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​贾雷德•戴蒙德|病菌演化史:如何杀死或改造宿主?

​贾雷德•戴蒙德 勿食我黍 2021-12-24

贾雷德•戴蒙德(Jared Diamond,1937年9月10日-)现任加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院生理学教授,美国艺术与科学院、国家科学院院士、美国哲学学会会员。戴蒙德曾以畅销书《枪炮、病菌与钢铁》荣获1998年普利策奖,他的另一部代表作《第三种黑猩猩》曾获英国科普图书奖。此外,戴蒙德的学术研究也使他获奖无数,包括美国国家科学奖、美国地理学会伯尔奖等。他在《发现》、《自然》和《地理》等杂志上发表过200多篇论文。戴蒙德也是全球唯一两度荣获英国科普图书奖。



类疾病源自动物这一问题是构成人类历史最广泛模式的潜在原因,也是构成今天人类健康的某些最重要问题的潜在原因。(请想一想艾滋病吧,那是一种传播速度非常快的人类疾病,似乎是从非洲野猴体内一种病毒演化而来。)我们要考虑什么是“疾病”,为什么有些病菌演化的目的是“使我们生病”,而其他大多数生物却不会使我们生病。我们将考察一下,为什么我们最熟悉的传染病中有许多成为流行病而迅速传播,如当前艾滋病的流行和中世纪黑死病(腺鼠疫)的流行。然后,我们还将考虑现在只在我们中间传播的那些病菌的祖先,是怎样从它们原来的宿主动物身上转移到我们身上来的。最后,我们还要看一看,对我们的传染疾病源自动物的深刻见解,是如何有助于说明欧洲人与印第安人之间重大的、几乎是单向的病菌交流的。

自然,我们都喜欢按照我们自己的观点来考虑疾病问题:我们怎样才能挽救自己和杀死病菌?让我们消灭这些坏蛋,而不必介意它们的动机是什么!然而,在一般的生活中,为了打败敌人,必须了解敌人,在医学中则尤其如此。

因此,让我们首先暂时把我们人类的偏见放在一边,从病菌的角度来考虑疾病问题。要知道,病菌同我们一样都是自然选择的产物。病菌以各种稀奇古怪的方式使我们生病,如使我们的生殖器溃疡或腹泻。它这样做会得到什么样的演化利益呢?这似乎是特别令人费解而又自拆台脚的事,因为病菌杀死了它的宿主也就杀死了它自己。

从根本上说,病菌的演化和其他物种没有什么两样。演化所选择的,是那些在繁殖后代和帮助后代向适于生存的地方传播方面都是最有效的个体。可以从数学上把病菌的传播定义为:由每一个原发病人传染的新的受害者的数目。这个数目的大小取决于每一个受害者能够传染给新的受害者的持续时间的长短,以及这种病菌从一个受害者转移到下一个受害者的效率的高低。

病菌已演化出各种不同的方式,从一个人传播给另一个人,以及从动物传播给人。传播能力强的病菌繁殖的后代也多,结果就会得到自然选择的偏爱。我们的疾病的许多“症状”,实际上不过是某种非常聪明的病菌在改变我们的身体或行为以便使我们帮助传播病菌时所表现出来的一些方式而已。


病菌传播的最不费力的方式,就是等待着被动地传染给下一个受害者。有些病菌等待一个宿主被下一个宿主吃掉,就是这种策略的运用:例如,沙门氏菌就是因为我们吃了已被感染的蛋或肉而感染上的;引起旋毛虫病的寄生虫是等我们在杀猪后吃了未煮熟的猪肉而从猪身上进入我们体内的;引起线虫肉芽病的寄生虫是喜吃寿司的日本人和美国人因为吃了生鱼片而有时感染上的。这些寄生虫都是从被吃的动物传递给人的,但引起新几内亚高原地区的强笑病(库鲁病[1])的病毒通常是从一个被吃的人传递给另一个人的。这种病是通过吃人肉传播的:高原地区的母亲们把死于库鲁病的人的脑髓挖出来等待下锅,一旁的孩子把这未煮过的脑髓用手摆弄后舔了舔手指,从而犯下了致命的错误。

有些病菌不是等到旧宿主死后被吃掉,而是在昆虫的唾液中“搭便车”,这个昆虫咬了原来的宿主,然后赶紧离开去寻找新的宿主。提供这种“免费搭车”的可能是蚊子、跳蚤、虱子或采采蝇,它们分别传播疟疾、瘟疫、伤寒或昏睡病。

