我们为什么生病——达尔文医学的新科学

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:52:56

<font color="#0000ff">由于起了中医那座楼，感觉大家很愿意了解一些医学方面的材料，现在把一本介绍医学的一些新的探索的文章转过来，供大家阅读思考。转载他，并不意味着我认为他的理论是正确的，因为它毕竟是一种新的观点，但完全可以供大家了解。我们为什么生病——达尔文医学的新科学[美]R.M.尼斯，G.C.威廉斯著易凡禹宽平译湖南科学技术出版社致中国读者前言第一章疾病的奥秘第二章通过自然选择产生的进化第三章传染病的体征和症状第四章不断升级的军备竞赛第五章创伤第六章新的、老的、无所不在的毒素第七章基因和疾病：缺陷、脱轨以及妥协第八章衰老是青年期精力旺盛的代价第九章进化过程中的历史遗留问题第十章文明病第十一章变态反应第十二章癌症第十三章性和生殖第十四章精神病是不是疾病？第十五章医学的展望译后记 ——达尔文医学：后现代医学的反思注释致中国读者非常高兴地得知由我们撰写的《我们为什么生病》（译注：这是美国版书名，英国版书名为《进化与治愈》）一书现在有了中文版。这将使本书的读者人数大为增加，我们确信书中的信息对整个人类都是重要的。本书依据进化生物学的观点来理解人类疾病的起因，除了对医学大有裨益之外，可以预见这个中文版还将具有其它的重要意义。我们特别希望本书能有助于更多的人了解科学观念的重大突破之一——进化生物学。关于生物体是如何被自然选择定型的知识丰富了全人类的知识财富，它所体现的力量和方法现在已被许多文化和学术领域所重视。令人极为高兴的是，现在能有机会与中国人民共同分享进化生物学的奥妙和有益之处。我们完全相信，中国的文化和科学为界上其它的民族提供了许多宝贵的财富，也希望我们的书有助于东西方文化问的双向交流，也许书中阐述的相关观点早就渊源于中国文化的一部分。本书作者之一，R．尼斯博士对中国和中国人民一直具有一种深厚的感情，因为他的父亲是在中国的河南省信阳地区出生和长大的。自然选择的中心思想虽然简单，但是常常被人误解。无论什么时候生物体的遗传性变异导致了不同的生存率和生殖率时，子代数目更多的个体所带有的基因在每一代所呈现的次数会变得更为频繁。于是，许多代之后，生物体以各种方式逐渐变化，以便更好地适应它们所处的环境。对生物体而言，这不仅仅是一种似是而非的观点，而且是有充分证据的必然结果。假定生物体具有可遗传性变异的潜能，那么通过自然选择的进化就肯定会发生。超出我们用生物形态和功能所能作出的有力解释之外，还存在一个更为奇妙的复杂世界。达尔文医学的贡献之一是，表明了自然选择怎么能够成为极其有效的适应性基础，而同时使我们容易遭受病痛。人的这种脆弱性不是来自机体的任何规划或代谢失衡，而是来自自然选择过程的基本的限制。我们不能改变这一切，但是我们能够理解它，由此找到种种方法来保护我们自己，使人类生活更加美好。达尔文医学在北美和欧洲已不再是一种新的思想。在美国、英国、瑞士和意大利，科学家和医学专业人士就达尔文医学已举行了多次国际会议。这本书已经或将要以五种欧洲文字，以及日文和韩国文出版。它已经在医学杂志、科学期刊和许多报纸、杂志上获得了广泛的好评。许多教师发现这本书对介绍进化生物学的中心思想很有益处，特别对那些不久将进入医学院的学生。我们预料，再经过十年之后进化生物学将成为所有医学的绝对的必不可少的基础。我们赞赏有助于这个进展的中国同道们所作的贡献。我们深深感谢中文版译者易凡先生和禹宽平先生，他们认真负责地完成了把我们的文本译成他们的语言的必需工作，我们深深感谢湖南科学技术出版社为本书中文版的出版和发行所做的努力，我们也深深感谢约翰·布洛克曼先生（译注：英文版代理商）和他的同事为中文版出版而完成的复杂的国际安排所作的贡献。 R．尼斯G．威廉斯

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:54:28

前言 1985年在一次会议上我们首次相遇时谈到一些共同都感兴趣的问题。后来，参加这次会议的一些学者组建了人类行为和进化学会。本书作者之一尼斯是密执安大学医学院精神病科的医生，一直为精神病学缺乏理论基础而感到苦恼，他对进化论思想在动物行为学研究中取得的突出进展十分感兴趣，从而与密执安大学的“进化和人类行为研究规划”取得联系。与这个课题有关的许多学科的同事得知他长期关注衰老的进化原因，就向他推荐了生物学家乔治·威廉斯1957年的一篇文章。这篇文章对衰老提出进化史观的解释，对他很有启发。使他想到焦虑或者精神分裂症可能也有类似的解释。随后的几年中。他与进化生物学家，尤其是与威廉斯以及医学院的住院医师和教授们的讨论中，发现对疾病用进化论的学说及观点去观察、理解是顺理成章的，而且是有实际应用价值的。另一位作者威廉斯的主要工作是海洋生态学研究和进化的理论研究。他把进化论思想应用于医学研究的兴趣，是读了保尔·爱华德（Paul Ewald）1980年发表在《理论生物学杂志》上的文章“进化生物学与传染病症状和体征的治疗”之后。爱华德在文章中提出，进化论思想不仅仅对感染过程中的问题，而且对许多医学问题都有意义。威廉斯在进化遗传学方面的造诣，包括遗传病许多明确的原理的知识，以及他早年对衰老过程的进化论研究奠定了将进化论学说与老年医学结合起来的基础。我们一致认为进化生物学对医学进步的促进是很重要的，有必要把这种思维方法、思想传播给更多的人。我们发表了我们的想法和某些明显的实例，抛砖引玉，用来推动大家共同探讨和阐明其它许多方面的问题。1991年3月，我们又在《生物学季刊》发表了一篇题为“达尔文医学的曙光”的文章之后，得到医学界、进化论学者以及出版界同道们广泛的赞赏。我们觉得把这篇文章扩充，写成一本书可引起更多读者的关注。一切生物的功能设计都用查理士·达尔文的自然选择理论来解释，是本书中贯彻始终的思想。探讨的中心是自然选择所挑选的适应性变化这一概念：我们与病原格斗的适应性变化，病原对抗我们这些变化的适应性变化，我们为了这些变化必须付出的代价而出现的不适应性，我们的机体设计和我们现在的生活环境之间的不适应性，等等。我们在写作中，不断发现达尔文学说确实有助于医学的进步。我们逐渐了解，达尔文医学是一个全新的领域，不只是一些零星的观念，它正在以越来越快的速度显示许多令人惊叹不已的进展。然而，必须强调指出，达尔文医学还处于婴儿期，在医学上、还不能认为是权威的结论，指导临床实践就更要慎重。现在还只是把进化论思想在医学中做一些尝试性的运用，还不能直接指导人们怎样保护自己的健康，治疗疾病。但这并不是说，达尔文医学只不过是理论上的东西。远远不是！我们预期疾病病因历史根源的阐明，将大大促进人类健康的改善。只是还要经过我们大家的努力，需要花费资金和时间。我们希望这本书能启发人们对疾病从另外一个角度去考虑，去追究它们的历史根源，向医生提出问题，与他们讨论，不过不要无视他们的意见和忠告。作出上述申明之后，我们还要重申，这本书不是否定现代的医学研究成果或者医疗实践．只是认为将关于适应性变化的问题和历史根源与当前直接的物理和化学的病因一同加以考察，将会更加富有成果。我们的主张，不是去取代现代的医疗实践，而是在一个已经是比较完整的科学体系上补充一些被忽视了的新东西。我们反对把达尔文医学用作现代迷信去反对某些正统观念。我们的目的也不是提出政策建议，虽然我们相信我们的某些思想对那些制订保健政策和环境政策的人会有重要意义。为了使这本书的信息更加丰富，更加便于理解，能够吸引更多的读者，我们在保证所举例证科学性的同时，力图深入浅出。我们知道已经有不少医生被问到这类问题，他们只能抱歉地回答说：他们知道的还不是很有把握的假说，不能满足认真的提问者的要求。我们试图尽可能改变这种状况，并且希望书中提到的例子能使科学家们肯定他们的进化论假说是合理的推论，正在接受科学考察，这是一些更加明确也比较容易成功的途径。书中没有提出正式的怎样去考察进化论假说的系统方法，但是有不少这种考察的例子。我们希望读者理解，这本还十分不成熟的书只能对为数不多的与医学问题有关的进化论思想提出一些还不很肯定的概述。医学已经是一个过分庞大的领域，任何人都只能掌握其中的一小部分。甚至像内科这种大专业也正在迅速地分解为更加专门化的专业科目，比如心脏内科、呼吸内科，分支之中又有更加专门的分支。我们十分清醒，在这本书里讨论这样一个范围如此广阔的课题，一定是十分肤浅而且不免流于简单化。我们希望不致于引起严重的误导，同时希望专家们能够谅解我们的一些不太严重的不准确性。对达尔文医学作一全面的鸟瞰是有着非常重要的意义的，我们所冒的风险也许是值得的。读者将在对身体的功能以及某些不正常情况的进化论解释中享受到一种愉悦。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:54:58

第一章疾病的奥秘在我们这个设计得十分精巧的身体上。为什么还留下了这么多的弱点使得我们要遭受疾病的痛苦？自然选择的进化过程既然能够塑造出像眼球、心脏、大脑这样精致灵巧的器官，又为什么没有安排好预防近视、心肌梗塞和老年痴呆这类疾病的措施？既然我们的免疫系统能够识别和攻击好几百万种异种蛋白，为什么人们还要得肺炎呢？既然在DNA的双螺旋型结构上对一个成年人的亿万个细胞的设计编码都十分可靠地登录在卷，那么我们又为什么不能重新长出一个手指来更换受伤或残废了的那一只呢？既然我们能够活到100岁，又为什么不能活到200岁？科学使我们对于人为什么会患某种疾病有了越来越多的了解，但是对于为什么人会有疾病这个问题，却仍然难以作出解答。尽管我们知道，高脂肪引起心脏病，晒太阳可引起皮肤癌，但是为什么我们仍然喜爱脂肪食物和晒太阳呢？为什么我们的身体不能疏通堵塞了的血管和修复被阳光伤害了的皮肤？日光灼伤为什么会造成伤害？为什么几乎任何事情都可能引起伤害？为什么在经过了漫长的千百万年之后，我们仍然要受到链球菌的感染？摆在我们面前的医学奥秘，许多难以解答的谜一样的问题，归结起来就是我们这样一个精致的人体器官中，为什么会有这么多的瑕疵和弱点？设计上的折衷和妥协方案造成了发生恼人的疾病的可能性。从进化史的角度去考察，这些奥秘就能变成一系列可以解答的问题。为什么达尔文学说的核心理论——自然选择没有在历史的长河中把使我们对疾病易感的基因逐一清除？为什么没有选出能使我们完全抵抗损伤，促进修复从而消灭衰老的基因？ “自然选择不是万能的”这一简单的搪塞，总的说来并不正确。那么正确的答案是什么呢？读者在阅读本书之后将逐渐理解。我们的身体，其实是一个精心安排的折衷方案，一个矛盾的统一体。我们身体中最简单的构造也足以说明，设计方案之高明已经远远超过了人类文明已经达到的水平。以四肢的长骨为例，它那空心管状结构在使重量降到最小，最节约材料的前提之下，具有。最大的强度和弹性。它比同等重量的实心钢杆的强度更高。有专门用途的骨骼又十分巧妙地设计成便于实现其功能的形状；在容易受伤的两端加厚，在受到肌肉杠杆作用力的地方长出表面突起予以加固。安排一些小沟为娇嫩的神经和血管留下通道。有需要加强时，它会增加自己的厚度。一但被折断，将沉积更多的骨痂。就是它那空心的内腔也被安排作为新生的血细胞的摇篮。生理学更加令人惊叹不已。试想一台人工肾，像冰箱那么大，却只能完成天然肾脏的一小部分功能。再看现在质量最好的人工心脏瓣膜，也只能使用不多的几年时间，而且每打开、关闭一次都会挤碎一些红细胞，然而天然的心脏瓣膜却能在一生中柔和地启闭大约二十五亿次之多。或者再看看我们的大脑，能把生活中经历的许多细节编码记忆，在几十年之后可以在不到一秒的时间里检索出来。人类文明还没有发明运算速度这么快，记忆存储量这么大的计算机。身体还有惊人的精密灵巧的调节系统。以和谐的激素调节为例，它要配合生命活动的每一个侧面，从食欲到生育，受到一层又一层反馈回路的控制，比任何现代化的化工厂都要复杂。再看那感觉运动系统错综复杂的线路板：影像落在视网膜上，每个视网膜细胞经视神经向大脑的解码成像中心送出信号，成像、辨色、判断它的运动速度，访问记忆中枢，识别了这个影像是一条蛇。然后立即联络恐惧中枢和决策中枢，决定开始一个动作。运动中枢立即指令应当收缩的肌肉收缩，把手赶快挪开——这全部活动是在不到一秒的时间里完成的。骨骼的解剖、激素的生理学、神经系统的网络——我们的身体里有上千个美仑美奂的、令人惊喜、令人感叹的完美的设计方案。然而，也有不少地方相反地、似乎是不可饶恕地粗率。举个例子：把食物送进胃里去的食管和把空气送进肺里去的气管会在咽喉交叉。这种低劣的设计，无疑是埋伏了交通事故的一个重大隐患，我们每次吞咽都必须把气管关闭以免被呛。再看近视的问题：万一你是人群中25％那不幸的带有近视基因的人之一，你就几乎肯定会变成近视眼，只能在老虎已经十分靠近，你快要变成它的佳肴时才能看见它。为什么这种基因没有在进化过程中淘汰掉？再看动脉粥样硬化：一个庞大的血管网络系统，精确地不多不少地把所需要的血液分送到全身各个部分，然而却会发生胆固醇沉积在动脉壁上这样的问题，结果使血流不畅，引起心肌梗塞和中风。这就好像是马自达和奔驰公司的设计师在汽车油路设计上使用了一段吸苏打水的塑料管！我们身体的设计还有不少不恰当、不合适的地方。每个这种不相称的设计都成为医学上需要探索和研究的奥秘。我们为什么有变态反应（又称过敏反应）？免疫系统当然是有用的，但是为什么对花粉免疫就有害？还有，为什么我们的免疫系统，我们身体里的公安部门会“违法行政”，攻击我们自身的组织引起诸如风湿热、关节炎、甲状腺功能亢进症、糖尿病、红斑狼疮以及多发性硬化这些自身免疫病？还有妊娠时的反应，恶心和呕吐，真不好理解！当一位将要做妈妈的女士正是需要营养供应子宫里正在发育成长的胎儿的时候，却因为恶心而吃不下东西，甚至还要因为呕吐而把已经吃下去的东西吐出来！对于人人都会发生的衰老这种最公平的不幸，也是我们难以理解的一个问题。甚至我们的行为和情绪也似乎是由一个好搞恶作剧的上帝设计的。为什么我们偏爱那些对我们的身体有害的食物：油脂、奶油和糖，却都不大喜欢蔬菜和粗粮？为什么明明知道自己已经太胖，在打算控制自己的食欲时，意志却显得那么不坚强？为什么男女之间的性反应那么不容易配合，为什么没有设计成双方一道达到性高潮，同时获得最大满足的模式？为什么我们之中有那么多人总是忧心仲仲，一生中都像马克·吐温所说的那样“为从未发生过的灾难痛苦”？为什么我们的快乐总是那么短暂，那么一瞬即逝？在刚刚达到一个长期为之奋斗的目标之后所产生的不是成功的满足，而是又一个还没有达到的目的的新欲望？对我们这个身体的设计，看来是既有超越一般水平的精确性，又有难以置信的疏忽。好像是宇宙间上帝麾下的那些最高明的设计师在礼拜天把事情交给了一个马虎草率的专门会把饭烧糊的徒弟。疾病的两类原因：近因和进化史原因为了解释这些矛盾，我们必须找出每种疾病的进化方面的原因。现在已经十分清楚，疾病的进化方面的原因与人们平常所说、所想的不一样。以心肌梗塞为例，吃多了脂肪食物又兼有易患动脉粥样硬化的基因是心绞痛或梗塞的主要病因。这些是生物学家所说的“近因”。我们在这里更加关心的是“进化史的原因”，追溯到远古时代，我们为什么被设计成现在这个样子。研究心绞痛和心肌梗塞，进化学家要了解为什么自然选择没有剔除掉促使人们喜好脂肪食物的基因和胆固醇沉积的基因。近因所阐明的问题，是机体现在怎样在运转，为什么有的人得病而另外一些人不得病。进化史原因要阐明就整体而言，为什么人类对某一些疾病易感，对另一些又不易感。我们要知道为什么人体的某些部分那么容易衰竭，为什么我们会患某些病而不患另外那些病。当近因和进化史原因对疾病的解释更加仔细、更加明确地区别开来之后，生物学中的许多问题将更加具有意义。近因描述一种生物性状、品质、特性——它的解剖、生理和生物化学，以及它从受精卵中的一小片DNA上面的遗传信息发育成人的规律。进化论的解释所要阐明的是为什么这一小片DNA特地专门规定了这种生物性状，而我们又为何独有编码这一种结构的DNA而不是另外的一种。近因和进化史原因的解释是不能互相替代的——对于理解每一种生物性状，两者都是必要的。关于外耳廓的近因的研究，包括它怎样使声音聚焦，它由哪些组织构成，它的神经和血管，以及它怎样从胚胎型发育成成人型这样一些知识和信息。尽管我们已经对这些问题有了彻底的、充分的了解，我们还需要从进化史方面了解这样的一种构造对于人类有哪些好处，才在自然选择的过程中被选择留下来；是怎样从这远古时代的什么形式逐渐经过自然选择而演变成今天这个样子的。再看味蕾，近因解释是它的构造和化学，怎样检测到咸、甜、酸、苦味，怎样把这些信息转变为经过神经原传送给大脑脉冲的，而进化史的解释则要说明，味蕾为什么只检测咸、甜、酸、苦，而不检测其它的化学特性，检测这四种化学特性对于具备这种能力的动物在生存竞争中有些什么帮助。近因所解答的是“什么？”和“怎样？”——是关于构造和机制的问题；进化史方面解答的是“为什么？”——是关于起源与功能的问题。大部分医学研究是寻找近因，解释机体的某些部分怎样工作，或者某种疾病怎样打乱了这一正常功能。生物科学的另外一半，则试图解释为什么以及怎样会是现在这样，在医学中是不够重视的，或者没有重视的。当然，这并非完全不关心另外的一半。生理学的基本任务就是要弄明白每一个器官正常做些什么，整个生物化学领域是为了了解代谢机制是如何工作的，为了什么而工作的。但是在临床医学中，对进化、对自然选择在疾病病因中的地位、作用、意义的探索，最多也不过是三心二意的。因为疾病总是被认为是一种不必要的、反常的现象，去研究它的“进化”史，便似乎迹近荒谬了。然而，从进化史的角度去研究疾病，并非研究疾病有什么好处，而是去了解生物设计定型过程所造成的对疾病的易感性的历史根源。机体设计定型方面显而易见的缺陷，同自然界的一切事物一样，只能通过近期原因和历史原因两方面的研究才能充分予以理解。进化论的解释是不是纯推理性的且只有纯思辨的意义？不完全这样。例如，妊娠呕吐，如果确实是西雅图的研究员马季·普罗费（Margie Profet）所推断的那样，这种发生在妊娠早期的恶心、呕吐，以及厌食，是为了防止发育中的胎儿免受毒素的伤害发生畸形而选择进化出来的，那么症状便应当在胎儿组织分化时开始，应当在胎儿变得不那么容易受伤害时减轻，而且应当首先拒绝那些含有最可能干扰胎儿发育的有毒物质的食物。而我们所能看到的，有不少事实与这些推测相符合。从进化论角度提出的假说，因而将有可能预测近因机制可能发生的问题。例如，如果我们的进化论假说认为感染时所出现的缺铁不是感染的直接原因（不是贫血所致抵抗力减弱），而是机体防御机制的一个组成部分，我们便可以预测补铁将可能使感染恶化——确实如此。试图判断疾病的进化史根源，远不是一种思辨游戏。它确实是一种有意义的，但是没有被我们充分利用的，对于疾病的了解、预防和治疗都是非常有用的工具。病因学的另一方面——历史根源研究各种疾病的专家会自问为什么会有这种疾病，而且他们常常会萌发一些很有价值的想法。但是，在大多数情况下，他们把进化史原因和近因混淆在一起，或者不知道怎样去验证、论证他们的想法、假说，或者是因为提出的看法不合正统观念而勉为其难。这种困境也许能在构建了一个达尔文医学的正式框架之后得以缓解。为此，我们提出对疾病的进化史解释的六个范畴，这六个范畴都要—一详细阐述，现在提纲式地阐明这一领域中主要的逻辑思维，对准备深入讨论的课题，提出一个初步的概念。 1．防御（防卫）防御或者防卫并非对疾病原因的解释，但是防御反应常常与疾病的其它症状混淆，所以在此首先讨论。浅色皮肤的青年人患严重的肺炎时可能面色青灰、呼吸窘迫，同时有剧烈的咳嗽。肺炎的这两个症状反映着两种截然不同的范畴里的两个事物，其一是一种缺陷的表现，另外一种是防御。皮肤青紫是因为血红素缺氧时颜色加深，肺炎的这种表现类似于轿车轴承响声异常，不是事先设计的发现问题的反应，而是没有任何益处的、没有办法时无可奈何的表现。另一方面，咳嗽，则是为了从呼吸道排除异物而专门设计的一种复杂的机制，是一种防御机制。咳嗽时，牵涉到隔肌、胸肌、声带腔互相配合的运动，把粘液和异物从气管向上推出到达咽喉的后部，或者吐出去，或者吞入胃中，让那里的酸杀死大部分细菌。咳嗽不是对机体的某种缺陷无可奈何的一种反应，它是由自然选择留下的，一种互相配合的防御活动。当特定的感受器发觉了特定的危险的线索时就会予以激活。它好像轿车仪表盘上的信号灯，当油箱里存油将用完时会自动闪烁一样，它本身不是问题，而是对问题提出的一种警告，以及初步的解决。对防御和缺陷的区别，不是只有纯理论的学术意义。对于某些病人，这种区别十分关键。纠正缺陷几乎都是好事。如果你将轴承的异常响声消除，或者使肺炎病人的面色转为红润，几乎总是有益的。剪断指示灯的电路，多半会在途中油尽抛锚。过度地镇咳，有可能死于肺炎。 2．感染假定有些细菌和病毒是把我们当作它们的食物，我们可以设想它们是敌人、但是，它们不是简单地骚扰我们的害虫，它们是老练的、富有经验的对手。我们在进化过程中演变出对付它们攻击的防御手段。它们也在进化过程中演变出克服我们防御的手段，甚至利用我们防御的办法来反防御。这种永无休止的、不断升级的军备竞赛，可以对我们为什么不能消灭所有的感染和自身免疫病作出解释。在随后的两章中，将对这些课题进行详细的论述。 3．新环境我们的身体是在非洲平原上由过狩猎-采集生活的小部落里祖先经过几百万年的自然选择设计定型的。自然选择没有充分的时间，役有来得及去改变这一定型的设计来配合脂肪饮食、汽车、药物、人工采光和中央空调等等前所未有的新环境。由于这些设计定型与环境变化之间的不匹配、不相适应，引起了许多。也许是大多数可以避免的现代文明病。当前流行的心脏病（冠心病）和乳腺癌，是两个典型的悲剧例证。 4．基因人类的某些基因虽然可以引起疾病，却仍然被保留下来。它们的作用是可变的。当我们生活在更加接近自然的环境之中时，这些基因是无害的。例如，大多数与心脏病有关的基因。在我们过度放纵自己摄取大量脂肪之前，是无害的。引起近视的基因，也是只在儿童幼年时要读书，要做近距离工作的文化氛围中才起作用。那些引起衰老的基因，在平均寿命较短的时代是很难有机会被自然选择淘汰的。还有一些引起疾病的基因之所以被自然选择保留下来，是因为它们的携带者从中会得到某些好处。例如，引起镰状细胞病的基因，可以防止疟疾。除了这一众所周知的例子之外，后面的章节中还要讨论其它几种，包括性拮抗基因，以母亲付出代价而有利于父亲或者相反。我们的基因编码经常被突变所扰乱。突变所引起的DNA变化只有极少数是有益的，大多数都会产生引起疾病的后果，这种带有伤痕的基因被自然选择不断地清除，只能在极低的限度之内。因此，有缺陷而没有补偿性益处的基因不能成为常见的致病原因。最后，述有一些非法的“越轨”基因，使它们自己在个体付出较大代价的条件下得以传到下一代。这说明，自然选择是对基因有利，而不是对个体或者物种有利。因为个体之间的选择也是一种强大的进化力量，所以非法的“越轨基因”也不是常见的疾病原因。 [译注： defect gene 缺陷基因 “guirk” gene 脱轨基因，（“变幻”基因） “outlaw”gene 越轨基因，（“非法”基因）为了适应中文文字的宇义和语法、以上三种基因的译名，译者予以适当修饰] 5．设计上的折衷方案正如同某些基因给予一定的总体利益，虽然必须为之付出一定代价仍然得到保留。每一种结构改变也是代价不菲，却又有总体利益而在自然选择中被保留下来。站起来走路，使人类可以方便地携带食物和婴儿，却是造成背痛的前提因素。身体设计定型上存在的种种缺陷，并非都是失误、它们不过是折衷方案的产物。为了更好地理解疾病的原因，我们必须通过设计上显而易见的缺陷看到背后隐藏着的益处所在。 6．进化过程中遗留下来的历史问题进化是一个渐进的过程，它不能革命，没有跃进，只能有小的改变，而每一个小的改变都必须具有立杆见影的益处。重大的改变是很难完成的，即令是分子生物学家的基因工程也难以做到。普通货车从侧面被撞时起火，是因为它的油箱安装在框架外面。但是要把油箱装到框架之内的话，必需进行重大的设计更改，这种更改又会产生新的问题，需要新的折衷方案。这说明即令是工程师也受到历史遗留问题的限制。与此相类似，我们的食物要在气管前面跨过它才能达到食管走向进入胃的途径，以致我们有被呛的危险。把鼻孔安装到颈部的某个地方似乎更加有道理，但是将永远难以改变这种历史遗留问题。理由将在第九章中解释。题外的话在详细讨论上述疾病的进化史方面的原因之前，我们必须首先指出某些潜在的危险的误解。第一，我们与优生学和社会达尔文主义无关。我们在这里强调不论人类的基因库（gene Pool）是在优化抑或在恶化，我们不主张，也没有提倡改良人种的活动。我们对于人种之间的一些遗传差异并不重视，我们重视的是人类共同的遗传物质（译注：斯宾塞等人说的“生存竞争”，“优胜劣汰”，“适者生存”等对自然选择一词的通俗解释曾经而且仍然在引起一些错误的认识。它们曾经被希特勒之流加以曲解利用。这就是社会达尔文主义的由来）从进化论的角度去考察疾病，不会改变镌刻在撒拉纳克湖畔（Saranac Lake）倍受尊敬的E．L．Trudeau医师的铭言：“有时，去治愈；常常，去帮助；总是，去安慰”。这一自古传下来的医学的崇高目的。医学的目的，一直是帮助病人，而不是去帮助人类。就作者的信念而言，应当永远如此。在这一点上的混乱观念，曾经为某些罪行辩护。在本世纪之初，社会达尔文主义的意识形态曾经不顾对人们的危害，有意放纵资本巨头的战争狂热，为限制贫困者得到医疗帮助辩护。这些观点与“优生学”密切联系，他们主张为了改进人种（或种族！）应对某些人绝育。这种意识形态早已臭名昭著。他们利用一些达尔文主义的名词，加以曲解引用，完全改变了生物学上的原意。我们从不主张医学应当帮助自然选择。我们更不认为生物学可以指导道德决策。我们决不是说疾病是一件好事，尽管我们举出许多例子说明病理是与某些未被理解的益处相关联的。达尔文主义与医学结合之后，对于人类应当怎样生活，医师应当如何执业，不能做出任何道德伦理上的说教或指导。达尔文主义的立场、观点在医学上有助于我们去了解疾病是怎样起源于进化过程中的，而这些知识对于医学的崇高目标将有深远的意义。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:55:28

