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第一章 制造一个人要花多少钱人体简史 作者:比尔·布莱森 |
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To Lottie. Welcome to you, too. 献给洛蒂。也欢迎你降临人间。 “多像个天神!” ——威廉·莎士比亚,《哈姆雷特》 很久以前,还在美国念初中的时候,我记得生物老师教过,构成人体的所有化学物质,花上差不多5美元,就可以在五金店买到。我不记得实际的数目了,可能是2.97美元,也可能是13.5美元,反正即使是放在20世纪60年代,那也是笔小钱。我还记得当时自己大吃一惊:居然只要花这几个钱,就能造出一个像我这样满脸疙瘩的懒家伙? 这件事让人深感丢脸,以至于这么多年我一直难以忘怀。问题是:这是真的吗?我们真的只值这么点钱吗? 许多权威人士(你或许可以把这里的“权威人士”解读为“星期五都没人可约会的科学系本科生”)尝试过许多次(主要是为了好玩),计算构建一个人要花上多少材料费。近年来最值得尊敬、最全面的一个尝试,或许来自皇家化学学会。它在2013年的剑桥科学节上,计算了构建演员本尼迪克特·康伯巴奇(Benedict Cumberbatch)必需的所有元素要花多少钱。(那一年,康伯巴奇是科学节的客座导演,用起来正趁手,而且他也算是个有着典型体格的人类。) 总的来说,根据皇家化学学会的计算[1],构建一个人需要59种元素。其中6种——碳、氧、氢、氮、钙和磷——占了我们身体的99.1%,其余的大部分元素都有点出人意料。没有体内的钼,或者钒、锰、锡和铜,谁会想到我们不完整呢?必须说的是,我们人类对部分元素的需求量其实非常少,只能以百万分之几,甚至十亿分之几来度量。例如,身体中每出现999,999,999又1/2个其他所有原子,其中就只有20个钴原子[2]和30个铬原子。 人体里最多的成分是氧,占可用空间的61%。所以说,几乎2/3的我们是由这种无味气体组成的,这似乎有点违反我们的常识。我们之所以不像气球那么轻盈有弹性,原因是氧大多跟氢相结合(氢占了你的另外10%),构成了水——而水,重得吓人,如果你曾试过搬动一个儿童戏水盆,或是穿着完全湿透的衣服走过路,你就一定会知道水有多沉。自然界中最轻的两种东西——氧和氢——组合成了一种很重的东西,这个事实不免让人觉得有些讽刺,但这就是你作为人的本质。氧和氢也是你体内较为廉价的两种元素。假设你的体形跟本尼迪克特·康伯巴奇相当,你体内的氧价值8.90英镑,氢价值16英镑多一点。你里面的氮(占2.6%)单价更高,但按体内的含量,仅值27便士。但之外的一切就相当昂贵了。 根据英国皇家化学学会的数据,你需要大约30磅的碳,这将花费44,300英镑(对各种元素,他们只用纯度最高的那种。英国皇家化学学会可是不会用便宜货来造人的)。钙、磷和钾,虽然需要的量极少,但它们会让你的价值再增加47,000英镑。其余的大多数元素,每单位体积的价值更加昂贵,好在你只需要很微小的分量。钍的价格差不多是每克2000英镑,但因为它只构成了你的0.0000001%,所以,按你的身体所需,你用21便士就能买到。你需要的所有锡,价值4便士,而锆和铌只花你2便士。0.000000007%的你是钐,但它显然都不值得你花钱,在皇家化学学会的账本上,它的登记费用是0.00英镑! 在我们体内发现的59种元素里,有24种传统上被称为“基本元素”,因为我们没了它们真的不行。其余的则好坏参半:有些显然是有益的;有些兴许有益,但我们说不准是哪些方面有益;其他的既不有害也不有益,只是搭了个便车;只有极少的几种是彻底的坏家伙。例如,镉是体内最常见的第23种元素,占你体重的0.1%,但毒性严重。我们拥有它不是因为身体渴望它,而是因为它通过土壤进入了植物,而我们吃植物时也顺便摄入了它。如果你住在北美,你可能每天会摄入大约80微克的镉,它对你可没有半点好处。 人体在元素水平上的绝大部分运作方式,都是我们至今仍在研究的课题。