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狗狗可以活到300歲嗎?一探毛小孩的壽命之謎

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・2016/02/15 ・2719字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

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長毛臘腸狗莉莉(Lily)在8個月大、2歲、7歲、15歲的時候。Source:Science

嫦娥為了后羿偷竊西王母的不死藥;伊甸園中有一棵生命之樹,吃了果實便能永生不死,不論東西方,人類尋找長生不老秘方的傳說比比皆是。長久以來,科學家們極力想搞懂壽命是受到什麼樣的機制牽制?又有什麼能讓生命週期慢下來?對動物而言,這些問題都無法靠單一的解釋完整回答。

隨著動物漸漸變成人類的「伴侶」,讓寵物活得更久成了新趨勢

除了延長人類的壽命很重要,當寵物逐漸成為人類生活上非常重要的夥伴時,延長牠們的平均壽命變得同樣重要。美國華盛頓大學演化遺傳學家丹尼爾(Daniel Promislow) 正對於狗的壽命進行研究-狗的老化計畫(Dog Aging Project),研究內容著重於如何延長牠們的壽命同時提升人類的壽命。「了解牠們的壽命,能同時了解繁殖、行為、環境及演化的過程,如果我們能夠增進生命的品質和長度,對我們以及寵物會是個雙贏的局面」丹尼爾說。

能不能活得久,和水分流失有關?還是和新陳代謝有關?

Source:flickr

亞里斯多德在西元前350年便對神祕的老化問題相當感興趣,他觀察到有些動物較長壽,有些則較短命,並認為這件事情是值得研究的。希臘一名哲學家推測這樣的模式和水分的流失有關,認為大象能夠活得比老鼠長久是因為大象可以保存較多的水份,流失水份速度也比老鼠慢。不過,這不完全和水份有關,亞里斯多德觀察到大型動物會比小型動物活得更久,這也是截至目前為止,科學家一致認同的觀點。

近100年來,有個非常受歡迎的概念提到「新陳代謝率高的動物比新陳代謝率低的動物短命,因為牠們的生命週期比較快」鸚鵡每分鐘心跳可達600下 ,牠們卻能比許多心跳沒這麼快的生物多活幾十年,顯然這個概念還是沒有解決問題。有些推測較短命的動物比較容易產生傷害體內組織的自由基,造成細胞無法繼續分裂。只不過這樣的推測仍缺乏強而有力的證據。

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壽命與體重關係圖。體重越重(體型越大)的動物壽命較長。Source:Science

1980年代中期, 史蒂芬(Steven Austad,美國阿拉巴馬大學生物老年病學家)在委內瑞拉觀察負鼠時,意外發現有袋類動物老化的非常迅速「牠們會在三個月內從體態良好到白內障,再到肌肉萎縮」(而且壽命也比同體型的哺乳類動物短百分之二十)他發現一件非常有趣的事情:相較於生活在南美洲大陸上,能遠離天敵生活在附近小島的負鼠老化得比較慢。

史蒂芬說「這個觀察支持著亞里斯多德的說法:體型大的動物活得較體型小的動物久。因為體型大的動物可能面臨的危險較少。這關乎的不僅是簡單的生存問題,甚至還包括幾百萬年的演化壓力。鯨魚和大象可以不疾不徐地慢慢成長,是因為牠們不會輕易受到攻擊,也代表著牠們可以投資更多能量去發育強壯的身體,並擁有更多後代。至於像老鼠這種很多天敵的動物,世代替換的很快:牠們需要花更多的力氣在成長並且快速的繁殖,而不是發展出更好的免疫系統。」就好比你不會把價值1000美金的水晶放在5美元的手錶上當裝飾。

體型越大活得越久不適用在毛小孩

貓的平均壽命為15年,狗的平均壽命為12年,然而貓的體型大致上都比狗來的小,小型狗的壽命甚至比大型狗多出一倍。史蒂芬觀察負鼠的理論還是可以應用在這裡。狗的祖先灰狼在野外平均壽命為11~12年,野貓則可以活到16年。這顯現兩物種面臨不同的演化壓力,由於灰狼比野貓更習慣團體生活,個體間互動較活躍,相較之下,貓就較容易避免傳染疾病也比較擅長獨自對抗天敵,貓就像可以活超過20年的豪豬一樣,具備很強的自我防衛能力。裸鼴鼠一生大多活在地底下,可以躲避天敵的攻擊,壽命可達30年;蝙蝠遇到危險能輕易飛走,平均壽命達40年之久;老鼠這種天敵多的動物只能活個幾年,擅長躲避危險的動物活得比較長久

為什麼小型犬活得比大型犬久?

