为什么生物进化过程中越高级的生物再生能力越退化？

这个问题很有趣，其实说“越高级的生物再生能力越退化”并不完全准确，应该更严谨地理解为：在生物进化的长河中，那些展现出更复杂结构、更精细功能、更高度集成的生命形式，往往在“整体再生”的能力上表现出相对的局限性。但这并不意味着它们就完全失去了再生能力，而是这种能力在不同尺度、不同层面有所表现和侧重。

我们不妨从几个角度来剖析这个问题，试着摆脱那些冰冷的“AI”标签，用更贴近生活化的语言来聊聊：

1. 生命的“成本”与“效率”权衡：

想象一下，生命就像一个精密的工厂。最基础的单细胞生物，比如变形虫，就像一个高度模块化的车间，它的整个身体就是它的“再生能力”本身。你把它切成两半，很多情况下，这两半都能继续活下去，甚至重新长成完整的变形虫。这就像工厂里的某个零件坏了，很容易就能替换或者整个机器还能运转。这是因为它们的结构简单，维持生命所需的系统也很基础。

但随着进化，生命体变得越来越复杂。细胞分化出不同的功能，形成组织、器官、系统，这些系统之间又紧密协作，构成一个不可分割的整体。高级生物，尤其是我们人类，更是如此。我们的神经系统、循环系统、免疫系统等等，它们之间有着极其复杂的信号传递和反馈机制。

如果一个像我们这样高度集成的“工厂”，想要实现“整体再生”，那意味着它需要重新构建一套完整的、功能齐全的流水线，而且要确保所有环节都精确无误地衔接起来。这其中的“成本”太高了。与其耗费巨大的能量和资源去进行一次“大修”，不如优化其他方面的能力来应对损伤。

这种权衡就像你有一个非常精密的机械手表，它里面的每一个齿轮、每一个螺丝都必须在特定的位置才能保证正常运转。如果坏了一两个零件，你需要的是高超的技师来精确地修复和替换，而不是把整个手表拆散了，让每个零件都重新长出来。

2. 分层级的再生能力：

事实上，高级生物并非“完全”失去了再生能力。它们只是把这种能力“分级”了，并且更加侧重于局部的修复和更新。

细胞层面的更新：我们身体里大量的细胞每时每刻都在死亡和新生。比如皮肤细胞、血细胞、消化道内壁的细胞，它们的寿命很短，需要不断地更新和替换，这本身就是一种非常高效的再生。
组织层面的修复：当我们受伤时，皮肤会愈合，肌肉会修复，骨头会断了再长。这都是组织层面的再生能力在发挥作用。肝脏是我们身体里再生能力相对较强的器官，即使切除大部分，也能在一定程度上再生。
器官层面的局限：但涉及到完整的器官再生，比如失去一条腿，我们是长不出来的。这是因为腿是一个极其复杂的结构，包含了骨骼、肌肉、神经、血管、皮肤等多种组织，它们需要精确的空间排布和功能协调。
系统层面的困难：更不用说一个完整生物体的再生了。这需要一个极其复杂的调控系统来指挥，保证所有部分的正确生长和组装。

想象一下，一个建造得非常精密的建筑。如果玻璃碎了，你可以换一块玻璃，这很容易。如果一面墙塌了，你可以把它砌起来，这也是可以修复的。但如果整个房子的地基垮了，房子要重新“长”出来，那就非常困难了。

3. “个体生存”与“物种延续”策略的演变：

在漫长的进化过程中，生物的生存和繁衍策略也在不断变化。

低等生物：对于很多低等生物来说，它们本身就是靠“分裂”或“无性繁殖”来延续后代的。再生能力强，意味着即使个体受伤，也有很大的机会存活并继续繁衍。这是一种“广撒网”的生存策略。
高等生物：高等生物则发展出了更复杂的生殖方式，比如有性生殖，这极大地增加了遗传多样性，是物种抵抗环境变化的关键。同时，它们也发展出了更精密的防御机制、学习能力和行为策略来避免伤害。

当一个物种的个体能够通过其他方式更有效地生存下来（比如躲避危险、获取食物、抵抗疾病），那么将巨大的能量和资源投入到“整体再生”上，可能就不是最优的选择。与其指望断肢重生，不如学会如何不让自己受伤。

这就好比，你是一个生活在安全城市里的人，你不需要像生活在战乱地区的人那样时刻准备着受伤和逃亡。你可以把更多的精力放在学习、工作、享受生活上。

4. 基因的“沉默”与“活化”：

再生能力的背后，是基因的调控。低等生物可能拥有更多在“再生”过程中被“活化”的基因。而高等生物，虽然拥有这些基因的“蓝图”，但在特定的发育阶段，很多与“整体再生”相关的基因可能处于“沉默”状态，或者被更精密的调控机制所抑制，以防止不必要的、失控的细胞增殖（比如癌症）。

