evol-driven to cancer?

癌症，生命進化的必然 精選

已有 3767 次閱讀 2016-7-31 16:59 |係統分類:觀點評述    推薦到群組

原載於《知識分子》，題目為《癌症為什麽無法消滅？》

2500年前，當古希臘醫師希波克拉底給惡性腫瘤命名為καρκ?νος（意為螃蟹或小龍蝦，英文譯為cancer，中文譯為癌）的時候，僅僅是對病人體表可見的惡性腫瘤做了形態上的描述：惡性腫瘤通常從中心的腫塊向周邊伸出一些分支，狀如螃蟹。然而，希波克拉底不可能知道的是，更多的情況下，癌症可以發生在人體的不同組織和器官，隱藏於機體的深處。因此，從某種意義上說，癌症不是一種，而是一百多種病變的總稱，但所有這些病變有一個共同的特征：病變細胞的增殖脫離機體的控製，而且這些失控的細胞會毫不顧忌地入侵身體的其他部分。

千百年來，人類對癌症的病因、病理和治療的研究和思考從來沒有停止過。直到二十世紀中葉，科學家將癌症的發生與人類細胞染色體的異常聯係起來，最終將癌症歸因於體細胞遺傳密碼的改變——基因突變，才讓我們人類對癌症有了生物學本質上的認識：是基因突變，讓原本正常的細胞擺脫機體內環境的控製，肆意擴增，如脫韁野馬，破壞機體正常的組織和器官。然而，我們依然希望能夠往更深一層追問：為什麽我們的基因會發生突變，進而使得體內的細胞發生癌變，最終讓人的機體患上可怕的癌症呢？

為了回答這個問題，在這裏，我試圖向讀者闡述這樣一種觀點：細胞的癌變，是早已植入生命進化最深處的古老而無法刪除的程序。從個體細胞的角度來講，基因突變不是它們發生癌變的原因，而是它們發生癌變的手段和機製；基因突變，也不是癌變細胞個體的無心之失，而是千百萬年來生命進化的選擇，是生命進化的源泉和產物，是我們生命程序中不可修複的係統缺陷，因此，我們可以這樣說：人體細胞隻要持續地分裂和更新，癌變將最終成為必然。

要探討這個問題，我們有必要先大概了解一下基因突變的生物發生過程。簡單的說，基因突變是細胞內遺傳信息攜帶者——DNA序列的錯誤改變以及接下來細胞對錯誤的DNA序列進行修複的最終結果。首先，細胞在分裂的時候，DNA的複製過程會有一定的幾率——雖然極低——發生錯誤，導致新複製的DNA堿基序列與模版DNA序列不匹配；此外，細胞生存環境中的各種因素，如紫外線、抽煙以及其他致癌化學物質本身會直接導致DNA的損傷，極大增加了DNA序列改變的幾率，嚴重的情況下甚至會引起細胞染色體的斷裂、重組和缺失。

而與此相對應的，細胞針對DNA複製的錯誤和DNA的損傷擁有一套完整的應對機製。一方麵，細胞的DNA複製機器本身就配備一套內置的糾錯機製，能夠檢測到錯誤的發生，進而將錯誤匹配的堿基刪除，讓複製從頭來過；另一方麵，當DNA由於物理或者化學的原因發生損傷的時候，細胞會啟動相應的程序，盡可能將DNA修複得完好如初。不過，如果DNA的損傷程度超出了細胞所能承受的負荷，細胞進而啟動自殺式凋亡程序，徹底清除帶有DNA損傷的細胞。漫長的進化過程賦予了真核細胞5中不同的DNA修複程序。我們可以想見，DNA複製過程中的糾錯機製和細胞幾近完美的修複機製，使得通常情況下基因突變的幾率很低。正是由於這個原因，癌症很少發生在年輕人身上，除非細胞生長環境中存在大量造成DNA損傷而誘發基因突變的因素，例如存在大量的化學致癌物質。

現在，我們試著把上述這一係列複雜的程序放到生命進化的漫漫長河中加以審視。在從單細胞到多細胞、原核生物到真核生物的進化過程中，DNA的複製和修複程序，以及細胞應對DNA損傷的機製是在不斷完善、不斷改進的。細胞進化出5種不同的DNA修複機製，以應對不同因素引發的不同類型的DNA損傷。而真核細胞中構成這一整套複雜機製的零部件——在一起協同合作的各種不同功能蛋白，比簡單的原核細胞內的蛋白零部件要複雜的多，也精準的多。這不斷完善和改進的過程本身，亦是生命漫長的進化過程中自然選擇的結果。

