Survival of the Sickest LP《Survival of the Sickest》

September 06 2008

Survival of the Sickest: The Surprising Connection between Disease and Longevity

这本书的名字只是个噱头，并不是书真正的论点，副标题起得更是不着边。此书其实是本介绍进化生物学理论的科普书。我对此一题目向来就有兴趣，因此读来很有收获。 作者是个搞生理学、神经遗传学和进化医学方面的博士，目前还在攻读医学博士，年纪尚轻，不过看上去有点自大狂的意思─当然，这与我无关了。之所以叫survival of the sickest 乃因为有一些遗传性的疾病在今日之发达社会中看来全无用处，但其实它们只是某种有助于人类生存的进化演变所带来的副作用而已，只不过其正面作用─其原本之进化上的目的─已经不为人所注意了。

从进化论的角度而言，遗传疾病的存在的确是个不太有道理的事：有这些遗传疾病、先天缺陷的人，为什么没有被自然选择淘汰掉呢？导致这些问题的不良基因何以一代又一代地传下来，而没有被进化掉、改良掉？当然，有不少遗传疾病或先天缺陷并不影响人生存的机率，比如说年老时容易得糖尿病，这一点并不影响后代的繁衍和基因的传递（虽然也可以说父母如果死得早，后代成功的几率相对会变小，但在以前人均寿命都很短的时代，应该不会有太大影响）。但书中作者所举的几个例子则是意在显示，这些先天性的疾病，其实确实是进化过程中自然选择的产物，只不过它们是副作用，而进化所选择的正作用，在今日之生存环境下已不为人知了而已。书中讲了以下几个例子。

一是西欧人群中最常见的一种先天性的血液中铁含量过高的病: hemachromatosis。铁是所有生物都需要的东西，没有铁就无法生存，从人到细菌皆如此。氧气通过血液在体内的传递就是通过血液中的铁来完成。（在这里知道一点，深蓝色的海洋如太平洋中某些地方，往往可能是缺铁的，没有铁，便没有小虾米，也就没有了整个生物链。而大西洋是绿色，则因为有铁，于是有了各种浮游生物，变成了绿色。）人通过小肠来吸收食物中的铁，当体内的铁足够了，人体就会发个指令，然后就不再吸收铁了，这时即便吃个秤砣也没关系，反正人体不会吸收。但有这个病的人，体内的一个基因不一样，不会监测铁含量或发出停止吸收的指令，而是总以为体内铁还不够，于是便不断地吸收铁。而多出来的铁则在体内各处分布、堆积，久而久之会造成心、肝的衰竭、糖尿病、关节炎、不育症、精神病等各种问题。治这个病很简单的一个办法─也是人类早就在用的一个办法─就是定期地放血，血一放便把体内多余的铁也带走了。从这里我也才知道，在古代西方，放血几乎是个包治百病的办法，华盛顿便是放血时没搞好给放死了。而西方的理发店门前为什么有个红白两色的灯箱呢？乃因为传统上理发店就是做这个放血治病的营生的，沾了血的纱布洗好之后，就在门口矗根棍晾着，或红或白的，风一吹，巻在一起，便是今天灯箱的样子。

回到正题上。有hemachromatosis的人，体内铁太多，然而却偏偏在一处缺铁：一种叫macrophages的白血球。这种白血球里的铁有一个负面作用：当病菌入侵人体时，往往就依靠这些被派来消灭它们的白血球里的铁而生存繁殖（这是个矛盾的地方，但就是如此）。而有这种病的人反倒没有这个问题，也就是说，当病菌入侵到这些人体内时，因为无法从macrophages中得到铁的供应，便也无法生长繁殖。这在各种传染病肆虐的古代，可是个天大的好处。于是，流行病学家便发现，西欧人群中之所有很多人有这种病，正是因为在14世纪的那场肆虐欧洲的黑死病中，有这么个基因突变的人有了更高的生存的机率，而将这个基因传了下来。至于到五六十岁时再因铁中毒而死，比起在黑死病中暴死，那已经是大幸了。 同样，基于人体内的铁有助于入侵病菌的生存这一道理，人们也就面临着一个两难：铁少了，自己身体不好，铁多了，又容易被病菌钻空子。面对不同的生存环境，人群也做出不同的选择。比如索马里的牧民普遍都缺铁、贫血，而恰恰因为这个，他们的体内变得很不适于病菌生存，而他们自己才能在疾病横行的环境中生存下来。

