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人为什么会生病:人体演化与医学新疆界(科学新视角丛书) 过去一个世纪以来,现代医学在外科手术、药物治疗、公共卫生、器官移植等领域取得了丰硕的成果。然而,疾病的发生率非但没有降低,反而越来越高了。人类为何无法摆脱疾病的困扰?为什么有那么多人饱受湿疹和哮喘等过敏性疾病的折磨?为什么心脏病变得越来越流行?为什么女性会不孕,而怀孕后又会面临先兆子痫的风险…… 人类为何无法摆脱疾病的困扰? 为什么心脏病变得越来越流行? 为什么有那么多人饱受湿疹和哮喘等过敏性疾病的折磨? 为什么女性会不孕,而怀孕后又会面临先兆子痫的风险? 本书将前沿的科学打包成7个生动的真实故事,生动地描述了患者和医生发现疾病的演化起源过程。 人为何不能长生不老?人类为何无法摆脱疾病的折磨?我们为何至今依然无法战胜癌症?这些问题或许看起来有些幼稚。它们更像是中小学生在科学博客、学校论坛或者科学杂志的提问专栏所提出的问题。然而,这却无法削弱问题本身的吸引力。人类的预期寿命在全球各个国家都在快速增长,部分国家的平均预期寿命已经超过80岁。近一项研究指出,现代生活方式下的西方人在预期寿命方面和传统狩猎民族间的差异甚至要超过狩猎民族和野生大猩猩之间的差异。在人类差不多繁衍了8 000代的历史长河中,死亡率的快速下降是在近的4代人中才出现的。这一切无疑应该归功于现代医学。看一看过去一个世纪以来我们在外科手术、药物治疗、公共卫生、免疫和器官移植等领域取得的成就,你就能理解现代医学的成功。 然而,在如此鲜亮的宏观统计数据背后,却潜藏着令人困惑而忧虑的事实疾病的发生率并未降低,反而越来越高了。人类的疾病谱处在永恒的变化之中,在孩子们幼稚的问题背后,我们可以继续发问:为什么有那么多人罹患类风湿性关节炎、多发性硬化、1型糖尿病、炎症性肠病等与自身免疫相关的疾病?为什么有那么多人饱受湿疹和哮喘等过敏性疾病的折磨?为什么心脏病变得越来越流行?为什么我们的眼睛对视网膜色素变性和湿性黄斑变性如此没有抵抗力?为什么肩背痛、疝气、椎间盘突出、髋关节损伤会那么常见?假如阑尾真的是一段无用的化石,那么让它消失不行吗?这样我们许多人就能免受阑尾炎之苦。为什么女性会不孕,而怀孕后又会面对先兆子痫的风险?为什么那么多人会遭受精神疾病的困扰?为什么许多人的晚年不得不在阿尔茨海默病的煎熬中直面不断衰败的精神世界? 医学专家倾向于将人体比作一台设计精良的机器,但这同时也是一台易于损坏的设备。它需要勤加保养。在机器运转过程中偶尔会出现一些需要专业团队来维修的故障,就像赛车比赛中需要熟练的技师团队来保障引擎的良好运行一般。医生的工作就是修理人体这台机器,并且让它运转得越久越好。但是,人体并不是一台机器。跟地球上的所有生物一样,人体是经由自然选择而产出的一大堆生命材料的集合。而机器或者任何建筑及工程结构与人体之间都存在本质的区别。 在材料世界中,建筑师或者工程师在为你建造一座高层办公楼之前,首先会问你:你想要造一幢怎样的楼?你可能会说,你希望它的高度达到多少,必须由太阳能供电,搭载观光电梯,大楼外观要与周围环境完美融合,建筑质量必须保证它至少屹立200年不倒等。总之,你可以提出任何你希望实现的目标。建筑师将严格依据你的要求来绘制设计蓝本。如果发现哪里有问题,建筑师可以在绘图板上擦除相关设计,重新绘制设计蓝本,以改变某个构件。 而演化遵循的是截然不同的路径。人体的设计规则与我们在建筑世界和技术世界的规则完全不同。演化对健康、愉快或者长生不老并不感兴趣。用达尔文的话来说,生命演化的核心在于如何获得个体生殖适应的化。换句话说,塑造生命体的核心是如何使机体适应环境变化,并且顺利地完成生殖过程。