第二章通过自然选择产生的进化既然身体的每个部分同每种工具一样，是有某种目的的，即为了某种活动而存在的；这就十清楚，整个身体是为了某种复杂的活动而存在的。 ——亚里斯多德第一章中所提出的那些疾病的奥秘的解答，可以从自然选择所完成的工作中去找到答案。这个过程本来是十分简单的：凡是影响到物种之中的个体生存和繁殖的遗传差异都要受到自然的选择。如果一个基因编码所产生的特征使下一代后裔的生存率降低，这个基因便将逐渐被淘汰而消失。例如，某种遗传突变增加了感染造成的危害，或者使个体对危险不知闪避，或者对性不感兴趣（没有性欲），这一突变决不会在这个物种之中普及。另一方面，如果突变的基因个体对感染具有一定程度的抗性，对危险迅速闪避，并能成功地选择有生育能力的配偶，则多半会在基因库中传播、扩散，即令要付出某些不菲的代价也将如此。在英国空气污染的下风区生活的蛾群中带有黑色翅基因的蛾种传播是一个经典的例子。浅色的蛾在被煤烟熏黑的树丛中变得十分显眼而容易被鸟捕食。这时，有一种数量很少的突变蛾种，具有与树丛近似的颜色因而避开了捕食的鸟嘴。当树丛颜色继续变深时，黑色翅突变基因迅速传播开来，并大大地取代了浅色翅基因的蛾群成为优势蛾群。这就是故事的全部。自然选择没有任何计划、目的，也没有什么方向——只不过是基因频率在种群中的增减取决与携带这种基因的个体繁殖成功率的大小差异而已。自然选择简单明了的特点曾经被一些错误概念所混淆。例如19世纪斯宾塞的名言：“适者生存”被广泛地认为是对自然选择过程的高度概括。然而，实际上这种提法引起若干错误的理解。首先，生存本身并不重要，这就是为什么自然选择造就了鲑鱼和一年生植物这样的生物，它们只繁殖一次就死去。生存增加适合度（fitness），也只在它增加生存以后的繁殖时才得以体现。带有能够增加生命期中繁殖力的基因将被自然选择挑选、保留，即令它会使寿命缩短。相反，降低生命期中繁殖率的基因，肯定地将被自然选择所淘汰，即令它能使个体的生存期延长。还有许多混淆来源于对“最适应的”（ftttest）的多种不同的理解。最适应的个体，从生物学的角度看，不一定是最健康的，最强壮的，或者跑得最快的。在今天的世界上，以及过去很多取得突出运动成绩的个人不一定是儿孙最多的人，这种衡量应该大致与适合度相关。对于懂得“自然选择”规律的人说来，不会奇怪为什么做父母的人十分关心子女的生育。孤立地看一个基因，或者一个个体，是不存在所谓“适应（合）”（fit）与否的概念的。只有放在某个特定的环境中的某个实际存在物种之中去比较、考察，“适者”的概念才有具体的意义。即令是处于相同变化的环境之中，每个不同的基因都可能各有长处和短处。设想有一种基因使兔子更加胆怯，因而有助于它们遁开狐狸。现在，假设田野中有一半兔子有这种基因。因为它们花更多的时间用于东躲西藏，吃得较少，就平均而言，这些胆怯的兔子可能没有它们那些胆大的同伴长得壮实。结果，在等待春天的雪地里，它们中三分之二因饥饿而死去，而那些胆大的长得比较壮实的兔子有三分之一因饥饿而死去。那么自然选择对胆怯的兔子是不利的，若干个严酷的冬天有可能把它们全部消灭掉。反过来，狐狸数量增多以及暖和的冬天，则不利于那些胆大的兔子。这一切都因“当时”的环境变化而定。。自然选择只有利于“基因”，而不是种群(group）很多人看过一部描写大自然的影片。那里面一群饥饿的北极鼠勇敢地跳进冰河自杀。画外音解说，当食物匾乏时，一部分北极鼠就勇敢地自我牺牲，以便剩下的同伴有足够的食物能够活下去。大约一二十年前，这种“种群选择”的解释一度得到生物学家的承认，但现在他们已经抛弃了这种见解。为什么？让我们设想两只这样的北极鼠，其中一只有高尚的品质，在看到同伴们面临饥饿时，很快就跳进最靠近它的冰河里去。另一只是自私卑劣的家伙，它躲在一旁等待那些高尚的北极鼠一个一个地死光后，吃它所能得到的一切食物，尽可能多地交配、生育。从而有尽可能多的后代。那些带有牺牲个体使群体获益的高尚基因的北极鼠的命运会是怎样的呢？不论它们是如何地高尚，对种群是如何地有益，它们还是只能被消灭掉，不能留下后代。这样说起来，我们又如何明白地解释那些北极鼠自杀的行为呢？在冬季末尾当食物变得稀少时，北极鼠便迁徙，大群大群地匆匆奔走，它们在遇到早春融化的冰河时并不停顿。然而，淹死并不是经常发生的事情。为了得到影片效果，制片人用了引诱的方法把北极鼠赶入冰水中，人类总是在理论和实践发生矛盾的时候不惜伪造事实来为自己辩护，这不过是悲剧的例子之一。虽然确实有某些特定的环境条件下，在种群水平上的自然选择力量要超过通常都是偏向于对个体选择的力量，但是并不多见。《自私的基因》的作者，英国生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）强调，个体可以看成是基因制造出来复制基因的工具，被基因利用之后可以抛弃。这种观点震撼了那种认为进化是在走向一个更加和谐、稳定、健康的世界的许多人的善良的愿望。我们当然希望能设想生活是自然的、愉快的、健康的，但是自然选择却一点也不关心我们是否愉快，它只在为了我们基因的利益时才去促进健康。从纯进化论的角度看问题，如果焦虑、心力衰竭、近视、痛风和癌等等倾向在某些方面与增加成功的繁殖有关，这些基因就会被选择保留，我们也就在这些“成功”之后必须承受这些痛苦的代价。亲属选择（Kin selection）在上一节中，我们被告知“适者”之所以在自然选择中增多，其关键是繁殖的成功。在北极鼠的讨论中已经提到，采取行动帮助同类而牺牲自我利益者并不受到自然选择——进化的青睐。这也还只是事情的一个侧面。最终，在未来后代中遗传基因表达的数量是以增加了多少带有相同的基因的个体数量来计算的，而亲属之中有许多基因是与你的基因相同的。孩子的基因有一半与母亲相同，另一半与父亲相同。孙子的基因有四分之一与祖父母相同。同胞兄妹之间，平均各有一半相同的基因，侄表兄妹之间有八分之一一致。这意味着，从你的基因的立场来看，你的兄妹和儿女的生存、生育的重要性，等于你自己的生存、生育的二分之一。根据这一推理，选择是有利把帮助给予亲属的物种的。如果其它诸如年龄、健康等条件都相同的话，个体帮助别人所耗费的代价低于亲属受益的数目乘以以血缘亲密的程度。有一个古老的故事，英国的生物学家霍尔丹（J．B.S．Haldane）被问及是否愿意为兄弟牺牲自己的生命时，他回答：“不是为一个兄弟牺牲，但我可以为两个亲兄弟或者八个叔表兄弟牺牲。这个原则以及它在解释群体中合作的重要意义而被正式承认了，这体现在1964年英国生物学家哈密顿（WilliamHamilton）的重要论文，他后来因此获得1993年克拉弗奖（Craford Prize，因为这个领域没有诺贝尔奖）。另一位伟大的英国生物学家约翰·M·史密斯（John Maynard Smith）为亲属选择这一现象施命名礼。 “好孩子最后才分到”的规则在进化过程中的一个明显例外是利益的互惠交换不一定只发生在亲属之间。假如艾萨是一个鞋匠，而弗莱兹是一个可以提供优质皮革的熟练的猎手。资源的互相交换将使他们都得到好处。把好处给我对你也是有利的，反之亦然。自从 1971年罗伯特·泰卫斯（Robort Trivers）关于互惠学说的著作发表以来，生物学家经常把自然界的合作现象解释成为互惠的交换或者亲属选择。关于社会生活的生物学，在先驱者威尔逊（E．O．Wilson）、亚历山大（Richard Alexander）的带领下已经诞生，他们分别有《社会生物学》（Sociobiology）和《达尔文主义和人类活动》（Darwinism and Human Affairs）等专著发表。早先的争论和误解，已经被新的学科领域里日益增长的成果所扬弃。自然选择是怎样进行的？认为进化是向着某个方向按照某种计划进行的，这是一种流行很广的错误观念。其实，只有机会（chance）在起作用，进化既无目的又无方向，机会使得未来进化的前途无法预测。生物个体的随机变异对它们的达尔文适应能力产生微小的差异，某些个体比其它个体有更多的后裔，增加他们的适应性的那些特征也就会在后代中更加多见。从前某个时候，至少是有那么一次，在热带非洲的人群中发生了一次突变，使血红蛋白分子产生了某种变化而对疟疾具有抵抗性。这一重大的优势使得这个新的基因传播开来，随之而来的后果是不幸的镰状细胞贫血。我们将要在后面关于基因的章节中再详细讨论这个问题。机会可以在自然选择的各个阶段产生影响：首先是在产生一个基因突变的时候；其次是携带这种突变基因的个体能不能活到足以显示该突变基因的作用的时候；第三是机会也可以影响这一个体是否有成功的生殖；第四是这个基因，即令在第一代中表现为适应性的，也可能由于某种偶然事件在第二代的时候被淘汰；最后，无疑，还有许多不可预测的环境变化将在每个物种的历史过程中产生不同的影响。哈佛的生物学家史迪芬·J·古尔德（Stephen Jay Gould）说过，如果有可能把生物发生的历史重演一次，结局肯定是不一样的，不仅可能没有人类出现，甚至可能根本没有类似哺乳动物的生物。我们经常强调自然选择在生物进化过程中进行优选，造就生物的优美性状。但是认为自然选择是有目的的，和它能造就完美无缺的生物品质的这种不准确但相当普遍的观念则需要慎重地有分析地对待。进化所达到的“真善美”，取决于你的看法。如果你的看法是：“自然选择走的是一条使物种更加幸福的道路。”那是错误的。上面所列举的事实说明，不大可能。如果你的想法是：“自然选择会对每一种有价值的适应都加以选择和创造。”答案仍然是否定的。例如，南美洲有一种猴子可以用尾巴抓住树枝。这种本领肯定对于非洲的猴子也一样大有用处。仅仅是因为没有这种机遇，没有这种运气，它们没有产生这种技巧。在某个远古时代，南美洲出现的某些环境组合开始使某些猴子使用它们的尾巴，最后导致培养成能用尾巴抓住树枝的能力。这一发展过程却不曾在非洲发生。某种特性有用、有益本身，并不一定保证它们会逐渐在进化中形成。然而，确实存在这样一种趋势：自然选择毕竟是向着接进真善美的方向发展的，而且是在量的基础上逐步优化的。如果某个特性是为某一功能服务，经过无数的小的改进，经过许多世代的选择，就趋向于使它们从量的方面接近于理想的功能，逐渐优化。例如，鸟的翅膀可以长些，长些会有很好的提升力；也可以短些，短些便于控制自如。测量大风暴中被伤害致死的和生存的鸟的翅长便会发现，被伤害致死的是那些翅膀特别长和特别短的鸟，能生存下来的鸟的翅长大都偏离中值不远，这就是接近最佳值的翅长。在人类生理学中可以找到上百个体质性状特征被塑造成接近最佳值的例证：骨的大小和形状、血压的高低、血糖水平、脉率、青春发育年龄、胃的酸度等等，这些例子还可以举出许多。观察值可以不十分精确，然而还是十分接近的。当我们怀疑是否自然选择为什么没有起作用的时候，多半是因为我们忽视了某些方面。例如：胃酸使溃疡加重，而服用了抗酸药的人仍然可以消化他们的食物。所以，是不是胃酸太多了呢？可能不是太多了，胃酸对消化和杀菌都是重要的，包括杀灭引起结核的细菌。为了判断身体的不完善之处是为什么，你必须首先理解其完善和折衷调和的基础是什么。如同工程师的设计，进化过程中也经常需要采用折衷方案。车设计师可以加厚油箱的设计以减少起火的危险，但是这样一来却增加了成本又减少了行驶里程和速度，这就必需有折衷。于是，油箱在某些碰撞中确实是破裂了，而且这一折衷方案以每年要失去若干生命为代价。当自然选择不可能同时在方方面面都达到尽善尽美的时候，它的折衷方案并非随意的，而是精确地被选择定在净获益的最大值上。有这么一个未必可信的故事说，亨利·福特在巡视一个放满了驾驶杆的仓库时问道：“是否有绝对不发生故障的部件？”他被告知，有的。这种驾驶杆决不会失灵。“那么，”他转向他的总工程师“重新设计。如果永不发生故障，那么我们花在上面的成本一定太高”。自然选择同样地避免“过度”设计（过度加大安全系数）。如果某件东西运行相当不错，那么它的某些不重要的不足之处就不会成为选择的因素，自然选择也就没有改进它的机会。因此，当身体的每个器官都具备一定的储备能力，足以应付偶然可能遇到的极端环境时，这些器官也就都有可能在超过储备能力的负荷之后受到伤害。身体里没有任何地方、任何器官是永远不出毛病的。对某种资源的供应若中等程度地增加，常常会带来很大益处，但是大量增加却不会使益处相应增加。比如做火锅，放两个洋葱可能比放一个好，但是放十个进去就不仅浪费而且也没有什么好处；即令有一点，也很少。这种成本效益分析是经济活动中的常规操作，也同样适用生物学和医学。例如对肺炎用某种抗生素，剂量太小可能产生不了明显的益处，中等剂量时费用虽有增加但能得到大得多的效益，过大的剂量则徒然使费用更加昂贵却不能增加多少疗效，甚至还会产生一定的危险。涉及每一种工程或者医疗决策时，总会有代价（成本）和效益的两个矛盾方面，每一个在进化中保留下来的有益的遗传变化，也都不可避免地要付出一定的代价。自然选择不是没有力量的、也不是变幻莫测的。它只选择总的说来对适应能力有好处的基因，即令这个基因也使得个体在某些疾病中更易受到伤害。比方说，难道可以认为焦虑也是一种功能上有必要的生物品质吗？想一想前面提到的关于狐狸特别多的那一年里没有焦虑的兔子的命运。即令某些后来引起衰老的基因也不都是不适应的，它们可能对年轻时的生活有益，当选择最强壮的个体时，这种对生存和繁殖的益处，对于后来的衰老和不可避免的死亡这种代价说来，当然更加重要。为了更好地理解疾病，我们一定要理解每一个表面看来是错误的定型设计背后的利益所在。进化假说的检验本章的开头引用了亚里斯多德的话是有着严肃的科学含义的。可以认为他是功能分析之普遍规律的启蒙学者。这一法则在生物学的众多领域中已有十分丰富的成果，而且我们预期在医学领域中也将会有丰硕的成果。当然，亚里斯多德的视角，他的历史条件与现代生物学家大不一样。他对生物学中的物理和化学原理几乎一无所知。他不懂甚至不曾想过一切都要经过实验的必要性。他也不曾听说过自然选择的原理，而且也不知道生物完全是按照要在繁殖中取得最大成功而设计定型的。不论是对于人类的手、大脑或者免疫系统而言，亚里斯多德的权威性问题：“它是做什么的？”现在已经有了非常专门的科学含义：“这种特征在繁殖成功中有什么贡献”？他确认生物体作为一个整体的存在一定有某种复杂的目的，这是正确的。不过，一直到最近的几十年里，人们才有可能把这个问题弄清楚，这个复杂的目的就是繁殖。有不少人认为探讨各种生物品质、体质的功能只能是目的论的或纯理论的（speculative），而不是科学的问题。这种观念是不正确的。作者将在本书中举出许多例子来证明它。有关生物品质特征所适应的功能的问题，都是可以经得起科学检验的。这些问题的提出和解答，使得诸如眼睛、耳朵，以及咳嗽反射等等生物体质特征的适应性意义得以阐明和理解。因为它们是在历史的长河中逐渐选择的结果，逐渐地改进，以增加它们服务于专门功能的能力。然而，当我们提出这类“为什么”的问题和寻求解答时，我们还要审慎地、不可轻率地相信那些随意的、牵强附会的、捏造的故事。为什么我们的鼻梁凸起？因为要用来支起眼睛架。为什么婴儿会啼哭？那一定是他在做肺部运动。为什么我们都在接近100岁时一定死去？它是为了给下一代人腾出生活的空间。几乎每个问题都可以成为这类猜想的目标。它们不是科学。不是问题本身，而是这些牵强附会的答案。没有经过充分的科学检验，审慎的思考，因而违反了科学方法应当遵循的原则。这几个荒谬的例子说明，许多轻率的解释可以容易地得到检验，证明它们是错误的。因为我们远在有眼镜之前多年就有了凸起的鼻梁，所以鼻梁不可能是演变出来为了支起眼镜架之用的。成年期肺的健康并不取决于婴儿时的啼哭，所以啼哭不是为了肺的发育。因为自然选择不对群体许诺这种利益，因此衰老不是为了后代的生存空间而演化出来的，何况有关衰老的种种细节也否定了这种猜测。另外一切功能假说则可以很容易地得到多方面的科学证据的支持，而不存在推翻它们的理由。任何熟悉心脏结构和工作的人都可以看到它是用来泵血的。也可以看到咳嗽是用来从呼吸道排出异物。寒战使体温升高。你不一定要是进化论科学家就能指出牙齿是用来咀嚼的。有意义的假说，是那些重要的及合理的，但不是很明显很容易地可以看出是对还是错的假说。这些功能假说可以导致新的发现，包括许多有医学价值的创造性思维。适应主义的工作程序建立在调查方法基础上的人类功能属性的研究，已在最近被命名为“适应主义的工作程序”（adaptationist Program）。从某些人类生物学已知方面所提示的功能意义，可以逻辑地预测另外一些别的、未知的方面。经过适当的探索研究，能够证实这些特征确实存在，它们便可能具有医学上的意义。如果不存在，我们便抛弃这一假说重新回到起点从头来过。现在列出由审视各种生物特性在适应能力中所起作用的三个重要发现作为例子。这三个问题不涉及医学问题，它们只涉及河狸与鸟类。在以后的章节中将有许多别的有关医学的例证。在一定的程度上，这几个问题说明，直觉对于适应性的理解，即使是职业生物学家，也不经常是准确适当的。常常必须经过严格的科学研究，甚至要用到数学计算才能得出符合逻辑的答案，才能在具体的生物学的研究中得到验证。河狸从附近取食并从靠近它的巢穴的地方收集一些小树的树干。它们用牙齿在树干靠近地面的部位咬断，如果不在水中，则拖进水中，然后拖进巢穴中。河狸怎样决定它要咬哪一支树干呢？它们用的是那种最合算的办法，这是密执安的生物学家格·贝诺夫斯基（Gary Belovsky）的假说。这就是说，河狸尽可能按经济原理决策：咬断和运输的难度，以及离家的距离。贝氏的计算证明，河狸的效率在距离增加之后更加具有分辨力。太小的树，因为没有使用价值而不要，太大的又因为咬断和运输的代价太高，尤其是从树丛中运到水池中浮起的难度而被放弃。贝氏预测，河狸采集的树径会因距离加大而缩小，同时，只采集符合理想直径范围以内的树干，而并非是随便什么样的树干。测量并统计河狸在池塘边所啮倒的树桩，证实了这一预测。下一次你再看到河狸池的时候，就不仅能欣赏河狸工程之神奇，也能赞赏它们安排工程优选原则的智力。现在再来看丛林中鸣鸟产蛋多少和与它的配偶孵化抚育幼鸟的问题。鸣鸟在这个季节里繁殖是否成功，完全取决于这几个蛋。那么，她以产几个蛋为好呢？记住她不是以种族的繁衍为目的，只是为了使自己一生的繁殖最大化而选择最佳条件。产蛋太少是愚蠢的，但是产蛋太多也可能要降低一生的总繁殖率，因为食物可能不够而一些小鸟会养不活，或者它和配偶在育雏过程中体力消耗太大，从而危及自身活到下——个繁殖季节。这些因素适用于丛林中的每一只鸟。虽然不同的鸟类的产蛋数是不相同的，如果有一种鸟的平均产蛋数是4个，其中也会有些是5个，有些是3个的，我们是否能认定它们都是要4个，却因为不会计数而产生了错误呢？或者可以认定产蛋数不是通过自然选择来优化调整的？在考虑到这些鸟也许应得到更多的信任（credit）后，适应主义赞同这样一个解释：是否有一个一般的规律，产3个蛋的一对最适合产3个，产4个蛋的一对最适合产4个，等等？做一个简单的实验便得出了答案。丛林中有30个鸟巢里各有4只蛋。随机选10个巢不动它，另外从10巢中每巢取出一只蛋放到另外10巢中去，这样便有3只、4只以及5只蛋的各10个巢。然后测定这3组鸟巢孵育幼鸟的平均成功率加以比较。看增加或减少了一只蛋的成功率比它们自己选择的产蛋数的差别。如果所有的有关因素都被考虑过，这一研究的结果就可以证明50年前牛津鸟类学家戴维·赖克（David Lack）的结论：“鸟类调整其产蛋数以期获得个体繁殖的最大成功率。”为了做到这点，需要比较准确地评估自己的健康状况、能力和经验。为4只雏鸟哺食的难度和风险显然比喂养3只雏鸟的大。在更加拥挤的巢中，也就是有5只雏鸟的巢中，长大的幼鸟离巢时可能体重偏低，自己活到下一个冬天的可能性也要降低。每年的环境变化也难以预测。年景比正常情况差的时候，幼雏过多的鸟巢将特别危险。可以肯定，这些知识对于博物学家而言，在观察一对野生禽类哺育其幼雏时要增加许多兴趣。这些鸟正确地做这些事，不仅仅是一般地、本能地或者在平均值上的正确，甚至每一对鸟都会做对它自身说来是正确的事情。在讨论这个一个鸟巢中产几个蛋的例子中我们只关心蛋的数目，忽略了鸟类有雄性和雌性两种后代的事实。所观察的鸟是不是有理想的雌雄比例呢？在性别比例的自然选择中有一个压倒一切的原则就是，使适应最大化：“选择短缺的那种性别”。单身酒吧的常客知道，稀少的性别有最大的配偶机会。在自然界，雌性稀少时，产出雄性后代的个体是自然选择淘汰的对象。因为这时许多雄性不会再有后代。如果雄性稀少，产出雌性后代的个体就不会有产出雄性子代的个体那么多的孙代。这种自然选择力量决定了为什么会有大致相等的雄性和雌性个体。这一简单、明了、有力的进化论解释。是进化遗传学家费歇尔（R．A．Fisher）在1930年提出的。如果你认为相等的性别是因为有相等的机会从父亲那里得到X或者Y染色体，你也是对的。不过，这是近因解释。这种近因解释不能解释某些特殊生物物种，例如蚂蚁和蜜蜂的巨大的性别差异，它们的情况太复杂，需要更加复杂的分析手段，不能在这里详细描述。自然选择是否在群体中产生数量绝对相等的雄性和雌性？不是这样，可以想像，还有许多别的因素。例如，两性成熟的年龄差异，两性死亡率的差异，雌性和雄性亲代在生存和繁殖中所付出的代价的差异等等。认真分析之后，会支持这样的结论：“具有性别决定方式和生殖方式与人类相同的物种，如果父母哺育子女时付出的代价也相等，性别是稳定在相等的比例上的。”人口统计和生物统计结果都与这一预测十分一致。我们希望，在随后的章节中，读者会信服，自然选择的现代理论对于医学的重大发现和对于了解河狸的筑巢方式、鸟孵化后代的数目变化及哺乳动物的性别比例，都是同等重要的。假设、推理、论证，总是要从现有的生物医学知识和一个有关适应性进化（演化）的问题开始：人体的这一特征，是否是某个适应机制的一个方面？如果是的，其它方面还有什么可能的机制？怎样去检验这些未知其真伪的推理？如果人类生物学特性存在某些似乎是不符合我们的理想的地方，自然选择是怎样将它选出来的？为什么它们没有被淘汰？这种不符合我们愿望的品质，是否具有另一种有用的功能代价？它是否是一种石器时代的适应，但现在因为与现代环境不相匹配而引起疾病？自然选择对病原体和寄生虫的选择，改进它们的适应性引起了什么后果？这些不过是进化生物学常规研究的几个例子。找到它们的答案将对人类产生巨大的利益，成为医学研究的重大成果。现在要提出一个要求，要求冷静地对待这种热情。关于功能，可以有不止一种正确的答案。例如，舌头对咀嚼和语言，眉毛对表情交流和防止汗液流进眼睛都是重要的。其次，进化史，一个物种，或一种疾病的进化史，同其它各种历史一样，都是不能做实验的。现在可以判断，我们的祖先会使用火大概已有多久，发现了火的用途之后产生了哪些后果，引起了哪些进化。探索历史，只能并且也一定要根据历史留下来的记录去考察。古代人类祖先遗址留下来的炭末和烧焦的兽骨是考古学家宝贵的原始资料。同样，从蛋白质和DNA的化学结构中也可以解读出与现代截然不同的物种之间的亲缘关系。我们无法回到古代去观察进化史中各种生物性状的自然选择过程，但是我们可以根据化石、生物和人类的遗迹、解剖构造、行为倾向，以及蛋白质和DNA的结构等等去推论、去重构史前时期的事件。即令一时无法说明某个生物性状的进化史，我们仍然可以相信，它是由自然选择塑造的，可以与其它物种的这一性状的功能比较，取得旁证。所以，关于一种生物特性的进化史起源，自然选择过程中所挑选的适应性功能的假说，同这一性状的近因假说一样，都是有科学方法验证的。检验进化论假说有着特殊的困难，这应当使研究更加富有挑战性，更加重要，而不能成为放弃的理由。作者并不能在本书中验证进化论假说，在试图把猜测和事实加以区别的时候，为一些例子引用证据的时候，也并没有多少已经被肯定论证了的假说。有些例子是以一些研究为依据的，这些研究都在各方面收集了许多资料。即使如此，仍然资料贫乏，作出结论尚为时过早。作者的目的不是去证明某个具体的假说，只是向读者说明，医学问题的进化史研究是有理论和实际意义的、重要的、有趣的，是可以通过科学方法分析、研究、论证的。现在需要提出更多的问题来研究。这里提出的许多有关疾病的问题以及一些有待研究的问题，可能都有进化论意义，不过现在都还只是不成熟的假说。不要把这些不成熟的假说当成真理。也许几年之后，达尔文医学会有足够的发现来写一本专著。但是现在，我们不企图费力不讨好地去验证几个假说。我们的目的是鼓励我们的读者、病人、医生和研究人员去提出更多的问题：为什么有疾病的存在？为什么有这种疾病？正如史迪因（Gettrude Stein）临终前的叮嘱：“答案，答案，答案。答案是什么？……这个案例的问题在什么地方？”

