互动科普

自然选择理论的进化原则终于开始让医学充满活力。

深入的思考人体就会引起害怕——甚至可以可以用恐惧来形容。例如，长久以来眼睛一直是神奇的物体，具有清晰的活生生的角膜组织，角膜曲的恰到好处，虹膜调节亮度，晶状体调整距离，这样最优量的光线正好聚集在视网膜表面上。然而，令人惊恐的是，对这种近乎完美的事物的赞美很快就停止了。通人和明智的设计相反，血管和神经通过视网膜内部，从而在出口点产生了盲斑。

人体就是充满了此类不和谐的矛盾。我们的免疫系统能识别并摧毁上百万种外来物质，然而许多细菌依然能杀死我们。这些矛盾使得我们的身体似乎是有一群偶尔故弄玄虚的杰出工程师设计的。

实际上，只有在研究人体脆弱性的起源时这种表面上的不协调性才有意义，当然，进化生物学直到现在才渐渐被看做基础医学科学。用进化的观点研究医学问题的失业被称为达尔文医学。大多数医学研究试图揭示个体疾病的起因并寻求治愈或减轻这些有害状况的方法。这些努力传统上基于考虑即将发生的问题，直接研究现存的人体解剖机制和生理机制。与此相反，达尔文医学则研究人体设计方式为何使我们易于受诸如癌症、动脉粥样硬化、抑郁和窒息等问题的影响。

进化解释将人体缺陷归为极为简单的几个方面。第一，某些不适状况和疼痛、发烧、呕吐和忧虑实际上既不是疾病也不是设计缺陷，而恰恰是进化防御。第二，与其他有机体例如大肠杆菌或鳄鱼斗争是一种生命事实。第三，某些情形如日常食物中脂肪的轻易获取是最近才有的现象，以致自然选择还没有机会来解决它们。第四，人体会成为一点点好处与其代价之间进行权衡的牺牲品。教科书上的例子就是镰状细胞基因，它还能抵抗疟疾最后，自然选择的过程从多方面受到限制，从而使我们获得次优的设计特征，比如就象哺乳类动物的眼睛。

进化的防御

也许最明显有益的防御机制就是咳嗽了，人们如果不能清除肺中的异物就可能死于肺炎。对疼痛的容忍能力也有一定的益处。极少数不能感受痛苦的个体长时间坐在同一位置上甚至都不会感到不舒服。他们不自然的忍受力阻碍了向关节供血，这最终会使关节退化。这类无痛人通常于成年早期死于组织损伤和感染。咳嗽或疼痛通常被解释为疾病或创伤：然而与其说它是问题，不如说它实际上是解决问题的一个部分。这些被自然选择确立的防御能力一直被保留着，直到需要时才表现出来。

不那么被广泛认识到的防御机能有：发烧、恶心、呕吐、腹泻、忧虑、疲劳、打喷嚏和炎症。甚至连某些医生仍然不知道发烧的作用。发烧不仅仅是代谢率的增加，而且能精确地调节，使人体恒温器中的特定温度上升。较高的温度可以加速病原体的消亡。新墨西哥州阿尔伯克基Lovelace研究所Mattew J. Klug进行的工作表明，就连冷血晰蜴受到感染时，都要向更暖和的地方迁移，直至其体温比其通常温度高几度为止。如果阻止它们向笼子的暖和部位移动，它们就面临因感染引起的更大的死亡风险。特拉华大学Evelyn Satinoff做的类似研究表明，不能再象较其年轻的实验伙伴那样发高烧的年迈老鼠在对付感染时同样本能地寻找更暖和的环境。

血液中铁含量降低是另一个设有得到正确认识的防御机制。经受慢性感染的人血液中的铁含量常常降低。这种情形时常被认为是疾病所致，然而它实际上是一种保护反应：感染期间，铁聚集到肝脏，这就阻止了侵人细菌获得维持生命所必需的这种元素的充足供给。

