任何生物体生存、生长和繁殖都必须衰老。人们通常认为衰老是生理上的——白发、行动迟缓和皱纹——但衰老从根本上讲发生在分子水平上，发生在细胞内。
随着生物体衰老，其细胞会积累损伤，从而影响其功能。分子损伤与人类许多与年龄相关的疾病有关，对单细胞生物也同样重要。尽管细菌看起来可能不像它们的年龄，但它们也能感受到时间的流逝。
二裂变：长生不老的关键?
细菌与人类有很多不同之处，包括生长和繁殖方式。与人类和其他动物不同，单细胞生物(如细菌和一些真菌)可以经历一种称为二分裂的过程来繁殖，这意味着它们会复制DNA，然后一分为二。通过二分裂进行的复制速度非常快——我们所知的生长最快的细菌可以在不到10分钟的时间内分裂。
考虑到我们截然不同的生活方式，将衰老的概念应用于细菌似乎很困难。事实上，长期以来人们一直认为细菌和其他通过二分裂繁殖的生物根本不会衰老。这是因为二分裂被认为是一种对称分裂，产生的亲代和后代年龄相同，从而导致科学家所说的种群“功能性永生”。
另一方面，不对称分裂(即亲代比后代年龄大)被认为是生物体能够衰老的必要条件。
反对公认的永生模式的证据最早出现在2005年，当时科学家发现大肠杆菌在亲代细胞和子代细胞中分别表现出“老”和“新”之间的差异。通过用显微镜跟踪分裂细胞，研究人员发现老细胞的生长率和子代细胞产量会随着时间的推移而下降，而且它们比年轻的子代细胞亡得更频繁。因此，尽管看起来一样，但细胞会经历分裂，导致它们功能不对称，从而导致细胞随着时间的推移而衰老。
不对称分裂可控制损害
后来，其他科学家利用数学模型和2005年研究中的数据，发现不对称对整个种群都很重要，因为它通过保持变异性来提高种群的适应性。变异性是自然选择所针对的，种群变异性越大，在多变的条件下生存的机会就越大。
这项研究对于调和以前关于细菌衰老的相互矛盾的观点以及展示衰老在进化层面的重要性具有重要意义。
但是不对称分裂如何帮助保持种群健康呢?部分答案在于蛋白质聚集，这是细菌和真核细胞衰老的一个因素。蛋白质聚集与人类许多与年龄有关的疾病有关，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症，因为这些聚集物可能有并导致细胞亡。
蛋白质也会在大肠杆菌中聚集，研究人员利用荧光分子附着在聚集物上，但经过巧妙处理，损害降到最低。作为不对称分裂的一个特征，老细胞会积累蛋白质，以隔离与年龄相关的损害，从分子层面上讲，让其后代看起来“更年轻”。
压力会使细菌和人类衰老
压力是另一个被认为会导致人类衰老的因素，2024年的一篇论文表明，我们的细菌伙伴大肠杆菌也是如此。与任何类型的细胞一样，大肠杆菌细胞在其一生中都会积累突变。
ATP合酶是一种重要的蛋白质，以ATP的形式产生能量。大肠杆菌中其亚基的损失会导致细胞应激和加速衰老。图片来源：VikSB/EcoSalPlus，2007年
其中一些突变可能不致命，但仍会对细胞的适应性产生负面影响，例如，导致一种重要的蛋白质失去功能。这种有害的功能丧失突变可以启动细胞内部的压力状态，最终帮助细胞在突变中存活下来。
研究人员分析了大肠杆菌中60多种不同的非致命性功能丧失突变的影响，重点关注无功能性ATP合酶的突变体，ATP合酶是一种大型蛋白质复合物，可让细胞以ATP的形式产生能量。
研究发现，这些突变体会增加其代谢活动以补偿突变，但这是有代价的——它们生长得更慢，有些会比非突变体更快地进入炼狱般的“后复制”状态，尤其是在周围环境缺乏营养的情况下。
考虑到他们的发现，研究人员认为，在群体层面上保持对压力的抵抗力会带来“衰老成本”。除了揭示潜在的古老衰老机制外，还可以研究导致细菌衰老的因素，作为新的抗生素靶点。
此外，一些人类疾病也是通过细胞应激状态引起的，了解这些疾病在分子水平上的作用机制有助于开发新的治疗方法。
时间不等人，即使是细菌也不例外——这是件好事。细菌远非永生不老的生物，而是一个有趣的系统，可以用来研究导致与年龄相关的衰退的分子机制。
它们快速而强劲地生长意味着我们可以在相对较短的实验中观察多代，并测试各种环境和遗传因素对复杂衰老过程的影响。
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