2025 年 9 月 1 日，北京大学未来技术学院副院长刘颖在 2025 科普中国说“开学第一课——探索吧，少年！”带来演讲《解锁未来：用科技点燃你的无限可能！》，带我们感受生命科学的神奇和精彩。
以下是刘颖的演讲节选：
人类到底为什么会衰老？有没有什么办法可以延缓衰老？
为了研究这个问题，我们实验室选择了线虫作为研究对象。
为什么是线虫？在生命科学研究中，科研人员常常会借助“模式生物”来理解生命的基本规律。所谓模式生物，是指那些在实验室中容易获得和饲养、繁殖周期短、遗传背景清晰，并已建立完善研究体系、可广泛用于解析基本生命过程的生物。线虫就是其中一种典型的模式生物。
线虫的学名叫做秀丽隐杆线虫，它通体透明，成虫仅一毫米长，科研人员需借助显微镜对其进行观察。得益于其透明的身体，科学家能清晰观察到它从出生到死亡的每个阶段，甚至每个细胞的变化，仿佛拥有“上帝视角”。
秀丽线虫是研究衰老的理想模型，原因主要有两点：第一，它的生命周期仅20 天左右，如果科学家想测试某种方法是否能延长线虫的寿命，大约一个月就能得出实验结果。但如果用小鼠做实验，则需要等待两三年才能得到一次实验结果，耗时过长。
第二，秀丽线虫的衰老过程，与人类等高等生物有很多相似之处。比如，随着年龄增长，它们会变得动作迟缓，进食量也会减少。如果我们每隔一天给成年后的线虫拍一张照片，将其成年后的变化按时间顺序排列，就能直观地看到它衰老的全过程。随着衰老，线虫的身体会逐渐变短，这有点像人类年老后身高变矮；它们的皮肤会出现皱缩，肠道结构也会发生明显变化。
图片来源于刘颖PPT
我们实验室主要关注细胞内一种重要的细胞器——线粒体。
之所以重点研究线粒体，是因为它是细胞内关键的“能量工厂”。大家可以把线粒体想象成细胞内的“发电站”，我们每次呼吸、每一次心跳所需的能量，90% 以上都来自线粒体。
从能量需求角度来看，神经细胞和肌肉细胞对能量的需求最高，因此也最依赖线粒体的功能。所以，很多衰老相关疾病，往往是由于线粒体功能丧失而引发的，比如我们熟知的阿尔茨海默症、帕金森病、肌肉萎缩等，都与线粒体功能下降密切相关。
在实验室中，我们用秀丽线虫研究一个问题：当线粒体功能受损、出现下降时，细胞如何敏锐地感知到这一情况，又会采取怎样的方式进行“自救”？
我们在实验室构建了一种带有绿色荧光蛋白的转基因秀丽线虫。这种线虫在线粒体功能正常时不会发光，只有当线粒体出现问题、细胞启动修复机制时，才会发出绿色荧光。因此，当你在显微镜下看到线虫突然变亮、发出绿光时，就意味着它们正在努力“自救”。
图片来源于刘颖PPT
令人惊讶的是，我们观察发现：当幼虫接触到各种线粒体抑制剂，造成线粒体损伤后，能够启动修复机制，身上的绿色荧光很快就会变亮。但一旦线虫进入成虫期，即便线粒体同样受到损伤，细胞却毫无反应——既不启动修复，也不发出荧光，仿佛主动放弃了“自救”。
面对“为什么成年线虫会放弃修复”这一疑问，我们开启了长达十年的探索。我们的思路是：如果能弄清楚成年线虫为何会主动关闭修复机制，或许就能找到重新开启这一机制的方法，从而延缓衰老、预防疾病。
起初，我们的研究思路很直接：能不能找到“例外”的线虫？我们尝试用化学诱变剂让线虫发生基因随机突变，希望能从中找到一只在成虫期仍能启动修复机制的突变线虫。如果找到了这样的线虫，我们就能“逆推”出是哪个基因发生了改变，最终揭开背后的奥秘。
这个策略听起来很可行，但现实远比想象中艰难。我的学生们开展了一轮又一轮的化学诱变与筛选工作，数十万只线虫在显微镜下被逐一观察，却没有一只线虫发出我们期待的绿色荧光，它们全都“沉默”了。实验反复失败，项目几乎陷入停滞。
就在这时，我们想到了一项经典实验：将年轻小鼠和年老小鼠的血液循环系统连接在一起，结果显示，年轻小鼠的血液能够“逆转”年老小鼠的衰老状态。我的一个学生从中获得灵感，提出了一个想法：如果把最年轻的线虫——虫卵打碎，喂给成年线虫，会发生什么？
你能想象吗？一个科研项目的转折点，竟然来自这样一个看似异想天开的尝试。当时我们讨论时，还调侃说这听起来有点像“虫吃虫”。但正是这份天马行空的想法，让我们在秀丽线虫的世界里，看到了一扇意想不到的“窗”。
当学生真正开展这项实验后，奇迹出现了：那些原本“沉默”的成年线虫，在食用了虫卵的裂解液后，竟然重新激活了线粒体的保护与修复机制。
图片来源于刘颖PPT
这个实验为我们找到了研究的突破口。
我们发现，在幼虫期，线虫体内会产生大量小 RNA ，这些小 RNA 能够抑制一种特定信号分子的表达。随着线虫进入成虫期，小 RNA 的表达量急剧减少，原本被抑制的信号分子开始大量出现。这些信号分子从线虫的生殖细胞释放出来，传递到体细胞内，最终关闭了线粒体的保护与修复机制。而虫卵中富含这种小 RNA ，因此喂食虫卵裂解液，能让成年线虫重新恢复线粒体修复能力。
图片来源于刘颖PPT
理解这一现象后，我们又产生了新的好奇：为什么线虫进入成年期后，要主动关闭这套修复系统呢？
进一步研究发现，如果我们人为抑制那些关闭修复系统的分泌信号，会出现一系列现象：比如线虫的产卵数量大幅下降，卵黄蛋白的生成也显著减少。而卵黄蛋白是为胚胎、为下一代提供营养的关键物质，它的不足不仅会影响产卵数量，还会降低后代的存活质量。
换句话说，如果不关闭成虫的线粒体修复机制，线虫繁衍后代的数量和质量都会大打折扣。最终我们明白了：线虫进入生殖期后，会主动放弃对体细胞线粒体的修复，目的是将有限的能量与资源，更多地投入到生殖系统中，孕育出更多、更健康的下一代。
图片来源于刘颖PPT
我们原本以为，科学只是冰冷的实验与数据，但实际上，它更像一面镜子，映照出生命的抉择与优先级。
一条线虫的“取舍”提醒我们：探索科学，不仅是为了改变世界，更是为了理解生命本身。而这一切的起点，往往是一个微小的、或许无人在意的问题。未来，理解这种“取舍”背后的分子密码，或许能为我们延缓衰老、预防疾病，打开全新的治疗思路。
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