长期以来，人们认为孕妇晨呕是妊娠的不良副作用。然而，当发育极易受毒素干扰破坏时，呕吐始终伴随于胎儿组织快速分化时期。这些观察结果致使独立研究人员Margie Profet推测妊娠呕吐是母亲保护胎儿免受毒素影响的一种适应机制。Profet通过检查妊娠结果验证了这一假设。结果确实是，妇女呕吐越厉害，流产的可能越小。(证据支持这一假设但并非是结论性的。如果Profet是正确的，进一步的研究应当发现，许多类型的孕妇应表现出食物偏好的差异。她的理论还预示着很少或不晨呕的妇女的出生儿出现出生缺陷会增加，并在妊娠期间吃更多的食物。)

另一种常见的情况是忧虑，它显然是作为有助于逃离和回避危险处境的防御出现的。路易斯维尔大学Lee A. Dugatkin1992年进行的一项研究评价了虹鱼害怕的作用。他根据受试虹鱼对出现小嘴河鲈的反应将它们分为胆怯、普通和大胆三组。胆怯组藏起来，普通组简单地游开，大胆组原地不动并看着河鲈。然后将每组虹鱼单独放人有河鲈的池中。60小时后，胆小组40还活着，普通组只有15活着。另一方面，整个大胆组在帮助转移鲈鱼基因而不是它们自己的基因时全部覆灭。

基因选择促进忧虑行为意味着人们经历了太多的忧虑，而事实也的确如此。当然，也有些非怕个体，因为遗传倾向或抗忧虑药物，而不出现足够的忧虑情形。这种综合征的真正性质和频度还是一个悬而未决的问题，因为还没有人到精神病医生那儿诉说忧虑不足综合征。但是，如果寻找的话，理性不忧虑的情形可能会在急诊室、监狱或失业队伍中发现。常见的不舒服的情形例如腹泻、发烧和忧虑的作用并不直观。如果自然选择确定了这些调节防御应答的机制：那么人们如何用药消除这些东西而又不让其机体明显受损呢答案的一部分是，实际上只要我们这样做，有时的的确确就会扰乱防御机制从而对我们自身造成伤害。

得克萨斯大学休斯敦分校Herbert L. Dupont和奥兰多地区医学中心Richard B. Hornick研究了志贺氏杆菌(shigella)感染引起的腹泻，发现服用止泻药物的人比服用安慰剂的人病得更久并更有可能患并发症。在另一事例中印第安纳大学Eugene D. Weinberg证明，在非洲部分地区，善意矫正明显的缺铁症的尝试导致传染病特别是阿米巴痢疾的增多。尽管其他日常感染的健康人群主要通过口服补充铁不可能造成太大的差异，同样会严重损害已受到感染的和营养不良的人。这类人不能合成足够的蛋白质来留住铁，因此铁就会被感染因子自由地利用。

对晨呕防止来说，最近止呕药被认为会引起出生缺损。这似乎表明不用考虑以下可能性：药物本身可能对胎儿是无害的，但通过干扰母体的防御性呕吐而依然与出生缺损有关。

认识防御机制作用的另一个障碍可能源于这样的事实：许多个体常常似乎经历了微不足道的忧虑、疼痛、发烧、腹泻或呕吐反应。要作出解释需要借助信号一检测理论对防御应答的调节进行分析。循环毒素可能来自胃中的什么东西。有机体能通过呕吐将其排除身体，但必须付出一定的代价。错误警示的代价——在没有毒素确实存在的情况下呕吐一—只是浪费了少许热量。但是错过了一次真正的警示的惩罚——当面临毒素时不能呕吐——可能就是死亡。

因此，自然选择倾向于适时地形成调节机制，以后我们称之为明显标志（smoke detector)原则。烟火警示能在发生任何火险时保证将沉睡的家人唤醒，也必然在烘烤炉每次起动时发出错误的警示。人体无数烟火警示的代价是更多的痛苦，这种痛苦是完全正常的，但大多数情况下是不必要的这一原理可以解释为什么阻挡防御常常不会发生悲剧性的后果。因为大多数防御反应发生于不严重的威胁之时所以干扰通常是无害的。绝大多数警示是错误的，从火险警示器上弄下电池，这些警示就会消失，这种策略看起来可能是合理的。果真如此也许真正的火灾就发生了。