把你体内几乎所有的细胞抽出来,它们还包含100多万个硒原子,但不久之前,还没有人知道硒原子的用途。我们现在知道,硒能制成两种重要的酶[3],高血压、关节炎、贫血、某些癌症都与缺少硒有关,甚至还可能使精子数量减少。因此,为体内加入一些硒(坚果、全麦面包和鱼类中的硒很丰富)是个好主意,但要是摄入过多,你的肝脏会受到无可挽回的毒害[4]。跟生活中的大部分事情一样,找平衡是一桩微妙的活计。 总的来说,按皇家化学学会的说法,构建一个全新人类的全部成本(以亲切的本尼迪克特·康伯巴奇为样板)是个非常精确的数字:96,546.79英镑。当然,劳动力和增值税会进一步提高成本。用不到20万英镑换一个能带回家的本尼迪克特·康伯巴奇,应该是个很合理的价格——考虑到方方面面的情况,这不能算一笔大钱,但显然比我初中老师说的区区几美元要贵多了。据说,2012年,美国电视网PBS在老牌科学节目《新星》(Nova)里[5]播出了名为《寻找元素》(Hunting the Elements)的一集,做了一项和英国皇家化学学院完全相同的研究,计算出人身体内基本组成要素的总价值是168美元。这说明了一个随着本书的推进会变得越发明显的观点:有关人类身体的各种细节,往往都十分不确定。 当然,这其实并不重要。无论你花多少钱,也不管你怎么精心地装配材料,你都没法用这些材料造出一个人来。你可以把现在在世或者已经去世的所有最聪明的人都召集在一起,赋予他们人类知识的总和,他们也没法制造出哪怕一个活体细胞,更别说复制出本尼迪克特·康伯巴奇了。 毫无疑问,最叫我们震惊的事情是:我们只是一堆惰性成分,就跟你在一堆泥土里找到的东西一样。我之前在另一本书中说过,这里不妨再说一遍:构成你的元素唯一特殊的地方,就在于它们构成了你。这是生命的奇迹。 在这颤悠悠的温暖肉体里,我们延续着自己的存在,而且将之视为理所当然。我们中有多少人知道脾脏在哪儿,它是干什么的?哪怕只知道个大概也行。肌腱和韧带之间的区别是什么?我们的淋巴结是做什么的?你认为自己一天里会眨多少次眼睛?500次?1000次?显然,你一点儿概念也没有。听好了,你每天眨眼14,000次[6]——相当于你在清醒的一天里闭着眼长达14分钟。然而,你从来没想过这件事,因为每一天的每一秒,你的身体都承受着次数几乎无法量化的任务:1015次、1030次、1048次、1063次(a quadrillion,a nonillion, a quindecillion,a vigintillion,这些都是真实存在的尺度)。在你根本来不及注意的一瞬间,发生了数量大得超乎你想象的事情。 在一秒之间,或者说,就在你开始读这句话之后,你的身体已经制造了100万个红细胞。它们在你周身飞驰,在血管里穿梭,维持你的生命。每一个红细胞都会在你身体里游荡差不多150,000次,不停地向你的细胞输送氧气,接着磨损毁坏,把自己交给其他的细胞,为了你的更大利益,它们静悄悄地被杀死。 要制造出一个你,总共需要7000亿亿亿(7,000,000,000,000,000,000,000,000,000或7×1027)个原子。没有人能说出为什么这7000亿亿亿个原子这么迫切地渴望成为你。说到底,它们是无意识的粒子,它们自己没有任何想法或概念。然而,不管怎么说,在你存在的时间长度里,它们将建造、维护数不清的必要系统和结构,让你哼哼作响,让你成为你,赋予你形状和相貌,让你享受到一种稀罕而又极为愉悦的状态,而这种状态就叫作“生命”。 这是一份你根本意识不到的庞大的任务。倘若把你拆解开来,你无比巨大。把你的肺摊开,能覆盖一座网球场,肺里的呼吸道能从伦敦延伸到莫斯科。把你所有血管的长度加起来[7],可绕地球两圈半。意义最深远的部分是你的DNA。你的每一个细胞中包含着1米多长的DNA,如果你把体内所有的DNA搓成[8]一根细细的线,它能延伸100亿英里,比从地球到冥王星的距离还远。想一想这件事吧,光靠你自己就足够离开太阳系了。从字面意义来看,你就是宇宙。 但你的原子仅仅是积木块,它们本身并不是活的。