想象一下，一本包含了所有建造技术的百科全书。低等生物可能只是简单地按着书里的指示去“复制粘贴”。而高等生物，则要根据非常复杂的建筑设计图纸来精确地执行，并且需要保证每一个环节都按照设计来，任何一个“多余”的生长都可能带来灾难。

总结一下，与其说越高级的生物再生能力越退化，不如说：

再生能力的“方向”和“重点”发生了变化：从整体的、一次性的再生，转向了局部的、持续的修复和更新。
进化是在进行一种“成本效益”的权衡：高度复杂的生命体，整体再生所需的成本过高，不如优化其他生存和繁衍策略。
个体生存策略的演变：高等生物发展出了更有效的防御和适应机制，减少了对“整体再生”的依赖。

所以，下次当你看到壁虎断尾再生，或者蚯蚓能断成几段重新长成，别觉得它们比我们“厉害”太多。那只是它们在不同的进化路径上，选择了最适合自己的生存和繁衍方式。而我们作为高度复杂的生物，虽然不能断肢重生，但也发展出了其他同样精彩的能力，比如高度发达的大脑、灵活的四肢、以及强大的学习和适应能力，这些同样是进化的伟大成果。

网友意见

这是个误解。按结构看起来的复杂度进行区分的“低等生物”“高等生物”并不代表各项能力的高低，也并不反映真实的演化程度。近几十年来，演化生物学早已不认为生物有“高级”“低级”的概念。

即使将题目里的“高级”换成“复杂”或“新出现”，实际上也没有“越新出现/越复杂的生物，再生能力越退化”这回事，更没有“越古老/越简单的生物，再生能力越强”这回事。

植物的情况：

植物细胞的全能性允许复杂的大型植物体从一个小碎块再生成完整植株，并不比小型植物的再生能力弱。

无脊椎动物的情况：

能从身体碎片再生成完整生物体的片蛭科生物（涡虫）、水螅属生物以再生能力著称，而它们是有神经系统的，身体构造远比许多再生能力更差的物种复杂。

涡虫可以被切成279份后再生成各自独立的生命体。比它结构更简单或比它更早出现的大部分生物都不能这样操作。

根据分子生物学证据，栉水母的基因组非常古老，可能比海绵更早出现在地球上，在演化树上非常接近地球动物的共同祖先。但是栉水母有神经系统和结缔组织，身体结构远比海绵和许多寄生生物更复杂。那么你觉得到底谁更“高级”呢。

栉水母的神经系统和其它动物有明显差异，可能是独自演化出来的。栉水母的神经元密集处被破坏后4天内就能再生，比它更原始或更简单的单细胞生物并不能这样再生被破坏的重要构造。

海绵没有神经系统，但有大部分涉及神经连接的基因。海绵蛋白以类似人类神经连接的方式彼此结合，复杂度远高于几十个细胞的浮游生物。而海绵的再生能力是可以在被打成碎片后再生成数百个完整个体，几十个细胞的浮游生物被平均切成5份都不能再生。

棘皮动物在无脊椎动物里的进化地位很高，而仍然有一些再生力强的海星物种，不但能再生出缺失的肢体，还能从断裂的肢体再生出其余身体，有些种类的海星干脆改用分裂繁殖。

以上能从碎片再生出整个身体的生物，是通过体内的干细胞增殖并分化来补充缺失的细胞。它们其实是特例，大部分在构造上比它们更简单的生物并不具备这样的再生能力。

受损细胞修复：

蛭形轮虫修复被辐射打断的DNA的速度比单细胞生物还要快，可以承受脱水和辐射杀菌机照射、在放进水中后自我修复。这是孤雌生殖撬翻了穆勒棘轮、从食物中汲取DNA片段插入自身基因组并使用其中部分基因的功能之多细胞生物，你觉得它跟单细胞生物或几十个细胞的浮游生物比起来谁更“高级”？

虽然外观看起来有埃迪卡拉纪的特征，按照化石记录，蛭形轮虫这个物种的历史很可能不到1亿年，使用孤雌生殖的时间约4000万年。

脊椎动物的再生能力：

一部分脊椎动物靠干细胞、未分化的祖细胞或组织细胞去分化（已经分化的细胞去分化成干细胞，再进行分裂、分化，在人类的实验室里也能诱导多种细胞这样行动）和转分化^[1]来再生特定的部位，例如蝾螈能够再生四肢、尾巴、脊髓、眼睛，有些蝾螈物种甚至能够再生晶状体和一半的大脑（这对绝大部分有这两件构造的生物来说都是不可能的。成年蝾螈的晶状体剥离后，新晶状体细胞由背侧虹膜色素上皮细胞转分化而来），斑马鱼和多鳍鱼可以再生鱼鳍，一些蜥蜴可以再生尾巴。斑马鱼、多鳍鱼、蝾螈的再生过程涉及10个一样的miRNA，一般认为是继承自它们在2.4亿年前的共同祖先。