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:56:27

第三章传染病的体征和症状假定在猫与鼠斗争中，你站在老鼠的立场上。老鼠说它讨厌猫的气味。猫的气味使它紧张不安，对食物、配偶、仔鼠等等重要事情的注意力，总是被讨厌的猫的气味所干扰。有一种药可以使嗅觉迟钝，老鼠吃了这种药可以不再受猫的气味的干扰。你是否给它开这个处方？可能不会。因为猫的气味对老鼠说来是太重要了，太有用了。猫气味的出现，是利爪和锐齿迫近的紧急信号，逃避这种危险远比对这种气味的厌恶来得重要。现实的问题是，假定你是一个治疗儿童感冒的医生。感冒带来令许多父母耽忧、孩子也不喜欢的症状——流鼻涕、倦怠，特别是发热和头痛。扑热息痛能够减轻或者消除发热和头痛。你是否会对孩子的家长说，可以给孩子吃扑热息痛呢？可能。你也许习惯这样处理。如果这里的问题与上面的猫的气味和老鼠药相似，则发热的确令人不舒服、不正常、不愉快，但是有用；也许这是自然选择专门为我们对抗感染而塑造出的一种适应性防御机制。发热是对抗感染的防御机制之一马特·克鲁格（Matt Kingger），这位罗维雷斯研究所的生理学家认为：“已经有大量证据证明，支持发热是一种针对感染的防御性适应，在整个动物界已经存在了亿万年之久。”他认为，用药物控制发热，有时反而会使病情加重，甚至致命。他在实验室里收集了一批重要的证据。他甚至还证明了，冷血的蜥蜴也可在感染时得益于发热：当蜥蜴被感染时，会选择一个温暖的地方使体温升高一些，大约2℃左右。如果找不到一个能使体温升高2℃的温暖的地方，则蜥蜴多半会死去。仔兔不能自己发热，因此一旦患病，它也会找一个暖和的地方去升高它的体温；成年兔能自行发热，一旦被退热药阻断，也多半会死去。发热并不是体温调节失控，而是一种高度进化的体温调节中枢的重新设定。把因感染而发热体温上升了2℃的大鼠放进一个很热的小室，它会启动降温机制保持那高于正常的2℃；放进凉爽的小室，它便启动保温机制来维持2℃的发热。这个实验说明，是它的控温中枢调高了2℃。。在本世纪之初，居利士·瓦格纳·焦内格（Julius WagnerJauregg）的工作取得了人类发热价值最重要的证据。他注意到，有些梅毒患者在患疟疾之后病情有所好转，根据梅毒在疟疾高发地区比较少见的事实，作为一种治疗手段，便有意使上千名梅毒患者感染疟疾。在那个年代里，梅毒的自然缓解率不到百分之一，他的这种发热治疗达到了百分之三十的缓解率。这一重大成果，使他获得了1927年的生理医学诺贝尔奖。那个时候，认识发热价值的人要比现在多。现在的医生仍然说：“先吃两片阿斯匹林，明天早晨再打电话给我。”这并不奇怪，因为目前只有极少数评价发热作为一种对抗感染的适应性机制研究。有一个研究，报告水痘患儿用扑热息痛之后比用安慰剂的，平均要延迟一天才能恢复。另一个研究，56名志愿者为试验退热剂而吸入感冒病毒，一部分人用阿斯匹林或扑热息痛，另一部分人用安慰剂。安慰剂组的抗体水平显著地更高些，也较少鼻塞，播散传染性病毒的日程也要短些。不重视和中断这些研究，仍然使用退热药，说明人们有不喜欢、拒绝研究这些不愉快症状的适应性方面的倾向。这种情况可能正在发生变化。华盛顿大学的医学教授丹尼斯·斯蒂文森（Dennis Stevens）医师说：“某些情况下对发热病人进行退热治疗，有可能发展为败血症休克”。很可能这是因为阻止发热干扰了机体对感染作出反应的正常机理，其结果有可能是严重的，甚至是致命的。在继续讨论之前，应当强调，防御机制的具体表现不一定都是适应性的，即使发热是有益的，甚至是重要的，我们并不认为完全不应该用药物退热。片面地一味采取鼓励发热的态度是不合理的，更不应听任发热上升到自然的高度。从进化论的观点出发，在看到适应性反应的益处时，也要看到代价，看到矛盾统一体的两个侧面。如果人体维持40℃体温没有什么不好的话，那么就一直保持40℃（103℉）以免感染好了，何必等到感染之后再来发热呢？然而40℃的体温有着不菲的代价，能量消耗增加百分之二十，还有男性的暂时不育。更高的发热，有可能引起谵妄，或许还有惊厥甚至永久性的组织，特别是中枢神经系统的损害。还有，我们可以预期自然选择将把抗感染发热的体温调整到一个最佳平均值。但是，调节的精确度有限，有时体温会太高，有时又会不足。有时尽管退热会使感染延长，我们还是需要退热。如果高音歌唱家芭芭拉·波莉正在发烧，又约定要到大都会剧院演唱，扮演福斯塔夫（莎剧《享利四世》和《温莎的风流娘儿们》中一个肥胖、快乐、滑稽的角色），她可能要吃退热药，哪怕这将延迟痊愈。人们也可能在感冒时选择宁肯好得慢些，也要吃药使自己舒服一点。重要的在于，就发热的适应性意义而言，关键是干预之前对它有所了解。目前，我们并不是这样。如果整个问题仅仅是舒服和不舒服的话，我们就只有减轻或者消除的任务。但是，既然退热会延迟恢复，或者甚至还有可能增加继发感染，我们就要在干预之前首先权衡得与失。我们希望，医学研究不久就能提出证据帮助医生和病人判断这次发热是有用还是无用。铁的管制铁的管制是体内一道为很多人不知道的防御机制，甚至医虫也常常因为无知而不明智地在无意中破坏它。慢性结核病人被发现存在缺铁性贫血时，有一位医生认为，纠正他的贫血可以增加他的抵抗力，因此给他补铁。结果，病人感染恶化。还有，祖鲁人喝一种在铁罐中酿造的啤酒，他们常患严重的阿米巴肝脓肿。马赛部落只有10％的人患阿米巴感染，他们是游牧人，喝大量的奶，缺铁。给一部分马赛人补铁之后，立即便有88％的人患阿米巴感染。另外，善意的资助人给索马里流浪者的缺铁者补铁。一个月之后，他们之中有38％的人发生感染，而未补铁的那些人只有8％发生感染。鸡蛋的营养是很丰富的，但是细菌很容易通过多孔的蛋壳侵入。那么鸡蛋为什么能在相当长的时间里保持新鲜？它含有丰富的铁，但都是在蛋黄中，蛋黄周围的蛋清（蛋白）里没有。鸡蛋蛋清的蛋白质含有12％的伴白蛋白（conaldumin），这是一种能与铁牢固结合的蛋白分子，使入侵的细菌得不到铁。在抗生素时代之前，鸡蛋白曾用于治疗感染。母乳的蛋白质含20％的乳铁蛋白（lactoferrin），这是另一个为结合铁而设计的分子。牛奶中只含有2％的乳铁蛋白，所以母乳喂养的婴儿要比奶瓶喂养的较少感染。乳铁蛋白在眼泪、唾液，特别是创口中含量很多，这些地方的酸度又使它与铁结合的效率更高。研究人员想到血浆中应当也有一种与铁结合的蛋白，于是就找到了转铁球蛋白（transferrin），这也是一种与铁结合得很牢固的蛋白。转铁球蛋白只向带有专门识别标志的细胞释放它所结合的铁，细菌没有掌握这个标志的密码，因此它得不到铁。蛋白营养不良的患者，体内的转铁蛋白不到正常人的10％。如果在他们改善蛋白营养不良和增加转铁蛋白之前就得到铁的补充，血液中所含的大量游离铁就有促成致命感染的可能——这曾经是在对饥荒救灾时发生过的意外。现在，铁的管制这个防卫机制的性质已经十分肯定。铁是一种细菌必需而又十分难得的营养，它们的宿主在进化过程中经过自然选择，产生出多种多样把铁管制起来的机制，使细菌无法得到它。感染存在的时候，机体释放白细胞内源性介质LEM（leuko－cyte endogenous mediator），既升高体温，又使血液中可被细菌利用的铁减少。甚至，这时我们对食物的喜好也会发生变化：患病时，含铁的火腿和鸡蛋变得不受欢迎，我们只喜欢茶和面包。这又是使病菌得不到铁的办法。从前用过的放血疗法，被认为是一种无知的行为，克鲁格（KIuger）指出，也许低铁曾经使这些病人获益。 70年代中期，上述知识已经被充分认识到：感染时偏低的铁是有益无害的，这时补铁有害无益。但是，到了今天，据克鲁格的调查，只有11％的医生和6％的药师知道这一知识。虽然他们调查的人数不多，但仍然足以说明，医学界很不重视这些研究。甚至高等院校的研究人员也忽视这些研究。《新英格兰医学杂志》最近有一篇研究报告说，如果脑型疟疾的患者用一种与铁螫合的化合物治疗，会比较容易恢复。这篇文章却没有提到机体管制铁的系统，无视或者是不知道这一进化而来的调节铁的管制机制。这不过是一个例子，说明我们应当在更加广义的方面，把防御机制从感染的表现中仔细地区别出来，不要匆忙地下结论说，一种机体反应是不适应的表现。要慎重地避免践踏、破坏这些机制。反之，我们应当尊重机体在进化过程中获得的成果。策略和反策略——政策和对策研究生物之间矛盾的研究人员，不仅仅局限于医学界。也是生态学家和动物行为学家经常研究的课题之一，就是捕食者和被捕食者之间的关系，如雄性为争夺配偶的斗争等等。他们意识到这些现象在进化史中的意义，使用诸如策略、战术、对策、胜者和败者等名词于适应主义的工作程序之中。这种研究方法使生态学家熟悉并对达尔文主义造诣很深的科学家取得了丰硕的成果。对待诸如感染时的发热和铁的管制这些十分重要的问题，我们也要用相同的研究方法。病原体和宿主之间是一场战斗，每一种感染的体征和症状都可以理解为这一方或那一方的策略、战术、对策。其中某些事件是对宿主有利的，例如发热和铁的管制，属于防御机制；有些是有利于病原体的，也有双方都有所得益，以及双方都无益的。这些策略和对策，当然不是有计划、有目的地设计的活动，只是自然选择无数次尝试和失败之后的结果，但无论如何也可以看成一种战术。细菌之能偷偷地潜入宿主体内，颇有点类似特洛依木马里藏着希腊士兵的故事。当感染的表现对矛盾的某一方有利。时，便可以根据其功能归类。表3对它们作了大致的划分，作为讨论的提纲。表3：与传染病有关现象的归类功能表现观察例子获益者宿主的卫生措施灭蚊，避开患病的邻居，避免排泄物宿主宿主的防御措施发热，铁的管制打喷嚏，呕吐，免疫反应宿主宿主修复损伤组织的再生宿主宿主损害的代偿为避免牙痛用另一侧咀嚼宿主病原使宿主组织损坏牙腐蚀无法咀嚼，肝炎使肝损害，解毒能力下降双方无益病原对宿主的伤害无效的咀嚼，解毒能力下降。双方无益病原回避宿主防御分子模拟，改变抗原病原病原攻击宿主防御破坏白细胞病原病原摄取利用营养锥体虫生长和繁殖病原病原播散利用蚊子把血液寄生虫传给新的宿主病原宿主怎样针对病原的感染来保护自己？首先，他可以避免与病原体接触。其次，可以建立一道屏障，使病原体不能接近、侵入，迅速采取行动去防止、修复防御屏障的漏洞。一旦病原已经突破了外层防线，便立即识别这些携带着的外来大分子（通常是一种异蛋白的抗原），然后制造或利用已有的化学武器（通常是一种抗体人驱逐或者破坏病原，向病原宣战。如果赶不走病原，便在它们身上戮一个洞，使它们中毒，使它们得不到食物；用一切可以杀死它们的办法攻击它们。万一没有成功，还可以把它们包围起来，围困起来，使它们不能繁殖，不能播散。如果它们造成了破坏，可以修复再修复，不能修复的设法补偿、替代。有些破坏对宿主和病原双方都没有好处，犹如陈旧的弹坑，只是战斗的遗迹。病原当然不会放弃它们的进攻。总之，我们的身体是它们生存的根据地，它们的家，它们的佳肴。我们有理由把细菌和病毒当成魔鬼和敌人，不过，这是以人类为中心的观点。我们力图阻止可怜又可怕的链球菌的入侵，哪怕只是一个；但是，它们如果找不到防御线上的缺口，它们就只好死去。因此，链球菌针对我们的防御在自然选择的过程中形成、演变出一套反防御机制。链球菌有它的对策，它们要想方设法接近我们，突破我们的防线，躲避哨兵的监视和攻击（免疫系统），利用我们的营养生长、繁殖、复制它们自己的拷贝，然后又要出去攻击另一个牺牲者。它们常常能把我们的防御变成对它们有利的条件。在描述它们这一切狡诈的技俩之前，先讨论一下我们的防御手段。卫生最好的防御是避开危险，适当的卫生条件可以阻止病原碰到我们的脚趾头。本能地拍打一只蚊子，不只是驱逐它，避免它的骚扰，还可能避免许多蚊媒传染病，其中包括疟疾、乙型脑炎、丝虫病。蚊子叮咬之后的瘙痒只是蚊虫的恶作剧？可以是它为了吸血方便使用的化合物，也可能是我们为了引起重视防止再被叮咬的适应性反应。设想一个被蚊子叮咬后无所谓的人会有什么后果：蚊子将多么自由地叮他。我们回避传染病人的倾向也可以具有同样的意义。一种本能的冲动使我们回避粪便，呕吐物和其它传染源。我们大便时总要避开别人，可以避免传染给他们；社会压力也使这些行为减少了疾病的传染。自然选择塑造了许多使我们与病原保持距离的机制；皮肤皮肤类似城墙，是一个很难攻破的屏障。不仅防止病原的入侵，也防止机械的、热力的和化学的伤害。与发热要等到感染发生后才被宿主启动不同，皮肤随时在护卫着我们。它比较坚韧，对擦伤和刺伤的抗力比被它保护的内部组织要强得多。对皮肤小规模的侵犯不至于造成伤害。底层的皮肤细胞不断地生长出来更新逐渐脱落的旧的表层。手指上的墨迹会在几天之内消失，因为染了墨迹的表皮细胞被下面新生长出来的细胞更换了。寄生在皮肤表层的霉菌同其它病源体被迅速更新的表皮一并抛弃。法国梧桐似乎也运用这一种战略。皮肤还有一些特别设计；在足掌和手掌，经常被摩擦的部位有特别厚实的皮肤，例如抄写员的食指外侧，会长出厚茧来。这类适应性增生，既避免了机械损伤，也减少了被病原侵入的机会。我们有许多卫生行为有利于维护皮肤屏障。脏东西总是被从皮肤上除掉，抓搔和其它清洁手段可以除去体表寄生虫。体表寄生虫是人类有史以来许多传染病和生活中的不舒适的来源，至今仍然是不发达地区的一大问题。加州大学兽医教授本杰明·哈特（Benjamin Hart）证明了梳理毛皮对动物的健康有重大意义，不能梳理毛皮的动物很快因蚤、螨、蝉、虱的侵袭而体重下降，随即患病。猴子互相梳理皮毛不仅是嬉戏，也是一种保健措施。疼痛和不适与搔痒会引起防御性抓搔类似，疼痛引起回避和逃遁，也是一种适应。皮肤感觉灵敏，对疼痛高度敏感。如果皮肤将被损伤，就一定有什么不正常，所有其它一切活动都先应当暂时停下来，让皮肤能够避免或者修复损伤。其它别的疼痛也有好处：因牙周脓肿而咀嚼困难时，就要换到另外一侧去。折磨人的牙痛有效地防止了避免对患侧施加压力，避免推迟愈合、感染扩散。感染和创伤引起的持续疼痛迫使患处避免活动，避免妨碍组织重建和抗体攻击细菌等等。疼痛使我们在即将受到伤害前迅速闪避，疼痛的记忆还教会我们将来避免发生类似事件。判断器官功能最简单的方法之一，是把它拿掉，例如拿掉甲状腺后，看它怎样和发生什么样的功能障碍。疼痛不能拿掉，但是有极少数生来就没有疼痛感觉的人。这种没有疼痛感觉的人的生活，似乎是幸运的，但事实并非如此。这些不知疼痛的人，长期以同一姿势站立，不感到疼痛不适，结果是他的关节因为缺乏疼痛引起的“坐立不安”活动以致供血不良，青春期就开始损坏。不能感觉疼痛的人，多半在30岁左右死去。全身疼痛，或者不适，用医学的术语说，就是倦怠（malaise），这些都是适应性反应。它使全身的活动都减少下来，不只是那个损伤的局部，因为我们认为生病时以卧床休息为好，大家都相信，都承认这是适应性反应。减少活动，有利于修复、调整，有利于免疫反应的作用。使病人觉得病情有所好转的假象的药物，有可能提前加大活动量，不利于调整和修复，因而延迟痊愈。如果病人知道这点，了解自己的病情要比实际感觉到的严重，而这些药物、措施可以减轻不适，使自己感觉舒服一点，那还是妥当的。否则，错觉使他提前活动，影响恢复。驱逐作为一种防御手段为了呼吸、摄食、排泄和生殖，必须有一些开口。这些开口都是病原可以入侵的途径、门户，也都备有特定的防御机制。口腔不断地被唾液冲洗，唾液还可以杀死一些病原菌，把另一些赶到胃里让胃酸和消化酶把它们杀死。眼睛被含有防御性化学物质的泪液所冲洗。呼吸系统富含有抗体和酶的分泌物，它们不断地向咽喉移动，然后被吞咽掉，使入侵者在胃酸中被杀灭。这些酶蛋白和粘液还可以再循环使用。外耳道分泌一种抗菌的蜡质。鼻内的鼻甲，以巨大的表面积把吸入的空气加温加湿，滤除尘埃和病原菌、病毒。用口呼吸的人得不到这种保护，因而容易被感染。鼻孔和耳朵里毛发排列的顺序，可以防止昆虫的入侵。这些开口处的防御能力都会在发生危险时迅速增强。眼睛受到刺激立即大量流泪。鼻子被病毒感染，立即排出大量粘稠的鼻涕，使你一天能用掉一卷卫生纸。很多人用喷鼻剂去阻止这种似乎是讨厌的反应，却很少有人研究查明这是否会延迟感冒的痊愈。如果真是几个有限的资料所说的那样并不延迟痊愈，就可以认为这是病原操纵调理宿主功能以达到播散目的的一个例证。打喷嚏肯定是一种防御反应，但也不是每一次都是必要的，当然也是有利于病毒播散的机会。下呼吸道的刺激引起咳嗽。咳嗽是一个复杂的机制，它涉及对异物的察知，大脑对这些信息的处理，位于脑底部的咳嗽中枢的启动，然后有横膈、气道、胸壁等许多肌肉协调一致的收缩。呼吸道内壁的纤毛以恒定的规律运动，把沾住尘埃和病原体的粘液向上送出。在尿路，周期性的尿液冲洗，把病原赶离尿道壁细胞的表面。当膀胱或尿道感染时，为什么会尿频就可以理解了。消化系统有它的防御机制。食物中细菌的分解和霉菌的生长产生令人厌恶的气味，我们憎恶这种气味，使我们不愿意把它吃进去，已经吃进口里的也要吐出来。有毒的东西多半是苦的，苦味也是我们不喜欢吃的。已经吞进胃里的毒物，有时能被察觉而呕吐出来，尤其是细菌毒素。许多毒素被吸收进入循环之后，在大脑的一些细胞旁边流过，这些细胞察觉了毒素便刺激恶心、呕吐。这就是为什么有些药物，特别是用于肿瘤化疗的有毒药物容易引起呕吐反应的原因。血液中的毒物几乎都是从胃里吸收的，所以呕吐的用处是容易理解的。恶心呢？恶心阻止我们吃下更多有害的东西，恶心的记忆使我们将来也不吃类似的有毒的东西。在尝过新的食物引起恶心呕吐之后，老鼠会在几个月里不再吃它。这种特别强烈的一次性学习能力，被马丁·西格曼（Martin Selgman）称作“酒醉综合征”（sauce bearnaise Syndrome）。他是一位精神病学家，他是在深思一次丰盛的宴会的害处之后认识到这种一次经验教训的学习的意义的。为什么接触一次引起疾病的食物就有这么强烈的记忆？只要稍微设想一下：反复吃有毒的食物会有什么结果就可以理解了。消化系统通过腹泻加速排除有害物质，也是一种防御手段。人们要求制止腹泻是可以理解的，但是减轻腹泻的结果如果是阻断了这种防御，就很可能造成不利的后果。田纳西的传染病专家杜邦和荷立克（H．L．Dupont ＆ Richard Hormick）发现了这种情况：他们使25名志愿者感染志贺菌，一种引起严重腹泻的痢疾杆菌，观察用止泻药治疗的结果。发现用止泻药制止服泻者发热和中毒症状的恢复时间比不用止泻药的要延长一倍。吃了Lomotil（地芬诺酯与阿托品合剂，它能减少肠蠕动）的6个人中5人大便中仍有志贺菌，而服安慰剂的6个人中只2人仍有该菌。他得出结论认为Lomotil忌用于志贺菌感染，腹泻可能是一种防御机制。病人当然有权知道自己应当还是不应当吃这种药治疗普通腹泻，但是必需的研究还没有做，我们还不能作出肯定的答复。有一些关于止泻药安全有效性和副作用的研究，但是很少考虑阻断一种防御机制可能造成的后果。生殖系统也要有一个开口。男性是与尿路同一出口，其防御担负双重任务。女性有一个分开的出口，于是对防御感染有了专门的问题。已知女性生殖道有许多防御机制，诸如宫颈粘液及其抗菌物质。还有一个重要的尚未被充分理解的防御机制是腹腔分泌物的正常外流。这种分泌物从腹腔经输卵管、子宫腔、宫颈和阴道经常地流向体外。但是有一个特别值得注意的例外，精子是向上游动的，从阴道通过子宫腔、输卵管进入盆腔。与人类其它细胞相比较而言，精子是很小的，但是与细菌相比还是非常大的。病原菌和病毒可以附着在精子上进入女性生殖道的深处。最近才认识到精子携带病原细菌的危险性。生物学家普罗费注意到月经付出的代价相当大，从而推断其应有一定补偿性利益。她分析了一些证据之后认为，月经似乎是为了作为对抗精子携带感染原的有效防御而设计的。周期性地排出子宫内膜与皮肤表层的脱落相似；月经血比循环血在破坏病原方面更加有效，而营养丢失较少等支持这种观点。与其它哺乳动物作比较研究，提示各种哺乳动物月经的失血量与它们的精子携带感染的危险程度相关。有发情周期的动物，在相隔很久的受孕期间限制其性行为者中危险较小，女人不间断的性吸引力和接受性交的能力在很大程度上是与排卵周期无关的。这种特别频繁的人类性交活动有它的好处，但增加了感染的危险。普罗费认为这种危险可能是人类比其它哺乳动物月经量多的原因。我们已经多次提到进化论假说必须经过，而且可以经过检验。斯陶斯迈（Beverly Strassman）就对普罗费的抗感染假说提出质疑。她指出，月经前后生殖道内的病原荷载并不发生变化，感染时月经量并不增加。各种动物雌性接触的精子量与月经量之间并无密切相关关系。她认为子宫内膜脱落或者重吸收的程度是取决于保持它还是脱落它的代谢代价。她的假说得到了哺乳动物之间，以及女性月经量与其本身和新生儿体重成比例的比较研究的支持。显然，我们暂时还不知道这个争论的最后结论。攻击入侵者的机制免疫防御，实质上是一个目标明确的化学武器系统。这在脊椎动物，尤其是哺乳动物中是一种奇迹。巨噬细胞经常为机体警戒搜索一切异种蛋白，不论这种异种蛋白是来自一个细菌、病毒，皮肤上的一点脏东西（寄生虫），或者是癌细胞。作为一群警惕性很高的哨兵，巨噬细胞一旦发现这样一个入侵者，便立即把它送给一个辅助T细胞，再送给并刺激能制造抗体蛋白的B细胞去制造抗体。抗体与细菌表面的抗原结合挫伤这个细菌，同时又使这个细菌带上特殊的标志，以便专门的更大的免疫细胞去攻击它们。如果抗原继续存在，感染并未终止，就刺激更多的B细胞产生更多的抗体，以便更有效地消灭它们。自身的、功能正常的细胞则不受巨噬细胞的干预。除此之外，一切异种蛋白——包括致病的生物体，从别的个体移植的组织器官，肿瘤组织——都要受到免疫系统的攻击。巨噬细胞怎样识别自身细胞？每个细胞表面都有一种称作“主要组织相容性抗原复合物”（major histocompatibility comPlex，MHC）的物质。类似一个带像片的身份证。带着有效身份证的细胞则任其自然，那些带有外来MHC或者没有MHC的则受到攻击。重要而且有趣的是，一旦细胞被感染，便将入侵者的异种蛋白送到MHC上并与之结合，变成“涂改过的”身份证，使自己成为被免疫系统中杀伤细胞攻击的首要对象。从生物学的观点看，被感染的细胞自愿为整体利益而牺牲，是利他主义的生动例证。类似一个患了鼠疫的士兵要求他的同伴在他感染别人之前消灭他。当然，这种类比并不合适。细胞的同类，在遗传基因型上是一致的，它的基因传到下一代的唯一可能在于整体能够生存下去。士兵们，并不像同卵孪生兄弟一样共用同一散兵坑，他不会自愿地消灭自己。腺病毒，一种引起喉咙痛的常见病毒，能产生一种蛋白质，有阻断细胞把异种蛋白送到MHC的能力，使被感染的细胞不出现已被侵犯的标志从而躲开这种防御机制。免疫系统这一化学武器确实威力强大。除在一般意义上的炎症之外，它还包括几种特异性很强的抗体及一系列化学物质（又称补体系统），其中的五种专门攻击靶细胞在它们的膜上打孔，然后消化它们。虽然如此，还是会有一些人侵者能生存下来。一旦有少数细菌未能驱除、杀死，就可以把它们用一层膜包围起来，把它们与组织隔开，使它们不能危害周围的组织。结核病的结核，就是一个典型的例子。圆虫与其它多细胞寄生虫也有与之相似的被包围起来的现象。这在人类的进化过程中。是具有十分重要的意义的。损伤和修复病原在与宿主的拉锯战中，必须从宿主那里夺取生长和繁殖所需的营养。许多细菌和阿米巴原虫分泌消化酶消化附近的宿主组织然后吸收营养。住在眼球前房的一种丝虫是边吃边通过宿主组织的。还有血管圆线虫是在脑内打隧道通过的。它们分泌抑制炎症的物质来保护自己。还有引起非洲昏睡病的锥虫，住在血液中直接从血浆吸收营养。不论用什么方法，寄生虫总是从宿主那里找到资源，用以维持自己的生活、生长和繁殖。病原物的这些活动，造成了宿主身体的损害。但是损害对病原体并不一定有什么好处。对绦虫而言，宿主营养不良对它没有好处、疟原虫破坏宿主的红细胞，只是为了把铁释放供其利用。寄生虫要能够生存下去，生活得更好些，取决于宿主能够继续生存，为它提供营养和掩避所。这类损害事件在宿主和寄生虫双方，都是为了生存而付出的代价，对双方并无具体的好处。这种代价严重的时候，是宿主的死亡和减少；不十分严重时，只有局部的破坏。细菌侵蚀牙根部位的骨质造成的破坏，可以使牙齿脱落。引起淋病的细菌可侵蚀关节结缔组织和软骨造成破坏和功能障碍。肝炎病毒破坏肝细胞，使肝脏的解毒功能减弱。这类功能障碍，都是病原造成的，对它本身并无好处的后果。使宿主咀嚼效率降低，跑得慢一些，肝脏不能分解毒素，对细菌并也没有什么好处。要注意区别器质性破坏和功能障碍这两个不同的概念。破坏引起了障碍，然后又可以引起宿主功能的代偿性调整——成为宿主适应性变化的诱因。例如，肺在疾病中受损害而使血液氧合效率低下时，血液中血红蛋白会有补偿性的增加。身体能监测血液中的氧饱和度；如果太低，不论是因为处于高海拔地区，还是由于肺部功能障碍所致，都会产生更多的红细胞生成素，这种激素刺激产生更多的红细胞。修复器质性损害是宿主的一种适应性反应。根据各种组织在正常条件下的需要，自然选择过程中经过精细的调整。皮肤是抵抗创伤、防止病原人侵的第一道防线，经常被损坏，所以它必需能很快再生，迅速修复它的保护功能。消化道的内壁、肝脏也有迅速修复的能力。消化道对外开放，经常接触传染源和毒素。相反，心脏，特别是大脑，是绝大多数病原不易接近的。一旦病原接近。到达并引起破坏，通常都是致命的。因此，自然选择没有机会给它们培育再生能力。病原破坏，躲避宿主的防御我们还只提到一种病原的适应：从宿主体内获得养分的能力。可以想像，它能找到自己保护，屏蔽起来避免被宿主驱逐、破坏、隔离的办法。现在来看看这些回避宿主防御的种种机制。许多病菌进人体内之后的第一个诡计就是想方设法进入细胞内。它们伪装成送货的推销员，叩开细胞的门户。狂犬病毒与乙酞胆碱结合冒充一种激素，EB病毒（引起单核细胞增多症）与C4受体结合。鼻病毒，一种常见的感冒病原，与呼吸道内壁上淋巴细胞表面的 ICAM（细胞间附着分子）结合。这是一种十分狡猾的技俩，被攻击的淋巴细胞释放的化学物质大大地增加ICAM结合部位的数量，使病毒有更多的机会进入细胞的门户。另一个诡计是躲过免疫系统的监视。引起非洲昏睡病的锥形虫迅速地改变自己的外衣来达到这一目的。我们的免疫系统大约需要十天左右才能制造足够的抗体去控制锥形虫。但是，大约在第九天的时候，锥形虫就改变了它的外衣，露出一种全新的表层蛋白，从而逃脱了抗体的攻击。锥形虫有上千种不同抗原性外衣的基因，所以总是能够跑在免疫系统前面，可以在人体生存多年。另外两种常见的病原菌采用类似的策略：嗜血流感杆菌，一种引起脑膜炎和中耳炎的细菌，和奈氏淋球菌（淋病的病原）。它们的遗传机制好像总是有毛病，总是制造出有缺陷的表面蛋白。这种似乎是错误的表面蛋白的用处在于它经常发生的变异，使我们的免疫系统难以赶上这种种随机的变化。疟原虫有一种特殊的表面蛋白可以与血管壁结合，避免被冲到脾脏去。一旦被冲到脾脏，疟原虫便被滤出、杀死。这种结合蛋白的基因编码每一代以2％的速度发生突变，恰好足以使得免疫系统不能把疟原虫带上手铐送进脾脏。引起肺炎的肺炎球菌表面有一层滑溜的多糖，使白细胞无法抓住它，我们的免疫系统为此产生一种称作“调理素”（opsonin）的化学物质，能使这些细菌象是被装上了手柄，便于抓住它们。还有一种常见的诡计，与间谍潜入敌后所用伪装相似。有一些细菌和蠕虫的表面化学物质与人类细胞相似，以致免疫系统难以识别它们，还使抗体有时既攻击入侵者又误伤宿主细胞。链球菌，历史悠久的人类病原菌，最善于使用这种诡计。针对某些链球菌菌株的抗体会引起风湿热，自己产生的抗体攻击自己的关节和心脏；另一种抗体攻击自己的脑基底节细胞，引起席邓汉舞蹈病，产生不能控制的肌肉抽搐。有趣的是，许多强迫症患者，常常表现为过分地洗手和害怕伤害别人的一种心理疾病，这是在儿童期患过舞蹈病的。现在，许多证据说明，强迫症患者的脑受累区与舞蹈病损害的区域非常靠近。所以说，有些强迫症患者是链球菌和免疫系统拉锯战遗留下来的后果。衣原体，当今最常见的花柳病（性传染病）病原，用躲在警察岗亭的办法。它进入白细胞，然后筑起壁垒来保护自己不被消化。曼氏血吸虫走得更远，它还偷保安的制服。这种寄生虫（在亚洲是引起严重肝病的病因）“捡起”（pick Up）血型抗原使它们可以被免疫系统当作我们自己正常的血细胞。攻击宿主防御病原不但能够躲过宿主的火力，它们也有自己的进攻性武器。引起最简单的皮肤感染的细菌，金黄色葡萄球菌分泌的一种神经肽能有效地阻断海格曼因子（Hageman's factor）的作用，而这是炎症中关键的第一步。不能分泌这种肽的葡萄球菌不会引起感染。那怕是引起喉咙痛的最普通的链球菌也制造链溶素O（streptolysin-O），能杀死白细胞。引起牛痘的牛症病毒，制造一种蛋白抑制宿主的补体系统，该系统是一种重要的防御机制。为什么补体系统不攻击我们自己的细胞？部分原因是我们的细胞表面有一层唾液酸，是一种保护它们不被补体系统攻击的化学物质。某些细菌，例如常见的住在我们的消化道的大肠杆菌K1株，就能把自己包上一层唾液酸，因此得到保护不被补体攻击。细菌严重感染的重大危险之一是休克，血压下降可以很快致命。休克是细菌的产物脂多糖，又名内毒素引起的。爱·李格兰德（Edmund LeGrand）指出，脂多糖是细菌细胞壁的重要成分。宿主发现了存在严重感染的可靠线索，作出强烈反应，杀死大量细菌，释放大量脂多糖——这种反应是太强了。这是一种防御武器可以反过来伤害它的使用者的例子。人类免疫缺陷病毒HIV（引起爱滋病的病毒），潜伏在把抗原送给免疫系统的辅助T细胞里面。辅助T细胞的膜有一种蛋白叫CD－4，HIV与其结合并得以进入细胞，这种与CD－4蛋白结合的HIV将使T细胞更加容易被免疫系统破坏，除非HIV是潜伏在细胞的深处（如细胞核中染色体上）。在HIV杀死辅助T细胞之后，患者更易受别的感染或癌的伤害，这是最终使爱滋病患者死亡的原因所在。其它的病原适应还有两种相关联的寄生物适应。一种病原，无论它在宿主体内生活，繁殖得如何好，它还必须有一种播散机制使它的后代得以进入新的行主。对体外寄生虫说来，这是相当容易的。例如虱和引起园癣的霉菌，可以在人与人接触时传播。体内寄生虫面临较大的困难。那些能够经常得以达到皮肤上的寄生物有可能接触到别的易感个体。伤风病毒可能经过手上或者别的表面如通过握手或者更加亲密的接触传播。血液中的微生物不大可能用这种方法传播，许多昆虫只能在叮咬或者其它传播媒体（载体）的帮助下传播。疟疾是一个熟知的例子。如果在每毫克血液中有10个疟原虫是处于传播期有性繁殖的配子体状态，有一只蚊子吸了3毫克血，它便吃进了大约30只配子体。之后，蚊子把这顿血餐变成它的卵，使它们受精后产在适合它们发育的环境里；同时，有性繁殖的疟原虫后代也移动到达蚊子的唾腺，在那里变成一种传染期的子抱子。当蚊子再次吸血时便用以抑制血液凝固。随后，蚊子不知不觉地把疟原虫注入了下一个牺牲者。有许多昆虫和别的动物是人类疾病的传媒。另外一类寄生物的生物适应在技术上称为“宿主调理”（操纵）。通过隐晦的（Subtl）化学影响，寄生物可以对宿主的机体进行操纵，使它为寄生物而不是为宿主的利益服务。已知多种寄生虫与宿主之间有不少稀奇古怪的例子。烟草花叶病毒使烟草相邻细胞之间的孔变大以便病毒颗粒通过。有一种寄生虫在蚂蚁和绵羊之间交替完成它的生活史，正如同疟原虫一定要在蚊子和脊椎动物之间交替完成生活史一样。这种虫之能够有效地从蚂蚁传播到绵羊是因为：它进入蚂蚁神经系统的某个部位使蚂蚁爬到叶片的顶端不能离开，这就大大增加了这只蚂蚁被绵羊吃下去的机会。另一种寄生虫在螺蛳和海鸥之间交替完成生活史。它使螺蛳从原来总是藏在浅海的杂草中难以找到的地方爬上裸露的沙滩，这样就容易被海鸥看见并吃掉。狂犬病毒有一种特别可恶的操纵手段。狂犬病毒通常都是被感染的动物咬过之后才得以进入体内的。进人宿主体内之后，病毒沿神经纤维移动到达大脑，在控制攻击性的区域浓集起来。它使宿主变得带有攻击性，咬别的动物和人，从而传播到另一新的宿主。它还使患者的吞咽肌麻痹，从而使含有病毒的唾液留在口中，以增加传播的机会，同时又使患者害怕被液体所呛，狂犬病曾被称为恐水病。人被病原调理的重要例子，可能是细菌和病毒触发的喷嚏、咳嗽、呕吐和腹泻。在感染的某个时期，这种排出对宿主和病原都有利。宿主因减少攻击组织的病原而得益，病原体因增加机会找到别的宿主而得利。这场游戏的结果是暂时还健康，但是易感的个体被感染。霍乱细菌释放的一种化学物质使肠道吸收的液体减少，引起大量水样腹泻，在没有公共卫生设施的地方，能够有效地扩散形成一次流行。有时，我们完全听任寄生虫的调理；有时，我们又能完全抵制调理；更多的时候，是一种折衷的解决。这种矛盾的每一个例子多半都是处在进化过程中的暂时平衡，有着比较一致的结局。矛盾常常是以对抗双方中胜利者获利较多的条件解决。如果打喷嚏两次对驱逐感冒病毒说来应当是更加理想，但是病毒找到新的宿主的机会也增加了一倍。在这场竞赛中，看来病毒是赢家。排出机制被病原加重到超过对人体最佳程度的次数。有多少呢？这个问题还缺少研究，说明我们惯于忽视这类进化问题。对疾病进行功能研究我们对表3写三条评论来结束本章。第一，对症状和体征进行功能分类不仅能够做到，而且有实际意义。为了选择适当的治疗，我们首先必须知道咳嗽或者其它别的症状是有益于病人还是病原。我们还要知道这是病原在调理宿主还是攻击宿主的防御。为了取代原来和现在不过是减轻症状，以及企图杀死病原却不起作用的治疗，我们应当分析它的策略，一一于以反击，并尝试帮助宿主控制病原和修复损害。第二，这种分类确实是相当简单明显的。现在来说第三点。你猜这一章里面的思想是谁，是在什么时候提出来的？是那一位十九世纪的医学家在巴士德和达尔文思想以及当时迅速增长的有关寄生虫生活史的基础上提出来的？不是。表3的分类是1980年密执安大学的保尔·爱华德首次提出的。他是一位鸟类学家和进化生物学家，现在在亚姆赫斯特学院（Amhest College）。本章中的这些思想是什么时候变成医生和医学科研人员思维中的标准成分的？回答更加令人失望：还没有。不是说医生们从来没有凭直觉想到爱华德提出的这种分类，而是在医学教育中从来没有教过他们去运用这些思想，医学教育的这种缺陷使他们在对传染病的思考中忽视这些思想。最近有几次研讨会强调了进化论学者与传染病专家交流的益处，事情开始有了希望。但是，这些思想成为医学教育中的正式课程，选修或者必修，恐怕还要再等几年。为什么医学没有从进化生物学中汲取有益的帮助？进化生物学是一个已经在生物科学中奠定了明确地位的分支科学。各级教育中都有意忽视这一科学分支无疑是一个原因。宗教的和其它反对势力在基础教育中削弱了我们用达尔文学说理解世界和自己的内容。医学教育和科研中特别忽视进化论，这点将在第十五章再来讨论。只是在最近几年里，许多对医学有重大意义的进化论思维才初步形成。这些思想一旦被指出来，常常是很简单的，比起常识来并不更难理解。然而，认识它们，并理解它们的重要性才不过几年，远远落后于许多真正很复杂难懂的理科科学和分子生物学。为什么从1859年以来把进化生物学应用到医学和其它与人类有关的科学中的进展如此迟缓，需要科学史学家加以深入的研究。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:57:06