生命是从什么地方开始的,这不大容易说明白。生命的基本单位是细胞——人人都同意这一点。细胞里充满了各种忙忙碌碌的东西:核糖体和蛋白质、DNA、RNA、线粒体,还有其他大量微观层面上的神秘东西——但它们本身无一是活的。细胞本身仅仅是一个隔间,一个容纳上述种种的小房间[细胞“cell”也有“单人舱房”的意思。——译者注],它本身没有生命,就跟其他所有的房间一样。然而,天知道怎么回事,所有这些东西聚拢到一起,你就拥有了生命。这是科学无法解释的部分。我有点儿希望它永远保持这种神秘状态。 最值得注意的地方是,细胞中的任何东西都不行使掌控之责。细胞的每一个组成部分都响应着来自其他部分的信号,这些信号就像许多辆碰碰车一样碰撞反弹,但不知道怎么的,当细胞与你个体宇宙不同部位的其他细胞进行沟通时,在细胞之间,也在人的整个身体之间,这些随机的运动产生了平稳、协调的动作。 细胞的核心是细胞核。它包含了细胞的DNA——我们已经提到过,一米长的DNA,蜷缩进了一个可以合理地称之为“无穷小”的空间。这么多DNA能缩在细胞核里的原因是,它非常细。200亿股DNA并排起来[9],才顶得上人类最细的头发那么粗。你身体里的每个细胞(严格来说,每个带有细胞核的细胞)都有两份DNA拷贝。这就是为什么光靠一个你,就足够扩展到冥王星甚至更远的太空去。 DNA只为了一个目的而存在——创造更多的DNA。简单地说,你的DNA就是一本制造你的指导手册。就算没学过生物学,你也肯定从无数个电视节目里听说过,DNA分子由两条梯级相连、呈著名双螺旋形状的长链构成。一段DNA可分为名叫染色体的片段及名为基因的较短单位。你所有基因的总和就是基因组。 DNA非常稳定,可以延续数万年。如今,靠着DNA的稳定特点,科学家们得以演算出遥远过去的人类学。你现在拥有的东西,大概没有哪一件——不管是信件、珠宝,还是珍贵的传家宝——到了1000年之后还存在,但只要有人肯费心寻找,你的DNA几乎肯定存在,而且可以恢复。DNA以非凡的保真度传递信息。它每复制10亿个字母只产生一个错误。即便按照这样的精确度运行,每次细胞分裂大概也会出现三个错误或突变。身体可以忽略大多数的突变,但偶尔,突变也会带来持久的影响。这就是演变(evolution)。 基因组的所有组成部分都有一个执着的目的:让你的血脉延续下去。你携带的基因来自非常遥远的古代,而且很可能是永恒存在的——这真是个想起来令人震撼的念头。你将死去,消失不见,但只要你和你的后代继续繁衍后代,你的基因就会继续存在。而且,自生命开始以来的30亿年,你的个人血脉从未中断,这一点想起来也肯定叫人震惊。你现在能在这里,多亏了你的每一代祖先都成功地在死前或者脱离生殖过程之前,将自己的遗传物质传递给了新一代。这真是一股成功的链条。 基因的具体工作,是为构建蛋白质提供指导说明。人体内大多数有用的东西都是蛋白质。有些蛋白质能加速化学变化,它们叫作酶;另一些蛋白质传递化学信息,叫作激素;还有一些蛋白质攻击病原体,叫作抗体。在所有蛋白质里,最大的叫作肌联蛋白,它有助于控制肌肉弹性。它的化学名称长达189,819个字母[10],成为英语中最长的单词,只可惜,字典无法识别化学名称。没人知道我们体内有多少种蛋白质[11],但估计范围从几十万到上百万种,甚或更多。 遗传学上的悖论是,我们极为不同,但在遗传上实际又是相同的。所有人类共享99.9%的DNA[12],但没有哪两个人一模一样。我的DNA和你的DNA有着300万~400万个不同之处[13],只占总数的极小比例,但它们足以让我们产生巨大的差异。你体内还有着一百来个只属于你的个人基因突变[14]——也就是说,这些基因跟你双亲赋予你的基因无一相符,而是专属于你自己。 这一切的运作细节到底怎样,对我们来说迄今仍然是个谜。只有2%的人类基因组负责编码蛋白质,这就说,只有2%的基因组从事着有明确意义的操作。其余的基因做什么,我们不知道。看起来,大量基因就像是皮肤上的雀斑,它们在那儿,但并没什么用处。还有一些基因让人百思不得其解。