同其它有机体抗争

自然选择不能为我们提供防御切病原体的完美保护；因为病原体势必比人类避化更快。倒如大肠杆菌由于其快速的繁殖，它在一天中获碍突变和选择的机会就相当于人类一千年所获得的机会。并且我们的防御机制(无论是自然的还是人工的)都造成了强大的选择力量。病原体或很快进化出反防御后代或很快就灭绝了。阿默斯特学院生物学家Paul W. Evild提出建议，根据它们有利于宿主、有利于病原体、有利于两者及不利于两者这些类型对这些与感染有关的现象进行分类，研究一下与感冒有关的流鼻涕问题鼻粘液分泌能排出入侵者，加速病原体向新宿主转移，或者二者皆而有之(参见《科学》1998年8期“毒力的进化”)。答案将出自验证阻碍鼻粘液分泌是缩短或延长患病期间的研究：但这方面的研究几乎是空白。

人类因开发抗生素和疫苗而在对付病原体的斗争中取得了重大胜利我们的胜利如此神速和近乎完美，以致美国卫生部医务主任William H. Stewart1969年就说是合上传染病教科书的时候了。但是，我们低估了敌人及自然选择的威力。严峻的现实是病原体明显能适应化学研究人员的所有发明。“战争是赢了，”一位科学家最近嘲讽道，“但赢家是另一边。”

对抗生素的抗性是自然选择的一个经典证据有些细菌碰巧具有某些基因，这使它们在有抗生素的情况下也能繁荣昌盛，这类细菌比其他细菌繁殖得更快，这样获得抗性的基因就迅速传递开了。正如洛克菲勒大学诺贝尔奖获得者Joshua Lederberg所揭示的那样，它们甚至可以在不同种的细菌间传递，并由一些感染的DNA传带。今天，纽约市的某些结核病菌株对全部3种主要抗生素疗法都产生了抗性，感染了这些菌株的患者并不比一个世纪前的结核病患者有更多的生存机会。哥伦比亚大学Stephen S. Morse指出，对多种药物产生抗药性的菌株已遍布东海岸地区，这些菌株可能起源于遍布哥伦比亚长老会医疗中心街头的无家可归者避难所。这种现象的确预示着选择压力严酷的环境很快就使脆弱的菌株消亡。而存活下来的细菌则已产生了抗性。

很多人包括一些医生和科学家仍然相信病原体与宿主长期共处后必然变成有益的东西这种过时的理论。表面看来，这似乎有点道理。快速杀伤的有机体从不寻求新宿主，因此自然选择似乎偏好低毒性。例如，梅毒刚传人欧洲时是高毒性疾病，但几个世纪过去了，它逐步变得温和多了。然而，病原体的毒性是一种生活史特征它既可以增加又可以降低，主要看哪种选择更有利于它的基因。

对直接在人与人之间传播的疾病因子而言，低毒性势必有利一些，因为这使宿主保持活力，并与其它潜在的宿主相互联系。但某些疾病如疟疾也在或更适台在失活者问传播这种病原体通常依靠中间媒介如蚊子，高毒性对其具有选择优势。这一原理对医院控制传染具有直接意义医院保健工作者的手可能就是导致对更高毒性菌株选择的媒介。

对霍乱而言，公共供水系统起到了蚊子一样的作用。当饮用水和沐浴水被来自某一固定患者的废物污染后，选择倾向于增加毒性，因为更严重的腹泻就是在个体宿主很快死去后仍能加快有机体的传播。但是，象Ewald揭示的那样，卫生状况改善后，选择放弃经典的Vibro Cholerae细菌（霍乱弧菌)，而偏好更有益的El Tot生物型。在这些条件下，宿主死亡就是致命的终结。但是病情更轻、移动性更大的宿主能在更长的时问内感染更多的同类，这是低毒病原体传播的有效媒介物。在另一个例子中，良好的卫生状况导致攻击性的Shigella flexneri（弗氏志贺氏菌)被更温和的S. sonnei（索氏志贺氏菌)所取代。