第四章不断升级的军备竞赛某个国家设计出来一种新式武器之后，敌对的国家将很快想出一种对付它的更新式的武器来。矛和箭使盾和盔甲出现，雷达用来发现偷袭的轰炸机。同样，在生物亿万年的进化史中，捕食者捕猎技巧的进步会被被捕食动物的盔甲、逃避技巧、战术以及其它防御性应变措施所对抗，然后又遇到捕食者更新的捕猎手段。如果狐狸跑得快些，自然选择留下的是比狐狸跑得更快的那一批兔子。于是狐狸还得加快速度。如果狐狸的视觉有所改进，留下的是与背景色更加难以分辨的兔子；这就选择出用气味找寻兔子的狐狸，又选择出躲到狐狸下风（down wind）方向的兔子。因此，捕食者和被捕食者双方在一个不断升级的复杂的循环中互相促进其演变、进化。生物学家按照刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll）《红色皇后》一书的提法把这种概念命名为“红色皇后原则”。她对艾丽斯说：“现在，就在这里，你看到，在赛跑中你能做到的都做到了；只要保住原来的名次就行。” 与被捕食者和捕食者之间的竞赛相似，宿主和寄生的病原体之间不断升级的军备竞赛，代价极高，制造了一批超乎寻常、异常复杂的进攻和防御的武器系统。政治势力集团必须不断地把力量投人军备竞赛以免落在对手的下风。宿主和寄生虫都要进化得够快才能保持他们原来的适应水平。最后终于会有一天，军备竞赛的耗费大到这个生物有机体在政治上或者生物学上，难以与其它基本需要相协调的程度。然而失败的代价又很大，以致巨大的耗费可能要继续保持。宿主和病原微生物、寄生虫的关系之对抗性、浪费性和毫不仁慈的破坏性，使得“军备竞赛”一词成为最贴切的描述。我们正在与我们的病原微生物进行一场不屈不挠的，全力以赴的战争，从来也没有达成过双方同意的调解、停战协议。在此我们将予以详细阐述和说明。作为引子，请读者回顾一下整个人类的历史中，传染病酿造过多么惨烈的人类悲剧。作者之一，威廉斯，他的外祖父母因脑膜炎而死去，致使他的母亲在9岁时成为孤儿。他姐姐的好朋友在40岁时突然死于阑尾炎。这些显微镜下才能看到的敌人是不顾你的才智和地位的，卡尔文·柯立芝在当选总统之前不久，他16岁的爱子在网球场上足趾打了一个泡，这孩子仍然勇敢地坚持到比赛结束。不幸，这水泡感染了，两周之后夺去了他的生命。结果使得这位总统感情上受到打击而无所作为。国际间的军备竞赛与宿主-寄生虫、病原微生物之间的演变、进化竞赛当然不是完全一样的。五角大楼能够在图纸上设计，做出模型和样品。它有供参考的设计手册和新颖的设计思路，可以在试验中不断改进。而在进化过程中，没有顾问小组、思想库系统的支持，不知道怎样把科学知识用到新颖的毁灭性或者防御性武器中去。进化没有事先安排的计划，也没有什么思路。进化过程中，只是充满了尝试和失败（trial and error），失败和再尝试的小修小补，每一代的微小变化逐渐在生命竞争游戏中集累或者淘汰。有一些达到了比较高的繁殖率，群体也就向这边倾斜。这是一个相对缓慢、盲目的过程，有时还不免走入歧途；然而，自然选择所能达到的适应，应变的复杂和精确程度却是无限的。过去的和当前的进化（演变）有不少微生物学家不正确地认为，宿主和病原通常是处在一种缓慢的演变过程中，逐渐走向将来的最佳状态——多半是和平共处和合作。这是一个错误的观念。病原和宿主在对立的价值观之间交易，都必须保持一种接近平衡的稳定状态，诸如生长速度和防御活动。在平衡的过程之中，一方应变能力的微小改善，必定要以另一方付出损失为代价。瘦的兔子可能跑得快一点，但是瘦到一定程度之后，再瘦一点与饥饿所增加的风险相比就不合算了。同样，我们的发热反应被假定是最佳状态，至少在历史上正常情况下是经过优选的。更高和更频繁的发热，将使我们较少受病原之害，然而组织损伤和营养消耗的代价抵消了这点好处，当环境保持恒定时，这些都是事实。如果环境发生了变化，宿主和病原的优选值也得重新调整。病原菌在人工条件下实验的动物体内繁殖许多代之后，会选出一株发热较低的菌种来。一旦这种技术出错我们再次变得易于受害时，又会有更高的发热反应。在以后的章节中，我们将讨论人类在历史的长河中建立起来的那些生物学性状。现在先提一下一种相对很快的进化：明年，也许是下一个星期就会发生的进化。因为细菌和病毒繁殖得非常之快，所以它们也就进化得十分的快。我们的某些对抗疾病的防御特征，例如镰状细胞血红蛋白，是在过去的一万年左右产生的，在此期间，我们大约经过了300代繁殖。人类作为一个整体说来，对少数传染病诸如天花和结核之类，在几百年的时间里，大约十几代人的过程中，产生了明显提高了的抵抗力。与细菌一两个星期里就能传300代，以及病毒更快的繁殖速度相比，细菌一天的进化可以与我们一千年的进化相当，这就使得我们与细菌的军备竞赛变得非常地不公平。因为我们不能进化得更快，所以无法逃脱细菌的追杀。人类只好通过迅速改变各种产生抗体的细胞比例去应付细菌那种快速的进化性变化。幸好，这种化学武器工厂的数量和种类相当多，还足以部分地抵消病原微生物的巨大的进化优势。从免疫流行病学的角度看，一次流行病可能使人类群体发生巨大变化。凡是在流行中曾经得病又得以康复的个体都可能对“再感染”免疫，因为他们带有大量新增加的淋巴细胞能制造对这种特定的病原具有极大杀伤力的抗体。另外，成年人对儿童期传染病的免疫力，诸如流行性腮腺炎和麻疹等，并不取决于人类基因库的改变，而取决于个体抗体浓度的变化。病原的小体型给了它们又一个优势：它们可以有巨大的数量。我们每个人带有大约比地球上的人还要多的细菌细胞，它们大部分住在我们的消化和呼吸系统。这种巨大的数量意味着即令是机率极小的突变也会以察觉得到的频率出现。而这种突变菌株哪怕比其它菌株只有极细微的优势，也将立即大量出现。我们由此可以想像到我们的病原微生物的数量特征会快速进化，并维持在与当前环境相适应的任一水平。在某些灾难性的大流行中，人群可以在不多的几个月里演化出对这种传染病稍微提高一点的抵抗力。当欧洲人首次到达新大陆的时候，某些欧洲病在极短的时间里造成了美洲土著90％以上的死亡率。如果美洲土著的易受伤害性有什么遗传基础的话，那么得以幸存的少数便在比例上有所增加，我们就可以说这个群体，在这个比较局限的意义上，进化了，有了较高的抵抗力。这是一个极为罕见的例子。通常，流行病对人类基因库的影响极小，而病原的特征却有巨大变化。细菌对抗生素的抗药性本世纪医学上最大的进步，也许是有史以来医学上最大的进步，是抗生素和化学治疗药物的发现、发展和应用。自1901年艾立希（Paul Ehrlish）用有机砷治疗梅毒以来，直到弗莱明（Alexander Fleming）发现细菌不能在培养皿上青霉菌菌落的附近生长以后，逐渐开创了现代的抗生素时代。这一发现的意义是什么？为什么最有效的抗生素大都来源于霉菌？抗生素是多种霉菌与细菌之间互相竞争、攻击对方的化学武器。它们是亿万年的尝试和失败的选择过程中塑造出来利用了它对细菌的杀伤却对霉菌无害的特点。许多霉菌和细菌产物对人是安全的，却能扫荡引起结核、肺炎和其它许多传染病的细菌，它们就是抗生素。人们认识、了解利用抗生素已经有了几十年，这就是所谓抗生素时代。抗生素已经使经济发达国家进入了细菌所致疾病大大减少的黄金时代。公共卫生和抗生素的结合，使传染病的死亡率下降极快，以致1969年美国卫生总监觉得可以宣告现在已经是“可以把关于传染病的书收起来的时候了”。象其它的“黄金时代”一样，它的寿命多半不长。危险的细菌，最突出的是引起结核和淋病的细菌，现在是比20年前要难控制得多了。病原微生物已经演化出抵抗抗生素的本领，正如它们过去在进化史中演化出抵抗我们的和霉菌的常规武器一样。密·柯亨（Mitchell Cohen）最近在疾病控制和预防中心指出：“这些事件，使我们不得不考虑我们已经接近抗生素后时代。” 确实可能如此。以葡萄球菌为例，它是最常见的感染的病原菌。在 1941年、所有这种细菌都可以被青霉素杀死。到 1944年，已经有了能产生分解青霉素的酶的菌株出现。到今天，95％的葡萄球菌菌株都对青霉素有一定程度的抗药性。60年代中发明了一种人工半合成的青霉素，甲氧青霉素（methicillin），能杀死这些抗药菌株。然而，细菌又同样演变成抗甲氧青霉素的抗药性菌株，需要开发更新的药。80年代开始用于临床的环丙沙星曾经使人们抱有很大希望，但是现在纽约有80％的葡萄球菌对它已有抗药性。在俄勒冈退伍军人医院，一年内抗药菌株就从5％上升到80％以上。 60年代，大多数淋病病例是比较容易用青霉素控制的，即令是抗药菌株，用氨苄青霉素也还是有效的。现在已有75％的淋球菌株产酶灭活氨苄青霉素。这些变化有些是标准的染色体突变和自然选择的结果。但是细菌还有另外一种魔法：它们自己被一些细小的DNA环所感染，这种DNA环的名称是质粒（plasmid），其中偶而会留下一部分成为细菌基因组的新成分。1976年，发现淋球菌从大肠杆菌的质粒获得了破坏青霉素的酶的基因密码。大肠杆菌是一种生活在人肠道的正常细菌，所以现在泰国和菲律宾90％的淋球菌已经变成抗药菌株。类似的情形还有1983年荷比印地安保留地发生的那次严重流行性腹泻病原菌即福莱氏痢疾杆菌，被追溯到是来自一位长期用抗生素控制她的大肠杆菌尿路感染的妇女。该福氏痢疾杆菌也是从大肠杆菌的质粒获得抗药基因的。我们面临的抗药性（抗-抗生素）风暴的病原菌的清单既长又骇人听闻。质粒介导的避免与红霉素结合的能力已使法国约有20％的肺炎球菌抗红霉素。现在袭击南美洲的某些霍乱弧菌已对过去有效的五种药呈现抗药性。Amoxicillin（阿莫西林）已对30％-50％的致病性大肠杆菌不再有效。看来，我们与红色皇后的赛跑，很不容易保持现有的名次。最危险的事情也许是纽约城三分之一以上的结核病人是由抗一种抗生素的抗药性结核菌所致，而3％的新病例和7％的复治病例则抗两种或两种以上抗生素。因多抗药性结核菌致病的病人只有50％的生存希望。这是与发明抗生素以前同样严重的情况。结核病在发展中国家仍然是一个最常见的传染病致死原因，它造成的死亡率占可以避免的成人死亡的 25％和全部死亡率的6.7％。结核病的发病率在1985年以前的美国呈稳定下降趋势，然而1985年以后却回升了18％。病例中约有一半是因为爱滋病引起免疫缺陷而感染，另一半则因接触机会增多和抗药性菌株。对抗生素的耐受力增强是人们最经常遇到的一种病原菌进化。自从50年代发现细菌抗药性以来，已经做过大量研究并确立了不少医学上十分重要的结论。 1．细菌对抗生素的抗药性，不是各个细菌逐渐发展起来的耐受力，而是因为某种罕见的突变或者由质粒引进了新的基因。 2．基因突变可由质粒或其它方式在不同的细菌之间传播。 3．抗生素的存在，使最初的极稀少的突变株迅速扩增而取代原来的始祖型细菌。 4．如果除去该抗生素，始祖株又将逐渐取代该抗药性菌株。 5．抗药性菌株内的突变可以进一步增强，因此加大抗生素剂量只会暂时有效。 6．只能略微抑制细菌生长的低剂量抗生素，将最终选出抵抗这种抗生素的抗药性菌株。 7．抗药性更强的菌株出现在部分抗药菌株中的可能性，比从原来无抗药性的菌株中出现的可能性大。 8．对某一种抗生素的抗药性有可能也抗另一种抗生素，这种情形叫做交叉抗药性，尤其是这两种抗生素的化学结构相似的时候容易发生。 9．最后，抗药性菌株的弱点在没有抗生素存在时的进一步演变进化过程中，有可能被逐渐消除；因此，抗药性菌株可以在很长时间没有用过该抗生素的地方仍然占有相当大的比例。以上结论已经在医学实践中得到公认。如果某种抗生素已经用了足够剂量而未能控制病情，再次加大剂量就不如换另一种抗生素。避免长期使用抗生素。每天一粒青霉素曾经是心脏瓣膜有病时预防感染的标准治疗方案，然而已经证明有很大可能选出抗药性菌株。不幸的是，我们因为吃了喂过抗生素的动物的肉类或鸡蛋或牛奶而经常接触小剂量抗生素面临选出抗药性菌株的风险。这一问题最近引起了饲养业主和公共卫生活动分子之间的冲突。饲养场的抗生素使用，需要认真再评估其经济价值是否值得去冒抗药性菌株出现的风险。哥伦比亚大学医学教授哈罗德·纽．（Harold Neu）1992年在《抗生素抗药性危机》一文中指出：“减少抗药性的责任，在于没有适应症而滥用抗生素的医生和要求用抗生素的病人”。医药工业不再为了推销而鼓励不当的滥用也是关键。因为自然选择的压力，迫使我们不得不重视面临的抗药性危机。这种科学说教之所以会被人们当作耳边风是因为，正如李德利和罗最近在《大西洋月刊》上的一篇文章中所指出的：“提倡大多数人的利益一定会受到公众欢迎，不过很少人去认真实行。没有一种使不合作行为付出高昂代价的制约手段，是不能维护公众利益的。” 病毒的代谢机制不一样，因此它们不受毒菌产生的抗生素的控制，不过仍然有对付它们的药，例如zidovudine（AZT），能使HIV感染者的AIDS病的发病推迟。不幸，与其它抗生素一样，因为某些 HIV病毒株现在已经产生抗性，此药已不如原来可靠。这当然没有什么特殊之处。HIV是一种逆转录病毒，一类确实很小而且具有特殊局限性和特殊长处的生命体。它本身没有DNA，它的很小的RNA密码通过慢慢地破坏宿主的DNA复制机制而制出它自己的拷贝。它破坏的细胞包括免疫细胞，它能够隐藏在这些免疫细胞之内，从而逃避了宿主抗体对它的杀伤。逆转录病毒缺乏其自身的繁殖复制机制，这既是弱点又是长处。它的繁殖和演化过程要比DNA病毒和细菌慢，复制时的精确度较低，这意味着它产生相当多的“缺陷拷贝”。这一功能上的缺陷反过来成为进化的优势，因为某些“缺陷拷贝”可以在入侵宿主免疫系统或者应付抗病毒药方面出现更多的变化。另外，逆转录病毒因为结构简单而没有任何容易破坏的部位。逆转录病毒演化出对AZT的抗药性需要数月乃至一年时间，这与某些细菌只要几个星期就能演化出抗药性显然不同。然而，HIV在具体的一个宿主个体内有足够长的时间来演变。只要一次感染，在若干年的复制、突变和选择之后，可以在同一宿主体内并存多种互相竞争的病毒株的混合体，对于某种必需要克服的困难，例如，对付AZT或其它药物，具备抗药性的病毒株势必形成其中的优势病毒株，而那些不能克服困难的各株则被自然选择所淘汰。留下来的，是掠夺宿主资源为己所用的，发展最快的，也就是毒力最强的病毒株。毒力的短期演变对毒力的演变有许多错误的认识：人们希望也就以为病原应当不断地向减弱毒力的方向发展。这种观点的前提是：宿主活得越久，病原微生物和寄生虫也可以活得越久，有更多的机会、更长的时间把它们的后代散播到更多的新的宿主；任何对所依赖的宿主的伤害，最终必将反过来伤害依赖它的病原微生物和寄生虫。因而最成功的病原微生物和寄生虫便是那些对宿主伤害不大，甚至还有所帮助的寄生虫。从这种推理出发，便预期进化的进程应当是一种有毒力的病原体稳定地逐渐变得无害化、良性，最后有可能变成对宿主生存的重要辅助因素之一，共生或者至少和平共处。这一似是而非的立论，在前提上有几个错误。例如，病原体为了播散必须有毒力才能刺激、利用宿主的防御机制；咳嗽和喷嚏都只能在具有一定毒力的条件下引起。不能刺激宿主防卫，不能使宿主分泌大量粘液和打喷嚏的鼻病毒将很难传播。另外，这一假说认为演变，也就是进化，应当是一个“很慢很慢”的过程：不论就传代的时间而言，还是就进化所需的绝对时间而言，都是非常之慢的。这种很慢的假说不理解病原微生物可以在一个宿主的生命期中通过上百甚至上千代的繁殖，所以有可能迅速进化、演变。对病原微生物而言，“最近”一词是指上一个星期或者上一个月，而不是上一个冰河期。“上一个冰河期”，是进化生物学家对“最近”的一般或者通常理解，适用予哺乳动物但是不实用于病原微生物。还有另一个错误，就是忽视了各种病原微生物在宿主体内的竞争。我们刚刚讨论过HIV问题。一只肝吸虫在一个因志贺氏痢疾而快要死去的病人肝脏里约束自己的行为。会有什么好处呢？肝吸虫和志贺氏杆菌是宿主这同一共享资源的竞争性掠夺者，只有最无情的掠夺者、破坏者才是胜利者。同样，如果有一种以上的志贺氏菌株，能最有效地掠夺宿主资源转为己用的那一株将在宿主死去之前产生更多的后代。作为一条规律，如果其它条件相等，这种在宿主体内的竞争，只对毒力强者有利。最近对11种无花果黄蜂及其寄生虫的比较研究证实了寄生虫的毒力增强与其传播机会增加相关。同其它进化学说的应用一样，仔细地定量推理以便了解自然选择在宿主内和宿主间的平衡是必须的。下图是一个简单的图解：图A示一毒力极大的病原，它在宿主体内的自然选择中处于有利地位。它尽量地掠夺它的宿主使当前的播散最大化。它可能很快使宿主死亡，但在宿主生活期间，它在各个互相竞争的病原中所获利益最大。图B示一在宿主间的自然选择中处于有利地位的病原。它的长期总产率（longterm total productivity）得以最大化，它的长期总产率等于繁殖乘以时间，即图中繁殖曲线下的面积。建立关于毒力演化的学说，需要考虑新的感染在另一宿主确立的速度，互相竞争的病原在毒力上差异的程度，在宿主体内产生新突变株的速度，以及新株在毒力上差异的程度等这几个方面。考虑到这些方面之后，还要假定其它情况不变，才有可能对某一病原体的毒力加以预测；然而，所有的情况都是在不断地变化的。如果不仅仅取决于宿主的存活，。而且还要依赖于宿主的活动，那么对宿主的任何伤害，都会对病原不利。因为如果你因感冒病重而躺在家里的床上，你就多半不会去接触新的易感者；如果你虽患感冒但病情不重仍能起床外出，你就有可能将病毒传播给许多易感者。对感冒病毒而言，不要使你病得太重，不要使你真的病倒在床上不能活动，便十分重要。相反，疟疾的疾原虫在病人感觉良好时得不到什么好处。事实上，兔子和小鼠的实验证明，疲惫的宿主更易受蚊虫的侵袭。正在“打摆子”的人，多数不会花力气去驱赶蚊子。蚊子可以从容不迫的吸血，然后广为传播。从这些进化论角度审视，提示由接触传染的疾病，一般说来应当比由昆虫或者其它传媒传播的疾病毒力小。事实是否符合这个推测呢？确实如此。保尔·爱华德的重要发现之一是这一普遍真理及其对公共卫生的重要意义。他证明了传媒传播的疾病倾向于比个人接触传染的病原毒力大，而蚊媒传播一般在蚊中温和而在脊椎动物中严重。因为伤害了蚊子的话，它就不会再去叮咬另一个脊椎动物。就肠胃道病原而言，直接传播的要比水传播的死亡率低，只要真正病倒的宿主仍然能够有效地污染水源就一直如此。自本世纪之初美国制定了纯水水质标准以来，致命的志贺痢疾杆菌就已被毒力较低的福氏志贺菌所代替。南亚在本世纪中把水源净化以来，致命型的霍乱就一直稳定地被一种比较温和的（良性）病原所取代，而其传播最早发生在水源第一次净化的那些地方。不卫生的水源是爱华德的所谓“文化传媒”的例子之一。医学史反复证明，最容易获得致命性病原所致疾病的地方，不是妓院，也不是拥挤的戏院或者商场，而是医院。在医院里经常有大量正常情况下是接触传染的病人入院，这些病重的住院病人不会到处走动传播疾病。但是医院工作人员和工具可以从这些病人那里把病原菌传给易感者。没有充分洗过的手，消毒不严的体温计或者食物器皿，可以成为有效的文化传媒。直接接触传染变成传媒传染，病原的毒力迅速加强。19世纪使分娩妇女子宫感染患产褥热的链球菌是医学史上著名的例子。那时在医院分娩常有生命危险。维也纳医生西迈尔魏斯（IgnazSemmelweis）在1847年注意到，由医生接生的妇女患产褥热的发病率比助产土高3倍。研究之后，他发现医生是直接从解剖死于产褥热的病理解剖房来检查产妇的。西迈尔维斯估计是医生传播了病原，而且还证明了检查前用漂白粉溶液洗手可以减少传播机会。他的伟大的发现没有给他带来荣誉和奖励，为了挽救上千不必死亡的妇女的生命而奋斗，他在信件中提到医生的手可能是病人被感染致命的原因，这种直率的言论使他受到敌视，他的意见也被故意压制，以致他于47岁时死在精神病院。今天，我们都知道医院里的卫生制度非常重要，一但管理有所松懈，很快就会出现选出毒力更强的病原的条件。爱华德证明，医院获得性中毒性婴儿腹泻要比社会获得性严重得多。大家都认为HIV是一种新病原，可能是来源于一只猴子感染的类人猿免疫缺陷病毒SIV。但是，现在有证据提示猴子可能是从患有HIV的人获得SIV的。当HIV可能已在某些人中存在了好几代的时候，AIDS是一种明显的新病种，是由近几十年的演化中产生的高毒力HIV引起的。AIDS之所以发生，可能是因为某些传统社会经济生活被破坏引起的性行为变化。大量的妓女在短期内接触许多嫖客，使得传播更加容易，而宿主的存活对病毒的生存变得无关紧要。迅速破坏宿主的强毒力株在宿主体内变得更加多见，即令是毒力最大的病毒株也有充分的机会在原宿主死亡之前传播给新的宿主。在西方国家，AIDS最初是流行在男性同性恋者之间的疾病，因为他们有大量性伴侣而大大加速了性传播；还有静脉注射毒品者，因为针头是有效的传播媒介。在非洲，毒力强大的病原病毒之所以成为优势菌株，是因为宿主间选择被大大削弱。毒力极大的病毒株也有很多机会在原宿主死亡之前传播到新的宿主体内。反过来说，使用消毒的注射针和阴茎套，不仅能减少传播而且也许可以促使低毒株变成优势株。免疫反应的收益和代价自然选择给了我们一个友好的、有效的化学武器系统。每一个入侵的病原微生物都将遭到一种或者几种化学分子最猛烈的攻击。我们的免疫系统是在几百万年的自然选择的历史长河之中塑造而成为病原微生物的梦魔的。不幸的是，任何一种有效的武器都随时会对使用者造成危险。免疫系统有两种类型的失误：不能攻击它所应当攻击的对象，或者错误地攻击了它不应当攻击的对象。第一类错误是因为没有充分的反应，于是某些本来应该在萌芽状态被阻止的疾病变得严重起来。第二类错误是因为对细微的化学差别给予了过分猛烈的攻击，自身免疫病，诸如红斑狼疮和风湿性关节炎都是这种结果。人群中平均程度的敏感性和反应性估计是在进化史中优化的：足以应付病原，但不致于攻击自身的组织。既然我们有这种超级化学武器——免疫系统，我们又为什么仍然会受传染病之害呢？再一次，又是因为病原微生物能以很快的速度进化，而自然选择使它更能适应。比较少受免疫攻击的变种的基因很快就成为新一代病原微生物中表达更多的基因。因此病原微生物可以演化出这种和那种超级防御武器，前一章提到的分子模拟，便是这种武器之一。欺骗的升级昆虫学家在描述蝴蝶翅膀的外形时创造了伪装（mimicry）的概念。美洲有一种王蝴蝶，它的幼虫吃洋地黄叶从而使体内含有毒素，鸟类必须避开它；另一种黑红色的总督蝴蝶外形与其几乎完全相同，但它不含有王蝴蝶的那种毒素。鸟类因为误认了它们的极为相似的外形而躲开它。这种例子存在于许多物种之中。任何一个可以被捕食的物种在偶然出现的机会里变得类似另一有毒物种时，便取得一种优势，自然选择便促使它更加类似它的有毒的模型。这对模型种不利，因为鸟类也可能错误地捕食它。这就引起了伪装（mimic）种和模型（model）种之间的一场竞赛：伪装种变得更像模型种，而模型种则变得尽可能与伪装种有区别。有些环境因素有利于伪装种，使得两个不同物种之间的细节得以演化成功。人们能够很快理解视觉伪装，因为人类在很大程度上用视觉认识这个世界。察觉化学伪装需要敏锐的技术手段，然而没有理由认为它会比视觉方面的例子少见。病原微生物的分子模拟，至少不比这些蝴蝶和动物的视觉模拟在精巧、复杂、高明的程度上差。欺骗性地伪装成与人类的蛋白（相似性）可见于各种寄生虫、原虫和细菌的体表。如果在伪装的程度上还存在什么不足，它有能力迅速改进。病原微生物表面有复杂的凹凸面，而抗体最容易识别的抗原分子都隐藏在凹进的裂缝之中。许多病原微生物改变它们的暴露的分子结构十分迅速，以致宿主难以产生足够的新的抗体。不过这种快速变化不是进化，因为同一病原微生物的基因型有一批分子结构不完全相同的密码，它们随时可以更换另一种密码。伪装不仅能够使病原微生物逃脱免疫系统的攻击，而且还能使它能够利用宿主的细胞活动。例如，链球菌能制造类似宿主激素的在细胞膜上有受体位点的的分子。其结果是细菌掌握了一把钥匙，可以把正常情况下接纳激素分子的门锁上。一旦进入细胞，这个细菌就有了一把保护伞，免于被免疫或其它宿主防御机制的攻击。宿主还有一种吞噬体——溶酶体系统能在细胞内攻击病原微生物，但是又有别的分子伪装和其它对抗措施在细胞内保护病原微生物。新的环境因素历史上的大部分传染病流行是出现了新的环境条件。我们已经提到变化了的社会环境怎样启动了爱滋病的流行，还有其它许多瘟疫也是这样。美国国立卫生研究院（NIH）的里·克劳斯（Richard Krause）研究过，麻疹和天花曾经在二世纪、三世纪期间沿着商队走过的途径传播流行，曾经造成若干社区人口三分之一的死亡。腺鼠疫、黑死病，长期在亚洲使一部分人溃烂，只是在蒙古人入侵把它带到欧洲，有大量未曾接触过这种病菌的，又是住房中有大量带着跳蚤的老鼠的屋子里的人群中，才造成大流行。当我们希望设想这些都是已经过去的历史的时候，爱滋病再次以惊人的速度传播，还有许多其它传染病突然爆发的原因不明。埃搏拉病毒在1980年代肆虐部分非洲地区，患者死亡率高达50％，而且包括不少照顾病人的医生和护士，后来流行突然中止，原因至今不明。还有一些传染病直接与现代技术有关。军团病，是由一种生长在空调系统的水中的病原菌散播所致；中毒性休克综合征起源于使用具有超吸收能力的材料做的塞子，它的表面积大、氧气供应丰富，使毒性链球菌得以生长。莱姆氏病之所以成为一个问题，是因为在郊区繁殖饲养鹿群。流感之所以成为人类的一大威胁只是在国际空运能够传播含有新的基因的病毒株才得以开始。它通常被称为亚洲流感，因为新株通常来自亚洲的农场，那里的人群、鸭子和猪（有些株称为猪型流感）住得十分靠近，而流感病毒之间的基因很容易互相传播。大而拥挤的城市在欧洲兴起的同时，结核病开始流行。过去认为贫穷和不卫生的生活是结核病流行的原因，然而以前人们更加贫困，却没有流行。只有大城市开始兴起之后，这些贫困而不卫生的人们才在拥挤的室内度过许多时间。结核病房里排出的空气，一定能使豚鼠感染，然而只要稍微接触一下紫外线就不会发生感染。一次喷嚏产生一百万粒飞沫，在静止的空气中以每分钟一公分的速度向地面慢慢沉降。在室外，飞沫中的结核菌被吹散或者被阳光杀灭，然而在室内条件下可以存活若干星期。1651年时，结核病在伦敦的全部死亡率中占20％。最后，流行还可以因为“照顾周到”而发生。肠道病毒不曾在20世纪以前成为一种引起瘫痪的疾病（灰白质炎）。过去，多数儿童在一岁以前感染它，通常只有轻微的病情；到本世纪中，卫生条件的改善，使发病年龄推迟到童年的后期，这时病情要严重得多。单核细胞增多症也是一种在幼龄时不大严重的病。这些都是传播方式被新的环境因素变化而造成流行的，或其它严重问题的传染病的例子，第十章还要进一步讨论环境变化与其它疾病的关系。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:57:47