站在基因的角度,一旦遗传物质的某种变化导致个体生殖能力增强,那么个体所携带的基因在人群中出现的频率就会增加。因此,基因的永生取代了个体的死亡。演化只会选择那些对个体生殖有利的特质。如果某种特质能够使个体更易于存活到生殖年龄,通过成功的子孙繁衍提高或者保证基因在人群中的分布频率,那么这种特质就会得到演化的青睐。更进一步,演化不是我们所熟悉的建筑设计师,因为它是盲目而无畏的。生命的演化并不遵循任何设计蓝本。它无法根据对未来的预测设计出具有针对性的解 因此,用工程和机械的逻辑来类比生命极具误导性。它阻碍了我们深入理解人类为何如此易于罹患疾病,又为何无法逃避生理功能的退化。鉴于这种误解的广泛性,尤其在医学界依然根深蒂固,4位演化医学先驱兰道夫·内瑟(Randolph Nesse)、斯蒂芬·斯特恩斯(Stephen Stearns)、迪达哈利·戈文达拉朱(Diddahally Govindaraju)和彼得·埃里森(Peter Ellison)近在寻求一劳永逸地解除这一偏见的途径。这些科学家认为,由于演化的内在动因是繁殖化,而不是个体健康化,因此,生命体在演化过程中自然而然地进行了各方面的妥协,其中充满了折衷和限制。其次,相对于生物的自然演化速度,社会文化的变迁则快如闪电,由此带来的机体和现代生活环境的失配(mismatch)成为很多疾病发生发展的内在原因。此外,病原体通常比我们演化得更快,所以人类注定永远不可能摆脱感染的困扰。因此,那种将大量疾病简单归因于遗传过程中某些基因缺陷的观点在很多情况下是错误的。多数情况下,基因之间的交互作用或者基因与环境之间的交互作用才是疾病发生和发展的原因。从上述描述推论,疾病将永远与我们的生活相伴,想要彻底预防疾病是非常困难的。演化医学能够让我们以一个崭新的角度来看待人体,并且提出一些明显有别于主流疾病观点的新见解。关于发热在感染性疾病中作用的观点就是其中一个简单而常见的例子。得了流感以后,我们通常会发烧。伴随着体温上升,身体会感觉不适,精神萎靡不振。这是我们都非常熟悉的经历。大量治疗感冒的非处方药物都是通过退热来发挥疗效的。退热能够改善由于发烧而带来的精神和躯体上的不适。然而,问题在于大多数病原微生物通常不喜欢高温,适宜它们生存的温度略微低于人体的正常体温。因此,发烧实际上是一种复杂的演化机制。人体通过提高体温,可以快速地把自己变成一台战斗机器,投入打败病原微生物的战斗中。 奥克兰大学的彼得·格卢克曼(Peter Gluckman)使用演化医学理论阐述了一个更为复杂的问题为什么在发达国家,乳腺癌和卵巢癌的发病率在过去几十年里不断上升,以至于乳腺癌已经成为导致女性死亡的前五位病因之一。格卢克曼解释说,现有研究证据显示,较晚的月经初潮年龄、较早的次生育年龄、较多的妊娠和生育次数、较长的哺乳期和较早的绝经年龄都是乳腺癌的保护因素。这是旧石器时代人类女性月经、生育和哺乳的典型状态。然而,现代社会改变了这一切,现代女性月经初潮更早,但是次生育年龄更晚。在初潮和初次妊娠之间间隔时间极长,这就意味着在月经初潮后需要经历很多月经周期才能迎来妊娠。同时,现代女性的生育数量大幅低于旧石器时代女性,并且哺乳期显著缩短,甚至有许多女性生育后不哺乳。哺乳的减少或者缺失也造成潜在恶变的上皮细胞无法通过乳汁的冲刷而被清除出体内。此外,现代女性在整个育龄期大约经历500次排卵。 目前认为多次排卵造成的卵巢上皮细胞化学损伤和局部性激素水平剧烈波动共同增加了卵巢癌的患病风险。格卢克曼认为,这或许可以解释为什么通过口服避孕药减少女性总体承受的排卵周期数量可以降低卵巢癌的发生风险。乳腺癌的高发也有与之相似的因素。女性乳房中的乳腺导管组织往往要在妊娠以后才能完全成熟。