免疫系统是又一个例子。在免疫系统中,相对简单的组分一起产生出包含信号传递和控制的复杂行为,并不断进行适应。图
1.3展现了免疫系统的复杂性。
同大脑一样,不同动物的免疫系统复杂程度也各不相同,但总体上的原则是一样的。免疫系统由许多不同的细胞组成,分布在身体各处(血液、骨髓、淋巴结等)。这些细胞在没有中央控制的情况下一起高效地工作。
免疫系统中的主角是白细胞,也称为淋巴细胞。白细胞能通过其细胞体上的受体识别与某种可能入侵者(比如细菌)相对应的分子。大量白细胞哨兵在血液中不停巡逻,如果被激活就是特定受体偶然遇到了与其匹配的入侵者就发出警报。一旦淋巴细胞被激活,就会分泌出大量能够识别类似入侵者的分抗体。这些抗体会到处去搜寻和摧毁入侵者。被激活的淋巴细胞的分裂速度也会加快,从而产生出更多后代淋巴细胞,帮助搜寻入侵者和释放抗体。后代淋巴细胞会不断繁衍,从而让身体能记住入侵者特征,再次遇到这种入侵者时就能具有免疫力
有一类细胞被称为B细胞(B是指它们产生自骨髓,Bone marrow),它具有一种奇特的性质:B细胞与某种入侵者匹配得越好,它产生的后代细胞就越多。通过随机变异,子细胞与母细胞会稍有不同,而这些子细胞产生后代的能力也与它们同入侵者相匹配的程度成正比。这样就形成了达尔文自然选择机制,B细胞变得与入侵者越来越匹配,从而产生出能极为高效地搜寻和摧毁微生物罪犯的抗体。
还有许多种类的细胞也参与了免疫反应的大合奏。T细胞(产生自胸腺, Thymus)对于调节B细胞的反应很重要。巨噬细胞四处游荡,寻找已被抗体标记的东西,然后将其摧毁。有些细胞让免疫能长期有效。此外系统中还有一部分是用来防止免疫系统攻击身体的正常细胞。同大脑和蚁群一样,免疫系统的行为是通过大量简单参与者的独自行动产生,并没有谁在进行掌控。简单参与者—B细胞T细胞、巨噬细胞,等等—的行动可以看做某种化学信号处理网络,一旦有一个细胞识别出入侵者就会触发细胞之间产生信号雪崩,从而产生精巧而复杂的反应。不过目前这个信号处理系统的许多关键细节还没有研究清楚。比如,目前仍然没有完全弄清楚相关的信号是什么,它们具体的功能是什么,它们又是如何相互协作,从而使得系统作为一个整体能够“知道”环境中存在何种威胁,并产生出应对这种威胁的长期免疫力。我们也不清楚这种系统是如何避免攻击身体;又是什么导致系统失灵,例如如果患有自身免疫病( autoimmune diseases),系统就会对身体发起攻击;艾滋病毒(HV)又是用怎样的策略直接攻击免疫系统本身同样,还有一个关键问题,就是这样高效的复杂系统当初是如何进化出来的
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