第五章创伤喝醉的哈克·芬把脚摔在一个装了腌猪肉的桶上刮破了双侧小腿的皮，他对着这个桶很响地踢了一脚，然而这个举动显然是不明智的。因为他的脚趾已从靴的前面露了出来，……他诅骂他的所作及以前所作的一切。在讨论哈克·芬的创伤问题时，我们把敌对物种间复杂的军备竞赛的话题放一下。创伤问题的概念要比传染病简单，不过也很丰富多彩。有些事故，例如被陨石所撞，是太稀罕而无法预料了，我们也没有进化出什么防御措施，只好用一般的方法修复受到的伤害；一其它一些，例如高能咖吗射线，是太新了，我们也还没有来得及进化出适当的防御办法。不过像溺水或被猛兽袭击，则在进化史中发生得足够常见，我们也演化出一些回避手段。本章讨论的是避免、逃避和修复诸如机械创伤、辐射创伤、烧伤、冻伤等创伤的手段。还讨论这些机制为什么不能如我们希望的那样令人满意。避免伤害咖啡加了牛奶太凉，需要稍微加一下温。微波炉响了三声，打开炉门时，空气中充满了牛奶咖啡的芳香。然而在端起那大杯的瓷柄时，立即感到剧烈的灼痛。太快，太厉害，不得不把杯子摔了出去。杯子摔到地板上，热咖啡溅出好几米远。把灼痛的手浸入冷水之后，这个倒霉的人才发现这只杯子与别的杯子不一样：别的杯子在微波炉加热之后仍然是凉的，而这只杯子的瓷柄中间有金属芯子。疼痛使他的手得以免受更加严重的烫伤，只要时间稍长，便会烫得很严重。对这次被烫的恐惧，几个月之后，仍然使他不愿意去用这只杯子。疼痛和恐惧是有用的。不能感觉疼痛和不知道畏惧的人是不利的。前面已经提起，有生来就不能感觉疼痛的人，几乎都在30岁左右死去。如果有人生来就不知畏惧，就可能在急诊室或者陈尸间见到他们。我们需要疼痛和畏惧，它们向我们预警危险信号，使我们得知面临危险，立即回避。疼痛是组织正在受伤的信号，它立即使我们放下其它一切活动来做防止进一步伤害必须做的事情。怕，也是一种说明情况可能危险的信号，有可能受到伤害，以逃避为宜。现在来解释这个题目。痛和怕，这是许多苦难的根源，和医疗干预的目标。它们本身不是疾病或者功能障碍，而是防御体系的预报、预警系统。不首先消除原因，只去阻断预警系统，很可能把事情弄得更糟。脊髓空洞症患者，与感觉疼痛有关的神经所在的脊髓中部的退行性病变使他的手感觉不到痛，他就会端起那杯咖啡慢慢地平静地啜饮，结果他的手被烫熟了。如果他抽烟，手指多半会被烧焦。痛，是有用的，痛与怕相关联不是偶然的。当身体到伤害时，痛迅速地推动回避，而怕防止伤害再次发生。避免创伤的适应能力要比简单的躲开疼痛及其不良后果要复杂得多。回避条件反射形成的难易，取决于可能造成的伤害的类别。心理学家加西亚（John Garcia）使狗对肠胃不适相联系的薄荷气味形成条件反射非常容易，但很难与音调形成条件反射。声音之后的电击也容易形成条件反射，但气味很难。这些事实有很大的进化含义。因为气味通常提示食物有毒，声音并不；而声音提示某种危险，气味通常并不。加西亚的发现因故当时未能发表，并一度被奚落，现在才重新得到重视。某些信号、线索，例如蛇、蜘蛛、高处，立即使我们和其它灵长类动物产生畏惧、怕的心理。理解到这类信号和线索是长期以来与摔下去或者其它危险动物有关，就对我们之本能地回避它们不会感到奇怪了。总之，被狐狸咬住才学会怕狐狸的兔子的基因传下去的可能性很小。兔子的大脑已经预置有回避狐狸的程序，我们的大脑也有类似能力并不奇怪。这类本能行为的特点还在于其可伸缩性。比一种固定的本能优越的是某些有弹性的系统，只对确有危险时才刺激产生恐惧。新生的小狗在看见狼时会站在那里盯住它，看到妈妈逃开才跟着逃开，以后这种逃走的模式便在它的一生中确立，一代一代地通过摹仿传下去。怕蛇，怕蜘蛛和怕高处，是训练形成的，但不是硬性的，我们也能学会消除这种畏惧。心理学家明纳卡（Susan Mineka）在威斯康辛大学的灵长目中心做了一系列设计很好的实验。实验室饲养的猴子不知道怕蛇，它会跨过蛇去取香蕉。在一次看电视里的猴子对蛇警惕之后，这只猴子会在很长时间里仍然厌恶蛇，它不再走近蛇边上的篮子，更不跨过蛇去取篮子里面的香蕉。相反，如果另外一个电视表演一只猴子因为花而产生恐惧，它不会对花产生厌恶。猴子很容易学会怕蛇，但不怕花。学习和理解在条件反射之外，我们人类还更加有辨别能力的适应机制：我们有交流、记忆和推理的能力。可以想像到司机在冰冻的路上高速下山的危险，他不必亲眼看到这类事故。从来没有见识过火灾烧死的人，也会懂得失火是严重的灾难，而且知道烟雾检测器可以减少灾害的危险。人类甚至懂得要避开那些感觉不到的危险，例如氡气、喷过有机磷的农作物、食物中所含的铅，这些都是要经过学习才能做到的。我们能够产生并操纵一些思维和表达能力，这有许多益处，对新的危险有远忧、有预见，很明显是属于这类。这些能力有助于我们防止、避免重复具体的危险和创伤经验，又不必产生不必要的恐惧或憎恶。在看到一个人安装吊篮被电击时，我们知道是电线而不是吊篮造成的不幸。创伤的修复创伤不可能完全避免，榔头在第十或者第一千次捶打时，有可能落到拇指上。所造成的创伤启动一系列修复活动。血小板分泌凝血因子立即把出血制止，不论这创伤是在体内（挫伤）还是体表。其它细胞分泌一系列复杂引起炎症的细胞物质，使局部温度升高，使人侵的细菌比较难以生长；使拇指疼痛，不再活动，从而不再受可能妨碍愈合过程的外力的影响。同时，免疫系统迅速调动特异性感染斗士到达创伤部位，或者攻击感染的细菌，或者把它们带到比较容易消灭它们的淋巴结去。纤维素再把组织连接起来，在愈合过程中慢慢收缩把伤口两侧拉拢。最后神经血管重新长入受伤的组织。捶击又能再次进行，不过更加小心一些。修复过程所显示的复杂性和协调程度甚至可以使一个管弦乐队自叹弗如。然而不幸，至今还没有人把这一和谐的曲谱谱写出来。许多个别部分已经在病理学书上有了大段的描述，也曾注意到它们之间活动的协调，尤其是几类免疫细胞所起的作用。缺少的只是整个过程的进化史。这个历史故事中应当有与所有细节联系的尽快达到最好修复的总体安排。这将是一个用最佳方案分配稀少资源——时间和材料，以及在继续使用受伤部位和为了防止应力延迟愈合的矛盾的价值观之间作出选择。要选择种种事件的最佳时机，要按部就班，要在应当先办好的事情办好之前不做第二件事。它要能够察觉到不仅仅是免疫系统之间，而且包括一切参与其事的激素的、酶的和结构上的适应过程之间的协调需要。它要处理的不仅仅是伤处的局部问题，还有全身激素、情绪、行为以及涉及全部生理过程的问题。希望这个复杂和谐的乐谱能够在不久谱写出来。烧伤和冻伤即便只是瞬息的疼痛也已经使成千上万个细胞被那咖啡杯柄烫伤了。拇指和食指上有两个地方在几秒钟之内变白。好像是鸡蛋白落入沸水中，皮肤细胞变成了一片变性蛋白，这是一种比割伤更难修复的创伤。毫无疑问，这就是烫伤为什么这么痛得快的原因。皮肤在极轻微的、很浅的烫伤之后，不难痊愈，因为更新上皮的机制仍然能够工作；如果是更深的烫伤，毁掉了整层皮肤，包括更新上皮的基底层细胞，那么需要专门的机制来保护烫伤处免受感染，也需要清除已死亡的组织以及把能够生长且逐渐复盖烫伤处的新皮肤细胞引入到这个区域。我们的身体能够修复它，不过需要时间，还有发生感染的危险。防止烧伤要比修复烧伤容易，要好得多。人类使用和滥用火至少已经有上万年或者更长的历史。人们在学会产生火种之前，就已经会利用自然的火种并保存它，用于烧烤食物和其它用途。这种与火长期密切的关系，是否使我们对火的危险更加敏感了呢？如果确实是因为人类与火的长期关系而对烫人的东西比其它动物种更敏感，或者是能较快地使烧伤愈合，那将是十分重要的发现。热不是唯一的温度伤害。冻也能使细胞变焦死亡，这就是冻伤。虽然不是人类进化史中经常发生的一种事故，但是它也使我们避免在冷空气中，特别是冷水中呆得太久。石器时代完全没有的液氮和干冰是全新的危险。它们同火一样有害，却没有足够的时间让我们演化出像回避烧红的炭块那样的本能。辐射最主要的辐射伤害是太阳的紫外线伤害。黑肤色的人种皮肤表层的黑色素，用简单的屏蔽作用保护着下面的组织，是天然的防护。几千代不见阳光之后，也许会同蛰居地洞中的动物一样丧失制造色素的能力。黑色人种表现有抵抗太阳辐射伤害的长处。欧洲的白色人种似乎说明他们在进化史中没有防御太阳辐射的长期需要。现在他们特别容易遭受阳光灼伤。春天阳光明媚、暖和的日子里，他们喜欢日光浴，裸露皮肤晒几个小时太阳。他们去年有过痛苦的教训，然而在寒冷的冬季之后，晒太阳是太舒服了。如果他们忘记了去年的教训，今年仍然无法避免，因为发现它已经来得太迟了。晒了几个小时之后，皮肤才开始发红、疼痛。几天之后，几层死掉的皮肤细胞脱掉。一两个星期之内可以恢复。然而这并非故事的终结，因为即令是不多几次的阳光灼伤，也将大大增加今后十几年里发生皮肤癌的风险。逐渐增加晒太阳的时间，害处会较少。因为除了少数皮肤最白的人以外，大多数人的皮肤都能逐渐产生一层足够防护阳光辐射的黑色素。皮肤能够慢慢地晒黑，说明这是一种在需要时可以启动的防御机制，这是一个很好的例子。浅肤色的人不总是有很多色素这一事实说明他们的祖先一定有过因为色素质付出适应方面的沉重代价的经历。在第九章中，我们再解释浅肤色可能是在阴天、多云环境中的一种适应。人们都知道是阳光中太强的紫外线引起灼伤，虽然可见光的破坏性要低得多，但是它的光化学作用也是可能造成伤害的。自然选择赋予我们足够的黑色素和酶应付光化学反应引起的变化，所以在正常情况下不会造成伤害。不是经常生活在明亮的光照条件下的动物对日光比较敏感，甚至对人工光源也敏感。例如，当荧光灯首次代替白炽灯用于鲑鱼孵化池时，曾引起大量鲑鱼卵死亡。养鲑鱼的人知道在自然环境中，这些卵是在一层河床石砾的荫蔽下孵化的。他们提出可能的原因是光度大强和荧光灯的波长太短，实验证明这些推测是正确的：当鲑鱼卵得到荫蔽后，它们生长良好。太阳光不是通过温度伤害皮肤细胞的，而是紫外线引起的重要物质的光化学反应所产生的不正常的化合物和死细胞招来免疫系统的攻击。在一定限度以内，这是有益的。把资源支持已经死去或者不可避免一定要死亡的细胞，这是浪费，因为需要用有效手段把这些细胞清除掉，同样重要的是不要把能够自行修复的细胞也消灭掉。然而清楚地区别这两者并非易事。所以凡是不涉及病原微生物人侵的创伤，诸如日光灼伤，单纯性骨折，还是抑制免疫反应以免干扰愈合为好。免疫细胞本身，同别的细胞一样，也可以被辐射伤害。现在不完全明白紫外线所诱发的免疫系统变化中，哪些是适应性调节，那些是纯伤害性质。表皮中拾取异物送给免疫系统的朗罕细胞（Langerhans cell）对波长在290－320nm的短波紫外线B（UV－B）有复杂的反应，这种细胞与神经系统有密切关系，它们分泌一种激素阻断神经活动。UV－B紫外线抑制皮肤朗罕细胞，从而阻断它对所接触的异物作出反应。这种敏感性的缺乏几乎是所有皮肤癌患者所共有的特征。但是UV－B不是唯一的祸根。有些证据指出，某些商品如防晒霜可以阻断UV－B并防止日光灼伤，却仍然允许较长波长的UV－A通过。UV－A也有伤害皮肤中免疫细胞的性质。在阳光下皮肤被晒红了的人常常被劝告使用防晒霜；然而，事实上防晒霜可能使你更多地暴露在UV－A之下，超过原来可以耐受的剂量而把事情弄得更糟。有致命可能的皮肤癌，黑色素瘤发病率增加的警告信号，引起人们对晒太阳产生了合理的畏惧。在过去的10年里，苏格兰的黑色素瘤发病率增加了1倍，许多国家的白种人中的发病率以每年7％的速度增加。这种发病率增加的原因，被解释为新的文化趋势，人们喜欢晒得黑些，因为臭氧层变薄，臭氧层过去是屏蔽了许多紫外线的。虽然这两个因素都要考虑，从进化生物学的角度看还有些别的可能。我们确实有更多的时间是在海边上度过的，但是我们很少不穿衣服在太阳光下散步。臭氧层变薄所失去的屏蔽作用已被更严重的地区性空气污染代替而有余。问题不在于晒太阳本身，也不是臭氧层缺乏，而是在于我们晒太阳的方式。人们现在大多数时间在室内生活，然后在周末外出到海滨或者郊外去享受日光浴，去接受不习惯的强烈阳光，结果产生灼伤。那些每天都有好几个小时在户外工作的人，适应了他们的接触量而不容易发生日光灼伤。发生黑色素瘤的危险与日光灼伤的次数相关，但不与晒太阳时间的总和相关。另外一个新的因素（环境）是使用复杂的化学防晒霜。最近在对588名澳大利亚人的对照研究中，发现用了一种有阻断紫外线活性的防晒霜之后发生的癌前病变确实比用不能阻断紫外线的油膏要少。但是霜中所含化学物质会不会引起问题呢？它们不会老老实实地呆在皮肤表面，而是被吸收进去了。它们对皮肤细胞有什么作用，它们与组织蛋白结合又被强光照射之后可能发生什么变化，答案中还有许多疑团，如果发现皮肤癌直接或者间接与防晒霜有关，那将多么令人啼笑皆非！还要注意那些用于日光灼伤的炎症过程中的制剂。抑制这种炎症既可能通过防止不必要的自身免疫反应的伤害而避免以后发生癌症，也可能保护了那些已被伤害而有可能癌变的细胞不被免疫系统清除掉。这些提法并非已经证明的事实，它们只是推测，因为我们对此还缺乏了解。尽管有很多信息，我们对日光灼伤还是很不了解，为什么？只有当研究人员充分了解日光灼伤的进化原因及详细掌握其细胞和分子机理后才能有预防和治疗的可靠基础，才能综合理解和解释以下问题：1）区别UV造成的皮肤功能障碍和皮肤对UV的适应性反应；（2）区别UV引起的皮肤免疫功能障碍和适应性反应；（3）区别UV造成的朗罕细胞的功能障碍和适应性反应；（4）理清修复过程中的各个组成部分及其协调活动；（5）阐明暴露日光前使用防晒霜和事后使用抗炎药的作用和副作用。太阳紫外线辐射伤害还参与白内障的形成，一种限内晶体雾状混浊性病变。现在的大多数太阳镜都能阻断紫外线，过去有一些不能。由于减少了可见光的通过量，瞳孔直径放大而增添了紫外线的通过量。糟糕的是，现在还有不少廉价的儿童太阳镜是不阻断紫外线的。今天的白内障患者，可能有一部分是他们10年前所用的劣质太阳镜造成的后果。躯体部分的再生孩子们常常提出最难解答的问题：“为什么？” 一个孩子问道：“鲍比叔叔为什么不能象海星一样长出一条新腿来？”真的，为什么不能呢？既然蜥蜴能再长出失落的尾巴，海星能长出丢失的臂膀，鱼能长出丢失的鳍，那么为什么我们不能再长出一个丢失的指头？成年人，乃至生物学家很少去想这个问题。从一般的进化生物学的角度看这个问题的答案，这是因为自然选择不会保持那些不大会有多少用处或者代价超过预期受益的能力。所以，第三章里面已经提到，因为严重的心脏或脑的损伤在现代医学时代以前都难免死亡，所以无法演化出再生这些组织的能力。石器时代失去手臂的事故，将在短期内死于出血；即令出血能够止住，也会死于破伤风、坏疽或其它感染。任何使我们的远始祖先再生手臂的能力都会在突变的积累过程中丧失，即令不是被自然选择剔除。但是，失去手指多半不会像失去手臂一样死亡，这类创伤在石器时代也能愈合。为什么不再生手指而只是愈合？上面的解释在这里便显得不够充分。我们提出两条可能的理由：第一，这种再生能力不会经常用到，而且没有很大的益处。许多人并没有丧失手指，既使丧失了，但是并没有严重的功能障碍。一位九个手指的尼安德人（更新世晚期，旧石器时代中期的原始人类，分布在欧洲、北非、西亚一带）可以活到50岁左右成熟的老年。第二，是因为这种适应能力的代价问题。再生失去的组织不但要付出维持这一机制的代价，还要付出降低控制有害生长的能力的代价。允许细胞复制的机制增加癌症的风险。让成熟的、高分化的组织保持高于最低需要的修复能力是危险的。在关于癌的一章中，我们将再次讨论这个问题。还有，再生一个手指所需要的激素，对细胞移动的控制，以及其它许多过程的协调，而它们都已经不再存在。这就从另外一个角度说明，在早期胚胎发育期之后，产生一个手指的种种机制已经丧失。这是基于这一机制的种种细节的近因解释，这正是多数医学研究者都首先想到的。但是我们也需要进化史方面的解释，说明这个有可能需要的机制会失去，这个失去它的机制又是什么。这种进化生物学的解释比较能够满足一个孩子的好奇心；我们预料，这种研究将证实某种迅速可靠的修复手指能力与癌症风险之间利害平衡的最佳选择。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:58:19