这些结果也许与公共政策有关。进化理论预示清洁的针头和鼓励安全性交不仅仅只是使无数个人免于感染HIV。如果人类行为本身降低了HIV的传播速率，那么不很快杀死宿主的菌株就比高毒病毒具有更长期的生存优势，高毒病毒随后随宿主一起死去，这就消除了传播的机会。我们大家的选择就能改变HIV的真正性质。

与之对抗的其它有机体并不限于病原体。在过去的时间里人类曾面临来自寻找食物的捕食动物的巨大危险。除个别地方外，现在大型食肉动物不再对人类构成威胁。今天，人类的更大危险来自小型有机体的防御活动，如蜘蛛和蛇的毒液。具有讽刺意味的是，我们恐怖害怕小生物可能引起比与之进行任何其它相互作用更大的危害。比捕食者或毒者危害大得多的是我们同类的成员。我们相互攻击不是为了得到肉食，而是为了得到性交伙伴、领土和其它资源。个体间的暴力冲突在相互竞争的年轻人间极为盛行，并引起组织对此推波助澜。此外，通常由年轻人组成的军队，为相似的目的服务代价就会更大。

就连最亲密的人类关系也会引起具有医学意义的冲突，例如，母亲及其婴儿间的生殖利益开先是和谐的，但很快就会出现分歧。生物学家Robert L. Trivers在如今仍是经典的1974年论文中指出，当孩子长到几岁时，母亲遗传利益的最好保护是再次怀孕；然而其子女的利益却来自继续受到照顾。从母亲的最优观而言，胎儿的最佳尺寸比最适于胎儿那种尺寸略小一点。根据哈佛大学David Haig的观点，这种不协调现象就母亲血压水平和血糖含量在胎儿和母亲之间引起竞争。有时在妊娠期间导致高血压和糖尿病。

解决新问题

任何现代医院都提供了可怕的证据，人类自身造成了疾病的流行。例如，心脏病发作主要源于动脉粥样硬化，这一问题只在本世纪才普遍出现，狩猎者和采集者中就很少出现这种情况，流行病学研究提供了有助于我们预防心脏病发作的知识：限制脂肪摄取，多吃蔬菜，每天厩强锻炼。但是汉堡包连锁店不断增多，架子上适合某种疾病的特种食品少得可怜，锻炼机就象当作贵重衣服的架子一样到处都是。超重的美国人占了1／3，并且还在增加。我们都知道什么对我们有益处。为什么我们中还有这么多人作出不利于健康的选择呢？

我们对食品和锻炼的错误决策是由大脑根据环境确立的，这种环境与我们的同类现在居住的地方大大不同，在非洲大草原，现代人类设计精妙和谐：脂肪、盐和糖都是稀有而珍贵的。在稀有的条件下，个体具有消耗大量脂肪的趋向就是一种选择优势。他们更有可能逃过饥荒，这种饥荒已夺取了他们弱小同伴的生命。作为他们的后代，我们依然对食物有某些渴求，今天食物也存在某些问题但却很少见。这些逐渐形成的欲望被相互竞争的食品公司的广告强烈煽起，它们向我们销售更多我们想买的东西就救活了它们自身，所有这一切极易战胜我们的理智和意志力。人类奋斗多个世纪创造的环境，不经意同就随牛奶和蜜糖而飘逝，这多么具有讽刺意味啊！我们只感受到人类的成功与许多现代疾病和早死牵扯不断。

人们还更加容易地弄到多种药品，特别是酒精和烟草，这些东西对疾病、保健费用和过早夭折等问题负有绝大部分责任。尽管有些个体总是使用对精神起特殊作用的药物：但是这一问题的广泛流行则是因以下新环境而形成的容易获得集中管制药物，对药物用法的新途径，特别是注射。大多数这类物质包括尼古丁、可卡因和鸦片都是植物为防止昆虫危害的自然选择产物。人类和昆虫共同享用了进化遗产，但许多这类物质也影响了我们的神经系统。

这一观点表明，不只是有缺陷的个体或失调的群体易受对精神起特殊作用的药物的影响：我们全体都是易受影响的，因为药物与我们的生化系统具有相互作用的长久历史，了解这种相互作用的详细情况是从实用观点和进化观点进行。目前研究的重点它会产生对毒瘾更好的治疗法。

