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生命的暗黑奇迹:看众病之王癌症的前世今生

生命的暗黑奇迹:看众病之王癌症的前世今生

作者: 望月从良 | 来源:发表于2018-12-27 11:57 被阅读5次

    癌症是生命的奇迹。我想你一定难以同意我的说法,毕竟癌症是当今人类一大杀手,中国过去30年癌症死亡率增大八成以上,每四到五个人中就有一个死于癌症,每年将近200万人被癌症多去生命,癌症简直是死神用于收割生命的镰刀,由此我怎能说癌症是生命的奇迹呢?

    癌症是体细胞强大求生意志突破生命围栏后的失控。癌症的本质是体细胞发生基因突变后开始疯狂的自我繁殖,由于其数量过于庞大,因此耗尽了宿主的能量供应,最终导致了它们与宿主同归于尽的悲剧。生物体的细胞分两种,一种是体细胞,它们组成了人体各个功能器官,例如手脚;另一种叫生殖细胞,它负责生命体的复制和繁衍;细胞的分工合作产生了具备复杂功能的生命体,复杂性带来强大的适应性,使得生命体适应自然选择,在严酷的生存环境中存活下来,并实现种群的繁衍。然而这种分工不无代价,代价之一是体细胞放弃了自我繁衍的能力,我们身体每天都有很多细胞死去,同时又有很多新细胞生成,但是新生细胞与死去细胞不存在”亲缘“关系,这意味着死去的体细胞”断了香火“。

    生命根本目的就在于繁衍,通过生殖的方式扩大种群的数量,例如很多男人希望生男孩,这样能给家族”添灯“,实现香火延续,乃至开枝散叶的愿望,然而儿子要再生儿子就需要找女人,那么提供女人的家庭不就有可能断了”香火“吗,当然这问题不在想”添灯“的男人思考范围内,只要我能繁衍就算别家”绝户“也无所谓。体细胞也有延续香火的强烈愿望,但这相当于违背它当初参与分工是许下的承诺,然而为了繁衍它甘愿背信弃义,而且违背信义时变本加厉,由于它疯狂的”开枝散叶“,最终超出系统的承载力,导致系统崩溃,于是它和宿主共赴黄泉。从这个角度看来,那些一心想生男孩的人,本质上是人类种群里的癌细胞,由于受客观条件限制,这类人无法大量繁衍,因为女人少了,他生的男孩再多也无法繁衍下一代,而癌细胞恰恰是想到办法突破条件约束从而实现疯狂增长。

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    要理解体细胞对繁衍的渴望达到丧心病狂的程度,我们还得看看生命如何从单细胞进化为多细胞。如今地球上所有生命,全都由几亿年前第一个单细胞演化而来。单细胞生物要想实现种群的扩大就必须繁衍,而繁衍的方式就是自我裂变,把自己重新复制一遍,于是一个”我“变成两个”我“,这种裂变持续增加,很快个体在数量上实现几何增长。这种裂变存在一个巨大缺陷是,功能性单一,一旦生存环境发生变化,你数量再多也因无法适应而被全部淘汰。在单细胞裂变时,它本身的DNA也会复制一份然后植入新裂变的个体,一般而言DNA复制非常精准,很难出错,然而复制的次数多了,即使你出错的概率低到亿分之一,那么复制一亿次,DNA的复制就会出错,这种出错为实现变异提供了可能。

    细胞分裂变异已经能在实验室中产生。例如广泛用于酿酒和发面的酿酒酵母细胞是一种典型的单细胞生物,它裂变后会一分为二形成两个独立的个体,然而科学家发现,仅需要改变一个名为ACE2的基因,就能够使得酵母分而不分裂,也就是细胞一分为二后并不是各过各的,而是粘连在一起形成一个整体,例如下图:

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    这个实验表明,从单细胞进化到多细胞并没有什么门槛。科学家无法证实人类最早的单细胞祖先也是靠这种方式进化成多细胞生物的,但我们可以确信人从一个肉眼无法观察的小圆点变成现在的大块头,其实不需要上帝的“神来之笔”。

