara varför vi inte ser fler exempel av odödliga djur.

För individer med medveten medvetenhet som är fångade i detta system är det dock inte så tröstande. Mänsklig utveckling kan gynna när vi alla löper ut vid 80, men döende av ålderdom har fortfarande begränsad överklagande.

Så här är vi igen. Hur kan vi gå om att bekämpa ålder? En möjlighet är att hitta något förutom att syre ska andas. Syre är ett ganska reaktivt element. Faktum är att det är ansvarigt för en enorm mängd skador på både organiska och oorganiska strukturer genom oxidationsprocessen. Om vi ​​kunde hitta något lite mindre reaktivt, kan det vara mindre skadligt för våra kroppar, och vi skulle inte behöva investera så mycket energi i antioxidanter för att bekämpa dessa effekter.

Baksidan av detta är att det är syreaktivitet som gör det så bra på vad det gör. Något mindre reaktivt skulle kraftigt sänka elektrontransportkedjan - vilket innebär att vi inte skulle kunna behålla de nivåer av aktivitet vi behöver för att överleva. Så kanske vi bara går runt i söta hyperbariska kamrar som skyddar oss från atmosfäriskt syre och bara levererar lite till våra lungor.

En annan möjlighet är att mer allmänt sakta ner vår energianvändning, eftersom det är denna process som ger slitage på celler. Många av oss i väst äter mycket mer än vi behöver, hur som helst, eller hur? Även om kontroversiell, tycks kaloribegränsning verkligen kunna förlänga livet, enligt forskning.

Medan ett disciplinerat tillvägagångssätt som det här kan ge många fördelar (även efter långsammare åldrande) är det fortfarande en tillfällig lösning som bara avstänger döden. Att leva ett längre liv känns bara värt om det är roligt. Och dessutom är det roligare att tänka på andra möjligheter. Så varför försök inte hacka maneterna?

Även om det inte är omöjligt, har detta tillvägagångssätt stora hinder. Maneten menas att uppnå odödlighet genom "transdifferentiering" eller vända cellerna tillbaka till stamceller och börja om så att de blir andra celltyper. Även om vi har tekniskt funderat hur man vänder mänskliga celler tillbaka till stamceller, har människor många celler som är typ av oersättliga. Våra neuroner, till exempel, låt oss göra vad vi gör genom att hitta lämpliga kontakter med andra neuroner och bilda en komplex web. I teorin, om dessa celler tvingas tillbaka till ett stamcells tillstånd, skulle alla dessa kontakter brytas, eftersom stamceller inte kan bilda neuronala anslutningar. Vi skulle teoretiskt återgå tillbaka till barndomen och vet väsentligen ingenting, vilket tycks vara ungefär vad en maneter vet. Att leva så länge som en maneter, kanske också måste leva så dåligt.

Kanske en dag kommer vi att kunna komma runt detta genom att ha någon form av kontinuerlig process som rullar genom hjärnan, noterar varje kontakt en cell har, transdifferentierar den cellen och låter den nybildade cellen växa runt den som en byggnadsställning för att återställa alla sina tidigare förbindelser, varigenom var och en av sina kontakter bevaras. Minnen som involverar den cellen skulle därför bara vara offline tillfälligt.

För närvarande måste våra metoder kräva inriktning på gener eller droger som effektiviserar användningen av vår energi, eller omproducerar våra kroppar ur mer hållbara komponenter. Det bästa vi kan göra till då är att motstå den slumpmässighet som universum har fated för oss alla.