E每当他俯身看着一具刚死不久的尸体时，病理学家乔治·马丁就在思考着摆在他面前的多样性。尽管他的尸体几乎都是老人的，但变化很大。一个人的肠子里长了息肉。另一个人的动脉被斑块堵塞了。甚至在同一类型的疾病中也存在多样性。例如，患有阿尔茨海默氏症的人大脑中β淀粉样蛋白沉积的位置就明显不同。如果每种疾病都有相同的潜在原因，那么被这种原因蹂躏的尸体在死亡时看起来应该是相似的。但是他们没有。“我从未见过两个人以同样的方式变老，”马丁说。
马丁读了所有他能读到的关于衰老的书。他特别感兴趣的是观察从无性繁殖的酵母到人类双胞胎的生物体，它们的寿命是如何大相径庭的。一个更引人注目的例子是关于微小蠕虫的报道，秀丽隐杆线虫即使这些蠕虫在基因上是相同的，并且生活在相同的实验室环境中，它们的寿命也会有5倍的变化。
生物学家知道环境中的偶然性事件(例如被公交车撞)是如何影响寿命的。他们也了解偶然在遗传学中的作用(例如遗传亨廷顿舞蹈病和某些癌症的基因)。但现在，随着动物年龄的增长，似乎出现了第三个不确定性领域，导致它们以不同的方式衰老。研究人员才刚刚开始弄清楚随着时间推移而形成的生物波动的基础。有些是由于在细胞复制时，突变滑入了基因组。另一些则是由于分子的变化关闭或激活了基因。
细胞核内随机变异的位置很重要，这也可能是由偶然决定的。它们就像在蓝图上形成的小泪水，随着时间的推移，蓝图被草率地折叠、展开、再折叠。根据皱褶发生的地方，蓝图编码的建筑要么保持完整，要么变得容易倒塌。
就像一阵风吹进一家玻璃商店一样，机会决定了破坏的程度。
为什么进化会允许这种不稳定持续在我们对eons的生物学妆容中？现在是一名89岁的研究员，研究了华盛顿大学老龄化的遗传基础，以及少数其他研究人员学习老化，推测有限的内部不确定性是有益的，因为它有助于动物适应改变环境。
这一概念与多样性在进化中至关重要的作用的更广泛的图景相吻合:种群中个体之间的差异为自然选择提供了选择的选项。毕竟，如果在动物遗传了基因之后出现了过多的变异，自然选择就无法清除它们，因为在进化意义上的生存只意味着该谱系在下一代的生存。
正如马丁把它所说，“在我们制作婴儿后，大自然没有对我们讨论。自然的选择几乎达到40岁以下 - 这就是老龄化的开始。“
虽然生物体内基因表达的突变和波动可以提供适应性的好处，但随着突变的积累和基因表达波动的幅度越来越大，它们在生命后期就会出现问题。马丁说，反过来，这些机会的变化可能会导致“老年疾病”，包括癌症和退行性脑疾病。
T哼断了我们的生活，机会通过微小的意外突变来滑入我们的身体。随着时间的推移，细胞中的细胞突变发生。在各个部门，在新的DNA中犯错误。参与DNA修复的基因通常固定这些突变 - 但如果足够的时间通过，那么在其中一个修复基因中也会不可避免地发生错误。究竟，恰恰是机会问题 - 尽管风险随着时间的推移而增加。但是，一旦发生这种错误，额外的突变将持续而不是固定的。同样，机会决定了在其中一个突变随机影响癌症的基因之前进入更多时间。
马丁解释说:“想象一下，你正在向DNA投掷飞镖。“它可能会击中一些你幸运的地方——像我一样，你能活到89岁。或者你也可能像我已故的妻子一样不幸她死于一种从大脑开始的恶性癌症。尽管她的身体状况很好，但她发现了一个显性致癌基因。”
并非所有癌症都是由机会引起的。2015年1月，生物统计学家和癌症遗传学家估计，大约三分之一的癌症病例可以归因于从太阳光线到卷烟的环境因素的遗传缺陷和攻击。其余的，他们写了科学可能是由于内部的随机事件，如偶然突变。
最近的研究表明，随着时间的推移，如何随意忽略的效果的随机突变可能是一个问题。其中一些突变可能导致基因的表达方式变化。最先进的技术已经允许细胞生物学家分析单个细胞内基因表达的微小差异。由于动物较旧的动物，似乎在身体内的遗传相同细胞在其基因的表达方面逐渐变得更加异常。