我想，我們應該可以這樣理解，單細胞生物如細菌，它們本身就是一種“癌變”的細胞，擁有癌細胞最本質的特征：隻要生存環境中有可供利用的資源，它們可以無限分裂繁殖下去。在增殖的同時，它們也能夠容忍自身基因組裏大量基因突變的出現，而不會像多細胞生物裏的基因突變細胞那樣被從生物個體中清除掉。不但如此，對於它們來講，快速分裂和繁殖過程中的基因突變，是在不同環境中物種得以延續的巨大優勢：它們可以在種群中形成能夠抵抗不同外部惡劣條件的突變細胞。然而，到了有性繁殖的高等動物，就很難容忍這種“害群之馬”的繼續存在，它們需要生物個體的每一個細胞能夠各司其職，因此需要更精密的DNA複製和修複機製，以及更複雜的DNA損傷應答機製來及時地清除這些“害群之馬”，不然，生物個體將會因早夭而無法將基因傳給下一代。因此，從單細胞生物進化到多細胞生物的過程，對於單個細胞來講，是其“癌”的特征——無限、快速增殖的潛力——慢慢被限製被打壓，以換取其分化成不同種類的功能細胞，以此服務於多細胞生物個體的生存和繁殖這個更高目標的過程。

從這種意義上來說，人類體細胞癌變，既可以說是“去分化”的結果，也可以說是“去進化”的過程：它們隻是回到了生命進化的初級階段，重新尋回自己被壓抑的本性。因此，我們可以說，人類體細胞的癌變，不是生命進化到今天的終點和結果，而恰恰是生命進化原始狀態在我們體內的遺存。而這遺存的本質——基因突變，恰是生命進化過程所不能擺脫的。

進化並沒有賦予高等生物細胞完美的DNA複製程序，也沒有賦予細胞完美的DNA修複程序，甚至有的修複程序本身就能夠幾近必然地引入新的DNA突變。一方麵，這缺乏自然選擇的壓力。生物進化從來不追求完美，隻要求你不要成為跑在最後而被獅子追上吃掉的那一個。不但如此，完美的程序不但不會賦予生物個體在自然選擇過程中所需要的生存優勢，反而有可能成為它們的負擔，因為，從成本收益的角度講，錯誤率降低所帶來的收益（生存優勢）和為此需要付出的成本（能量和時間消耗）完全不是線性關係。在接近完美的區間，從1%的錯誤率降低到0%，生物個體要付出的成本絕不會隻增加1%。

而另一方麵，也是最根本的方麵，生命進化的過程天然需要基因突變的存在。根據現在為大多數人所接受的進化理論，生命的進化要成為可能，基因突變的發生是其中一個根本的要素，也隻有這樣，才能維持一個物種的基因多樣性，產生不同的生物個體，在自然選擇過程中使物種擁有更高的幾率得以存活和繁衍。所以，DNA複製過程的瑕疵和修複程序的缺陷，本身也是生命進化、自然選擇的結果。完美DNA複製和修複程序注定無法在生命進化、自然選擇的遊戲中勝出，因為就算它們在進化的個體中出現，傳播開了，也隻會使整個物種喪失基因多樣性，進化的源泉最終枯竭，必然造成該物種在自然選擇中處於劣勢，最終結果就是被淘汰出局。

我們可以想見，生命進化的選擇將是在這各種成本和收益之間尋求平衡，目的就是讓基因能夠一代一代的傳遞。因此，在單細胞低等生物到多細胞高等生物的進化過程中，基因突變需要得到有效的控製，以免生物個體在能夠有效繁殖後代前死掉，或者由於過多的基因突變而無法製造出功能健康的生殖細胞。這就是為什麽在正常情況下，我們在年輕人中少見癌症。但如前所說，生命進化的過程無法將基因突變從係統中徹底清除，它早已嵌入每個生命個體千百萬年來的進化當中，與物種的生存和繁衍水乳交融，唇齒相依。這，或許就是為什麽癌症與人類其他疾病存在著根本不同，它是千百萬年來進化留在我們身體裏的“魔鬼”，是“眾病之王”。人類與癌細胞的戰爭，是與進化之初那個簡單而又複雜的“自我”之間的較量！