由于未生育过的女性乳腺导管本身不成熟,乳腺上皮细胞在周期性雌激素和孕激素刺激下持续再生,加上缺乏妊娠导致停经,延长了激素刺激的持续时间,进而共同增加了乳腺癌的发生风险。 当代女性在生殖行为方面与既往相比发生了巨大的变化。避孕、激素替代、不育、低生育率、哺乳减少、月经初潮提前、更年期推迟,种种情况都与人类历史上演化而来的生殖生物学特点不相匹配。在当代大量女性的月经周期中,激素水平始终保持着剧烈的波动状态,以保留她们更持久的生育力。那么,我们又如何来解释BRCA1和BRACA2这两个肿瘤易感基因的存在呢?我们已经知道,BRCA1和BRCA2基因上的某些特定变异会使得它们丧失抑制乳腺上皮细胞癌变的能力。格卢克曼指出,虽然中老年女性是乳腺癌的主要易感人群,但是有相当一部分乳腺癌患者在青年期发病。依照对于生物演化的一般理解,这些显著增加乳腺癌发生频率的变异应该在自然选择中被淘汰,从而大幅降低它们在现代人群中的携带频率。但是事实却并非如此。这就提示格卢克曼,或许这些基因变异在生命早期存在着某些潜在的有益因素,从而平衡它们可能对人体健康带来的不利影响。这一现象被称为拮抗基因多效性(antagonistic pleiotropy),它经常出现在人类疾病的演化模型中。格卢克曼指出,近一项研究发现,BRCA1/BRAC2基因突变的携带者同时表现出更强的生殖力和更高的生育后死亡率。演化可能在更强的生育能力和更高的乳腺癌发病率之间做了权衡和折衷。 虽然演化能够顺理成章地解释这些奇特的医学问题,但它对于现代医学在疾病的解释方面似乎并没有做出应有的贡献。演化究竟是现代医学中持续被遗忘的角落,还是曾经盛极一时却已经失宠的弃儿呢?根据格卢克曼的解释,在19世纪初叶,生物演化思想的提出者初其实都具有医学背景。但是出于宗教原因,只有在欧洲的某些自由地区才可以在医学领域教授演化观念,而在大多数地区则被禁止。到19世纪末,由于生理学等学科的兴起,演化论在医学界中的地位已经非常尴尬。即使托马斯·赫胥黎(Thomas Huxley)这样坚定的达尔文主义斗士也认为医生们所面对的问题与演化无关。自那以后,医学伴随着生理学、组织胚胎学、生物化学等各种现代学科的进步而发展,在医学实践和教育中都不再涉及演化的内容。演化论可以说是全面退出了医学领域。 造成这一情况的部分原因在于许多医学专家一贯对演化论持激进的反对态度。哲学家迈克尔·鲁斯(Michael Ruse)对此嘲笑说,如果你希望在任何现代大学校园里找到神创论者,那么就应该直接到医学院和兽医学院去找。从另一个角度而言,医生们认为在日常医疗实践中面对罹患严重疾病或者生命垂危的患者,药物和手术才是直接的武器。他们看不到那种洞悉人类演化的见解与救治患者之间有什么直接联系。摆在他们面前的是切实的病痛,而不是什么生命演化的极致世界。 演化论在医学领域遭到冷遇的另一个原因在于许多演化理论和术语一旦和人类的生物学特征与行为相联系,就会在道德、伦理以及情感等不同层面带来一种与人性的普遍认知相抵触的情境,变得让人难以接受。让我来引述一段不愉快的对话。在一次聚会上,我企图向一位女士解释某项关于演化的研究结果。这项研究认为,在生活条件优渥的情况下,母亲喂给儿子的母乳会多于喂给女儿的母乳;而在生活条件困苦的时候,情况却正相反。这一现象的潜在原因是一种生物演化机制。在贫困的家庭环境下,父母会减少对儿子的投资,因为在社会底层长大的男孩对异性往往缺乏足够的吸引力,从而限制他们生育后代的能力。她听完以后,愤怒之情溢于言表,在她跺脚走开去寻找更愉快的谈话内容时,还不忘抛下一句:真希望在搞清楚事实以后再发表你的鸿篇大论。