在2006年自然在研究中，研究人员监测了从6个月大的年轻老鼠和27个月大的年老老鼠的心脏细胞中提取的12个基因的表达。基因的激活是通过相应的RNA水平来解释的，因为RNA是基因和蛋白质之间分子途径的中间体。年轻小鼠细胞的RNA水平相对相似。然而，老年小鼠细胞的异质性增加。研究人员认为，这种不一致可以解释为什么年老的老鼠心脏功能较差。“这些结果强调了衰老过程的随机性，”阿尔伯特·爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的分子遗传学家简·维杰(Jan Vijg)和手稿的合著者总结道。
西雅图弗雷德·哈钦森癌症研究中心的分子生物学家罗杰·布伦特(Roger Brent)对此表示赞同。他解释说:“如果脊椎动物的高级功能依赖于器官或组织内的细胞群体以某种方式作出反应，那么突变意味着反应将不那么一致，这可能导致功能下降。”然而，科学家还没有证明这种噪音会导致心脏病等与衰老相关的疾病。Vijg怀疑确实如此，但他说证据并不容易获得。他解释说:“很难精确地说明细胞之间的变异是如何导致器官功能的丧失的。”
“在我们有了孩子之后，自然就不再在乎我们了。”
超过60年前，C.H.Waddington预测太多波动可能是有害的，并提出存在一种生物机制，使得在安全范围内保持波动。他创造了“Canalization”一词来描述保持稳定的能力。目前，马丁的实验室正在寻找维持稳态的基因。他的假设是在生活中稍后发生的这些细胞发生的事情，这增加了老年的分子“漂移”导致细胞对细胞变异。“这种漂移可能会在生殖年龄后自己的生命，”马丁说，“如果你在稳态的某个窗户之外漂移，你就不会回来。”
马丁说，他的研究表明，在老龄化期间“基因表达的漂移变得更大，”并且可以导致“准插入的”老年病症。然而，他加入加入，虽然存在随着年龄的年龄的基因表达增加的证据，但它仍有待发现的精确机制。
与此同时，研究华盛顿大学研究年龄相关疾病的研究员亚历山大曼登霍尔正试图弄清楚哪些细胞和器官对增加不连贯的细胞和器官最敏感。“我们想弄清楚偶然的休息时间，”他说。为了到达那里，他实验室的研究人员会观察生活中的个体细胞C. Elegans.蠕虫何时以及线粒体，肌肉细胞，排泄细胞和其他部件分开的时间和方式。“一旦有哪些小区类型失败的数据，也许我们可以预测特定问题的可能性，”他说。
一个他们研究了细胞出现问题，生物学家也在学习个人内的变化可以是自适应的。虽然尚未证明不可遗传的波动和益处之间的原因和效应联系，但在自然界的基因上相同的生物体中发生类似的权衡。生物学家称之为令人对冲窃取窃取的投资者，这些投资者，他们想要靠垫对货币损失的困难，因此将钱放在反对的结果中。
下注的一个例子发生在单细胞的遗传上相同的群体中大肠杆菌细菌。许多微生物在接触抗生素时死亡，但其中生长最慢的微生物似乎能存活下来。研究人员尚不清楚是什么原因导致了微生物克隆体中基因表达的变化，但他们怀疑这种变化已经延续了几代人，因为它有助于该家族的生存。有一些迹象表明，癌细胞群也使用了对冲策略:快速分裂的细胞似乎更容易受到化疗的伤害。
“偶然是研究人员必须与之处理的事情，无论他们是否喜欢它。”
同样，Mendenhall和其他人表明了基因上相同C. Elegans.蠕虫产生的“热休克”蛋白质的数量各不相同。这些特殊的蛋白质保护其他的蛋白质，所以它们不会在对癌症或高温的触发反应中变形或出错。那些产生更多热休克蛋白的后代更少，但比那些产生更多热休克蛋白的后代更能在环境压力下生存。门登霍尔说，这种变异可能会持续下去，因为它使一个种群中的蠕虫的生理多样化。他已经确定了控制信号系统的基因，他认为这些基因可能是变异的基础。