有一种叫作“Alu元件”的特殊短序列[15],在整个基因组中重复超过100万次,有时还出现在重要的蛋白质编码基因当中。不管让谁说,它都是一个完全没有意义的存在,但它还是占了我们所有遗传素材的10%。这些神秘部分一度被称为垃圾DNA,但如今有了个更优雅的名字——“黑暗DNA”,意思是,我们不知道它是干吗的,以及为什么要出现在那里。一些黑暗DNA参与了基因的调制,但其余的大部分仍有待确定。 人们通常把身体比喻成机器,但它远不止如此。身体一天工作24小时,连轴转上几十年,靠水和若干有机化学物运行,(基本上)无须定期保养或安装备件。它柔软,相当可爱,有着随和的机动性和柔韧性,对自我复制怀有热情,能讲笑话,感受亲情,欣赏鲜红的落日和凉悠悠的微风。就你所知,有多少种机器能做到这一切?所以,有一件事毫无疑问:你就是个真正的奇迹!不过,必须说,一条蚯蚓也可以用这话来形容。 我们该怎样赞美这存在的荣耀呢?嗯……我们大多数人采取的做法是能少锻炼就少锻炼、能吃多少就吃多少。想想你往喉咙里塞了多少垃圾,想想在发光的屏幕前,你以近乎植物人的状态虚掷了多少时光。然而,身体却以某种神奇的方式照料着我们,从我们塞进肚里的各种食物里提取营养,让我们紧密地维持团结,长达数十年。我们用乱七八糟的生活方式来自杀,还真得花上不少时日。 就算你把所有的事情都做错了,身体也能维持还顺带保护你。我们大多数人都对此做了证明。每6名吸烟者中就有5名不会患上肺癌[16]。大多数容易心脏病发作的人,并未出现心脏病发作。据估计,每天,你会有1~5个细胞发生癌变[17],而你的免疫系统会捕获并杀死它们。想想看,每个星期几十次,一年超过1000次,你都有可能患上我们这个时代最可怕的疾病,而每一次,你的身体都拯救了你。当然,极为偶尔的时候,癌症会发展成更严重的事情,有可能害死你,但整体而言,癌症很罕见:身体内的大多数细胞几十亿几十亿地复制却不曾出错。癌症或许是死亡的常见原因,但不是生活中的常见事件。 我们的身体是一个由37.2万亿[当然,这个数字是猜测而来,但有其根据。人体细胞有各种类型、大小和密度,实际上是没法计数的。37.2万亿这个数字,由2013年意大利博洛尼亚大学的伊娃·比安科妮(Eva Bianconi)领导的一支欧洲科学家团队提出,并在《人类生物学年报》上公布。]个细胞构成的宇宙[18],它们多多少少都能随时随地、完美和谐地运作。痛感、消化不良、奇怪的瘀伤或疙瘩,差不多就是正常运作过程中所有不完美的表现了。根据世界卫生组织编制的《国际疾病和相关健康问题统计分类》,有数以千计(8000多种)的事情可以扼杀我们[19]——除了衰老致死,而我们逃过了每一种。对我们大多数人来说,这算得上是一笔不错的买卖。 老天知道,我们在任何意义上都并不完美。我们有阻生臼齿,因为我们的颌骨演变得太小,无法容纳所有牙齿。我们的骨盆太小,不经历极度的疼痛没法生下孩子。我们很容易陷入无可救药的背痛。我们的器官基本上无法自我修复。如果一条斑马鱼弄坏了自己的心脏,它会生长新的组织;如果你弄伤了心脏,那就太糟糕了。几乎所有动物能自己合成维生素C,我们人类却不能。我们执行合成过程的每一环节[20],但莫名其妙地,缺少了最后一步——生成一种酶。 人类生命的奇迹不在于我们生而具备一些弱点,而在于我们没有被弱点湮没。别忘了,你的基因来源大部分并不是人类的祖先,其中一部分是鱼,更多的则是生活在洞穴里的毛茸茸的小不点儿。你的身体方案就继承自这些生物。你是30亿年演变调整的产物。如果我们能根据身为智人的需求从头来过,赋予自己全新的身体,我们会比现在好过得多——我们可以直立行走,而不必弄伤自己的膝盖和背部;我们可以吞咽,而不必冒窒息的风险;我们也可以生孩子顺畅得就像是从自动售货机里滚下来。但我们人类并不是为此而构建的自己。从漂浮在温暖浅海里的单细胞斑点开始,我们就踏上了这趟历史之旅。自此以后发生的一切,是一场漫长而有趣的意外,但也不乏闪耀的荣光。但愿我能在接下来的篇幅里,清晰地讲述这个故事。 |
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