乳腺癌近期的迅速增多可能主要源于环境变化和生活方式的改变，只有少数病例源于遗传异常，埃默里大学Boyd Eaton及其同事报道，今天非现代社会的乳腺癌发病率只是美国社会此病发病率的微小部分。他们推测月经初期与第一次怀孕同的时间长短是风险的决定性因素，也是与整个生命中月经周期次数有相关的问题。在狩猎一采集社会，月经初期在15岁或更晚，几年之后怀孕，抚育小孩至3年，很快又一次怀孕。只有在抚育小孩的末期与再次怀孕之间这段时间内，妇女才会来月经，并出现激素含量提高的情况。这会对乳腺细胞产生不良影响。

与上述情形不同，在现代社会中，月经初期发生在12、13岁，至少部分原因可能是摄取了足够的脂肪，使极为年轻的妇女就能孕育胎儿，但初次怀孕却在十数年之后或者永远也不怀孕。狩猎一采集社会女性一生可能共有150个月经周期，而现代社会妇女平均为400个或更多。尽管没有人建议妇女在十多岁时就怀孕以防止以后患乳腺癌，但是预示怀孕的激素增多的早期管理却可以降低风险。检验这种看法的实验正在加她大学圣迭戈分校进行。

折衷选择与限制

妥协是每一适应过程的固有性质，臂骨若为当前大小的3倍，几乎就不会折断，但智人(Homo sapiens)就将成为没完没了地要求补钙的笨拙家伙，耳朵更灵敏一点有时可能是有益的，但我们将会被撞击耳鼓的空气分子引起的噪音弄得心烦意乱。

这种均衡状态也存在于基因水平。如果突变有利于生殖优势，势必引起人口增幅提高，虽然这种突变会使人类易受疾病攻击。例如，镰状细胞两次复制的人就会经受可怕的痛苦，并发生早死，正常基因再次复制的人死于疟疾的危险大，而每样拥有一份的人则免受疟疾和镰状细胞疾病的侵袭。以这尔文主义观点来看在疟疾流行的地方，这种人与其它任一组的成员比起来则是更适应者。因此，尽管镰状细胞基因会引发疾病，在疟疾存在之处它还是被选择了。在这种环境中，谁是健康的等位基因呢?此问题尚无答案。没有任何一种正常的人类基因组——只有基因。

许多其它导致疾病的基因肯定也有益处，至少在某些环境中是如此，否则它们就不会这么普遍存在了因为囊性纤维变性(CF)夺去了1／2500高加索人的性命：所以有关的基因似乎有被从基因库中清除的巨大危险然而，它们却继续存在。多年来研究人员都在思索，CF基因可能和镰状细胞基因一样获得了某种优势。最近，哈佛医学院Gerald B. Pier及其同事进行的研究，给这一有据的推测提供了支持：具有CF基因一份复制的宿主似乎降低了伤寒感染的可能，而患上寒伤曾有l5％的死亡率。

衰老可能是折衷选择的极端例子。1957年，Willams指出，在选择力量较强的情况下，如果引起衰老并最终导致死亡的基因具有其它作用(即在年轻时代提供了某种优势)，它们可能就会被选择。例如，一种假设基因控制钙代谢从而令骨头能很快愈台，但偶尔也引起钙逐渐沉积在动脉壁上，甚至杀死某些年老者，这种基因仍可能被选择。这类多效基因(具有多种效果)的影响在果蝇和谷盗中发现了，但还没有在人类发现特别的例子。然而，痛风有着特殊的意义。强抗氧化剂尿酸形成结晶，沉淀于关节体液之外时，就引起痛风。抗氧化荆具有抗衰老效应，不同灵长类动物尿酸中的血浆含量与其成年者的平均寿命密切相关。也许尿酸含量高延缓了组织衰老，因而有益于大多数人：但少数人也付出了痛风的代价。