這是一個非常複雜的問題。體重大約為70公斤的愛爾蘭獵狼犬可以活到7年,4公斤左右的蝴蝶犬可以活到10年。大多品種的狗都少於一百歲,所以演化壓力明顯沒有幫助。能促使牠們體型變大的一種賀爾蒙­-類胰島素生長因子1(insulin-like growth factor1)-扮演著重要角色;雖然科學家找出許多不同物種間影響壽命的蛋白質,但是機制仍不明。大型犬成長的速度比較快,但會造成身體上部分器官或機制發育不完全,使得他們容易產生併發症和疾病,所以大型犬比小型犬更容易有健康問題,例如:德國牧羊犬容易發生髖關節發育不良的問題、哈士奇易有自體免疫的疾病,雖然這些問題可能來自於近親交配。

我們的毛小孩能不能活得更久?

雖然狗與貓的壽命有差異,不過這兩種寵物都活得比以前更久。狗的壽命在過去40年增長一倍,家貓的壽命則是野貓的兩倍,這可能是因為牠們擁有更好的健康照顧及飲食。為了讓寵物受到與人相同的照顧(像是定期健康檢查以及心臟手術)美國人每年願意花600億美金在牠們身上。「能使人類活得更久的方法同樣適用在我們的寵物上」不過這個趨勢可能無法延續,在美國,有超過一半以上的寵物過重或是過胖,此外牠們和人類一樣暴露在高致癌物及污染的環境。

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Source:flickr

上述這些研究顯示了解狗和貓的壽命可以幫助我們解決人類如何老去,畢竟,人類擁有較多狗與貓在醫學上的紀錄,我們也更了解牠們的生理、基因。也許延緩(甚至停止)生命週期的線索就隱藏在牠們身上。「我認為壽命在任何物種間,沒有一個最大值或是特定的長度,但真正個問題是,我們能活到多久?也許1000年以後,你的狗可以活超過300年也說不定!」如果我們的壽命也跟著增加的話,這會是個好消息,畢竟,誰不想跟自己的摯友活一輩子呢?

參考資料:

Dog Aging Project

.原文《Feature: A dog that lives 300 years? Solving the mysteries of aging in our pets.》Science, Dec. 3, 2015

.《為甚麼人類比老鼠長壽,卻比弓頭鯨短命?:解開壽命與老化之謎》強納森.席佛頓(Jonathan Silvertown), Jan., 2015

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從PanSci小粉絲變身成小小實習生。重度愛好生物患者,症狀:對生物相關事物產生法自拔的迷戀。在學校只喜歡解剖課,看到活生生又血淋淋的東西會很興奮>___<

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?
台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

參考文獻

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台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。

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肌肉肝醣的多寡,決定耐力體能的好壞:認識運動關鍵營養成分「醣類」
社團法人台灣國際生命科學會_96
・2020/01/07 ・2501字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 582 ・九年級

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  • 作者/郭家驊,台北市立大學體育學院院長

研究顯示:耐力體能好的人,死亡率較低,而影響耐力體能的因素有哪些呢?本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台北市立大學體育學院院長郭家驊特聘教授撰文,解析運動關鍵營養成分──「醣」,並一步步串聯起它與「肌肉肝醣」、「耐力體能」、「死亡率」之間的層層關聯,最後提出能增加肝醣儲存、改善身材的具體建議。如此生活化的精彩內容,千萬別錯過!

運動關鍵營養成分—「醣」,與「肌肉肝醣」、「耐力體能」、「死亡率」之間的具有高度關聯性。圖片來源:Pornsawan Sangmanee

耐力體能好,存活機率高 

國際著名的醫學期刊《美國醫學會雜誌》( The Journal of the American Medical Association, JAMA ) 早期的大樣本研究結果顯示,人體運動耐力的好壞可以預測未來的存活機率。

此研究設計為每五年測量一次受試者的耐力體能,發現未來死亡率由低到高的群體依序為:維持好耐力者、耐力退化後恢復者、兩次檢測耐力皆較差者,無論是 20-40 歲、 40-50 歲、 50-60 歲到 60 歲以上等不同年齡的群體均呈現一致的結果,死亡風險的差距可由 4 倍(60 歲以上)到 10 倍(20-40 歲)。

而決定耐力體能的兩大營養因素為:水分肌肉肝醣,本文僅討論後者。

肌肉肝醣的多寡,決定耐力體能的好壞

人體肌肉在安靜狀態下主要以消耗脂肪組織的「脂肪」為主,而在運動過程中肌肉則以大量消耗「三磷酸腺苷( adenosine triphosphate, 以下簡稱 ATP )」為主。支撐 ATP 快速生產的能源主要來自於肌肉內儲存的肝醣 ( glycogen ),雖然血糖也會在肌肉快速收縮時加速滲入肌肉內,但細胞膜轉運過程較慢,仍緩不濟急。

肝醣的優勢在於它已儲存在細胞內部,當氧氣還來不及進入肌肉時,肝醣便可迅速分解為葡萄糖,透過無氧代謝快速釋放能量,以維持肌肉內 ATP 濃度恆定,使肌肉在高速挑戰下仍可正常運作。相對的,脂肪無法在缺乏氧氣時分解,因此只能作為人體安靜狀態下的主要能源。在進行超過 1 分鐘的最大負荷高強度運動時,肌肉肝醣決定了耐力體能的好壞。