这种被动传播的最卑鄙的把戏就是病菌干的,它们通过妇女传给胎儿,从而使出生后的婴儿受到感染。引起梅毒、风疹和现在的艾滋病的病菌就是靠玩这种把戏造成了道德的困境,而一些主张应该有一个基本正确的世界的人,不得不同这种困境作殊死的斗争。

其他一些病菌可以说是由自己来处理事情。它们改变宿主的结构和习惯,来加速自己的传播。从我们的角度看,得了由梅毒之类性病引起的外露的生殖器溃疡是一种极不光彩的事。然而,从病菌的观点看,它们只是一种有用的手段,用以获得宿主的帮助把病菌移入新宿主的体腔。天花造成的皮肤损伤,同样是通过直接或间接的身体接触来传播病菌的(有时是十分间接的,如一心想要消灭“好斗的”印第安人的美国白人把天花患者以前用过的毯子作为礼物送给他们)。

流行性感冒、普通感冒和百日咳病菌所运用的策略就更厉害了,它们诱使受害者咳嗽或打喷嚏,把一群病菌向未来的新宿主喷射出去。同样,霍乱菌促使它的受害者大量腹泻,把病菌送入潜在的新受害者饮用的水源。引起朝鲜出血热的病毒通过鼠尿来传播。在改变宿主的行为方面,再没有什么能和狂犬病病毒相比的了,这种病毒不但进入了受到感染的狗的唾液中,而且还驱使这只狗疯狂地乱咬,从而使许多新的受害者受到感染。但就这种小虫子所作的实际努力来说,应该得奖的还是钩虫和血吸虫之类的寄生虫。它们的幼虫通过前一个受害者的粪便被排泄到水里或土里,又从那里努力地钻进新宿主的皮肤。

因此,从我们的观点来看,生殖器溃疡、腹泻和咳嗽都是“症状”。但从病菌的观点看,它们就是传播病菌的聪明的演化策略。这就是为什么“使我们生病”是符合病菌的利益的。但是,为什么病菌会演化出杀死宿主这种明显自拆台脚的策略呢?

从病菌的角度看,那只是宿主症状促进病菌高效传播的一个无心的附带结果(对我们来说真是一个莫大的安慰!)。是的,一个没有得到治疗的霍乱病人,最后可能因为每天拉稀达几加仑而送命。然而,至少在一段时间里,只要这病人仍然活着,霍乱菌就会由于大量传播进下一个受害者的饮用水源而得到好处。倘若每个受害者因而平均感染一个以上的新的受害者,那么即使第一个宿主碰巧死了,霍乱菌仍然会传播开去。

我们对病菌利益的不带感情的考察就到此为止。现在,让我们回过头来考虑一下我们本身的自私的利益:活下去并保持健康,最好的办法就是杀死那些该死的病菌。我们受到感染的一个普遍反应是发烧。而我们又一次在习惯上把发烧看作是一种“症状”,好像就这样无缘无故地照例发生了。但是,体温的调节是受到基因控制的,并不是无缘无故发生的。有些病对热的反应比我们的身体更敏感。提高我们的体温,实际上就是要在烤死我们自己之前把病菌烤死。

我们的另一个普遍反应就是把我们的免疫系统动员起来。我们的白血细胞和其他细胞积极地搜出并杀死外来病菌。我们在抵抗某种使我们受到感染的病菌的过程中逐步形成的特定的抗体,使我们在痊愈后不大可能再次受到感染。我们根据经验都知道,有些病如流行性感冒和普通感冒,我们对它们的抵抗力只是暂时的;我们最后还是有可能再次感染上这种病的。然而,对其他一些疾病——包括麻疹、流行性腮腺炎、风疹、百日咳以及现在已被战胜的天花——我们的由一次感染激发起来的抗体使我们获得终生免疫。这就是预防接种的原理:给我们接种一种已死的或变弱了的菌株,促使我们的抗体产生,而不必真的去生病。

可是,有些聪明的病菌在我们的免疫防御面前就是不屈服。有些已学会了改变我们的抗体能认出来的那一细菌的某些分子结构(即所谓的抗原)来使我们上当。新品种的流行性感冒通过不断的演化或改造,产生了不同的抗原,这就是为什么虽然你在两年前得过流感,但在今年另一种流感到来时你仍不能免于感染的缘故。疟疾和昏睡病由于有迅速改变抗原的能耐,成了甚至更难抓住的主顾。最难抓住的是艾滋病,因为它甚至在一个病人的体内也能演化出新的抗原,从而破坏了这个病人的免疫系统。