她表达出了一种易于理解的普遍观念,那就是无论出于任何原因,如果一位母亲故意不给嗷嗷待哺的婴儿足够的母乳,那么她的行为必将受到谴责,并且这是一种赤裸裸的性别歧视。因为她无法区分人类在对待儿童性别方面有意识和无意识的行为。在印度偏远地区,人们会选择杀死女婴,这种令人恐惧的行为是一种有意识的性别歧视。但是,通过演化而来的生理机制决定父母选择适宜基因继续传递给后代的机会,则是一种无意识的选择。无论如何,随着环境变化,母亲通过调节母乳分泌的总量和成分来改变婴儿的营养摄入是不以个人意志为转移的,是一种对环境变化的自然适应。 演化论的语言常常显得如此冷漠,以至于让听众受到了冒犯。类似令人难以接受的结论在演化论的语境中屡见不鲜。例如,环境条件可能在无意识间改变男女的性别比例,婴儿夜间哭闹和喝夜奶等行为或许也是一种内在的演化机制。婴儿通过这样的行为刻意打扰母亲,从而推迟分娩后恢复排卵的时间,避免母亲再次怀孕,由此降低同胞竞争的可能性,获得父母更多的关注。如果说在做爱、怀孕、生育和哺乳的美好图景背后实际上是一场男性、女性和婴儿的遗传物质争夺战,你的内心是否会倍感不安? 无论出于何种原因,在将近一个世纪以后,演化的观念重新回到了人们的视线。将演化医学拉回公众视野的是1994年由内瑟和乔治·威廉斯(George Williams)共同撰写的《我们为什么会生病:达尔文医学新观念》(Why We Get Sick: The New Science of Darwinian Medicine)。此后,格卢克曼、温达·特里瓦坦(Wenda Trevathan)、斯特恩斯、保罗·埃瓦尔德(Paul Ewald)和其他许多学者[鉴于从事演化医学的研究人员越来越多,如果你想详细了解他们,我建议你访问进化与医学评论网站(Evolution and Medicine Review)并进行相应的搜索],针对演化医学的概念,比如折衷、失配等进行了深入而广泛的研究。受演化医学奠基者之一内瑟提出的一个重要观点的启发,我想从有所差别的角度切入,于本书中展开探讨。 内瑟经常说,演化论对于医学的价值在于它或许能够直接改变医疗实践,甚至由此发展出新的治疗手段。然而从本质上来看,演化论的意义在于它可以对生命体的内在机制做出合理的解释为什么它们是这样的而不是那样的。站在这个角度来看,演化论对于医学相当于物理学对于工程技术。事实上,内瑟著名的格言就是:如果医学缺失了演化论,就仿佛工程学缺乏了物理基础一般。你能想象在没有以牛顿力学和电磁波谱学为代表的物理学基础的支持下,将罗塞塔号彗星探测器发送到3亿英里以外的深空与彗星67P汇合,并释放出满载采样仪器的菲莱号着陆器,使后者在彗星表面成功登陆吗?与此类似,如果我们无法刷新对人类独特的免疫系统的认知,了解免疫系统的演化路径及其内在动因,我们就无法针对过敏和自身免疫性疾病开发出真正有效的治疗方法。因此,内瑟认为,就像演化生物学是生物科学的基础一样,演化医学也应该成为现代医学的基石。我认识内瑟已经超过25年了。这些年来,他始终执着地想将演化医学的内容加入医学院已经非常拥挤的课程体系中。我钦佩他的坚持、毅力与清晰的目标。近很多迹象表明,事情似乎正在向他所希望的方向发展。遵 在后面的章节中,我尝试着就演化因素如何在一些疾病发展进程中发挥核心作用做出令人信服的解释。我同时希望消除一些常见的误解,例如人类的直立姿势与脊柱、关节和双足退行性病变之间的关系。利用演化医学的概念理解人类疾病,已经为失明、心脏病、自身免疫 例如,当我们在X射线造影下观察堵塞的冠状动脉时,或许很难逃脱这样的结论:这些狭窄纤细而容易堵塞的血管,显然应该是演化失败的产物。但是我们忘记了,心脏是人体内功能强大、结构致密的肌肉组织。因此,心脏需要获得充分的氧气和营养供给。