人类如何进化出抵御致病微生物的能力

Specialist Zane Zeile marks test tubes at the Institute of Food Safety, Animal Health and Environment in Riga June 9, 2011. More than 1,600 people have been infected by a toxic strain of the Escherichia coli (E.coli) bacteria that has killed at least 17 and may be the deadliest yet in human history. Latvian government officials on Thursday informed media of stringent monitoring and control over its food sources, and the country has yet to be hit with any E.coli related cases. REUTERS/Ints Kalnins (LATVIA - Tags: ENVIRONMENT HEALTH SCI TECH) - RTR2NHLA
Viruses have shaped our capacity to evolve genetically and to modify our behaviour.Image: REUTERS/Ints Kalnins
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面对新出现和不断涌现的传染病,人们很容易觉得我们的生存正受到威胁,仿佛这些疾病会毁灭人类,至少会终结我们当前的生活方式。近期,西非埃博拉疫情再次点燃了我们对大流行病的关注,也让我们想起自身可能何其脆弱,尤其是在面对压倒性敌人时。

面对如此之多有能力控制并摧毁我们的微生物,人类作为一个物种为何至今仍能延续?

人类在世上独一无二。我们是热衷于“收集”从环境中获得的传染病的物种,这种情况贯穿我们的进化历程。

我们都只想活下去并繁衍后代

我们和入侵者一样,都需要生存并传递自己的基因。细菌和病毒等传染性病原体具有寄生性——它们必须找到易感宿主并感染宿主,才能维持自身并繁衍。因此,杀死我们并不符合它们的最大利益。我们与病原体的关系,取决于我们在遗传层面进化、改变行为,或迫使病原体进化的能力,从而让我们都能生存下来。

流感等病毒会在原宿主发病之前复制并传播给新宿主(流感症状包括喉咙痛和打喷嚏),这意味着寄生病原体能在新宿主体内存活并繁盛。

在少数情况下,宿主死亡是病原体繁殖所必需的。一个例子是旋毛虫病(也称旋毛虫感染),它由食用感染了蠕虫(线虫)的动物(通常是食肉动物和杂食动物)的未煮熟或生肉引起。

为了在宿主体内生存,蠕虫会在自身周围构筑囊包,以躲避免疫系统。肉中的未成熟蠕虫会导致宿主肌肉无力、瘫痪,最终死亡。这使受害者无法抵御可能前来将其吞食的捕食者,从而让蠕虫获得新的宿主并继续感染。

这是一种古老的疾病,我们可以通过不吃肉来应对(这可能是某些宗教禁食猪肉的原因),也可以通过过度烹煮等文化适应方式来应对。

我们如何适应并赢得这场战斗

达尔文式选择带来的进化压力,适者生存,持续塑造着地球上的生命。这种与生俱来的适应能力,使人类得以发展防御机制,抵御一些破坏性最强的病原体。

疟疾寄生于红细胞,据估计,2015年造成了429,000人死亡。疟疾何时成为人类疾病(据信它起源于灵长类动物)尚不清楚。可以确定的是,它出现的时间足够久远,使人类得以进化出先天防御能力。

Image: 世界卫生组织

镰状细胞突变是一种可能致命的血液疾病,主要见于非洲。这种血红蛋白基因突变(该基因负责血细胞中的红色色素)是若干种实际上能够抵御疟疾的遗传特征之一。携带这种基因突变的人能够抵御疟疾,因此更有可能繁衍后代并传递这种进化优势。

另一种能够保护人类免受疟疾侵袭的基因突变,会影响一种对红细胞功能至关重要的酶。但携带这种突变的人也可能出现危及生命的贫血(红细胞数量不足或质量异常),原因是某些现代抗疟药物治疗的副作用会破坏红细胞。

或许,使人类得以始终领先病原体一步的进化机制中,最重要、最奇妙的部分就是主要组织相容性复合体(MHC)。MHC是白细胞表面的蛋白质,它与脊椎动物(有脊柱的动物)一同进化,因此是我们最古老的防御机制。

我们有不同类型的白细胞:在血液中流动的细胞(淋巴细胞)和驻留在淋巴结中的细胞(巨噬细胞)。感染发生时,巨噬细胞会吞噬微生物,并像发出信号一样,将来自病原体的蛋白质“呈递”在自身表面。

含有MHC分子的淋巴细胞识别这种蛋白质后便会与之结合。(我们的免疫系统中有记忆细胞,它们在接种疫苗或感染后产生,使我们能记住下次如何对抗病原体。)随后,淋巴细胞会产生化学物质,招募更多淋巴细胞来帮忙。这些细胞不断增殖,最终形成“肿大的腺体”。

我们身体“记住”以往感染的能力,是伦敦全体居民没有在黑死病期间丧生的原因之一。MHC分子会遗传给我们的后代,这解释了为什么这类分子种类如此丰富。当一种疾病首次传入某个人群时,其致死性总是高于之后再次传入时,因为此时已有一些人获得免疫力,也有幸存者的后代出生。

并非所有病原体都会让我们变得更强

并非所有共同进化都会导致人类遗传变化,尤其是在不影响我们繁衍能力的情况下。人类结核病是一种慢性疾病,至今仍在世界各地肆虐,几乎没有证据表明人类已经形成了抵抗感染的能力。这一点很有意思,因为这种疾病很可能已与我们从新石器时代起共同进化。

我们将继续面对新出现和不断涌现的疾病。迄今为止,我们的适应和应对能力一直发挥着良好作用。但一些科学家认为,由于许多选择压力已经消失,人类不再进化,其中最重要的压力是导致过早死亡的因素。

问题在于,我们是否准备好迎接未来的挑战。眼下最紧迫的问题或许是,微生物的进化速度似乎快于我们制造杀灭它们的手段——这种现象称为抗微生物药物耐药性。

想到没有抗生素的生活令人恐惧,因为我们从未通过进化“战胜”细菌感染。相反,我们运用了智慧。我们的未来将取决于我们能否充分发挥集体智慧和意志,避开这场危机。

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