第二个例子是糖尿病，特别是一型糖尿病（Type I diabetes，不知中文是何种说法）。我这才搞清楚，type I是因为体内生产不了足够的胰岛素（之所以缺胰岛素是因为免疫系统出问题，把自身胰腺里生产胰岛素的细胞误杀了），无法分解血糖，其治疗办法也只能是注射胰岛素；而type II的病人，胰腺能生产胰岛素，但主要问题是其他本该吸收血糖以作为养料来燃烧的器官却不能接受血糖，致使一方面是血液内糖分过高，一方面是肢体和器官因缺少血糖而衰退、坏死。糖尿病都有遗传性，而一型糖尿病的种族遗传性更明显，全世界范围内，青少年一型糖尿病发病率最高的居然是发达的芬兰，而其次是瑞典，英国和挪威并列第三；生活在温暖气候中的亚洲、非洲和拉美人群中，这种现象很少见。何以如此？ 人们在对其他生物、尤其是对加拿大的一种会结冻过冬的木蛙的研究中发现，在低温环境中，生物自我保护的办法是两个反应：把水分从体内的重要器官里排出、提高血糖浓度。为什么呢？有水在器官里，一旦结冰就象冬天的水管子一样，会出问题。所以木蛙就会把体内各个器官里的水都排出来，集中到肚皮上。而据说人到了低温环境中也会频繁地想撒尿。而提高血糖浓度则是为了降低血液的溶点，使血液更不容易结冻。这个道理在用来作冰葡萄酒的霜冻葡萄上也一样表现出来：霜一打，葡萄就排出水分，同时提高糖分的含量，以防止被冻坏，而酿出来的酒就特别甜。 由此可见，北欧人群中的糖尿病可能也是一种对寒冷环境的适应性进化。这一点还跟一万多年前的一次冰期而造成欧洲的气温突然大幅度下降有关。面临那样的突然的环境变化，有糖尿病这个基因的人，因而能降低体内的胰岛素，提高血液中糖分的含量，而更有能力在严寒中生存下来。因此，付出了得糖尿病的代价，但获得了进化上的优势。这还不是个广为接受的理论，但有支持的证据，比如说在寒冷地区和寒冷季节中，一型糖尿病的发病率就高。

第三个例子是关于人对日照的适应和高胆固醇的问题。除了对皮肤的影响之外，日照在人体内有一好一坏两个主要作用：好处在于制造人体必需的维生素D，坏处在于损耗人体中所储存的、也是人体必需的叶酸。除了晒太阳（主要是UVB）之外，人体制造维生素D还需要一个原料，就是胆固醇。 人如何维持维生素D的生产与叶酸的保存这一对矛盾呢？首先要通过皮肤。皮肤的颜色（以及眼睛和头发的颜色）都决定于一种叫美拉宁的东西（melanin，这东西看来跟被叫做褪黑激素的melatonin有很大关系，也许melanin是因日照而产生，使人变黑，而melatonin则是在黑暗中产生，使人“褪黑”。)，而此物又是由一种叫melanocytes的细胞生产。人体对于日照是以如下程序反应的：先是视觉神经感受到日照，然后大脑对松果体发出指令，分泌一种荷尔蒙，此种荷尔蒙会刺激melanocytes，以分泌更多的melanin，于是皮肤颜色变深，以挡住过多的阳光。（这里有趣的是，因为这个链式反应从视神经开始，人如果戴墨镜的话就会干扰这个过程，使得melanin分泌不足，使皮肤不容易变黑，但人却更容易被晒伤。）正是因为这个过程，生活在热带的非洲人皮肤、眼睛、头发全是黑的，而生活在寒冷而日照少的北欧人，则全是浅黄色的。我也才知道，眼睛的颜色其实跟皮肤颜色一样，也会因日照多少而变化，所以为什么阿明在瑞典生的中国小孩眼睛会是蓝灰色的，而回国住一阵子又变黑了，只因melanin分泌多了也。 生活在北欧的人因为半年晒不着太阳，晒着时也没多少直射（相应的UVB也就少），所以为了制造足够的维生素D，皮肤颜色就浅，以使阳光尽量通过。生活在日照少地区人，肤色都浅，却有一个例外：加拿大冰原上的因纽特人。他们肤色深，又无日照，维生素D何来？从食物中来。他们几乎只吃一样东西：富含维生素D的海鱼（这也是以前小孩要吃鱼肝油的道理，而现在则是在牛奶中添加）。

对于白人，这个问题解决了，而黑人却面临另一个问题：为保护皮肤，保护体内的叶酸，搞了一身不透光的黑皮肤，维生素D也无处来了。而黑人在进化中采取的应对措施就是：他们体内出现了一个提高血液中胆固醇含量的基因，使得即使没有太多的UVB透进来，仍能被很好地利用起来转化成维生素D。如果黑人继续生活在非洲，这种基因变异正得其所。但问题在于，起码在美国，很多的黑人生活到了太阳直射稀少的北方。体内的胆固醇被堆积了起来，本是要给生产维生素D做原料，但却没了足够的日照来转化它们，于是，高胆固醇所带来的心血管系统的问题便都出现了。美国黑人比美国白人死于心脏病的几率高两倍。