我们最缓慢的防御反应是通过自然选择表现出来的。自然选择改变了我们一代代的基因频率。对于几乎任何一种疾病来说,某些人证明比另一些人具有更强的基因抵抗能力。在疾病流行时,那些具有抵抗某种病菌的基因的人,比缺乏这种基因的人更有可能生存下来。因此,在历史的进程中,在反复接触某种病原体的人口中,具有那些抗病基因的个体的人数比例较高——这完全是因为没有这种基因的不幸的个体不大可能生存下来把他们的基因传给后代。

你可能又一次认为,这是莫大的安慰。这种演化反应对基因易受感染的行将消失的个体没有任何好处。然而,这的确意味着整个人口有了抵抗这种病原体的更强的能力。关于这种基因防御的例子如:镰状红细胞基因、泰萨二氏病基因和囊性纤维变性基因可能使非洲黑人、德系犹太人和北欧人分别获得了保护自己(以一定的代价)抵抗疟疾、肺结核和细菌性腹泻的能力。

总之,我们同大多数物种的相互作用,就像我们同蜂鸟的关系所证明的那样,不会使我们“生病”,也不会使蜂鸟“生病”。无论是我们还是蜂鸟,都不需演化出相互防范的能力。这种和平的关系能够维持下去,因为蜂鸟不指望我们为它们传播后代,也不指望我们把身体给它们当食物。蜂鸟演化的结果是它们以花蜜和昆虫为食,而这些东西是它们靠运用翅膀得来的。

但是,病菌演化的结果却是以我们体内的养料为食,一旦原来的受害者死了或者产生了抵抗力,它们也没有翅膀可以让它们飞到一个新的受害者的身体上去。因此,许多病菌不得不演化出一些花招,好让它们在潜在的受害者之间进行传播,而许多这样的花招也就是我们身上所体现出来的“症状”。我们也已演化出我们自己的反花招,对此细菌又演化出反反花招来予以回答。我们和我们的病原体现在在一场逐步升级的演化竞赛中难解难分,以竞赛一方的死亡为失败的代价,而自然选择就是这场竞赛的裁判。现在就让我考虑一下这场竞赛的形式:是闪电战还是游击战?


假定我们计算一下某个地区某种传染病病例的数目,并注意这些数目如何随时间而变化。由此而产生的变化模式在各类疾病中是大不相同的。对某些疾病如疟疾或钩虫病来说,在一个受侵袭的地区,任何一年的任何一个月都会有新的病例出现。然而,所谓流行疾病在一个很长时间里可能连一例都没有,然后是一大批病例,接着有一阵子又没有任何病例。

在这些流行疾病中,流行性感冒是大多数美国人因有亲身经历而非常熟悉的一种病,有几年对我们来说特别糟糕(但对流行性感冒病毒来说则是美好的年头)。霍乱这种流行病发生的间隔时间较长,1991年秘鲁的霍乱是20世纪首次到达新大陆的流行病。虽然今天流行性感冒和霍乱的流行成了报纸的头版新闻报道,但在现代医药出现前的流行病通常要可怕得多。人类历史上最大的一次流行病是在第一次世界大战结束时杀死2100万人的流行性感冒。黑死病(腺鼠疫)在1346年到1352年间杀死了欧洲四分之一的人口,在有些城市里死亡人数高达70%。19世纪80年代初,当加拿大太平洋铁路修经萨斯喀彻温时,该省以前很少接触过白人及其病菌的印第安人死于肺结核的人数每年竟达到惊人的9%。

作为流行病而不是作为点滴的小病光顾我们的这些传染病有几个共同的特点。首先,它们从一个受感染的人迅速而高效地传给近旁健康的人,结果使整个人口在很短时间内受到感染。其次,它们都是“急性”病:在很短时间内,你要么死掉,要么完全康复。第三,我们当中的确获得康复的那些幸运的人产生了抗体,使我们在很长时间内,也可能是一辈子不用担心这种病会复发。最后,这些病往往只在人类中传播;引起这些病的病菌往往不是生活在土壤中或其他动物身上。所有这4个特点也适用于美国人所认为的那些习见的儿童急性传染病,其中包括麻疹、风疹、急性腮腺炎、百日咳和天花。