第六章新的、老的、无所不在的毒素在《失落的周末》中童·贝罕（雷·米兰）[Don Birhan （RayMilland）] 对酒吧招待说：“耐特，你不赞成我喝酒。是因为它使我的肝萎缩，不是吗？它还浸透了我的肾脏。是的，但是它对我的大脑呢？”现在我们只考虑对肝脏和肾脏的作用，以后再说大脑。黑麦威士忌酒在通过贝罕的食道进入胃时得到一股烧灼感；他的神经得到信号，当酒精迅速通过正常的粘膜保护屏障弥散侵入上皮细胞时，有上百万细胞死亡。死亡的细胞，甚至包括那些细胞膜受伤的细胞都会释放创伤激素和生长因子并弥散到别的正在准备等待扭转这种危机的细胞中去。这些参与修复的细胞，位于胃壁腺窝深处，它们对这些化学信号作出反应，移动到受伤部位，迅速分裂，产生新的细胞进行修复。胃的最裸露的表层细胞可以在几分钟之内就被更换—— 问题只是贝罕再次豪饮之前，它们是否有足够的时间。天然的和非天然的毒素含高度数酒精的酒。不过是我们接触的众多新的有害毒物之一。农业害虫现在是用许多1940年以前还没有的杀虫剂控制的，地窖中用有毒气体保护谷物，防治害虫和鼠类。已经证明有毒的化学物质，诸如硝酸盐，被用来延长食物的保存期。许多工人吸入有毒的粉尘和烟雾。郊区别墅里的主人在把林丹喷到树上时，没有考虑过对他们自己和邻居有什么危害。饮水里有许多重金属，空气被汽车尾气所污染，还有来自房屋地下室的氡。很明显，我们的现代生活，就我们所吃的食物和所呼吸的空气而言，是特别的有害，对吗? 不对。当我们现在暴露于众多甚至在不久以前还不存在的毒素的时候。我们所接触的天然毒素比石器时代，甚至比早期农耕社会已经大大减少。在关于传染病的一章中讨论过病原与我们的军备竞赛，植物不能用跑开的办法保护自己，它们用化学武器来代替。人们都知道许多植物是有毒的。园艺书上列出的那些有毒植物，只是最厉害的几种有毒植物而已。大多数植物都有毒，吃得多些便会有害、中毒。科学家直到最近才弄清楚，这些有毒物质并非副产品，而是植物对抗昆虫和草食动物的一种重要防御手段；而且它们在自然生态环境平衡中起着关键作用。美国东岸的草地上有一种羊茅，长得很快、很高，又能抵抗害虫。你如果设想每星期让马来啃它一次就可以省得用除草机，对吗? 但是马很快就会病倒。长得高的羊茅草的根部有一种霉菌能制造很强烈的毒素。羊茅草保护自己的办法就是把毒素运到叶片的顶端，阻止草食动物来吃它。最近才有少数先驱者，琼斯（Timothy Johns）、艾美斯（BrueeAmes）和他的同事们使我们知道许多植物——草食动物之间的军备竞赛在医学上的重大意义。我们推荐琼斯的书《他们要吃的苦草药》来介绍植物毒素在人类历史中所起过的作用。这里，我们又看到一次军备竞赛，这次是我们和其它吃植物的动物和植物之间的军备竞赛。植物需要保护自己不被吃掉，草食动物和我们这种杂食动物又必需吃植物。当石器时代中欧某个部落的居民在争夺中失去了橡树，因为没有吃饱橡树芽和橡树籽，冬季有人饿死。橡树芽和橡树子含有丰富的营养，但是，对摄食者不幸的是，它们还含有鞣酸、生物碱和其它防御性毒素。吃了没有经过加工的橡树籽的人甚至比他们的饥饿的族人还要死得快些。吃别的动物的动物即肉食动物可能要对付毒液和其它草食动物制造的其它有毒物质，而且也要对付草食动物吃进去的植物毒素。前面提到的王蝴蝶幼虫吃马利筋属植物（Asclepias），因为它特有的机制使自己不受那致命的心脏糖苷的毒害，而且使长成的成虫王蝴蝶也含有这种毒素，鸟不能也不敢吃它。许多昆虫和节肢动物用毒素和毒液来保护自己。许多两栖类也是有毒的，尤其是那些颜色鲜艳的蛙，亚马逊河人用来制他们的毒箭镞。蛙用这种强烈的色彩显示自己是有毒的，警告捕食者不要吃它。捕食者从痛苦的经验中学到它们不是可以用来果腹的食物。如果你在热带丛林中被饥饿所困，吃那些躲在草丛中的蛙，不要吃那些颜色鲜艳的坐在旁边的树枝上美丽的蛙。植物的毒素起什么作用？怎样起作用？它们的作用都是为了使草食动物不去吃它。为什么有这么多不同的毒素呢？因为草食动物可以很快找到避免某一种毒素的中毒的办法，因此在军备竞赛中植物产生出许多不同的毒素来应付。毒素种类和数量之多是惊人的。有些植物制造了氰化物的前体，因而氰化物或者被植物的酶所释放，或者被摄食动物肠道里的细菌所分解释放。值得一提的有苦杏仁（bitter almond丶它在苹果和李的种子里有，木薯的块根也有，这些植物又是许多部落的食物。然而，任何适应都要付出代价。植物的防御性有毒物质也要付出代价。毒素的制造需要物质和能量，而且还可以对制造它们的植物本身有害。总之，一种植物可以含有很高浓度的毒素或者长的很快，但常常不能够二者兼得。从草食动物的观点看，长得快的植物组织通常都是比长得慢的或者不再生长的植物组织较好的食物。这就是为什么叶子比树皮容易被吃掉，为什么春天的嫩耶特别容易被毛虫咬坏的原因。种子常常特别有毒，因为它们一旦被损坏就挫败了植物的生生殖投资方案。果实，是鲜艳的、芬芳的、含丰富的营养和糖分，专们为吸引动物采食而设计的包装，果实被动物吃掉能帮助植物散布里面的种子。果实中所含的种子或者被设计成能够被完整抛弃的形式，如桃核；或者是能够安全地通过消化道而被抛到远处的形式，如木莓果种子，动物的粪便便充当肥料。如果在种子还没有准备好之前，也就是尚未成熟之前就被吃掉，整个投资就浪费了；所以许多植物制造毒素防止未成熟的果实被吃掉。因此没有成熟的果实酸涩难吃，因此有绿苹果引起的胃痛。花蜜也同样是设计给动物吃的，但是植物只为有益的传粉昆虫制造它。花蜜是一种精心调制的鸡尾酒，由糖和稀释的毒素调成，配方是利害权衡适于拒绝错误的来访者又不阻挡正确的来访者之间的最佳方案。坚果反映了另一种方案。它们的硬壳保护它们免受侵害，另外一些如橡树籽还含有高浓度单宁和其它毒物来保护自己。虽然许多橡树籽被吃掉，有一些还是被踏到地里去，还有一些被松鼠埋藏在地下而有机会发芽长成新的橡树。把橡树籽变成人的食物需要复杂的加工，我们怀疑对松鼠说来单宁也是太多。也许，橡树籽被埋在地下，可以去掉一部分单宁。如果真是这样，那么松鼠既收藏也加工它们的食物，这也是它们与橡树籽的军备竞赛中的一种简洁手法。如果你在一个不熟悉的野外饥饿了，要找那软甜的果实，找那有最坚硬的外壳的硬果，或者是几乎无法取到的块茎；避免那些未加保护的新鲜材料，例如叶片，它们多半有毒，因为它们必须保护自己免被你的或者其它饥饿的嘴巴吃掉。植物军备竞赛的升级方式很多而且变化很大。有些植物在受到机械损伤之前只有很少的防御性毒素，受伤之后毒素立即聚集在受伤的部位和附近。番茄和马铃薯叶片受伤之后立即产生蛋白酶抑制剂，不仅在伤处而且遍布全身。植物没有神经系统，但是它有电信号和激素系统能够使它的各个部分都知道某个局部发生的事故。有些白杨树有着更加惊人的信息交流系统，甚至可以通知附近的树。一片叶子受伤之后，一种挥发性化合物“甲基茉莉酸”（methyl jasmonate）从伤处挥发便能使附近的叶片进入蛋白酶抑制剂反应，旁边别的树上的叶片也发生这种反应。这类防御通常都能使昆虫吃后不舒服。某些特别内行的昆虫，会在进食之前首先切断供应叶片的主脉，使植物不能放出更多的毒素。于是，这场军备竞赛继续下去。对抗天然毒素的防御机制最好的防御是避免它或者是排除它，这个道理已经在传染病中讨论过。我们不吃霉坏的面包和腐败的肉，它们的气味和味道都不好，因为我们有一种适应性反胃的反应对付霉菌和细菌产生的毒素。我们很快地用呕吐或者腹泻排出有毒物质。我们很快学会不吃使我们呕吐和腹泻的东西。许多吞下去的毒素可以被胃酸和消化酶变性。有一层粘液被覆在胃粘膜上保护它免受毒素和胃酸的伤害。如果某些细胞被污染，损伤的效应是短暂的，因为胃壁和肠壁细胞同皮肤细胞一样，是定期脱落更换的。如果毒素已经被胃或肠吸收，它们将被血液带到肝脏：我们的主要的解毒器官。在这里，酶改造某些分子使它们变得无害，或者与某些分子结合再从胆汁排入肠道。毒素分子比较少的时候，将很快被肝细胞的受体所摄取，并迅速被肝脏的解毒酶处理掉。例如，我们对付氰化物依靠硫氰酸酶（rhodanase），它加一个硫原子到氰化物上形成硫氰化物。虽然硫氰化物远比氰化物毒性较低，它仍然有阻止甲状腺组织正常地摄取碘的作用，可以引起工作负担过重的甲状腺肿大。白菜属的许多蔬菜，包括芽菜、花菜、甘蓝，因含烯异硫氰酸盐而有强烈的气味。人们的舌头尝出一种化合物“苯硫脲”（PTC）的能力有很大的个体差异，许多学生曾经去尝沾有少量苯硫脲的试纸作为一种显示遗传变异的实验。有的人尝不出味道，有的人能够尝到苦味。他们能够避免引起甲状腺肿的天然物质。多数人群中有70％的人能够尝到苯硫脲的苦味，在安蒂斯，这类化合物在食物中常见，当地居民有93％能够尝出苦味来。草酸是又一种植物防御毒素。在大黄叶中的浓度特别高，它与金属结合成难溶性盐，特别是钙。草酸钙是一种基本不溶于水的盐类，绝大多数尿路结石是由草酸钙组成，医生多年来建议这些病人保持低钙饮食。然而，1992年发表的一篇研究报告，分析了45619例男病人，说明摄取低钙饮食的人是尿路结石的高危人群。难道这是可能的吗？食物中的钙在肠道中与草酸结合变成不溶的盐便不能被吸收，如果食物中含钙太少，一部分游离的草酸便被吸收。按照伊顿和尼尔逊的说法，当前食物中的平均含钙量只有石器时代的一半，我们最近对尿路结石易感性的升高，便是这种现代环境带来的不正常的后果，食物中的钙太少，。使得我们特别易受草酸的伤害。还有几十种类型的毒素，各有其独特的干扰动物机体功能的机制。毛地黄和马利筋属植物制造糖苷，如洋地黄，干扰维持心律的电脉冲的传导。植物凝聚素引起血细胞凝聚而阻塞毛细血管。许多植物制造影响神经系统的物质，例如罂粟果的鸦片，咖啡籽里的咖啡因，可可叶中的可可碱。这些有用的药真的是毒物吗？少量的咖啡因可以给我们带来一种欣快的感觉，但是这个剂量老鼠就要中毒了。马铃薯含有安定，只是剂量太小甚至不能使人放松。其它还有致癌的毒物或者引起遗传损伤、阳光过敏、肝损害等等。植物——草食动物之间的军备竞赛产生的武器和防御有复杂的多样性和巨大的力量。如果体内有了太多的毒素分子，超过器官的负荷能力，所有的肝脏处理场所都已被占满，将发生什么情况？这些毒素分子不会像超级商场的购物者那样，它们不会排队等待。过量的毒素进入循环，在一切能够进行破坏的地方进行破坏。这些毒素同时也刺激增加产酶能力以应付挑战。当毒物或者药物诱导酶的产生增加之后，又会加快对其它药物的分解破坏而需要调整剂量．琼斯的书中提到一个很重要的问题：如果没有与日常的毒素经常接触的经历，我们的酶系统可能在遇到毒素时毫无准备；可能同日光灼伤一样，我们的身体能够适应慢性毒素危机，但不能应付突发性偶然事件。牛、羊都限制它们自己所吃的某种植物的量，以避免对任何一种除毒机制造成过负荷状态。这种食物的多样化又有利于保证获得充分的维生素和微量营养元素，我们也是一样。如果你喜爱的蔬菜是花椰菜，在只有花椰菜无限供应时，你不会吃得像既有花椰菜又有黄瓜时那样多。许多减肥食物的原理就是：我们在只有少数几种食物供应时，我们吃得要比品种丰富的自助餐少些。通过这种本能的食物多样化，加上我们体内的酶的八卦阵，能够减少食源性毒素的危害。人类的对植物毒素的解毒酶当然不如山羊或者鹿的酶那样有效和多样化，但是比起狗和猫来是要强多了。如果我们吃了鹿吃的那么多叶子和橡树籽，我们将陷入严重的中毒状态，正如同狗和猫吃了我们认为是有益于健康的凉拌菜之后我们还能通过学习学会怎样避免中毒来更好地保护自己。只有我们人类能够在书上读到、学会认识花园里和森林里的有毒植物，只有我们人类的食物是通过社会学习来调制成功的。妈妈喂我们吃的东西通常都可以认为是安全的、营养的。我们的朋友吃过，又没有发生危害的东西，至少是可以一试的。他们避免吃或者不吃的东西，我们还是小心谨慎为妥。视野更加拓宽一些，我们之天生地随着那似乎是人为的“文化环境”支配行事，也是十分明智的。有些社会有一种仪式要求玉米在食用之前先经过碱的处理。你大概想像不到史前时期有十几岁的孩子会藐视年长者的这种麻烦的手续吧？但是这些吃了未经加工处理的玉米之后的孩子的皮肤会发生糙皮病特征和神经病变，不听话的孩子和成年人都不懂得，玉米同碱在一起煮过可以使氨基酸成分平衡，并把维生素“烟酸”（niacin）游离出来而能够预防糙皮病病。只是这种文化风俗虽然没有科学理论的支持，却完成了应当完成的使命。史前时期加利福尼亚居民的主要粮食是橡树籽。橡树籽里的大量单宁，既涩口又与蛋白质牢固地结合在一起，这些性质使得橡树籽适合鞣制皮革而不适合食用。前面提到，橡树籽刚从树上落下来的时候，是毒性很强的。单宁是为了对付大动物．对付昆虫，还是对付霉菌而演化的虽然不能肯定。总之，在食物中如果单宁超过8％，是可以使大鼠致命的。而橡树籽中的单宁高达9％，所以，人们不能食用未经加工的橡树籽。加利福尼亚的印地安人把橡树籽肉和一种红土混合起来做面包。红土与单宁有足够强的结合力，还使面包变得味美。另外一些部落煮橡树籽以除去单宁。我们的酶系统颇能配合单宁，而且有些人喜欢茶和红酒中的单宁味。小量的单宁因为刺激胰蛋白酶的分泌而有助于消化。人类的食物在驯服了火之后大大地扩充了。因为热可以破坏许多植物毒素，包括那些最强的植物毒素。烹调使得我们可以吃那些不煮熟便可能中毒的食物。海芋叶和块根中的糖苷在加热之后被破坏，因此成为欧洲人早期的食物。但是，也有些毒素在高温下是稳定的。高温烹调时还有可能产生一些新的毒素。味道鲜美的、略微烤焦的烤鸡，含有不少有毒的亚硝胺，权威人士建议少吃烤肉以防止胃癌。有史以来，人类长期这样烤肉吃，是否已经发展出对这种烤焦时产生的毒素有了特异性防御？如果能够证明人类确实要比与我们血缘关系密切的灵长类动物更加能抵抗因加热而产生的毒素，那是十分有意义的。自从发明农业以来，人类栽培经过选育的植物，逐渐减少它们的毒素，克服它们在自然选择中演化出来的防御机制。浆果经过培育，去掉了多刺的特性，毒素的浓度也有所降低。如琼斯的书中所说。马铃薯的驯化史是非常有启发性的：许多野生的马铃薯是有毒的，你可以想到，假如没有这一层保护，又有十分丰富营养储备存在的马铃薯会有什么命运呢？现代栽培的马铃薯是从同一科中致命的茄属植物（含有大量高毒性化学物质茄碱和马铃薯碱）驯化改良的品种。它们的蛋白质有15％是按阻止消化蛋白质的酶设计的。虽然有少数野生种是可以吃的，那也要经过冰冻，浸出毒素之后再煮熟才可以吃。我们今天之能够享受这种可食性马铃薯要感谢安第斯的农夫在几百年的期间选择培育的成果。最近因为农药污染的问题，有一些计划要培育天然抗病虫害的农作物。这只能通过增加天然毒素的办法。有一批新的抗病害的马铃薯引种之后，它们的确不需要农药，但是会使人生病，又不得不从市场上撤下来。可以说，生病的原因就是安第斯农夫花了几百年时间选育所除掉的毒素引起的。进化生物学提示，新培育的抗病植物应当与人工杀虫药同样慎重对待。新的毒素我们越来越多地重视污染自然环境的许多新的化学物质的理由之一是它们的医学意义，加上人类对它们的适应能力的判断。这些新的毒素，诸如DDT之所以成为一个特殊问题，不仅因为它们本身就比那些天然毒害更加有害，而且因为它与我们在进化过程中已经适应的天然毒素有着截然不同的化学结构。我们没有设计好的酶去处理氯苯化合物，或者有机汞化合物。我们的肝脏是准备好等待应付许多植物毒素的，但是不知道怎样处理这些新的毒素。加之，我们又没有天生的避开这些新的毒素的本能。进化武装了我们，使我们能够闻到或者嗅出常见的天然毒素，促使我们避开它们。在心理学的术语中，天然毒素有诱发厌恶刺激反应的倾向。却没有什么机制保护我们能够避开人造毒素，DDT就无嗅无味。放射性同位素氢（氚）和碳合成的糖与稳定的同位素氢、碳合成的糖同样甜，我们没有天然的手段来发觉它们。一个新的环境因素能有什么作用，并非都是很容易讲得清楚的。例如，汞在填充牙齿中可能的危害的争论就经过多次反复。乔治亚大学的安米·塞默（Ame Summers）及其同事最近发现，汞合金填充物增加消化道内抗药性细菌的数量。而且很明显是因为汞作为细菌基因的选择因素，抗汞的基因也对某些抗生素有抗药性。这一发现的临床意义还不十分清楚，不过它已经说明新的毒素可以通过难以预料的途径影响我们的健康。由于我们已经不能在现代环境中依靠自己的天然反应察觉有害物质，我们只好依赖公共卫生机构去评估这类危险，采取措施保护我们。防止这些机构作出不合理的预测也是很重要的。不仅在大鼠身上做的实验对人的可信度是有限的，还有许多政治因素使得对环境危害采取行动发生困难。不懂科学的法学院毕业的人组成的立法机关可以通过法律禁止食物中含有任何可能致癌的物质，然而许多天然食物中早已有这类天然的致癌化合物存在。相反，政治压力可以使已知的毒物无法加以管制，从尼古丁、酒到除草剂，没有一种食物不含这样或者那样的毒素。我们的祖先的食物，像今天的食物一样，都是权衡利弊之后的一种妥协。这是从进化论医学观点出发得出的不大受欢迎的结论之一。致突变和致畸变物引起突变的物质有可能致癌或者使基因受到伤害引起好几代人的健康问题。致畸物是干扰正常组织发育引起胎儿出生时缺陷的物质。致突变物和致畸物之间，以及其它毒素之间并没有截然的分界。电离辐射和致突变物诸如福尔马林和亚硝胺都是既可以立即引起麻烦也可以在几年之后引起癌症或者先天性缺陷的物质和物理因素。知道那些毒物对人类有害是重要的。人们对有害物质的易感性（suscenpibility）可以有差异，某人能吃的东西可以对另一个人是有害的。我们将在特异反应和过敏反应那一章里讨论个体差异中的一些特别问题。易受伤害的程度（vulnerability）因年龄和性别而异。看来，尤其是除毒能力，因为年龄不同而大不一样，特别是胚胎和胎儿的发育期。有大量理论上的理由，也有许多实验资料说明代谢活跃的组织比普通组织，快速分裂的细胞比休止不分裂的细胞，高度分化为特定类型的细胞比不分化的细胞更易受到毒素的伤害。所有这些方面都提示胚胎和胎儿组织会在毒素浓度比危害成人组织低得多的时候受到伤害。图6－l是符合人类胚胎发育期易伤害性规律的。易受伤害性从一个静止的卵巢里的卵细胞水平迅速上升到器官形成和组织分化期达到峰值，然后逐渐下降，到分娩时接近但仍远低于成人水平。图6-1 不同胎儿期的毒素易伤性（vulnerability）现在让我们回过头来看一个传统医学中的经典问题：妊娠恶阻，即晨吐。它常常是妊娠的第一个可靠的信号，尤其是妇女根据过去的经验发现它的时候。这种恶心以及同它有关的困倦和厌食虽然程度不一。却一直非常地多见，因而被认为是妊娠的一种正常“症状”。对某些妇女而言是好几个星期的难受，对另外一些妇女并没有多少麻烦。如果把妊娠当作一种病，我们自然就认为这是一种“症状”，然而妊娠并不是一种病。妊娠恶阻使快要做妈妈的妻子难过、痛苦，所以应当设法减轻这种“症状”使得她们感觉舒服一些，能够吃些东西。不幸，使人们舒服些并不一定都是改善了健康，保证了长期利益。在第一章和第二章中，我们已经说过，自然选择没有使人们快乐的意图，而我们的基因的远期利益常常是要由一些不愉快的经历来保护的。我们在决定消除一种症状之前，应当首先了解它的起源以及它可能的功能。有一位研究适应主义工作程序的生物学家最近对晨吐有一种新的解释。西雅图的独立学者，生物学家马季·普罗费认为像晨吐这样几乎是普遍而自发的现象不大可能是病理性的。她注意到胎儿的易伤害期几乎完全与晨吐的过程相吻合她悟出一条关键的线索：妊娠早期的恶心、呕吐和厌食可能是为了限制孕妇的食物，目的在于使胎儿接触毒素的机会减小到最小。早期妊娠的胚胎，对母亲说来是一个很小的营养消费者，一个比较正常的妇女吃得少些也不会对供应这个很小的胚胎的营养需要造成任何问题。这个时候她愿意接受的是比较清淡的，没有强烈气味和香气的——不含植物毒素的常见的食物。她厌恶的不仅是调味品中的植物毒素，也包括霉菌和细菌产生的毒素。对丈夫好吃、好闻的羊羔排骨可能使他的妻子厌恶和恶心。我们设想，如果普罗费的假说能够成立，这种现象不大可能只是人类独有的；这是不是一种哺乳动物，尤其是草食动物中的普遍现象？新怀妊的兔子是否吃得少些？在选择食物上是否更加谨慎？研究野生动物可能是解决这个问题的最好的途径。还有一个更加重要的研究可以在实验动物中进行：是否有对正常成年动物没有重要意义的毒素却对胎儿的发育有严重的危害？这是问题的前提。我们还需要了解伤害胎儿可能性较大的食物毒素；妊娠期食物与常见的先天性缺陷之间的相关关系；除毒酶的个体差异等等。抗呕吐药“镇吐灵”（Bendectin）事件给普罗费的假说提供了一个旁证。可以理解孕妇要求医生给她帮助，制止或者减轻她的晨吐。医生明白妊娠期用药的危险性，一般都是十分谨慎的。当时镇吐灵经过动物实验，被认为是安全的配方，其中的“反应停”被认定没有致畸作用，于是医生给许多孕妇开了它的处方。结果，在很短的一两年内出生了大量畸形儿，大家都把这个悲剧归咎于反应停。制药厂被起诉。对镇吐灵可能引起的危害做了不少研究，许多互相矛盾的证据曾经是高等法院辩论的题目。遗憾的是，没有一位法官能够想到类似普罗费的假说，考虑过妊娠晨吐可能的对胎儿有益的保护作用。也许，任何抑制妊娠晨吐的药物之所以引起先天性缺陷的原因是间接的增加了含有有毒、有害食物的摄入。如果普罗费的假说是正确的，便意味着孕妇应当绝对小心任何药品，不论治疗性的还是消遣娱乐性的。胎儿酒精综合症，是现代问题之一，每年有数千婴儿受累。吸烟也引起一些问题，还有咖啡、香料，以及一切味道强烈的东西都应当避免。肯定地说，最好不吃任何药。研究能够判断哪些药引起重要的先天性缺陷，但是还有许多作用更加隐晦的毒素、药物。安全比后悔要高明。除了避免毒素之外，孕妇应当怎样处理她的晨吐呢？尊重它。对食物的厌恶是为了你的胎儿的利益的一种适应性反应。不要勉强去吃你不喜欢的东西，不要理会别人劝你试着吃一点的话。得罪一些人，比给婴儿带来危害要好一些。”但是，痛苦怎么办呢？有两位男性作者说得轻松：“接受它，它是一个健康家庭的长期利益所需要的代价。”我们认为这不是一个理想的建议。虽然可以理解这种不愉快的反应，但是最好能够缓解一些症状，减轻痛苦。我们希望有一天，产科医生能够拿出一张孕妇应当避免的食物的清单。有了这种知识，同时又找到了一种安全有效的药阻止恶心、呕吐，孕妇便可以放心地使用它。有一些民族的传统文化中，规定孕妇应当吃白陶土，虽然被认为这是用来补充无机盐和微量元素的；白陶土还能缓解胃肠道不适，而在现代医药中用作止泻药。有些粘土，例如前面关于橡树籽问题中提起过的，可以牢固地结合某些有机分子，包括毒素。换句话说，它的缓解症状的机制可能是一个最好的途径——除去有害的毒素。但是粘土不大可能取得专利，不大可能有一家公司来投资上百万去开发、试验一种得不到专利保护的产品。专利制度既保护了科学研究的成果，也限制了科学研究的潜力。当婴儿长大成儿童的时候，倾向于憎恶蔬菜。他们尤其不喜欢有强烈气味的蔬菜，诸如洋葱和甘蓝之类，其中含有较多的植物毒素。这些不喜欢的现象的发展过程，又给我们提供了理解它们的另外一条线索。哪怕是最娇气的孩子，也常常在十几岁长大接近成年的时候开始尝试新的食物。用进化生物学的观点去解释这一现象，可以认为它是有益的，石器时代的时候，这是一种在儿童期避免最有毒的植物食物的适应性反应。现代的儿童和成人都得益于经过驯化的无毒蔬菜，但是这可能是为什么儿童不喜欢吃蔬菜的合理解释。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:58:54