第四个例子如果吃了fava bean就会发病的favism，主要集中于地中海地区的人群中，其起因是为抵抗疟疾。此处就不详述了。

书的后面四章讲的就跟survival of the sickest没有关系了。第五章讲的是寄生虫与寄主之间的复杂与微妙的关系。寄生虫要利用寄主来生存和繁殖，而为了能繁殖下去，寄生虫都多少有些操控寄主行为的能力，比如霍乱病菌使人腹泻及喷射式地呕吐，而在这些排泄物中的病菌从而能再回到水中，将感染其他喝了不洁水的新寄主；疟疾则使寄主不能行动，好让蚊子再来咬他，从而将血液中的病菌带走，再传播到他人身上。这些是我以前也知道的，但不知道的是，有些寄生虫在操控寄主行为上和设计传播路线上发展到了惊人的程度。比如说美洲的一种蛾，把卵下在一种蜘蛛的肚子里，卵孵出来之后，幼虫会分泌一种物质，然后蜘蛛就象中了邪一样，不再织圆形辐射状的蜘蛛网了，而是只知一条线上来回织网，正好给长大了、要作茧的幼虫搭个架子。还有一种羊肚子里的虫，先是随羊的粪便排出来，然后被屎克螂吃了，又变成粘液排出来，然后再被蚂蚁吃了。可怎么才能再回到羊肚子里呢？羊还是不吃蚂蚁呀？它居然能让这个蚂蚁中了邪，一到晚上就从窝里跑出来，找片草叶子爬上去，就等着羊来吃。要是第二天没被羊吃掉，它先回群去做事，到晚上再出来，爬到草叶子上去等着。还有一种很多人身上都有的寄生虫（90%的法国人身上都有，就因为吃生肉），但它却只能在猫身上才能繁殖。那如何才能回到猫身体里呢？它先随着猫的粪便排出来，然后被老鼠吃了，吃了之后，这老鼠就变了，不仅长胖、变得行动不便，而且还特别喜欢猫尿的味道，专找着去，自然，无需多久就成了猫食，而这个虫也就回到了猫肚子里。现在发现这个虫对人、特别是对免疫力低下的婴儿有很大危害，所以为什么以前听说，孕妇不要接触猫拉的屎，否则胎儿会出问题。在有些人身上，这种虫还能引发精神分裂症。

第六章比较理论性，读得我两度睡着，似懂非懂。总之，其核心是回答，所有这些奇妙无比的生物现象，真是靠达尔文所说的基因突变加自然选择就能实现的吗？这是有点令人怀疑。而进化生物学里最新的理论发展对于经典的达尔文式的进化论已经又有了突破。而突破之处，却正是以前被批判的拉马克的用进废退的理论。首先，拉马克是被委屈了的，他其实不是个科学家，而是个哲学家，而且他还是赞成达尔文的，并没有提出什么用进废退的理论，但却被莫名其妙地在所有的教科书里被作为了达尔文的反面典型。而其用进废退的理论就是我在中学生物课本里学的：长颈鹿是有意识地为了吃到更高处的叶子，才把脖子越抻越长，并把这个特征传给后代，一代一代变成了后来的长脖子。其核心是inherited acquired traits。 进化生物学里的新拉马克理论（这里还是将错就错，将这个理论算在拉马克头上），与达尔文式进化论的最大区别在于，它不再认为基因变异是完全随机的、不被生存环境所影响的，而认为生存环境的变化会加速、促进生物体内的基因变异，从而出现更大的可能性会产生出适应变化了的生存环境的特征，然后再在自然选择中胜出。也就是说在传统的“基因突变、自然选择、适者生存”之外，新理论还加了一条：因势而变。

这方面的研究由Barbara McClintock 从研究玉米开始，并在83年得了诺贝尔奖，可见已是广为接受的了。最简单的一个例证就是，一种不能分解消化乳酸的E. Coli细菌，当被放到只有乳酸的环境中时，基因变异的速度就显著加快，以求能产生个能分解吸收乳酸的变异来，从而在没有其他食物的环境下生存下去，而且还真地就出现了这么个变异。另外还有一个发现就是，原来以为不可被穿越的Wisemann barrier（也就是生殖细胞（精子、卵子)与一般细胞之间的阻隔：一般细胞上发生的变异不会传到生殖细胞上，因此也不会被遗传给下一代），其实也可穿越；因此，后天出现的（或是获得的）在一般细胞上的变异，也可能传到生殖细胞上，并成为遗传特性而被传给下一代。这就恰恰证实了拉马克理论中关于acquired traits可被inherited 这一核心观点。 书中还讲了一大堆使这种因势而变的基因突变之所以可能的原理，涉及到jumping genes RNA DNA viruses retroviruses，我已经没有时间去搞懂了。