    一旦单细胞跨过多细胞的门槛,在自然选择催促下,它的好处立刻显示出来。一个非常直白的好处是“吃”与“被吃”。老子在《道德经》里说,天地不仁以万物为刍狗,这种残酷的现实在单细胞生物产生时期就有,最早的单细胞生物世界里就有了“捕食”与“被捕食”的关系。在非洲动物世界的食物链中,大象虽然食草,但它却处于食物链顶端,狮子一般不敢惹他们,原因就在于大象个头大,在以力量衡量一切的丛林法则里,大就是力量。所以一旦单细胞分裂后不分离,它们的体形就会变大,原来的捕食者对大个头自然望而却步,于是具备这种功能的单细胞没被吃掉,那些不具备这种能力的就被吃掉,于是在自然选择下,分裂而不分离的单细胞得到越来越多的交配和生存机会,因此它们的后代也同样具备这样的能力。选择是双向的,捕食者由于吃不了变大的被捕食者,于是生存逼迫它们也要变大,因此单细胞捕食者在自然选择下,也开始变成分裂而不分离的多细胞生物,于是军备竞赛在自然选择下永无止境的进行。

    我们看看一个有趣的捕食者和被捕食者共同进化成多细胞形态的例子。有一种古老而典型的单细胞生物叫小球藻,它能进行光合作用来提供自身生存所需要的能量,通过分裂的方式完成繁殖。有一种专门捕食小球藻的单细胞生物叫鞭毛虫,在实验室的专门培植中,给小藻球的培养液加入鞭毛虫时,里面的小球藻经过一个月,繁殖10-20代就能进化成多细胞形态,也就是分裂但不分离,八个细胞抱团取暖,然后一层厚厚的细胞壁再将他们包裹起来。这种八个兄弟一起抱团的方式,其尺寸远远大于天敌鞭毛虫,对方嘴巴张不开那么大,再加上“兄弟一心,其利断金”,鞭毛虫形体和力气都比不上进化后的小藻球,于是不敢惹它们,由此新形态的小藻球就能顺利存活并大量繁殖,如下图所示。

    小藻球.JPG

    作为捕食者鞭毛虫也要相应进行多细胞形态进化。为了吃到大个头的食物,原本以单细胞形态存在的鞭毛虫也进化成分裂而不分离的“大块头”形态,鞭毛虫中有一个分支叫领鞭毛虫,原本以单细胞形态存在,别看它长得简单,来头可不小,领鞭毛虫在进化史上是所有动物的近亲,与人类拥有共同祖先。领鞭毛虫能在单细胞与多细胞状态间自由切换,有时候它自个自由自在,用那根长长的鞭毛游泳和觅食,而在某些情况下多个单细胞鞭毛虫却聚集起来形成一个大块头,科学家一直搞不懂它在两种状态间切换的原因,如下图所示:

    领鞭毛虫.jpg

    2005年科学家妮可.金对领鞭毛虫进行全基因测序时,无意解开了鞭毛虫状态切换的原因。她为了净化研究环境,在鞭毛虫生活的水里添加一堆抗生素,要把混迹其中的细菌杀死,防止它们的存在对实验结果造成污染。结果领鞭毛虫像接到命令一样,从原本结合在一起的多细胞状态“散伙”成八个单细胞领鞭毛虫,分家后各过各的。经过进一步实验研究,妮可.金找到领鞭毛虫状态切换的原因,在水中有一种细菌产生一种叫磺酸酯的化学物质,这种细菌是领鞭毛虫最喜欢的食物,领鞭毛虫结合成大块头就能形成“吞噬者“,从而能更有效的捕食这类细菌,虽然结合在一起消耗的能量多,但只要捕食的效率够高,“利润”就可以大于“成本”。但加入抗生素时杀死了这些细菌,领鞭毛虫再结合在一起就形成“亏本生意”,于是这种笨拙的大块头形态就失去生存优势,因而转换成自由灵活的单细胞形态更划算。

    机械的结合只是第一步,真正的进化要实现1+1>2的效果。人多不一定力量就大,只有各个部分紧密的相互配合,才能绽放出强悍的战斗力。一家能挣钱的公司必定是每个人都能各司其职,有产品开发,有行政,有税务,有营销。没有相互配合的个体集合就是乌合之众,就像很多个保龄球瓶摆一起,一个冲过来的保龄球就能将它们打散。所有高级生命形态就是多细胞结合在一起后,形成专业化分工,同时相互间紧密配合,以一个统一的有机体共同行动。经济学鼻祖亚当斯密就观察过专业分工带来的强大效率,他看到制针工人如果独自完成所有工序,那么他一天都搞不出一枚针,如果把制造过程分解成多个流程,每个人专门承担一项,例如一人抽铁线,一人拉直,一人切截,一人消尖,一人磨平,这种分工能让原本一天都制不出一枚针的工人实现一天制造四千八百根针的生产力大提升。