当许多研究人员考虑基因表达如何变化或漂移时，表观遗传学很快浮现在脑海中。通过表观遗传学，表达改变而不突变的核苷酸组成的基因。具体来说，表观遗传学与两个关键过程有关。其中一种成分涉及组蛋白，DNA缠绕在细胞核内。这些线圈的紧密性暴露或隐藏某些基因，从而使它们表达或不表达，这种情况可以通过“组蛋白因子”的结合来改变，这一过程称为组蛋白修饰。第二个表观遗传成分涉及甲基化合物，它附着在DNA上，激活或抑制潜在基因的表达，这一过程被称为甲基化。
在过去的十年中，科学家们记录了甲基化和组蛋白修饰模式的变化，这些变化随着生物年龄的变化而变化。由于这些改变会导致基因表达的偏差，一些研究人员将这种现象称为“表观遗传漂变”。
在2012年的报告中美国国家科学院院刊研究人员发现，103岁老人的DNA甲基化程度低于新生儿。而且不只是少一点:百岁老人的基因组上的甲基化点比婴儿少近50万个。在另一项研究中，研究人员将3岁的同卵双胞胎与50岁的同卵双胞胎进行了比较，这对同卵双胞胎在基因组中具有相似的甲基化和组蛋白修饰模式，而50岁的同卵双胞胎在甲基化、组蛋白修饰和基因表达方面存在显著差异。没有人知道这些不同的表观遗传修饰模式的影响是什么，它们只是表明表观遗传改变(已知改变基因表达)可能是基因漂变的原因。
一些外部原因是表观遗传变化的基础，如吸烟。但是，在年轻和年老的生物体之间观察到的表观遗传漂变的范围之广，使研究人员相信还有其他因素在起作用——包括那些像鸽子粪便扔人那样随机的因素。门登霍尔说:“机遇是研究人员必须处理的问题，不管他们喜欢与否。”“这并没有让事情变得那么简单。”
随着突变的逐渐积累，甲基化和组蛋白去乙酰化可能会改变那些无关紧要的基因的激活，或者那些主导DNA修复和癌症控制等重要过程的基因。就像一阵风吹进一家玻璃商店一样，机会决定了破坏的程度。研究人员已经发现证据表明，这种损害会导致与衰老相关的疾病。例如，一些癌症开始时，基因通常抑制肿瘤通过甲基化沉默。
然而，科罗拉多大学的分子生物学家汤姆约翰逊担心证据越少越多的证据驱使目前的热情波动对表观生物学在老龄化的作用。没有记录的原因，基因表达的大多数变异仍然存在。更重要的是，约翰逊指出这一点C. Elegans.蠕虫根本不表现出甲基化，尽管它们衰老的方式存在巨大的、无法解释的差异。他并不怀疑基因表达随时间的推移而变化——相反，他质疑表观遗传学是一个主要的潜在原因。另一个潜在的机制可能是蛋白质在合成过程中和合成后发生的变化。“我宁愿把(漂移)称为随机的，而不是表观遗传学，”他说，“因为当你说表观遗传学时，你假装你知道发生了什么。”
在马萨诸塞州理工学院一年的物理专业的约翰逊从未被衰老的机会的干扰震动过。“你永远不能衡量一个原子正是因为在测量它的情况下，”他说，参考Heisenberg的不确定性原则，这致力于精确的限制。“你不能完全具体对任何事情，甚至是一个单独的原子。”
因为Martin和他的同事们还没有确定衰老的偶然性机制，任何在细胞水平上解决衰老的方法都为时过早。(马丁尖锐地说:“如果我们真的想让人们活得更久，我们就应该改善我们的卫生系统，以便实现全民医保。”)尽管如此，科学家们对自然界的偶然性描绘了一幅更全面的图景。正如达尔文所指出的，在生殖年龄之前和期间，多样性可以帮助生物体适应变化的环境，并将它们的基因传递下去。然而，到了生育年龄后，马丁和其他研究人员开始感到这种变异变得越来越无情。大自然的确是个残忍的女主人。她带着简单的指引指引我们上路，然后把我们交给命运。
Amy Maxmen是一个屡获殊荣的科学记者，有一个博士学位。从哈佛大学的进化生物学中。她鹦鹉螺人类起源的特征是出现在2015年最佳美国科学和自然写作。