老子有雲：“禍兮福之所倚，福兮禍之所伏。”悉達多•穆克吉 （Siddhartha Mukherjee）在他著名的科普著作《眾病之王•癌症傳》中寫道：“癌是我們自身的一個更完美的‘版本’。惡性生長和正常生長，在遺傳基因層麵是緊密地交織在一起的；要把這兩者區分開，可能是我們這個物種麵臨的最重大的科學挑戰之一”。由於基因突變在進化過程中的兩麵性，生命對其既要排斥而又需相依賴，於是，細胞的癌變，終將成為必然。

或許，我上述灰色調的觀點不免會讓人產生悲觀的情緒，使人籠罩在癌症的陰影之中，然而，需要特別指出的是，在這裏筆者主要是試圖從生命進化這個宏觀的角度，在理論上探討細胞癌變發生的必然性。但是，當具體到每一個生命個體，癌症的發生則必然受到多種內在和外在因素的影響，而且，我們身體強大的健康衛士——免疫係統，大多數情況下也會及時地幫助我們識別並清除癌變的細胞，將癌症扼殺於未發。大量的科學證據表明，健康快樂的生活方式，能夠有效預防癌症的發生，而且，我們也不奢求無限期地推遲它的發生：如果不勞心傷神地追求長生不老的話，我們隻需要將癌症的發生推遲到即將老去的那一天，難道不是麽？

 

參考資料：

1. Siddhartha Mukherjee,The Emperor of All Maladies: A Biographyof Cancer, Scribner; Reprint edition (August 9, 2011).

2. Siddhartha Mukherjee,The Gene: An Intimate History,Scribner; 1 edition (May 17, 2016).

3. Richard Dawkins, The Selfish Gene: 30th AnniversaryEdition--with a new Introduction by the Author, Oxford University Press;30th Anniversary edition (May 25, 2006).

4. Itai Yanai and MartinLercher, The Society of Genes, HarvardUniversity Press; 1 edition (January 11, 2016).  

5. Mel Greaves，Cancer: TheEvolutionary Legacy, OUP Oxford; New Ed edition (27 Sept. 2001)

 

轉載本文請聯係原作者獲取授權，同時請注明本文來自李兆棟科學網博客。
鏈接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-3121133-993815.html

上一篇：科學的“匠人精神”

更多

收藏 分享 舉報

當前推薦數：32 推薦人： 王從彥 印大中 趙克勤 沈律 王府民 李紅雨 牛登科 楊波 田欣 黃永義 姚小鷗 吉宗祥 鄭小康 徐令予 陳南暉 白龍亮 郭領陣 王林平 馬麗丹 陸玲 孟慶仁 黃仁勇 尚飛飛 李勝文 wangbin6087 loyalSciencefan xlianggg dkyz mxt110 zxk730 scking xiyouxiyou

推薦到博客首頁

發表評論 評論 (23 個評論)

[23]李勝文  2016-8-1 11:41

 

從這種意義上來說，人類體細胞癌變，既可以說是“去分化”的結果，也可以說是“去進化”的過程：它們隻是回到了生命進化的初級階段，重新尋回自己被壓抑的本性。“去進化”的過程? your title: 癌症生命進化的必然 - Both conflict each other.

[22]李勝文  2016-8-1 11:39

 

You confuse two concepts here: mutation vs. cancer - check their definitions to better your narrative. "細胞的癌變，是早已植入生命進化最深處的古老而無法刪除的程序。從個體細胞的角度來講，基因突變不是它們發生癌變的原因，而是它們發生癌變的手段和機製；基因突變，也不是癌變細胞個體的無心之失，而是千百萬年來生命進化的選擇，是生命進化的源泉和產物，是我們生命程序中不可修複的係統缺陷，因此，我們可以這樣說：人體細胞隻要持續地分裂和更新，癌變將最終成為必然。"

[21]kerryzhang  2016-8-1 08:04

 

基因突變是生物產生多樣性的原因，但為什麽一定會伴隨著癌症？沒有癌症的基因突變就很好啊！

[20]陸玲  2016-8-1 06:49

 

這是富有啟發性的好文章！
細胞的凋亡和分裂生長是其兩個主要的運動變化機製。但自然的細胞凋亡和分裂是必然發生和健康的現象；非正常的細胞凋亡和分裂才是病。
關於癌，細胞非正常的分裂現象為什麽大量出現？我認為患者年齡並非關鍵的原因，隻是一種表象。各種汙染物質攝入人體內、積累需要時間，中年人的癌發病率比較高。表現了細胞受到激素誘導而病變機製，它跟非激素類的汙染導致的細胞凋亡——類似肺癆致局部細胞壞死的情況是不一樣的。