讽刺的是,心肌组织越致密,为它们供给血液就会越困难。虽然纤细的冠状动脉成为心脏病的高危因素,但是这同时也是演化为如何向人类这样的脊椎动物日益强大而致密的心脏充分供氧和供血而提供的答案。演化在疾病和功能之间进行了权衡和折衷。既要满足直立行走的需要,又要满足胎儿分娩的需要,女性的脊柱和骨盆在演化的进程中,也进行了类似的取舍与妥协。 我们的祖先生活在一个远比今天恶劣的环境里。早在史前时代,微生物就已经在地球上繁衍。它们几乎不可能被消灭。因此,人类的演化过程选择了一条简单路径与其与微生物们展开永无止境的争斗,不如与它们共存。一般情况下,微生物在人体内定植后将会激活免疫系统,造成持久的组织损伤。为了解决这一问题,人类将免疫调节的功能转移给了这些微生物,允许这些定植的微生物调节人体的免疫功能,避免免疫系统对机体的自我伤害,从而获得了与微生物共存的能力。当然,演化不可能预测到今天的公共卫生行动、抗生素和各类化学药品能够杀死近99.9%的细菌,从而彻底消灭那些定植在人体内的微生物,导致我们的免疫系统无法成熟或者无法获得正常的调节功能,继而引起过敏性疾病和自身免疫性疾病发病率的急剧上升。这种演化与时代的失配正是导致21世纪出现各种新型流行病的重要原因。 近期对细菌耐药性的持续关注或许是关于演化论观念如何影响医学决策的例证。演化生物学家几十年来一直对细菌耐药性问题表示担忧。他们的担忧基于简单的事实:人类的生育周期长达几十年,而细菌的传代周期只需要几小时甚至几分钟。因此,细菌能够以惊人的速度进行演化。然而我们对此却置若罔闻。数十年来,人类开发了数不胜数的抗生素品种,并且在临床上无所顾忌地滥用抗生素。更糟糕的是,人类还在牲畜饲养过程中将抗生素作为常规添加剂大量使用。今天,或许我们应该感谢自然的仁慈,因为在一大批高耐药性和高致病性细菌的包围之下,尚且为我们的生存留下了一席之地。卫生专家们预测,也许在不远的将来我们不得不退回到20世纪50年代对抗传染病时的状态因为没有可用的抗生素,宽敞的病房中是间距极大的病床和全副武装的护士,敞开的窗户不断向室内送入新鲜空气。而政府则不得不通过大幅度的减税优惠敦促不情愿的制药公司重新投入对抗病原微生物的战斗中。肿瘤学家们并没有吸取我们在细菌耐药性方面的教训,他们持续犯着相似的错误。肿瘤细胞的行为与细菌非常相似,它们会以惊人的速度演化,从而对抗那些用来消灭它们的化疗药物。尽管许多癌症患者的生存率都在逐步提升,但是在许多案例中,肿瘤内部演化而产生的药物抵抗终使得治疗功亏一篑。在生殖领域,同样存在一些难以解释的现象。例如,与其他动物相比,人类在生育率很低的情况下却伴随着非常高的自然流产率。此外,女性在妊娠期间还容易出现先兆子痫等严重并发症。而在演化理论的框架下,这可以由父亲基因与母亲基因之间的竞争,以及母亲为保证每一名后代都能获得充分抚育的本能行为来解释。 尽管演化论能够成功解释许多复杂的问题,但是在演化论者用以阐释人体构造以及疾病根源的理论中,始终有一个令我困扰的问题。我认为这在很大程度上削弱了演化医学的合理性,同时整体削弱了演化论的合理性。因此,我觉得有必要在这里就此问题进行展开。这一问题涉及达尔文主义者和神创论者亘古不绝的灵肉交锋。神创论者的基本假设是上帝依照自己的意志创造了人类。而达尔文主义者通常会这样反驳神创论者的观点:人体内遍布着各种各样的缺陷,你很难想象任何一名来自神界的工程师会满意这样的设计。这些人体的缺陷恰 田纳西州中部的圣经带(Bible Belt)是基督教徒的聚集地,而位于圣经带的查塔努加则是全美教众为集中的城市。在查塔努加召开的年会上,一群医生在酒吧里闲聊,几杯酒下肚,话题马上转移到关于人类身体的独特设计上。