第七章基因和疾病：缺陷、脱轨以及妥协某个星期一上午8点，医学院的讲演厅里济济一堂。讲座的题目是近视。当光线暗下来的时候，在顶灯的照耀下，将近一半学生的眼镜闪烁着。教授自言自语地说：“有这么多戴眼镜的学生！” 　　“事实很清楚，1小时后他作结论时说“近视是因为眼睛长得太长，屈光系统的成像落在视网膜前面，因此视网膜上的影像变得模糊起来。眼镜的凹镜片，通过纠正屈光度，使成像移后一点，落在视网膜上使你能够看得清楚，因而补救了自然的不准确性。　　许多手举起来，一个学生提问：“那么，为什么眼球会长得太长呢？” 　　“基因，”他回答：“问题就是这么简单。我们中间，一些人的运气不好，有了这种坏的基因。如果你的孪生兄弟是近视，几乎可以肯定你也是近视；如果你的兄弟近视，你近视的可能性也很高，不过不像孪生兄弟那样高。汇集所有的统计资料，证明近视是一种遗传病，它的遗传率超过80％。” 　　“有这种基因的人在没有眼镜之前怎么生活呢？”另一个学生提问。“我如果没有眼镜，我不可能在非洲平原坚持一天。”教室里有一阵窃笑。　　“是的，这种基因可能是后来突变的，”这位教授回答“或者，也许石器时代的近视眼是在帐篷里缝纫和编织而引起的。不管怎么样，事实很清楚，近视是一种遗传问题。” 　　“但是，为什么会这样呢？”这个学生追问下去“自觉选择淘汰它的力量应当是很强大的。如果这样严重的缺陷也能延续下来，那么我们岂不全身都是缺陷了？” 　　“事实上，我们的身体并不是运转得很好的，”教授尖锐地指出，“你曾经学过，我们有许多遗传缺点。身体是一个脆弱的、匆匆拼凑起来的器皿。我们做医生的任务，就是去纠正大自然母亲的疏忽。” 　　医学生中互相议论了一阵，没有再追问下去。　　基因做什么？　　制造人类的说明书都写在DNA分子的文库中，捻成我们的23对，46条染色体。我们现在还正在继续了解DNA怎样储存和使用这些构筑人体的信息的惊人的、简直难以置信的大量细节。一个DNA分子就像一架梯子，两边由交替变换的磷酸和去氧核糖的单位所构成。信息就放在梯子的横杠上，这些横杠由成对的分别以A、C、G、T命名的四种分子组成。遗传密码中信息含量之巨大，几乎难以想像。每一个细胞中的DNA都含有一系列120亿个ACTG符号，这相当于一个中等大小的图书馆的信息量。一个细胞里的DNA分子如果不绞起来而是拉直它，大约有2米长。如果再乘以全身大约十万亿个细胞，这个长度有200亿公里，大约与地球到冥王星的距离相等。　　人类的DNA中大约有95％从来就不译成蛋白，其余5％可以在相邻的区域划分为十万个被称作基因的亚功能单位。每个基因携带着一个蛋白的编码。这些DNA链上的许许多多ACGT怎样翻译成一种蛋白，是分子生物学研究的范畴，分子生物学是一个迅速蓬勃发展的学科，正在给我们的生活带来比电的发明更多的变化。公众舆论已经有人呼吁要注意这些变化对政治和伦理的影响，不久就会引起人们普遍的关注。现在已经有了由DNA克隆制成的药品。含有细菌基因的食用植物正在生产中。向人体细胞中插入替代基因去缓解过去没有希望治疗的疾病的开拓性实验正在进行中。人寿保险公司有可能在普通血液常规实验检查时从DNA样本中读出某些顾客患某些疾病的风险程度，这也许又是一种不大受欢迎的事情。在妊娠早期筛查某些常见的遗传问题已经是一种常规检查，使怀有遗传问题胎儿的母亲有机会选择是否终止这次妊娠。　　1995年还是初级小学学生的玛丽在2010年的一天发现她自己怀孕了。“是的，你已经怀孕了，玛丽，祝贺你！护士马上就来向你解释正常的检查手续，现在我想知道你是否要做标准的基因筛查，我希望你做。” 　　“好的，包括一些什么项目？” 　　“现在已经没有任何风险，不过比较昂贵，也许你是有高保障保险单的。” 　　“我有高保障保险单，不过这些检查能够告诉我些什么呢？” 　　“基本上主要是筛查鉴定40种严重的遗传病，然后你还可以补充检查诸如近视，注意力差和易上酒瘾等。许多人认为值得做这些检查。” 　　“如果发现有问题又怎么办呢？” 　　“那时…那时我们再谈怎么办的问题。也许你不会因为有上酒瘾的可能性较大这类问题而决定终止妊娠，但是早知道为好。不管怎么说，现在发现问题比出了问题再想办法好，你是否这样看？　　“好的，我想是这样，但是我如果碰到我的孩子长大之后是一个近视眼我应当怎么办？” 　　“那……” 　　想要做这套全面检查，现在只要再等几年就可以了。我们现在已经知道了许多基因的染色体位置以及某些基因的密码序列。有争议的人类基因组计划的目的是查明全部密码，找到形成那十万个基因的ACGT的顺序。一旦我们掌握了整套密码，我们就可以把任何一个人的密码与这些标准密码比较，便能够容易地发现不正常的基因。　　但是是否有一个像我们所指的标准序列那样“正常”的人类基因构成呢？我们所有这些人当然不是完全一致的。大约有7％的基因是可以因人而异的。就大多数蛋白质而言，变异率是比较低的，大约只有2％。对某些种类的酶和血蛋白而言，28％有许多不同版本。可以说，许多不同版本的基因功能是相同的。不过有另外一些情况，只有一个版本（一个等位基因，allele）是正常的，另一个等位基因是有缺陷的。在大多数情况下，这种有缺陷的等位基因是“隐性”的，就是说它与另一个正常等位基因配对时看不到有害的作用。如果这种缺陷基因是“显性”的，那么，只要有一个缺陷版本的拷贝就能引起疾病。　　进化学家要回答的是解释“为什么”有遗传病这个问题。那位讲近视的教授是不是说对了呢？我们的身体有可能引起疾病的“大量的遗传缺陷”而自然选择未能清除它们吗？不完全如此。的确有一些非常罕见的遗传缺陷是因为自然选择还没有来得及清除它们，但是它们引起的疾病与更加常见的基因引起的疾病比起来要少得多，不同的是，虽然它们引起疾病，自然选择还是把它留下，我们随即就解释为什么引起疾病的基因会被选择留下来。现在首先要考虑基因怎样正常活动以及罕见的基因异常。　　所有的异常都只是一个精子或卵细胞中的DNA的个别错误：一个C代替了一个T，或者一个T丢失了，这都可以引起致命的遗传病。这类错误起因于拷贝过程中出错，以及化学或者电离辐射损伤。奇迹是这种错误并不多见。据估测，每一代中任何基因被改变的机率大约是百万分之一。这就是说，我们之中约5％的人的生命开始时至少有一个新突变的烙印来自于母亲或父亲。在大多数情况下，这种突变没有可以察觉的作用，只在极少数人是致命的。　　当个体从一单个细胞发育成大约十万亿个细胞的成人时，更多的错误将悄悄地发生。在体内大多数细胞背后发生的这些错误多半只有很小的问题。许多突变密码产生的蛋白可以同原来的蛋白一样工作得很好，或者这种突变的蛋白根本不在这类细胞中表达。如果突变对这个细胞是致命的，也可能不发生什么后果；因为通常还有许多别的细胞可以承担这同一任务。然而一个细胞中单个的突变如果叩开了调节细胞生长和分裂机制的关键部位，也有可能引起重大的问题。只要有一个细胞的增殖失去控制，就能产生肿瘤而危害整体。第十二章中还要讨论对付这种危险的多种机制。　　且不说一个偶然的突变可能引起的麻烦。这个虽然很长但是只有四个化学单位的序列怎样去管理整个人体的全部密码？我们知道一点DNA怎样复制自己，怎样产生RNA，RNA又怎样产生蛋白分子，这些蛋白分子又怎样结合起来产生显微镜下的链（译注：此话原著如此，蛋白质在显微镜下实际上是看不到的）或者二维平面。在这些知识以外我们目前还只有零星了解的浩如烟海的未知领域。例如，我们知道某些因果关系，甚至有关激素对组织生长发育调节的细节，这类个别的发现不过是对动物和植物发育总的了解的起点。　　虽然发育遗传学的大部分问题还不了解，还有待研究，遗传传递的模式却已经阐明。当受孕时，我们的每一条染色体上的每一个位点上的每一个基因都分别从父亲和母亲那里取得一份拷贝。每一个完整的互补的基因，聚合起来就是基因组，是从父亲和母亲的完整的基因组中两个位点上随机取得的一个样本。因此，每一个基因都一定有两份拷贝来组成一个完整的基因组共同来构建我们的基因型。基因型在个体发育过程中的表达受到许多复杂因素的影响，我们在所有机体内观察到的是表型。有性生殖把双亲的基因型随机混合，改造成每个子代独特的基因型。这种随机混合改造如果在某个特定的位点上从两个亲本得到的是同一基因的两个完全一致的拷贝，子代在这个位点上就是纯合子；如果两个拷贝不一样，便是杂合子。　　一个基因在许多代的传递过程中对大量的个体有一定的平均作用，但是它对某个具体的个体的作用却可以偏离平均很远。基因与基因之间，基因与环境之间在决定表型时相互影响。因此，有性生殖所产生的个体，在各方面都是独特的，可以与两个亲本都有很大差别。一个受精卵发育成两个后代，是一个无性生殖过程产生的有一致基因型的两个个体，这种情形便是同卵孪生。　　引起疾病的罕见基因　　上千种严重的遗传病中的绝大多数都是罕见的。人群中的受累者不到万分之一。而且，这些遗传病又大多是隐性的。除非不幸这种基因有了两个相同的拷贝遇到一起，以致这个位点上没有正常的等位基因，否则也不会造成任何麻烦。这种麻烦在近亲通婚时机率增加，因为亲属中比非亲属有着相对比较多的相同的基因。这就是为什么近亲婚姻生出患有隐性遗传病的婴儿可能性较大的原因。　　自然选择很难清除一个有害的隐性基因。自然选择甚至不能进一步降低它在人群中的基因频率。如果一个有害的隐性基因在人群中的频率是千分之一，而人们又正常地与非近亲通婚，那么纯合子的机率只有千分之一的平方，即百万分之一。即令这些不幸的个体统统早年夭折，自然选择的影响也是非常之小的。在这种条件下，新的突变能以自然选择剔除它的同样速度产生这种缺陷基因，因为当基因频率下降时，纯合子个体的出现率下降得更快。某种突变产生的使百万分之一新生儿致命的隐性缺陷基因，将在人群中保持稳定的千分之一左右的基因频率。这便是自然选择的能力所能达到的极限。　　显性基因的情形不同。只要有一个拷贝的显性致病基因，携带者就会得病；而且一半子女也会得病。最为人们熟知的有引起亨丁顿氏（Huntington's）病的基因。大多数患者在40岁以前没有症状，40岁以后记忆衰退，肌肉抽搐，某些神经细胞逐渐退化，直到不能走路，不记得自己的名字，不能够自理生活。这种病是一个特别的例子，因为它的病理破坏作用，临床表现都已经明确；已知的所有病例都能追溯到17世纪的若干欧洲家族。其中有一男子移居加拿大新斯科舍省，这个基因和疾病也就传给他的几百名后裔，包括著名的民间歌手伍·噶思里（Woody Gathrie）。在 18世纪 60年代，有一个西班牙水手Antonio Justo Doria来自德国，在委内瑞拉Maracaibo湖的西岸住下来，他的后代是现在患此病最集中的一群人。遗传学家经过不懈的努力，得以指出Huntington基因位于第四号染色体的短臂上。　　这就又把我们带回原先的疑团：为什么这个破坏性的基因没有被剔除掉？答案是；因为它在40岁以前的危害很小，所以在40岁以后才出现Huntington病的患者生的子女不会比正常人生得少些。事实上，有些研究提示，女性患者的子女甚至比平均数要高，男性的生育率有降低的倾向。总之，在现代社会中，自然选择对这个基因的负面影响是很小的。据估算，美国人群中二万分之一的人带有Hunington基因。　　Huntington病又一次说明了我们在第二章中强调的原理：自然选择不选择健康，只选择成功的生殖。如果一个基因不减少存活后代的平均数，那怕他会引起一种破坏性的疾病也仍然会比较常见。还有一些致病的基因甚至有可能增加生殖的成功率，至少是在现代社会里如此，其中一个例子是引起狂躁抑郁症的基因群。狂躁时有些病人性冲动增强，具进攻性；而另一些人则才华出众，立下功绩使他们获得成功而具吸引力。如果一个基因能增加生殖的成功率，那么不论它的机制是什么，即令非常有害，都将扩散开来。　　表7－l提供了一个基于引起疾病基因的“益处”（beneficiary）的分类法。突变引起的许多疾病以及自然选择对它们的限制，这些病在疾病中所占份额相对很小。在大多数病例中，其过程非常复杂且很有趣。表7－1．致病基因的益处1．对带有致病基因的人：　　1. 1该致病基因在生命周期的不同时期作用不同，见第八章。DR3基因引起糖尿病，但对胎儿在子宫内时受益（现在有一种观点认为DR3与糖尿病无关——译者注）。　　1．2只在某种外界环境条件下有益，例如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏，在疟疾流行区有益；某些组织相容性抗原（HLA）单体型增加某些疾病的易感性，却能抵抗另一些疾病。　　1．3脱轨或扭曲；在古代环境中有益，或至少无害，只在现代环境中要付出代价（见本章）2．对别的个体　　2. 1杂合子个体的优势。如镰状细胞病，对只有该基因的一个拷贝时有抗疾病的益处，有两个拷贝时患镰状细胞病，一个拷贝也没有则对疟疾易感。　　2．2胎儿使母亲付出代价，例如hPL，见第十三章。　　2．3父亲使母亲付出代价或反之（如IGF－II，IGF-II受体，见第十三章　　2.4性的对抗性选择（sexually antagonistic selection）（例如，血色素沉着症）。 3．基因使个体付出代价　　被减数分裂驱动（meiotic drive）而制造麻烦的越轨基因，例如小鼠的 T位点（T—locus）。 4．没有受益者　　4．1突变发生率与剔除率（selection rate）相等（平衡时）。　　4.2 有的基因特别容易发生突变，因为它们很大，例如肌肉营养不良。隐性基因很难清除，因为当基因频率下降之后，自然选择剔除的力量以频率的平方下降得更快。　　4．3虽然存在有害的选择（adverse selection），该基因仍然存在[ 遗传漂变（genetic drift）或奠基者效应（founder effect）]。　　引起疾病的常见基因　　镰状细胞贫血是一种常常被用来说明同时又有一定好处的基因病的经典例子。引起镰状细胞贫血的基因大都来自疟疾流行的非洲。如果是这个基因的杂合子，他便因为这个基因改变了血红蛋白的结构加快了清除循环中被疟原虫感染的细胞而在一定程度上对疟疾有限制作用。而纯合子则患镰状细胞病，他们的红细胞扭曲成新月形或镰刀形，以致不能正常循环，所以引起出血、气短、骨痛、肌痛、腹痛等症状。患此病者在儿童期的病情十分可怕，直到都在生育龄以前死去。有正常等位基因的纯合子个体的红细胞虽然是完全正常的，但缺乏对疟疾的抵抗作用。于是镰状细胞基因说明杂合子优势（heterozygote advantage）。因为杂合子对疟疾的抵抗性，它比两种纯合子都要好些。有镰状细胞基因的纯合子因镰状细胞病而不能适应生存，没有生育机会；有正常等位基因的纯合子又因为易感疟疾而不适应生存。这两种选择力的比较强度决定这个位点的基因频率。因此，一种引起致命的儿童疾病的基因和一种使人易感疟疾的正常基因可以同时在人群中维持很高的频率。　　虽然镰状细胞等位基因是引起疾病却仍然被选中保留的一个最常引用的例子，但是因为三条理由，它仍然是一种不多见的基因。首先，它的分布不广，最初，见于也仅见于热带非洲。其次，血红蛋白的改变是一种简单的适应。许多别的适应，例如色觉视力和发热的能力，它们都是复杂的、密切相关的几个系统，需要许多基因才能形成；相反，镰状细胞等位基因与正常基因的差别，是只有一个T代替了一个A。这个基因密码译成血红蛋白时，氨基酸也是只有末端由缬氨酸代替了谷氨酸，这种分子改变使红细胞得到异常的形态和其它性质。第三，有特别强大的选择力针对一个基因位点；很可能在人类群体中，杂合子优势很普遍，但是对纯合子的负选择很弱，其作用难以检出。　　在疟疾不多见的地区，可以预期镰状细胞等位基因的频率会下降。确实如此，非洲裔美国人，许多已在没有疟疾的地区生活十代以上，比非洲人的频率低。看来自然选择已经使镰状细胞基因频率在疟疾不很重要的地区下降，这是可以根据进化理论推断的。　　若干其它遗传性血液异常也有防御疟疾的作用，最具戏剧性的有葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏。有这种异常的人接触氧化剂如奎宁时，会发生溶血，病得很重。而奎宁又是最原始的，现代仍然有效的抗疟药。当疟原虫在红细胞中耗氧时，因缺乏G6PD而使红细胞破裂，从而干扰疟原虫的繁殖。某些疟原虫能自己产生G6PD，这又说明宿主-寄生虫军备竞赛之普遍性。　　4％的北欧人带有一个引起囊性纤维化的隐性基因，70％的病例只有单个突变等位基因（△F508），人类基因组计划的负责人柯林斯（Francis Collins）说，这“提示可能有某种杂合子选择或者这个特定的突变基因在北欧人中有很强的奠基者效应”。具体是什么好处（benifit）维持了囊性纤维化基因的频率现在仍然不清楚，曾经有资料提示可能是因为腹泻所致的死亡率较少。　　Tay-Sachs B病中所有的纯合子都在生殖年龄以前死亡，但该基因在Ashkenazic犹太人中有3％-11％的频率。维持这样高的频率，要有杂合子比正常纯合子高6％的生殖优势。有关感染率和人群分布的资料提示，它对杂合子的益处可能是对结核病的预防，这在历史上曾经是犹太人中的一个重要选择力量。脆性X-综合征也是一个常见的遗传病，使每两千男性新生儿中有一个智力发育停顿。这一综合征有杂合子女性生殖成功率较高的证据。　　加利福尼亚大学的生理学家戴蒙（Jared Diamond）强调另一种可以解释超过预期频率的某些致病基因的原因。他说，有多达8/10的妊娠因早期流产和晚期小产而失败。其中绝大多数未被发觉，因为是发生在胚胎着床之前或者刚刚着床之后。如果有一个基因哪怕是略为减少一点流产率，它也会被选择留下，于是增加了发生某种疾病的机会。戴蒙举出儿童期发病的I型糖尿病为例，这是DR3基因引起的一种遗传病。如果双亲之一为杂合子，另一个为正常等位基因的纯合子，理论上预测子代带有DR3基因的频率应该是50％，然而实际的观察数据却是66 ％。可能 DR3基因在胎儿期能够大大减少妊娠失败率从而使自己保存下来，虽然后来它引起糖尿病。　　苯酮酸尿（PKU）是由基因所致的疾病且母亲子宫能选择性地保留这个基因的另一个例子。其纯合子发生智力发育停滞，因为身体不能处理正常食物中所含有的常量苯丙氨酸。使食物不含苯丙氨酸可以防止发生智力发育障碍。这是一个很好的例子，说明这种病完全是遗传的，但它的作用又是完全可以通过控制后天环境加以防止。PKU比较常见，百分之一的人带有该基因，所以许多国家地区要求在出生时进行普查。为什么这样多见？同糖尿病基因一样，这个PKU基因似乎也是减少流产而保存自己，尽管它会引起疾病。　　越轨基因（Outlaw genes）　　牛津的生物学家道金斯把身体看作是由基因产生更多基因的工具。许多基因的合作形成细胞、器官和个体，只是因为这是复制它们自己的更多拷贝的最佳途径。身体的细胞是作坊、工厂，各有专门的功能，必须互相合作才能生存、繁殖。基因除了在整个机体中执行自己分配的任务之外没有别的任何其它途径进入下一代。或许有其它办法？既然有这种利害关系，就可能有一个基因进入下一代的赌博式的竞争，这种赌博有可能降低这个后代的生存能力——生病。有这种情形吗？　　确实有某些基因虽然会对携带者产生不利的影响，却在进入精子或卵细胞时具有竞争力。有几个这样的例子，我们最熟悉的是小鼠的T位点基因。雄性如果有两个异常的等位基因，将是致命的。但是，只有一个异常拷贝的雄性却能把它传给百分之九十以上的后代而不是通常预期的50% 。这是一个很好的例子说明一个不遵守一般法则的越轨基因的活动，它只对基因本身有利，但是对个体和种族都有害。我们之所以能够知道它，除了它本身具有产生一种明显的、引起注意的作用之外，还因为我们可以在小鼠做被控制的实验。人类是否也有这种不遵守的一般规则，在进入生殖细胞时具有较强竞争力，同时又使后代造成生存缺陷的疾病的基因呢？　　多囊性卵巢是一个可能。这种疾病见于不孕门诊病人中的21％，其特征是：月经不规则，肥胖和肌肉发达。最近的一项研究发现，女性患者的80．5％的姊妹也是患者，这个比例之大是很难用常染色体显性或X连锁基因来解释的。澳大利亚Adelaide的研究者哈格（Williams Hague）及其同事考虑到这种情形有可能是从卵细胞细胞质DNA传递或者从基因传递而扭曲了减数分裂过程，使它们进入卵细胞的机会增加。这种现象称减数分裂驱动。　　遗传性脱轨（扭曲 Genetic quirks）：近视和其它　　有些遗传病是由一个基因的作用引起的，还有许多遗传病是由许多基因的综合作用决定的。现在难得有一个星期的报纸上没有关于心脏病、乳腺癌、药物滥用的遗传因素的报道。在大多数多基因遗传病中，我们不知道有多少基因在起作用，也不知道它们位于哪一个染色体上面。我们只知道如果近亲中有这种病，那么风险便有所提高。这种解释之具有说服力，是因为人们熟悉婴儿的模样与它的血缘家族成员相似而不与抚养它的家庭相似；所以模样相似并非环境因素所致。　　对冠心病的易感性是一个很好的例子。心脏病猝发的危险在很大程度上取决于基因。如果父亲曾经在40～50岁之前因心脏病淬发而死去，那么儿子和女儿猝发心脏病而早逝的危险要比别人高出5倍。同卵孪生子有相同的基因，两人都猝发心脏病的机会比异卵孪生子更加接近。这是否就是说心脏病猝发是因为某种基因缺陷所致？在某些情况下，是的。已经发现好几种胆固醇代谢异常，其中有一种已经是早期基因工程治疗的对象，把一个新的基因插进血管壁的细胞中去。不过，我们还知道，心脏病又是高脂肪饮食的恶果。日裔移民习惯于美国的高脂饮食之后的心脏病淬发要比他们的回到日本去的亲属高1倍。心脏病所致的早逝率已经高到足以使自然选择开始稳定地清除与此有关的基因。人们常常要问，心脏病的病因有百分之几属于遗传，有百分之几属于环境。但是问题不能这样提出。为了说明为什么，让我们先回到近视之谜来。　　那位教授说的不错，近视是一种遗传病。如果一个同卵孪生子是近视，那么另一个几乎也肯定会近视。我们也说起过这样一种有害的基因应该不可能延续下来。然而25％的美国人是近视的，其严重程度达到难以在狩猎社会生存的程度。他们难以躲避猛兽的袭击，不能战斗，无法看清50米以外的一张面孔。想一想在《Lord of the Flies》一书中逃难的可怜的皮格吧，他没有了眼镜，在“他的近视的发光的墙后面”被捉住了。有着这样的弱点，现在的狩猎-采集社会里近视眼发病率很低应当是不奇怪的。那么为什么在现代化的人群中这么多见呢？　　当我们仔细考察狩猎-采集社会向工业化社会转变的过程时，我们可以判断出近视并非由于一个新的突变基因引起。北极地区的土著居民最初接触欧洲人时是很少有近视的，一旦他们的儿童开始上学，25％立即变成近视。似乎是读书识字，和坐在教室里使相当一部分儿童的视力受到永久的伤害。为什么会这样呢？　　请设想一下，眼球准确地生长的难度。角膜和晶体必须把曲光度调整到能够使影象准确地落在视网膜上，在儿童的成长过程中也要保持这一点。　　眼球怎样保证它的精确的长度呢？允许1％的误差，这大约等于指甲的厚度。有没有可能把角膜、晶体、眼球的生长程序都事先编好在基因库中，令成像的聚焦保持准确？不大可能。然而无论如何，即令是在眼球的成长过程中，还是使聚焦得以保证成像，这是怎样配合，如何达到的呢？　　几个实验室的多位科学家在一系列实验中把导致近视的机制查出来了。首先，他们注意到景物模糊的眼球总是比景物正常清晰的眼球要长得长一些，不论这种模糊是因为某种遗传病，因为创伤，或者因为戴了雾镜。鸡、兔、某些猴、某些其它动物以及人，都是这样。随着，他们又将把眼睛的信息送到大脑的神经切断，发现某些动物的眼球停止了过度的生长。他们开始推测，当模糊的影像落在视网膜上，信息送达大脑之后就以一个生长因子形式的信息返回，促使眼球生长；只有部分视野模糊时，就只有这一部分生长。这就证明了前述假说，不对称的生长的结果，便是产生了散光。　　这一机制既精细又重要。为了保证眼球各部分的发育协调，大脑首先处理来自视网膜的信号。发现模糊不清的影像，就及时返回一个信号使必须增加生长的点生长；当生长已经足够时，这一刺激停止，生长也就停止——但是有些人例外。我们中间有25％的人，读书或者其它近距离工作中的某些因素使眼球继续生长。也许是因为印刷字符不很清晰，或者是因为一本书的物点平面比一切远处目标的物平面要近。也许把孩子们的书用特号大的清晰字符印刷在很大的书页上可以防止近视。　　近视是一种说明其原因同时既是有很强的遗传因素，又有很强大的环境因素的一个典型例子。成为近视的人，必须同时具备有近视的遗传基因型，又必须有近距离阅读或者工作的后天环境经历。许多其它的疾病也是复杂的遗传-环境相互作用的结果。例如，有些人十分喜欢吃肥肉，他吃了许多肥肉却不得心脏病；另一些人吃了不算太多的肥肉却在40岁时死去。同时，有些人经历了许多挫折却从不陷入抑郁。另一些人，失去一只爱大就可能陷入严重的抑郁。不要忘记苯酮酸尿症基因-环境相互作用的例子。对于这类疾病，提出哪部分原因是遗传的，哪部分原因是环境的这样的问题是错误的。它们既完全是遗传的，又完全是环境的。　　像近视和血管阻塞这类情况能够归咎于基因的缺陷吗？在我们当前的环境条件下，引起这些问题的基因肯定不能算是好的基因，但是在石器时代的环境中，它们多数并不引起麻烦，甚至有的还有具体的益处。也许狩猎部落里有近视基因的人，在儿童期视力更好些。渴求脂肪食物，可能完全是在缺乏脂肪食物环境中的一种适应。因为这些理由，我们不把这些基因说成是缺陷，而说成是脱轨（quirk，扭曲）。如果不是因为新的环境影响，它们并没有坏的作用。阅读困难可能是一个例子，对狩猎部落而言，阅读困难不是一个问题。　　对药物成瘾或酒精成瘾的易感性同样取决于历史上新出现的不正常条件。对酒上瘾的易感性有很大的遗传影响，、但是在能够经常得到至少含百分之几酒精的饮料之前，最多也不过是一个中等程度的问题。在农业开始发达、酿酒业找到能够耐受高浓度酒精的酵母之前，这些基因也许完全不引起任何问题。搜索酒瘾基因也许会证明不会有结果，可能在不同的染色体上有许多基因，是它们的综合作用使一个人对酒精上瘾易感。这些基因之中，有些可能有某些好的作用，例如，倾向于不怕困难坚持追求想要达到的目标，或者倾向于对某些大脑区域的刺激的反应可以大大加强。在有的学者可能假定滥用药物的人有一种基因缺陷时，我们认为这些基因的因素也可能是许多遗传脱轨的例子之一而已。　　是不是有正常的人类基因组这样一种东西？可以肯定地回答：没有。没有一条DNA编码是理想的；存在各式各样的偏差可以认为是异常的标志。当我们人类有着许多同类的时候，我们的基因又是多样化的。没有一种理想的类型，但是许多不同的表型表达了多样化的人类基因，都是在变化的环境中竞争在下一代中有它们的拷贝。　　不要让基因吓坏你了　　认为基因对人类身体和心理疾病和行为有影响而抱有恐惧和悲观看法的观点不少。社会科学对研究和鉴别这些基因的作用抱有普遍的不信任感。在一定的程度上，这种反基因的情绪反映了社会科学家和公众，甚至医务人员，对生物学，尤其是进化论的普遍敌对情绪。许多人认为：人类疾病和人类行为完全是人类本质所致，是应当完全由宗教或者道德、教育去处理的事情，不应当去寻找生物学的原因和克服困难的办法。一旦这些人得了心脏病或者癌症，他们又不考虑坚持这种信念了。　　试图改变生物学的遗传问题是不是完全没有意义呢？有一些理由支持这种普遍的看法。最近关于近视的一次研讨会上，“使用-滥用学说”（use－abuse theory）派认为近视是可以预防的，“遗传决定论”（genetically determined theory）学派认为不可能预防，由此展开了一场争论。所幸，讨论的结果支持了本章所阐述的观点：近视确实是遗传决定的，同时又是可以预防的。事实上，弄清楚某种医学上的情况是遗传的是件好事，遗传程序决定的发展在很大程度上是一个唯物的过程（material process），对唯物的处置必然会有所响应。正是研究苯酮酸尿症的遗传病因，促使我们发现了在食物中剔除苯丙酸便可以防止它的症状出现，可以防止它。研究基因的活动或者说作用（actions），以及这类偶而出现的失败的活动，已经防止了和治愈了多种疾病。麦尔文·康纳（Melvin Konner）在1983年就看到：“发现某种不正常的情况是遗传决定的，便有可能用最好的环境治疗办法”。后来，许多人也得出了同样的结论。　　对疾病的遗传基础的研究有多方面的收获，临床医学颇能从这些研究所获信息中得到帮助。当某个基因的活动不利于病人时，医生可以采取对抗该基因的措施。牛津的生物学家道金斯说：我们应当“抵制自私的复制者的肆虐行为”。