第七章介绍了另一个我前所不知的新理论：genetic methylation（不知中文为何物）。简而言之，基因除了变异之外(mutation)，还可以“开关”(methylation)。某些基因在传给下一代时，虽然没有变化，但是却可能改变其开关状态。如果此基因从开变为关，则其所管的功能也就不再起作用了。Duke的一个团队在2003年最先发现这一点。而以后因此而生的关于基因在遗传中的开关状态的研究，现在被称作epigenetics。杜克团队的发现是，两个黄色的胖型老鼠交配后，如果母鼠在怀孕期间吃了某些营养补品后，会生下黑颜色的瘦肉型老鼠，而这些小老鼠的基因却还是跟父母一样，只是致胖的基因处于了关闭状态。动物世界里还有很多此类随环境的不同而生出特征不同的后代的例子。 这一现象在人类也有例证。最明显的就是现在美国日益增多的得肥胖症的儿童。如果孕妇在怀孕的前期吃了垃圾食品，便给胎儿一个信号：营养不良。人类这么多年的进化对怀孕期间的营养不良形成了一个反应，就是打开某个基因开关，启动一种特殊的新陈代谢机制，且把它叫作“节俭持家代谢法”，其功能就是尽量地储存脂肪，以防被饿死。这一变化并不是基于基因变异的，而只是将某些基因的开关状态进行改变。等到了生出来之后，这些身上的节俭持家代谢法被打开了的婴儿，要是在孟加拉或埃塞俄比亚倒还好，他们反倒能在饥饿中通过尽量储存脂肪而比其他婴儿更好地生存下来；可若是生在美国，遇到的却并不是饥荒，而是高脂肪、高热量的美式食物，于是体内脂肪的储存便势不可挡，肥胖亦随之而来。而其他流行病学方面的研究也发现，若母亲在饥荒年代怀孕，则生出的后代得肥胖症及相应的心血管系统疾病的机率就明显增加。另外，当环境中出现巨大的威胁时，孕妇怀的若是男婴，则流产的可能性明显增大，比如在九一一之后，加州就出现这样的情况，刚统一之后的东德、刚地震之后的神户亦如此。一种可能就是女婴在恶劣环境中存活的可能性比男婴要大。更有甚者，不仅在怀孕过程中基因的开关状态的变化可能发生，婴儿出生后，母亲与婴儿的关系也会影响某些基因的开关状态，从而影响婴儿的身体与性格特征。

最后一章则是把一些无法放到前头章节里的零散话题放在一起交待。其中比较有趣的是关于人类如何进化成直立行走、大脑容量大、骨盆狭窄、生孩子特费劲、脑袋先出来、体表少毛发、而皮下却有脂肪这么一种奇怪的哺乳动物的一个新的解释。原来的解释─也是我所知道的解释─叫做savanna hypothesis，即认为早期人类因为从树林子里跑到了大草原上生活，而变成了直立行走，又因为直立行走，而使骨盆结构变化、大脑容量增大。但现在看来，这个说法确实漏洞百出。一个叫Elaine Morgan的英国人提出了一个可称为aquatic hypothesis的理论来挑战此说。其核心是说，早期人类是经过了一段在水边及水中生活（并不是象海豚一样在水里游泳生活，而是更象河马）才进化成了这付样子。而上述的所有特征都可以解释为了适应长期涉水生活的需要。

这里讨论到了在水中分娩这一我早就听说却一直弄不明白的问题。我以前不解的是，小孩一生出来就在水里，那一张口呼吸岂不就给呛死了。现在才知道，其实婴儿在母体里时就是在羊水的包围中，他完全能够在水中生存。更奇妙的是，婴儿离开母体后，只有当他的面部接触到空气时，他才从fetal circulation 转为 regular circulation，也就是说，张大嘴呼吸、哭喊。但如果他一出了娘胎就到水里，那他仍然会象在娘胎里一样，不用嘴鼻呼吸，也呛不死。反倒是不在水里出生时，一出来就呼吸，若接生的没来得及清理婴儿面部的话，却很可能将自己的排泄物吸到肺里，引发肺炎。

大千世界，何其奇妙。