由于一些医学会成员是虔诚的教徒,而另一些则并不信教,于是他们开始争论谁才是人体的建造师:上帝创造抑或演化决定? 一名骨科医生说道:膝关节只能出自上帝之手,没有什么比它更具说服力了!这是人体内为复杂的关节。组成下肢的3根长骨胫骨、腓骨和股骨共同汇聚到这里,精巧地构成膝关节的关节面,并且被保护在髌骨之下。在众多肌腱和韧带的协同下,完成复杂的屈伸运动。关节运动产生的震动被关节软骨吸收,而充满液体的关节囊则起到重要的润滑作用。简直是奇迹! 神经科学家对此有些不以为然:听起来确实不错,但是只有当你想象人类大脑那种令人眩晕的复杂性时,才能真正赞叹上帝的手艺。想想吧,我们大脑里的860亿个神经元不断地通过一张由125万亿个突触组成的神经网络相互以每小时260英里的速度发放着神经冲动。我目前正试图通过计算机来映射大脑活动。根据初步估计,我们至少需要3 000亿GB的存储容量才能保存一年的数据! 泌尿科专家接着说:好吧,我对此并不了解。我的工作范围在腰部以下。在那里,我看到的情况似乎和你们说的有点不同。我得说,在那里排布着一些明显具有缺陷的管道。举个简单的例子,纤细的输精管有什么理由必须在睾丸和阴茎间蜿蜒如此长的距离?难道只是因为它们要盘旋着攀附到输尿管上面去?尿道离开膀胱后为什么要被夹在坚硬的前列腺中间?难道只是为了让中老年男性无法正常小便?这些都是多么糟糕的设计啊!在我看来,这一切都背叛了演化的初衷。人类的泌尿生殖系统简直就是一个笑话,你说什么样的造物主才会愚蠢到在游乐场的中轴线上布置一套排污管道?这简直就是奇迹,不可思议的怪异设计! .................. 人类身体内的演化设计不是拙劣的,恰恰相反,它们通常是优秀的。诚然,数百万年的演化历程在我们体内留下了许多无法磨灭的印迹。站在今天的角度来看,或许它们并非都是正面的。在地球上,人类是一个繁荣而成功的物种,但是这并不能否认我们身体里存在各种演化带来的折衷设计和构造、各种简单粗暴的环境适应方案和各种追求短期利益的设计考量。例如为了追求生殖化而带来的成年期健康危害,各种不可预测的远期影响,各种机体结构和现代环境之间的失配。可以说,演化进程中的所有妥协,有时候甚至是那种矫枉过正的夸张措施,造就了我们今日的身体。大量演化留下的痕迹被今人解释为疾病。今天,我们周围充斥着各种以《塑造健康的身体》为标题的保健图书,你可以任意按照自己的喜好来填空:素食主义、上帝、科学、健身,或者任何保健品公司的名称。让我们回到本书的主题:你的身体本质上是演化和自然选择的结果。如果换一种更有仪式感的说法,代入演化理论开创者的名字,那么或许也可以说是达尔文塑造了你的身体。 疾病不是孤立存在的。疾病的核心是数不胜数的深陷病痛困扰的人。他们的声音在本书中随处可见。在所有那些抽象的演化理论背后,我希望你不要忘记这些鲜活的个体。他们承受着病痛和困苦,也体现出了与疾病战斗的不屈意志。我采访的许多患者自愿作为勇敢的小白 [美] 杰里米泰勒(Jeremy Taylor) 序言 I 第1章 失联的朋友 001 卫生假说如何解释过敏性疾病和自身免疫性疾病的 第2章 浪漫的爱情 046 演化医学理论如何解开不孕不育与妊娠合并症的机 第3章 直立的代价 082 为什么直立行走会成为骨骼疾病的原罪 第4章 自给的眼睛 121 演化理论如何在与神创论的辩论中寻找复明的钥匙 第5章 难缠的怪物 154 为何癌症几乎是难以治愈的绝症 第6章 锈蚀的管道 194 为什么心血管疾病会成为人类健康的头号杀手 第7章 逡巡的暮年 229 演化医学如何为阿尔茨海默病研究注入新的活力 致 谢 274 相关链接 276 译后记 284
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