在科学研究的历史长河中,有许多关键的发现推翻了人们的传统观念。 20世纪60年代,随着美国解剖学家莱昂纳德·海弗利克(Leonard Hayflick)发现细胞分裂的极限——海弗利克极限(Hayflick limit),科学界对于细胞寿命的理解发生了巨变。然而,在此之前,法国外科医生亚历克斯·卡雷尔(Alexis Carrel)的研究却宣称细胞是永生的,这样的结论到现在仍引起争议。为何后来的科学家无法重复卡雷尔的实验结果?这背后究竟藏着什么秘密呢?
卡雷尔的研究充满了神秘感,他曾声称自己可以在培养环境中持续培养来自鸡心脏的纤维母细胞,甚至达到了34年的寿命。
而这一主张在海弗利克的实验中受到了挑战,他的实验表明人类正常的胎儿细胞在培养过程中分裂次数仅限于40到60次,之后将进入衰老阶段。这一发现不仅否定了卡雷尔的理论,也表明了细胞衰老与整个生物体的衰老有着密切的关联。他认为,所有的细胞移植到组织培养中都是不朽的,细胞分裂停止的原因仅仅是由于培养技术的不完善。
海弗利克对卡雷尔的主张感到怀疑之后,他开始对自己所观察到的细胞行为进行深入研究。他发现,在培养的过程中,某些细胞在大约40次的分裂后会呈现出不寻常的特征,分裂速度明显减慢。
通过与保罗·穆尔黑德(Paul Moorhead)合作,他们发现混合培养中的细胞分裂行为提供了确凿的证据,证明了细胞分裂停止是由一个内部计算机制所控制的。他排除了可能的污染、培养条件不良和未知的实验误差等因素,并设计了一个完整的实验来验证细胞衰老的内部机制。
尽管卡雷尔的实验受到极大关注,但后续的科学家们却始终无法重复他的结果。这背后有多种可能的原因。一种观点认为卡雷尔的细胞培养可能不以通常方式进行,
此外,还有学者提出卡雷尔所用的细胞可能处于较年轻的状态,若能与促进端粒酶活化的养分结合,将能延缓衰老过程,甚至逆转衰老,而这点则未曾受到足够重视。例如,他可能再加入了鸡胚干细胞以提供必需的养分,实际上不断培养着新的细胞,而非原有细胞的无限增殖。
端粒是位于染色体两端的一段DNA序列,对于细胞分裂有着至关重要的影响。每次细胞分裂时,端粒的长度会逐渐缩短。海弗利克首次指出,正常细胞的分裂能力与端粒的长度有着明显的关联,当端粒缩短到临界值时,细胞便会进入衰老阶段。
这也解释了为什么海弗利克能够验证正常细胞是有生命限度的,而癌细胞则显示出不朽的特性。癌细胞之所以能够无限增殖,是因为它们表达了一种名为端粒酶(telomerase)的酶,该酶可以延长端粒,从而防止细胞衰老。
海弗利克的发现带来了对于人类衰老过程的新理解。他认为,细胞的有限分裂能力与整体生物体的衰老有着密切的关联。许多研究发现,人体非干细胞的分裂次数远低于在实验室中观察到的细胞分裂次数。这促使人们重新思考人类在衰老过程中对细胞分裂的需求,以及这些生物机制如何在不同体细胞中表现出来。
海弗利克的发现不仅改变了生物学界对于细胞寿命的理解,还促进了对老化机制的深入研究。随着科学的进步,对于细胞、癌症及衰老的认知将持续演变。我们是否会在未来找到延缓衰老的解决方案,还是这仅仅是一个亘古难题?