    单细胞生物就像制针厂工人,只有实现专业分工才能进化成高级生命形态。为了更好的应对严苛的生存环境,单细胞生物开始报团取暖,多个单细胞结合在一起形成一个多细胞共同体,于此同时各个细胞开始像上面提到的工厂一样实现专业分工。细胞分工主要有两大类,一类细胞负责个体的运动,也就是获取个体生存所需要的能量,另一类负责个体的繁衍,前一类细胞叫体细胞,后一类叫生殖细胞。前一种细胞相当于上面例子里专门干活的工人,后一类细胞相当于工厂主,它的主要职责是到处开分店。对动物而言,体细胞分别构造出手,爪,眼,嘴等器官,生殖细胞构造出动物的精子和卵子。

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    上图是一种叫团藻的多细胞生物,生动的展示细胞分工导致的强大生存优势。它有两种细胞,小绿点是体细胞,这些小绿点生长出鞭毛,这些鞭毛可以整齐划一的滑动,让整个大块头得以在水中快速游动和捕食;大绿点就是生殖细胞,它唯一的功能就是分裂,然后复制出另一个几乎一模一样的个体。这种分工使得团藻的捕食效率和生殖效率奇高,因此能够迅速适应生存环境,于是个体得以大量繁殖。这种分工存在一个问题,那就是小绿点代表的体细胞不能分裂,当大块头”阳寿殆尽“后,所有的体细胞全部烟消云散,然而大绿点代表的生殖细胞由于可以分裂,所以它能够”开枝散叶“,永远的让自己生存下去,于是就形成了体细胞和生殖细胞在繁衍上的不平等。

    从细胞的角度看,这是一种残忍的”阶级固化“和”阶级压迫“。体细胞类似于奴隶,它没有”人权“,唯一的职责是不停的干活,而生殖细胞“坐享其成”,通过体细胞的努力获得生存能量,而且自己能不断分裂下去。因此细胞分工是以体细胞巨大的“自我牺牲”才得以实现。这种不平等蕴含着巨大的危机,因为哪里有压迫,哪里就有反抗,体细胞一直蠢蠢欲动,想以“革命”的方式推翻强加在头上的“不平等”条约。有反抗就必然要有镇压,如果让体细胞“革命”成功,那每个体细胞都逃离去实现自我繁衍,那么多细胞大块头立马分崩离析。

    体细胞的反抗正是癌症产生的根源。多细胞生物体为了镇压那些不老实,一天到晚想“独立”的体细胞,就进化出免疫系统。免疫系统就如同军队和警察,密切的监视各个体细胞,一旦发现某个体细胞不老实,没有循规蹈矩的去执行它的使命,免疫系统立马派出“军队”将它毫不留情的”斩杀“。因此对于生物体,特别是人来说,很可能在某个时刻身体就产生了癌细胞,只不过免疫系统很快发现了它的变异,然后立马将其消灭,所以人体才能保持健康。问题在于现在人的寿命越来越长,这就给体细胞的反抗增加了更多的机会。体细胞通过变异不断的寻找免疫系统的弱点,人活得越长,体细胞寻找时机就越多,直到有一天体细胞终于找到免疫系统的破绽,从而获得“解放”。既然它被压抑那么久,一旦“小人得志”就必然要疯狂的发泄,于是它极尽所能的满足渴望已久的繁衍目标,因此它在短时间内竭尽所能的分裂,这就形成了可怕的肿瘤。

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    之所以说癌症是一种生命奇迹,那是因为它展现了体细胞强烈的求生意志。遗憾的是,体细胞由于被“压抑”得过久,一朝得势后便忘乎所以,就如同一个人饿了好久天,一旦遇到美食就无止境的狂吃,直到把自己撑死。体细胞通过“艰苦奋斗”逃脱了免疫系统的打压后,就疯狂的自我复制直到消耗完宿主能量,致使宿主死亡后,它自己也“乐极生悲”,它努力获取的生殖能力并不能使它得以繁衍下去。所有癌症是生命奇迹,但却是一种“失心疯”的,黑暗的,毫无理智放纵。这种疯狂的求生意志从多细胞生物形成之时就潜藏在体内,追寻着“蓄势待发”那一刻。

    包括人类在内的多细胞生物将与体细胞顽强的生存和繁殖“意志”进行激烈的战斗,这是复杂生命在获取生存适应性后不得不付出的代价。幸运的是人类在癌症的暴政下正奋起反击,而且取得了卓有成效战绩,下一篇我们将会看到,人类智慧是如何在这场战争中书写华彩的篇章!

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