澱粉:補充肌肉肝醣的最佳來源

人體肝醣的結構與植物中的澱粉註1類似,都是由葡萄糖所構成。因此,要使運動後迅速恢復肌肉肝醣的最佳方法就是攝取澱粉。運動後要迅速恢復肌肉肝醣,澱粉比果糖的效果更好。由於肌肉對果糖的吸收運轉機制較弱,飲食攝取的果糖大部分被肝臟吸收,果糖對肌肉肝醣儲存的貢獻極小,故大多數市面上買到的果糖飲料並非補充肌肉肝醣的最佳來源。

高強度運動:促進肌肉儲存肝醣的能力

運動挑戰會使肌肉產生適應能力,即消耗肝醣能提高肌肉肝醣的儲存能力,對某些人而言,運動 2-3 天後的肌肉可增加 2 倍的肝醣儲存量。在飯後胰島素正常分泌的狀態下,人體內 85 %的葡萄糖會儲存到肌肉組織。因此,肌肉儲存醣的能力愈好,血糖控制的能力也愈佳。

一般休息、做家事,以及走路等相對靜態的活動對於肌肉肝醣的消耗可說是微乎其微。這些微量活動的過程,由於氧氣供應充足,肌肉主要消耗血液中來自脂肪組織的脂肪酸。因此,若要增加人體飯後的葡萄糖儲存空間以降低血糖,須要仰賴高強度運動,當挑戰的肌肉群愈多、強度愈高,將愈能避免飯後碳資源被儲存到肌肉以外的位置,如:脂肪組織與肝臟等,可達到「增加控制血糖能力」與「避免腹腰部肥胖」雙重目的。

「醣類/蛋白質的攝取比例」會影響壽命?

「高澱粉、低蛋白」的飲食習慣是沖繩居民長壽的秘訣。圖片來源:Blue Zones-Okinawa, Japan

醣類攝取的多寡是否會影響壽命?較有名的研究來自於百年人瑞比例極高的日本沖繩,當地人大多採取高澱粉、低蛋白的飲食模式。有趣的是,如果沖繩人移居日本本島生活,其原先心臟病與代謝症候群的保護效果便消失。在知名的動物隨機介入研究 ( Geometric Framework for Nutrition ) 也發現類似的證據,即獲得「高澱粉、低蛋白」飲食介入的動物壽命最長。

人體研究目前的主要限制在於,完全沒有隨機分組研究報告 ( Randomized control trial ) 能證明醣類(即澱粉類)攝取的比例是否會影響壽命,現有的人體研究證據多是以做完飲食問卷後進行分組,觀察各組在一段時間後的死亡率。

由於飲食攝取偏好也與許多其他影響死亡率的行為,如:教育水準、吸菸、家庭等具有高度相關,故不是最完美的科學證據。此外,追蹤時間不夠長的研究(小於 15 年),預測死亡率有效度將大打折扣,無法產生因果關係,不適合當成好的飲食建議依據。

目前只能說在觀察時間較長的研究中,高澱粉、低蛋白的飲食可能對處於體重慢速上升的年輕人與中年人是較好的選擇;至於過了 65 歲後體重開始下降的高齡者,若蛋白質攝取比例較高,未來死亡率則較低。但需注意的是,高澱粉飲食須搭配足夠強度的規律運動,如果每天採取高澱粉飲食卻不運動,則容易產生肥胖。

飲食須搭配適度的規律運動,才能達到健康與維持體重的功效。圖片來源:Lifestock, IPTC Photo Metadata

運動後盡快用餐,擁有肝醣儲存、改善身材雙重效果!

耐力體能為預測未來死亡機率的重要指標,而肌肉肝醣儲存的多寡會直接影響高強度耐力運動能持續多久(即耐力體能的好壞)。運動後迅速回補肌肉肝醣主要的食物來源為澱粉,是人類的重要主食,也是最能誘發胰島素分泌的營養源。

養成運動習慣,可使得這個合成機制移向受挑戰的肌肉組織,使肌肉組織能儲存較多的肝醣與蛋白質,同時使得其他組織,如:脂肪組織與肝臟的能源儲存相對減少,達到身材改變的效果。建議主餐前可先進行消耗肌肉肝醣的高強度運動,運動完及早用餐,儘量不拖延,若拖延用餐時間,增加肝醣儲存、改善身材的兩大效果將大打折扣。

註解

  1. 澱粉:為食物成分,最佳食物來源是「全穀雜糧」。
  • 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019年第8期《醣—運動關鍵營養成分》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔!
  • 作者/郭家驊│特聘教授
    美國奧斯汀德州大學運動營養學博士,現任台北市立大學體育學院院長、台灣運動營養學會理事長。研究領域為運動營養學、運動與肥胖專論、運動與新陳代謝等。
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創會於2013年,這是一個同時能讓產業界、學術界和公領域積極交流合作及凝聚共識的平台。期望基於科學實證,探討營養、食品安全、毒理學、風險評估以及環境的議題,尋求最佳的科學解決方法,以共創全民安心的飲食環境。欲進一步了解,請至:ww.ilsitaiwan.org