jerryhao · 发表于 2005-10-27 11:59:32

第八章衰老是青年期精力旺盛的代价不要抽泣，　　要么就痛痛快快地哭一场，　　记住，你活得越久，　　你就会死得越快！　　——古老的爱尔兰民歌　　1970年6月炎热的阳光下，飞机落在明尼阿波利斯的跑道上，飞机里的空气闷热得令人不安。一位大约七十岁的白发老太太转向坐在她左边的年轻人。　　“你是一个学生吗？”她问道。　　“是的，我刚刚毕业。现在我正开始读医学院。” 　　“太好了。有一个救死扶伤的职业是太好了。你一定要努力。” 　　“对的。您说得好。” 　　飞机升空了，新鲜空气从上面的喷嘴吹出来，开始了一次典型的乘客之间的交谈——家乡的市镇，大家都熟悉的那些事情，天气。然后老太太停下来，转向年轻人，带着忧伤说：　　“你知道有一种病，我们确实，确确实实需要治疗，一种比任何病都要糟糕的病，我们每个人都会得的病。你知道是什么病吗？” 　　“呃，不知道。什么病？” 　　“我们确实需要，我希望你留心，治好这种病。它就是衰老。它是那样地可怕，它使我感到毫无办法，也没有人能够治好它。请你，请你一定去找到一种治愈它的办法。”然后，她转过身去，不再说话，注视着窗外。　　衰老之谜　　在我们意识到的各种灾难之中，死亡是最严重的。最终不免死亡的可能性是可怕的，不可避免的衰老和死亡是人生中的一个阴影。在宗教以外，人类为了克服老年死亡而作出的许多努力，这种努力之持久给我们的印象是深刻的。从潘西得林在佛罗里达寻找青春之泉到《生活》杂志的记者在前苏联发现的据说活到150岁的格鲁吉亚土著的报道，都说明人类希望活得更久，长生不老。但是，我们毕竟不能够长生不老。到80岁，有一半人已经死去；到100岁，剩下百分之一；到115岁，几乎不免每个人都有要死去。医学研究的突破性成果和给人们带来希望的新闻故事都不能否认这些事实。　　在过去的几百年里，人类的平均寿命在现代社会中稳定地延长了，但是最高寿命却没有。几百年前，就有人能活到115岁，今天这个记录仍然没有突破。所有的医学奇迹，各种公共卫生设施的进步，都没有能够把这个极限提高。如果老年是一种病，那么，它似乎是不能治愈的。　　在技术上，我们指出，所说的老年问题并不是年龄的增长，从出生以来不断增长的年龄，而是指的衰老，指到了老年时身体状况的变坏、恶化。衰老不是一种孤立的过程，而是表现为对多种疾病的易感性逐渐增加，以及修复损伤的能力全面下降。在美国，死亡率在10-12岁之间这个年龄段是非常低的，每年在每千名儿童中只有0.2；到30岁时，死亡率逐渐增加到1.35；然后再以指数方式增加，每8年增加1倍。如图 8-1所示，90岁时的死亡率是 169/1000。100岁的老人再1 年的机会只有 1/ 3。死亡率曲线一年比一年更陡，直到我们所有的人都走完自己的一生。　　假如，世界上消灭了所有的一切引起早逝的原因，因此所有的死亡都是老年所致。我们将过一种愉快、健康的生活，一直活到不多几年的死亡高峰期，大约集中在85岁左右先后死去。相反，设想一个世界消灭了衰老，因此死亡率不会随年龄增长而增加，一直保持18岁的死亡率水平，大约每年干分之十。虽然有些人仍然将因其它各种原因在各个不同的年龄死去，但是，人口中的一半能够活到693岁，13％能够活到2000岁！（见图8－2）。即使平均死亡率再高些，比方说是1900年印度年轻人的千分之一，如果没有衰老的作用，能够使许多人活到300岁。从进化史的观点看，一个人如果不衰老的话，按最低的估计，实质上他也有生殖优势。　　这就把我们引入了迷宫。如果衰老如此严重地破坏了我们的健康，那么自然选择为什么没有清洗掉它？这种可能性之所以反常，只是因为衰老是我们的经历中一个不可避免的部分。再设想一下发育的奇迹和艰难：从一个带有46股核酸链的受精卵细胞逐渐形成一个十万亿个细胞并各自安排在正确的位置上，组成组织和器官共同执自己的功能满足整体的需要。可以肯定地说，维持这样一个身体要比形成它容易些。　　此外，我们的身体有很强的维护能力：皮肤和血细胞在几个星期之内就要更新一次，牙齿一生中更换一次——但是为什么不能同大象一样一生更换6次？损坏了的肝组织可以很快更新，大多数创伤能够很快愈合。骨折能够重新愈合，可以更换失去的小片皮肤、骨骼和肝组织；但是有些组织，例如心脏和脑，不能再生。有的生物，如蜥蜴的尾巴被切断之后，立即就开始长出新的来。我们的身体也有某些修复损伤和更换失去部分的能力；不过这种能力是有限度的，身体不能无限地维护自己，为什么不能呢？　什么是衰老？　　对我们中间的大多数人说，在45岁以后的某一天，突然发现自己如果不把拿书的手伸直就无法看清书上的字。这时，已经脱了不少头发或者有了不少的白发，脸上有了皱纹，不过这些变化要比伸直手拿着书的困难容易否认。50岁的生日晚会常常是不很愉快的。一些热心推荐矿泉水的人会提到一些敏感的问题，诸如记忆减退、面部潮红和阳萎之类。我们太知道是什么来了，但是很少人知道衰老过程很早就开始了。衰老不是40岁或50岁才开始的，而是在早在青春期后不久就已经开始的一个逐渐发生的变化。如果是运动员，不一定要到40岁就已经过了成绩最好的年龄。看看图8－3，这是不同年龄组所取得的最佳马拉松成绩。这条曲线很有点像图8-1的死亡率曲线。成年人的早期活动能力最好，随后便以逐渐加快的速度下降。这种下降是衰老的一种征象。确实有不少人在40岁还跑得很快，但是不如他在30岁那样跑得快。这就是说无论是追逐糜鹿还是逃避老虎都有所不利，而且是一种相对不利的因素。有一个笑话讲两个人在逃避老虎追逐的故事。其中一个人停下来穿跑鞋。另一个人问道：“你这是干什么？穿上它你也跑不过老虎。” 　　“不，”他说，“至少会比你跑得快。” 　　一匹马拉的四轮马车　　19世纪美国医生兼诗人霍姆斯在他的一首题为“一匹马拉的四轮马车”诗中描述了衰老现象十分明显的综合效应的经典隐喻：　　那一匹马拉的车子……　　突然之间变成了碎片，　　突然发生并无预兆，　　好像冒出来的气泡一样。　　我们的器官系统也都是以大约相同的平均速度变得陈旧的。斯特勒和密德文（Strehler＆Mildvan）测量过心脏、肺、肾脏、神经元和其它机体系统在不同年龄的储备能力，发现这许多不同的系统都以惊人相似的速度逐渐下降。一个人的年龄到100岁时，每个系统都已经几乎完全失去了应付需求增加的能力，因而即令是对任何系统最微小的挑战也会产生致命的衰竭。衰老本身不是一种病，而是使每一种体能持续下降，因此我们逐渐地变得对多种疾病更加易感，不仅仅是癌症和中风，而且也包括各种感染、自身免疫病，甚至还包括车祸、跌倒这些意外事故。　　我们为什么会衰老？　　衰老是进化中第一类神秘的事物。任何解释都必须涉及我们刚刚讨论过的那些现象。某些线索来自其它生物。一个炎夏的傍晚，我们与一些朋友郊游来到密执安湖北边皮维岛的西岸、当我们登上山顶俯瞰湖面时，金色晚霞的最后余辉正从火样的云间射出。我们停下来，摒息注视那千万只彩虹翼翅形成的壮观景色在夕阳中闪光。蜉蝣形成了一片金色的云彩盘旋在岸边的浪花之上，等待交配的机会，产卵，然后在它们成熟的同一天死去。这似乎是一种浪费。还有许多生物的命运也同蜉蝣一样。秋天。鲑鱼逆流游进山溪，产下它们的卵，然后死去，它们腐烂的尸体再次冲进湖里。这就是衰老的彻底性（vengeance）。它犹如大雨滂沦的降临。我们应当怎样去理解它？　　有些人想，衰老一定是对物种有利。本书作者之一（尼斯）在大学2年级首次对衰老问题着迷时，探索了各种能够查到的有关解释，得出结论认为，为了给新的一代留下生存空间，衰老是必要的，以便进化能够保持物种对生态变化的适应能力。这种观点已经落后于19世纪的达尔文主义者魏斯曼（August Weismann）的立场；他在1881年写道：“清除一些个体不仅对物种说来毫无价值。甚至还是有害的，因为它们抢占了更优秀个体的位置。这样一来，通过自然选择，我们假定的不朽的个体，将因被该物种中没有用处的许多个体取代而衰退。” 　　在学过了自然选择不为种族的利益而活动，正常时只为个体的利益而活动之后，他放弃了这种错误的假说。于是需要另一种解释，当他知道早就有密执安大学“进化和人类行为计划”的合作者们关于衰老的进化论解释，前往请教时，他们大笑并问道为什么不知道1957年生物学家乔治·威廉斯写的有关衰老的文章。　　威廉斯的文章深入地阐述了生物学家霍尔丹和麦达瓦（J．B．S．Haldane＆Peter Medawar）提出的自然选择为什么留下了引起衰老的基因。早在1942年，霍尔丹就已明确，在最高生殖年龄以后出现有害作用的基因是不会被自然选择淘汰的。这是一个重大的进展，但是没有解释生殖为什么要停止。到1946年，麦达瓦进一步说明了自然选择的力量到生命的后期逐渐减弱，因为这时已经有许多个体因衰老以外的原因死去。　　我们很容易想像遗传的选择力量优先有利于年轻的动物，必定要不利于比它们年老的动物，而且也不利于这些年轻的动物自己长大之后。共同促进衰老的一个基因，或者许多基因，在许许多多可以用数字说明的条件下，将会扩散到群体中去。一个简单的理由是它所偏爱比较年轻的动物，作为一个群体，对未来群体的祖先有着相对较大的贡献。　　威廉斯把这些思想扩充到衰老基因的多向性（pliotropic）学说中去。一个基因如果具有一种以上的作用便是多向性基因。假设有一个基因因为能够改变钙的代谢，促进钙的吸收、沉积而使得骨折更快地愈合；但是这同一基因也会慢慢地析出钙沉积在动脉壁上。这样一个基因很可能被自然选择留下来。因为许多个体在青年期受益于它，却只有少数能够活到体会其引起老年时期动脉疾病缺点的年龄。即令这个基因使每个人都在100岁时死去，哪怕对青年期只有更少的益处，它也会扩散开来。这个学说不因为是否有衰老才能成立。许多其它的死亡原因——意外事故、肺炎等等已经足够使得老年期的群体大大减少。这个学说也不同于霍尔丹的取决于生殖的停止学说。　　月经停止的存在确实是一个相关的难题。为什么自然选择没有剔除这种现象？停经不大像是简单的衰老的结果。因为大多数物种即令进入老年仍然有生殖周期，而人类的月经周期肯定是在50岁左右的一两年中停止下来的，不是与其它器官功能下降平行地逐渐终止。在一篇1957年的文章中，威廉斯提出了一种可能的解释。女人对每个孩子作了一定的投资，而这种投入只有在孩子们活到健康的成年之后才能有所回报。如果一个母亲在已经感到衰弱的年龄还要生育更多的婴儿，承担与此相关的风险，她将难以哺养她再生下来的婴儿，甚至原来已有的婴儿活下去，活到成年的可能性也会面临挑战。如果她停止生育而把精力放到抚养已有的孩子上，她会有更多的后代能够成长到可以自己生育的年龄。最近有人类学家希尔和罗格斯（Kim Hill＆Alan Rogers）的文章挑战这种对停经的解释。但是这个假说无论如何是阐述了亲属选择有可能解释表面看来无用的生物特性的一个例子。　　并非所有能引起衰老的基因都一定要在早期有益。某些衰老基因的存在，简单地只是没有机会被自然选择淘汰，因为只有很少的人能够活到这个基因产生不利后果的年龄。在一些互相交叉的领域里，康富特（Alex Comfort）是一位著名的生物学家，他有两本经典教科书：《衰老的生物学》和《性的欢乐》。如果康富特是对的，衰老几乎完全不是野生动物的死亡原因。他观察到自然界极少见到老弱的动物，因此得出结论说在野生动物群体中，衰老不是死亡的原因之一。但是不要忘记前述马拉松运动的记录，如果老一些的动物只是跑得稍微慢一点，它们就有可能会比年轻的竞争者更加容易被捕食者抓获，因而在我们能够看到的明显衰老的迹象出现之前很久就已经因衰老（的速度）而死去。　　观察这种情况的方法是计算作用于野生动物的选择力度（force of selection），通过比较群体的实际生存曲线和同一群体按死亡率不随年龄而增加这个假定而计算出来的曲线。曲线下面积之比可以估算衰老使健康适应状况下降了多少。图8-2即为一例。在许多野生哺乳动物中，衰老是一种主要的负选择力（negative selective force），大多数能引起衰老的基因是在自然选择的范畴之内，它们之所以扩散可能要由早期生命活动中的益处来解释。　　精明的读者要看在早期有益处而在晚期引起衰老的基因的例子。已知有多向基因，一个基因有多种作用。例如，引起苯酮尿症的基因使头发颜色变浅和智力发育停滞。现在我们感兴趣的是有没有一种有益于青年期，又有一种要在老年期付出代价的作用的基因。1988年有一篇文章，密执安大学的阿尔宾（RigerAlbin）医生引证了几种疾病是由这种基因引起的。其一为铁色素沉着性肝硬变，这种病人的特征是铁吸收过多和成年中期死亡，死亡原因是铁在肝脏的沉着毁坏了肝脏。在生命的早期，吸收过多的铁，使患者可以避免发生缺铁性贫血，这一有益的特点压倒了后来的损失。阿尔宾医生注意到这种基因在人群中出现的频率高达10％，还有一种杂合子优势的解释。这个基因之所以保存下来。也可能是性别拮抗选择的结果：它对女性有益，女性需要铁补充她们月经中的损失，但对中年男性有害，男人只是积累了过多的铁。　　另一个例子，阿尔宾医生注意到某些人有一个可导致产生过多的称之为胃蛋白酶原I的物质的基因。这些人比较容易在年龄老些的时候患胃溃疡并死于胃溃疡。然而，在一生中，因为这些人有较多的胃酸，有可能提供对感染的额外保护。据我们所知，至今尚无人对阿尔宾的说法进行检验，看较多的胃蛋白酶原I是否能对抗胃肠道感染，诸如结核和霍乱。　　保尔·特克（Paul Turke），一位进化论人类学家和衰老研究者，他在医学院毕业之后成为一位达尔文医学医师，他提醒我们说整个免疫系统是有年龄偏性的。免疫系统释放破坏性的化学物质为我们对感染提供保护，这些化学物质不可避免地也会损伤组织，最终导致衰老和癌症。　　成为Alzheimer氏病（又称老年性痴呆）前提条件的基因也可能是由其早期的利益而被选择的基因。这是一种最常见的造成毁灭性智能破坏的病因，它在60岁时使大约5％的人，到80岁时使20％的人受累。它早就被认为是受遗传因素影响的疾病，因为许多家族性病例以及在21号染色体有3个拷贝的人中频率最高。1993年，杜克大学精神科学家发现19号染色体上的一个基因产生E4载脂蛋白特别多见于发生Alzheimer氏病的人中。该基因的杂合子在80岁发生该病的可能性为40％。据我们所知，还没有人找到后来发生Alzheimer氏病的基因在早期生活中的益处。国立老年研究所的拉波得提出一个有关的解释，他注意到Alzheimer氏病是以大脑进化过程中最晚出现的区域中的异常作为特征的，这个区域在其它灵长类动物中不存在。这使他提到四百万年来导致人类大脑迅速增加体积的基因可能是引起某些人的Alzheimer氏病，或者产生尚未由其它遗传变化所介导的副作用。如果能够肯定早年生活中智力较高者，或者大脑体积较大者人中具有发生Alzheimer氏病前提条件的基因，那将是十分重要的发现。　　有相当多的实验室证据说明有早期益处的基因引起衰老。群体生物学家苏卡（Robert Sokal）养育了一批家蝇（一种最普通的厨房害虫）选育其在生命周期中繁殖得最早的。40代之后，被选出的家蝇确实能够在早期产生更多的后代，但它们又同时老得快些，死得快些。有可能是被选基因在生命的早期有益而对晚期不利。生物学家罗斯和查理斯韦斯（Micheal Rose＆BrainCharlesworth）从另一角度做实验，培育在生命周期中繁殖得晚的果蝇。这种果蝇不仅在生命后期繁殖较多，而且也活得久些，但是后代总数较少。这个实验的结果，符合预期的人工选择剔除了有早期利益但需要付出后期代价的基因。　　有越来越多的证据提示这类基因是野生动物衰老的原因。多年来，老年医学家接受康富特的错误结论认为野生动物不发生衰老。他们对预期结果的观察中存在的一个典型错误，就是这些研究野生动物群体的科学家甚至没有想到较老的动物的死亡率与较年轻的动物的死亡率之间存在年龄差，他们假定死亡率在整个一生中保持一个不变的常数。现在，老年医学家开始去分析各种观察数据，对许多生物物种而言，衰老所减少的生殖成功率，比其它各种选择力加起来还要强。这并不证明多向性基因在衰老中所起的作用，但是它肯定对自然选择只是简单地没有机会剔除衰老基因的学说是一个挑战。　　当野生动物中衰老的证据支持我们的利益更替学说（trade-off theory）时，它又受到寿命可以延长的证据的挑战。大鼠的食物受到严重限制时，它们的寿命可以延长30％或更多。这似乎难以理解一因为简单的食物中热量限制而带来的寿命延长是与我们假定有许多基因共同作用而产生衰老的观点是不一致的。那么为什么小鼠和大鼠吃得少些就能活得久些？　　第一种可能是与它们在正常情况下相比在实验室是吃得太多了，以至过早衰老，也许它们的身体并不需要太丰富的食物，所以饥饿实验不是延长了寿命而只是减少了过多食物的不良副作用。这似乎不对。大小鼠在实验室各取所需，尽其需要进食时并不比它们的野生同类体重高些，而实验室里营养不良的大鼠比野生鼠之所以活得久些是因为它们受到保护，免受捕食者和中毒之害。　　哈佛的生物学家奥斯特（Sleven Austad）评价了上百项关于限制饲料延长寿命的研究，发现只有少数研究提到一个决定性的关键问题：食物不足的大鼠可以活得久些，但是没有后代。事实上，它们不交配！它们停顿在生殖发育的前期，等待充分的食物供应。这对解释食物限制导致的长寿仍然具有重大意义，但是对一个进化论学者而言，延长了寿命而失去了繁殖的成功，并没有什么裨益，几乎与早死同样地不好。　　衰老的机制　　衰老以及限制长寿的近期机制是什么？最近的研究找到了好几个。自由基，是一种性质活跃的化学结构，任何与自由基接触的物质都会受到自由基破坏。我们的身体开发了一系列防御机制，特别是被称作过氧化物歧化酶（SOD）的蛋白蛋，能在自由基造成损害之前中和它。缺少正常的SOD可以引起肌营养不良性侧索硬化症（Amyotrophlclateral sclerosis，亦名 Lou Gehrig’s病），这是一种以肌肉萎缩为特征的致命的疾病。SOD水平在各动物物种中与寿命有正比关系。从一个方面看，自由基损伤确实是衰老的近期直接原因；从另一方面看，证明自然选择又把防御机制调节到正好符合需要的水平。　　血尿酸水平，作为另一种抗氧化剂，也与物种的寿命密切相关。我们人类已经失去其它大多数哺乳动物都有的降解尿酸的能力。因为尿酸结晶会在关节液中沉淀并引起痛风，这种降解尿酸能力的丧失，在医学书籍中提到时总是说这是人类生物化学的种缺陷。但是，它又可能是一种优点：它有利于我们活得较为长久的生命。　　这样高的尿酸水平，使许多人处于痛风破行的边沿，这是一种什么选择优势？　　终于找到了尿酸盐有一种重要的有益作用。尿酸盐是有害的活性氧——羟基，超氧阴离子，单个氧原子，以及氧化血红素中间产物高价铁（十4，＋5）的一种非常有效的清除剂。尿酸盐作为抗氧化剂的作用与抗坏血酸（维生素C）等效。　　人类的尿酸盐水平高于猿人（prosimians）和其它低级类人猿，可能对人类的寿命较长，癌的发病率较低有关，尿酸盐在其中起了明显的作用。　　因痛风而火一样灼痛的拇趾可能是因为这一延迟衰老而被选择的基因的一种代价。这个基因有一种与前面已经讨论过的作用相反的作用，这个基因有利于晚期生命减慢老化却在整个成年期要付出代价。如果能够证明患痛风的人确实衰老得慢些，那将是十分重要的证据。　　有一种修复异常DNA的酶也是在寿命较长的物种中含量较高。这说明DNA的损伤也是一种自然选择的力量，与SOD和尿酸盐一样，也说明自然选择找到了一种解决的办法。如果把自然选择看成一种弱力量，就可以看到自由基和DNA损伤是衰老的一种原因。理解自然选择的力度，便可以使你倾向于希望自由基和缺陷DNA是受到进化出来的机制的限制的，这些机制同使生殖最大化所需要的那样有效。　　奥斯特指出，衰老的机制在物种之间多半不同。大鼠和小鼠，是大多数衰老研究的材料，与人类有很大的差距。不仅是种系发生学上的距离，而且在衰老的模式上也不一样。奥斯特因此主张进行物种间衰老的交叉比较研究去揭示常见的共同模式。他在乔治亚海边的一个小岛上用有鼬（opossums，又名负鼠）开始做他的研究，这里的鼬已经在没有捕食者的条件下生活了几千年，因而估计它们有较长的寿命。野外工作用了几年时间——在岛上和大陆上捕捉鼬并测定其年龄。岛上的鼬很容易捕捉，因为它们在地面上睡觉，不作防御；而在大陆上的鼬则整天躲在很深的地洞里。研究的结果发现，不仅是岛上的鼬比它岸上的表兄弟活得长久些，而且在一系列指标上都老得慢些。这些变化的代价是新生的小鼠在各个年龄阶段都要小些，而且首次生殖年龄迟些。很清楚，衰老的速度，同其它的生活史特征一样，是由自然选择决定的。　　衰老的性别差异　　回到人类来。1985年在美国出生的男婴预期平均寿命要比女婴少七年。类似的差异也见于别的国家，以及过去的年代。为什么妇女在这点上比男子优越？许多动物的雄性老得快些的证据是来自跨物种的比较研究。雄性必需竞争配偶时，寿命就要比雌性短。增加的死亡率有一部分是因为雄性为雌性配偶而互相争斗，但是即令是单独关在笼子里的雄性也比雌的死得早些。　　为什么雄性是易被伤害的性别？雄性的生殖成功十分依赖它的竞争能力，雄性在生理上要更多地奉献给竞争，因而对自身身体的保护便相对较少了。它们的生活游戏是为了更高的赌注而表演。如果特别强壮的雄性能够成为更多的子代的父亲，而平庸的雄性便没有后代。为了达到十分强壮的目的，就必须付出重大的牺牲，在这个过程中牺牲的可能就是长寿有关的因素。　　医学上的含义　　对衰老的研究似乎是去发现进化论观点的价值。老年医学家已经肯定引起衰老的机制可能不是错误而是自然选择仔细权衡协调的结果。进化论观点提示衰老过程中涉及的不只是少数基因，其中若干对生命有重要的功能意义。这些基因似乎是在一组互相协调的逐步升级的征象中—一表达它们的各种作用。在任何基因的不良作用中，出现得早的基因将比出现得迟的基因受到更强的自然选择的淘汰。自然选择作用于它们，以及别的基因以延迟它们的作用，直到它们与别的引起衰老的基因一同作用。这一过程解释了四轮马车效应，即令并不存在协调衰老的内在时钟，仍然有许多衰老征象协调一致的现象。　　这个观点挫灭了飞机上那位老太太的希望：衰老是一种某一天可以被治愈的病的希望。关于长寿研究有所突破的谈论只不过是一种充满希望的谈论而已。老年病学研究所能达到的目标，应当是合理地适当投入到关于衰老机制的课题研究，和防止或者推迟许多老年病的可能性，使我们能够在整个成年期的生活更加美满，更有活力。尽管我们对我们可以使寿命得到明显的延长感到悲观。我们承认科学史上有不少在成功之前曾经有某些自信的科学家论证过这种成功是不可能的。而且我们十分清楚，自然选择在不多的几百万年时间里已经大大地延长了我们人类的寿命。所以我们不是要求老年病学家放弃延长寿命的努力，而是要求他们在进化论学说的指导下进行研究。　　我们还注意到对科学能够完成的任务的悲观估计也常常有实际意义。它们提供了哲学家E．T．魏塔克所说的“无效原理”。因为有这种悲观的论点，工程师不再去设计永动机，化学家不再试图把铅变成金子。如果老年学家不再去寻找某个单一的，可加控制的衰老原因企图返老还童，那么他们的努力将被证明对人类的美好生活更加有贡献。　　医生常常要做更多近期效益的考虑。85岁以上的人口所占比例要比整个人口增长的速度快6倍。就在刚刚过去的30年间，美国人口的平均寿命已经从69.7岁增加到75.2岁。医疗保健投资中的四分之一以上的资金是花在病人临终前的生命上。估计在下一个20年内，老年护理床位的需求还要增加四倍。医学的重点已经从儿童和青年人的急性病转移到老年人的慢性病上面。本来打算做一个用抗生素治疗肺炎和进行英雄式的外科手术的医生突然发现他面临的工作是监视高血压，评估记忆障碍和去缓解慢性心脏病的症状。这些医生和他们的病人中还有许多把衰老当作一种疾病的人。我们深信，关于衰老在进化中来源的知识将具有深远的影响。　　我们如何看待自己生命的观点也可能发生变化。有的人可能在知道衰老是青年时期活力的代价而感到安慰。在知道不大可能出现能够把生命无限延长的医学进步之后既可心安理得也可能失望。但是这可以让我们从研究能够把人类从衰老中挽救出来的药丸、保健食品和体育锻炼的无效劳动中解放出来，而是去研究怎样使我们在各个年龄阶段，包括老年时期过一种充满活力的生活。长生不老的幻想将被生活得更美好更丰富的实际所取代。

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