下述例子更可能有助于更快速衰老。例如，强有力的免疫防御使我们免遭感染；但同时也引起持续的低水平组织损害。当然，导致衰老的大多数基因可能在任何年龄段都设什么益处—它们从不完全降低自然环境中足够的生殖适度以避免被选择掉。然而，今后10年研究人员将确切地鉴别出加速衰老的基因，从而研究人员很快就将得到干扰它们发生作用甚至改变它们的手段。不过在采取措施之前，我们应确定这些作用在生命早期阶段是否有益处。

因为进化只能按时间顺序进行，所以有机体的设计就受已有结构的制约。如前所述，脊椎动物眼睛是向后排列的。相反，鱿鱼眼却没有这种情况，脉管和神经在外部伸展穿透必要的地方与压住视网膜，从而不会出现分离的情况。人眼的缺陷源于纯粹的坏运，数亿年前，我们祖先碰巧成为对光敏感的细胞层的位置不同于鱿鱼祖先相应的细胞层。这两种设计就沿着不同的轨迹进化，而没有回到原来的样子。这种路径依赖性也可船释简单的吞咽行为能构成生命威胁的原因。我们的呼吸道和食道交叉，因为在早期肺鱼祖先那里呼吸气孔合理地位于口鼻部上方，并通到一个与食道共有的部位。由于自然选择不可能无中生有；因此，人类也保留了这种可能性——食物会塞满通向肺的开口。

自然选择甚至会形成潜在的致命盲管，例如阑尾就是我们祖先用于消化的腔道的遗迹物。因为它不再执行原有的功能，感染后它可以被切除，希望自然选择会消除它。而现实情况复杂得多。当炎症引起阑尾增大时，就压迫动脉向阑尾供血，从而引发阑尾炎。血流防止细菌生长，因此血流减少就有助于感染，从而产生更大的膨胀。如果血流供应全部中断，细菌就会自由生长，直至阑尾破裂。细长的阑尾特别易受这系列事件的影响，因而阑尾炎可能反而施加了保留大盲肠的选择压力。决不是主张人体的一切东西是完美的：进化分析表明，我们保留着一些非常遗憾的遗留物，并且某些脆弱性甚至可以被自然选择力主动地保持着。

达尔文医学的演变

尽管达尔文主义理论具有强大的生命力，但进化生物学目前才逐渐被认识到是医学的必要基础科学。大多数疾病降低了适度性，因而自然选择似乎只能解释健康而不能解释疾病。只有当解释的对象从疾病转向使我们易受疾病攻击的性质时，达尔文主义方法才有意义。自然选择使健康最优化这一假设也是不正确的——选择使基因生殖成功最优化。那些使人体具有生殖成功优势的基因会变得更加普遍，尽管它们最终损害了个体的健康。最后，历史和误解也对接受达尔文主义医学造成了障碍，从医学观点来看，从进化方法到功能分析似乎都与纯粹的生机论或目的论相似，费了很大努力，错误最近才消除。当然，进化和医学联系在一起时，就出现了优生学幽灵。从达尔文观点出发的发现一一所有人体同样易受疾病攻击对所有个体都具有重大意义，但这种观点并不意味着我们能够或应该试图改良人种。如果要指出什么的话，那么这种方法警告：明显的遗传缺陷可能具有某种未被认识到的适应意义，单一正常的基因组是不存在的，正常性概念势必太简单了。

进化生物学的系统应用对医学来说是一项新事业。正如本世纪初的生物化学那样，达尔文医学在能证明它的威力和实用性之前极有可能需要在几个孵化器中发展。如果没有资金收集资料来检验学者的观点，仅依靠学者的工作来发展达尔文医学：那么这个领域要达到成熟状态就需几十年时间。在医学院建立进化生物学系将加速成熟过程，但对绝大部分医学院来说还没有出现这种事例。如果基金组织设有进化生物学专门小组的话：那研究工作进展会快些，但这种专门小组还有待创立，我们期望它们会这样作。进化观点在疾病状态和正常功能之间建立了深刻的联系，并将相互分割的医学研究途径统一起来，同时提出了一些全新的和重要的研究领域。它的威力和实用性终将使人们认识到进化生物学是一门基础医学科学。