在自然界中,几乎每个动物都有自己的生命周期,也有繁殖的周期,就算是蠕虫,它的体内也有一个滴答作响的生育时钟。年龄较大的蠕虫在修复断裂的DNA链时效率较低,这种修复能力对生殖细胞的形成至关重要。

俄勒冈大学(UO)的生物学家们开展的一项新研究表明,DNA修复能力下降,是随着年龄的增长,繁殖速度减慢是一个可能的原因。

很多动物,特别是哺乳动物,在步入老年后,就几乎不可能再繁殖了,这是对它们的一种保护机制。试想一下,一只老态龙钟的雌性黑猩猩,连自己的生活都难以自理,还要挺着个大肚子,在危机四伏的野外,很容易成为狮子等捕食者的狩猎目标,更别提分娩过程对它身体难以痊愈的破坏性影响了。

每个精子或卵细胞的染色体数量只有普通细胞的一半。减数分裂是形成精子和卵子的细胞分裂过程,初级性母细胞必须均匀地分裂DNA。错误的代价可能很高,因为染色体分割错误是导致出生缺陷的主要原因。为了避免这些错误,动物细胞使用了一种令人惊讶的策略:它们故意破坏DNA链,然后修复它们。

“这是生物学中最令人惊叹的过程之一,”领导这项工作的利布达实验室前研究生埃里克·托拉森(Erik Toraason)说。在整个修复过程重,细胞会“在物理上将染色体锁在一起,并提供一个组织点”,确保染色体均匀分裂。

托拉森想了解衰老是如何影响这些过程的,现在是普林斯顿大学博士后研究员的托拉森说,卵细胞会在动物的生命后期失去活力,也就是衰老,但“这些细胞如此容易衰老的原因此前生物学界尚不清楚。但我们现在知道,其中一个被认为是重要的因素是基因组修复能力,这种能力可能会下降,使卵母细胞发育中的卵子容易受到缺陷的影响。”

事实证明,蠕虫是这些问题的理想试验场。秀丽隐杆线虫通常是雌雄同体的,这意味着每一条蠕虫都会产生卵子和精子,研究人员可以让蠕虫产生基因突变,从而导致精子无法产生,就可以制造出功能上为雌性的产卵蠕虫。

托拉森和他的同事们利用这一技巧将卵子衰老的影响与精子耗尽的影响区分开来,精子耗尽通常发生在雌雄同体的蠕虫衰老时,也会导致生育能力下降。研究人员发现,精子耗尽似乎会影响雌雄同体蠕虫卵细胞DNA断裂的速度。但即使是雌性蠕虫,修复DNA断裂的能力也会随着年龄的增长而下降,这与精子水平无关。

研究人员说:“我们发现,当精子耗尽时,形成断裂会发生改变,但断裂修复只受衰老过程的影响,而不受精子的影响。”

研究团队还不知道为什么这个过程会随着年龄的增长而改变,但至少对于蠕虫来说,这可能与资源的变化有关。在耗尽了所有精子的蠕虫中,未受精的卵细胞有时会成为后代的食物来源。由于卵细胞不再用于繁殖,蠕虫不再需要花费资源来破坏和修复它们的DNA。

这些研究结论目前只适用于秀丽隐杆线虫,但哺乳动物等其他动物的DNA链修复能力也确实会随着年龄的增长而下降,从而导致繁殖能力下降,对于这种机制背后的驱动因素,研究人员还做更多工作去研究,去寻找答案。