这4个特点结合起来往往造成了某种疾病的流行,其原因不难理解。简单地说,情况是这样的:病菌的迅速传播和症状的迅速发展,意味着当地人口中的每一个人很快就受到感染,之后不久他或者死去,或者康复并获得免疫力。仍然会受到感染的人都不会活下来。但由于这种病菌除了在活人体内是不可能生存的,所以人死了这种病也就消失了,直到又一批后代达到易受感染的年代——直到一个受到感染的外来人使一场流行病重新开始。

关于这些疾病是怎样流行起来的,有一个典型的事例是大西洋上叫做法罗群岛的与世隔绝的岛屿上的麻疹病史。1781年,一次严重的麻疹流行病到达法罗群岛,接着又消失了,其后该群岛就不再有麻疹发生,直到1846年,一个受到感染的木匠从丹麦坐船到来。不出3个月,法罗群岛的几乎全部人口(7782人)都得了麻疹,于是有的人死去,有的人康复,麻疹病毒又一次消失,直到下一次流行。一些研究表明,麻疹可能会在任何少于50万人的人口中消失。只有在比较多的人口中,这种病才会从一个地区转移到另一个地区,直到原先受感染地区里出生的婴儿达到足够的数目,麻疹又会卷土重来。

适用于法罗群岛上麻疹的情况,也适用于世界上其他一些我们所熟悉的急性传染病。为了维持自身的存在,这些病需要有足够多的人口,足够拥挤的稠密人口,这样,到这种病不然就会衰退的时候,又有一批众多的易受感染的儿童现成可供感染。因此,麻疹和一些类似的疾病也叫做群众疾病。

显然,群众疾病不可能在小群狩猎采集族群和刀耕火种的农民中存在。现代亚马孙河地区印第安人和太平洋岛民的悲惨经历表明,一个小部落可能被一个外来人带来的一种流行病几乎全部消灭——因为这个小部落中没有一个人有任何抵抗这种病菌的抗体。例如,1902年冬天,由捕鲸船“活跃”号上的一个水手带来的一场痢疾流行使56个萨德勒缪特爱斯基摩人中的51个人丧生,这是生活在加拿大北极地区南安普顿岛上的一群完全与世隔绝的人。此外,麻疹和我们的其他一些“童年”病,杀死受感染的成年人比杀死儿童的可能性更大,而那个小部落里的成年人又全都是易受感染的。(相比之下,现代的美国成年人很少有感染上麻疹的,因为他们中大多数在童年时或者得过麻疹,或者接受过预防接种。)那场流行病在把那个小部落中的大多数人杀死后接着就消失了。小部落人口少,这一点不但说明了为什么他们承受不住从外面带来的流行病,而且也说明了为什么他们没有能演化出自己的流行病去回敬外来人。

然而,这并不是说人口少就百病不生。他们同样会得传染病,不过只限于几种传染病而已。有些传染病是由能在动物身上或土壤中生存的病菌引起的,结果这种病不会消失,而且始终可以使人受到感染。例如,黄热病病毒是由非洲野猴携带的,它总是能够通过野猴感染非洲的农村人口,再从这些人通过横渡大西洋的奴隶贸易带去感染新大陆的猴子和人。

还有一些传染病发生在人口稀少的地方,它们是麻风和雅司病[3]之类的慢性病。由于这种病可能要花很长时间才能杀死它的患者,所以患者在活着时就成了感染这个小部落的其他成员的病菌仓库。例如,我在60年代曾在新几内亚高原地区的卡里穆伊巴西姆工作过,那里的居民是几千个与世隔绝的人,他们的麻风病发生率是全世界最高的——约40%!人口少的群体毕竟也是容易得一些非致命的传染病的。由于我们对这种传染病没有形成免疫力,结果同一个人在康复之后仍会再度感染。钩虫和其他许多寄生虫的情况就是如此。