斑马鱼可以用祖细胞再生心肌。幼鼠可以再生心肌细胞，而成年鼠的心肌损伤后很难再生。一些物种成年之后再生能力的下降跟老化细胞没有被及时取代、再生上皮的形成速度和性能下降、免疫力衰退、细胞代谢压力变化等因素有关。

脊椎动物的脑、肺、肠道上皮、骨骼肌等处通常还有干细胞存在，一些肝细胞、胰细胞可以转分化并再生受损的组织，其它器官或组织缺少这些细胞和功能。对大部分动物来说，即使人工抽出干细胞来培养再输入受损的身体部位，都可能胡乱制造在该部位不能发挥作用的细胞。

“再生和癌症有关”之类主观臆断是无法提供足够的选择压的。免疫系统可以歼灭癌细胞，人类癌症发病率是随着年龄增长、免疫力下降而明显增加的，而地球上很多生物衰老非常缓慢乃至可以长期保持壮年。而且，从物种延续的角度看，只要繁殖了可以替代自身的下一代，老的动物死于癌症并没有造成什么损失。更严重的是，地球上存在失去了多种抑癌基因而能够正常生存的粘孢子虫^[2]，你可以将它视为由癌细胞组成的生命体。

人体再生的前景：

从水螅纲的经验来看，端粒缩短和自由基的问题是细枝末节，根本不用管。人家的体细胞该不要就不要，一直拿干细胞填补就行了。

人体再生能力弱的原因不止是干细胞的填补速度不足，它们的能力跟可以充分再生缺损机体的物种的干细胞比起来非常的低下，经常连自己所在部位的损伤都不能良好地修复、制造在该部位没有卵用的细胞、造成更严重的伤害。30多岁的人体内神经干细胞对脑部的有效修复进度就几乎停滞。

就别说在体内增强分裂分化了，实践中将人的干细胞取出后大量培养再打回体内进行治疗都经常不起什么作用。

人的心肌这样重要的部位没有干细胞。人的心脏在理想环境里能维持运转的年限约120年。
人的大脑目前无法被神经干细胞有效修复。人脑在理想环境里能维持运转的年限约150年。

修复这事不用都交给干细胞，蝾螈的脱分化已经在实验室证明可以在人类细胞上发生。

目前，在实验中已经证明，小鼠成纤维细胞可以转变为神经祖细胞，人成纤维细胞和小鼠星形胶质细胞可以转变为神经细胞，人胎儿星形胶质细胞和成人胶质细胞能够在特定条件下被小分子化合物组合转变为神经细胞。这距离在患者身上使用还有很长的路要走。

2020年6月25日，《自然》杂志封面文章称，研究人员在体外的人类细胞和小鼠中找到了只需一个步骤就将星形胶质细胞转化为神经元的方法：星形胶质细胞产生的RNA结合蛋白PTBP1（多聚嘧啶道结合蛋白）阻止了这种细胞变成神经元，去除PTBP1就可以解决该问题。
研究人员首先从小鼠和人类脑中分离出星形胶质细胞，降低这些细胞中PTBP1基因的表达水平。经过四个星期，不同样本中50~80%的星形胶质细胞转化为神经元，来自中脑的星形胶质细胞所转化的神经元表达了多巴胺神经元特异性表达的基因。
然后，研究人员为小鼠注射可降低PTBP1基因表达的病毒^[3]。经过12个星期，感染病毒的星形胶质细胞有超过30%转化为多巴胺神经元、具备正常生理功能，将患有帕金森病的小鼠纹状体的多巴胺含量从25%提高到65%，改善了症状。
最后，研究人员尝试向小鼠中脑注射可干扰PTBP1的反义寡核苷酸，短暂抑制其水平，发现也有治疗效果。这比病毒更适合临床使用，不过该疗法在用于人类之前仍需开展大量研究。

此前，PTBP1在2015年被认定可能参与决定不同脊椎动物之间的大脑差异。由于选择性剪接，PTBP1在哺乳类细胞中的形式与其它脊椎动物不同，丢失了一个小片段。

结合上述神经元相关实验，似乎可以认为，脑在地球生物演化史中的跃进其实也只是一个并不复杂的偶然事件。

参考

^ 从一个细胞类型到另一个细胞类型的转换
^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30674330
^ 小白鼠有血脑屏障，但本来在自然界也存在能感染大脑的病毒，而且你或你的身体对它们根本不陌生：麻疹病毒、EB病毒、单纯疱疹病毒、腮腺炎病毒、脊髓灰质炎病毒、新冠病毒都可以透过血脑屏障。病毒透过血脑屏障的主要原因是它们破坏了内皮细胞间的紧密连接，或直接感染脑微血管内皮细胞（血脑屏障的主要结构），或诱导血脑屏障通透性改变。艾滋病毒可以感染外周血的白细胞、巨噬细胞等免疫细胞，由它们携带着透过血脑屏障。至于病毒载体，人类已经知道一组8个氨基酸组成的特定结构可以让腺相关病毒透过血脑屏障。不过在上述实验里，研究人员没整那么多花招，直接把针插进小鼠大脑了。

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