此外，如果是老人癌患者，跟中年人比，激素水平比較低，激素水平低可在一定程度抑製癌的發展，他們往往可以帶癌生存更長時間。但這並不是因為出現癌是一種自然的，常態的。

人類生理的自然機製是可以無疾而終的。癌是一種疾病，從本質看是一種人體受到環境汙染入侵導致的疾病，它是可以預防，可以治療的疾病。人類要以防癌為主，以環境保護，以減少汙染物質和激素的入侵，或經常性地排除體內的這些汙染，一定可以戰勝癌症的。

[19]黃思羅  2016-8-1 06:31

 

強貼留名。

[18]崔樹勳  2016-8-1 05:51

 

  

[17]蔡寧  2016-8-1 04:45

 

文章不錯，通俗而嚴密。
不過我有點不明白，進化所需要的變異是先天的，是在生殖遺傳環節完成的。可是癌變是後天的。這種後天的改變，是進化必須的嗎？

[16]周洲  2016-8-1 02:51

 

[13]zxk730回答[6]life110
在得癌症前死掉了。
————————————————————
這是典型的胡說！

[15]農紹莊  2016-8-1 18:18
癌症，應該是生命進化過程中不良行為的必然。
—————————————————————
更詳細地講，應該是生命進化過程中：存稀奇古怪的心，說稀奇古怪的話，做稀奇古怪的事。
所以現實中：自由多下流！

[15]農紹莊  2016-8-1 02:18

 

癌症，應該是生命進化過程中不良行為的必然。

[14]郭領陣  2016-8-1 01:36

 

聽說有些海洋生物如鯨終生都不會得癌症，不知是否符合博主進化的觀點。但生命的死亡是不可避免的，癌症隻是一種方式，這從進化有角度又該怎麽看呢？

[13]zxk730  2016-8-1 01:23

 

[6]life110  2016-8-1 13:49
人群中有30%永遠不會得癌症是什麽原因？
----------------------------------------------------------
在得癌症前死掉了。

[12]徐令予  2016-8-1 01:22

 

科學網上難得一見的佳作！推理嚴謹猶如數理學科，文字優美絕勝散文小說。這種文章應該長時期置頂於科學網上，為眾人立標準、傳風範。我總覺得置頂文章應該堅持寧缺毋濫，寧願留空白或可把一些佳作置頂多日。降低置頂文章的門檻實則上與考試時對學生放水沒有任何區別，受傷的是優秀的作者，當然最大的受害者是廣大的讀者。
這樣的做法可能會導致發文的數量和總點擊量，科學網編輯也有難處啊。

[11]黃永義  2016-7-31 23:41

 

分析有理！

[10]ykmch  2016-7-31 23:32

 

Very reasonable.

[9]loyalSciencefan  2016-7-31 22:56

 

嗬嗬，道理越討論越明白。這位兄弟，“癌症一種獲得性遺傳現象”，與“自然選擇，適者生存”在進化概念的本質上與表現上沒有矛盾吧？

[8]jao  2016-7-31 22:46

 

   再進一步分析就進入宇宙定律了

[7]laoshui  2016-7-31 22:07

 

癌症：細胞腦袋受信息汙染所至！但當今連細胞有思維也不承認，又怎樣治療癌症呢？

[6]life110  2016-7-31 21:49

 

人群中有30%永遠不會得癌症是什麽原因？

[5]張磊  2016-7-31 20:44

 

癌症一種獲得性遺傳現象，基因突變是果而非以，與“自然選擇，適者生存”毛關係沒有

[4]趙克勤  2016-7-31 18:54

 

請教李老師：是否可以認為：癌變是基因突變的一種模式？

[3]loyalSciencefan  2016-7-31 18:18

 

極其簡單，大自然的規律：自然選擇，適者生存！

[2]印大中  2016-7-31 18:01

 

“如果不勞心傷神地追求長生不老的話，我們隻需要將癌症的發生推遲到即將老去的那一天，難道不是麽？”
—————————————————————————————————————————————————————
哈，終於有明白人出現了。上麵這個解讀進一步表明：突變改變最大壽限，真正的衰老過程主要是受蛋白質的老化改變直接管控的生理過程——在遺傳物質之外的“生物體的損傷與維護的博弈”。衰老的本質也就是俺十年前提出的：“熵增決定衰老，基因決定壽命”。

[1]wangbin6087  2016-7-31 17:24

 

通俗易懂。人體是一個高度統一的整體。這個整體性一單被破壞，失去控製的細胞就表現出原始的性質，瘋狂的繁殖生長。部分與整體的對立統一便是有序，體現了辯證邏輯規範下的自然本性。