所有这些为与世隔绝的很少人口所特有的疾病,谅必都是人类最古老的疾病。它们是我们在早期几百万年的进化史中得以形成并保持的疾病,因为那时的总人口为数甚少而且零星分散。这些疾病是我们与我们的野生近亲非洲类人猿所共有的,或者与它们的疾病相类似的。相比之下,我们前面所讨论的那种群众疾病只有在积聚起众多的稠密人口时才可能出现。这种人口的积聚,随着大约1万年前农业的开始出现而出现,然后又随着几千年前城市的开始出现而加速发展。事实上,许多为人们所熟悉的传染病的得到证实的最早出现年代,竟晚得令人惊奇:天花出现在公元前1600年左右(从一具埃及木乃伊身上的痘痕推断出来),流行性腮腺炎出现在公元前400年,麻风出现在公元前200年,流行性脊髓灰质炎出现在公元1840年,艾滋病出现在1959年。

为什么农业的出现会成为我们群众传染病形成的开端?其中一个原因前面已经提到,那就是农业比狩猎采集的生活方式维持了高得多的人口密度——平均要高10倍到100倍。另外,狩猎采集族群经常变换营地,留下了一堆堆排泄物,上面聚集了大量病菌和寄生虫的幼虫。但农民是定居的,他们生活在自己排放出来的污水之中,从而为病菌从一个人的身体进入另一个人的饮用水源提供了捷径。

有些农业人口把自己的粪便收集起来,当作肥料撒到人们劳动的田里,从而使粪便中的病菌和寄生虫去感染新的受害者变得甚至更加容易。灌溉农业和鱼类养殖为蜗牛和水蛭提供了理想的生活环境。蜗牛是吸血虫的宿主,而水蛭则在我们涉过满是粪便的水中时钻进我们的皮肤。定居的农民周围不但有自己的粪便,而且还有被他们贮藏的粮食吸引来的传播疾病的啮齿目动物。非洲农民砍伐出来的林中空地也为疟蚊提供了理想的滋生地。

如果说农业的出现就这样地使我们的病菌交了好运,那么城市的出现则给它们带来了更大的幸运,因为在甚至更糟的卫生条件下,更加拥挤的稠密人口使情况恶化了。直到20世纪初,欧洲的城市人口才最后稳定下来:在那以前,来自农村的健康农民不断地移居城市,这对于补充城市中因群众疾病而死去的人是必要的。对病菌来说,另一件好事是世界贸易路线的发展,到罗马时代,这些贸易路线把欧洲、亚洲和北非有效地连接成一个巨大的病菌繁殖场。也就是在这个时候,所谓安东尼瘟疫的天花终于到达罗马,在公元165年到180年期间杀死了几百万罗马城镇居民。

同样,所谓查士丁尼瘟疫的腺鼠疫也第一次在欧洲出现了(公元542—543年)。但直到公元1346年,所谓黑死病的鼠疫才开始全力打击欧洲,那时一条新的与中国的陆上贸易路线,为满是跳蚤的毛皮提供了一条沿欧亚大陆东西轴线,从到处瘟疫的中亚地区到欧洲的快速运输通道。今天,我们的喷气飞机使得甚至最长的洲际飞行比人类任何传染病的持续时间都要短暂。这就是1991年一架停在利马(秘鲁)的阿根廷航空公司的飞机如何设法做到从利马飞越3000英里把几十个感染霍乱的人当天送到我所居住的城市洛杉矶。美国人周游世界和外国人移居美国的迅速增多,正在把我们变成另一座熔炉——这一次是病菌的熔炉,而这些病菌我们原先认为不过是在遥远的国度引起一些古怪的疾病而未曾予以理会。

因此,当人口的数量和集中达到一定程度时,我们也就达到了这样的一个历史阶段,在这个阶段我们至少能够形成并保持只有我们人类才会有的群众疾病。但这个结论也有其矛盾之处:在那时以前这些病是不可能存在的!相反,它们必须演化成新的疾病。那么,这些新的疾病又是从哪里来的呢?

最近,由于对致病病菌所进行的分子研究,证据正在不断出现。就引起我们独有的疾病的许多病菌来说,分子生物学家现在能够确定一些亲缘关系最为接近的病菌。这些病菌同样证明是群众传染病的媒介——不过只在我们的各种家畜和宠物中流行罢了!在动物中,流行病同样需要稠密的大种群,而不是只去折磨任何某一只动物:这些流行病主要地只发生在需要有大的种群的群居动物中。因此,当我们驯养牛和猪这类群居动物时,它们已经受到了一些流行病的折磨,只不过在等待着转移给我们罢了。


本文选编自枪炮、病菌与钢铁》,题目为编者所加,经过编辑特别推荐购买此书仔细研读。该选文只做推荐书目的内容参考,不得用于商业用途,版权归原出版机构所有。


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