癌症正在成为全球第一大致死原因,每年有800多万人死于癌症,新发病例数超过1500万。但是,它也是我们探寻人类起源和多细胞生物起源的一扇窗。地球上的生命出现于35亿年前,一开始都是单细胞生物,即只有一个细胞,之后才成为你我这样由多个细胞构成的复杂多细胞生物。在最初的二三十亿年间,地球上的生命一直都是单细胞生物。即使在今天,许多生物仍然仅有一个细胞。当生存能最大限度地提高生殖成功率时,按照定义,受自然选择偏爱的个体拥有使生殖和生存最大化的性状。早期的单细胞生物遵循了这一规则。能够繁殖更多后代的个体得到了自然选择的助力。它们在适当的时候进行分裂,从而产生更多的子细胞。
多细胞生物出现于前寒武纪时期,距今超过15亿年。那时的世界与现在完全不同,甚至截然相反:地球上火山活动持续不断,栖息地处于酸性、缺氧的状态。到了这一地质时期的末期,特别是距今6.35亿至5.42亿年的震旦纪,出现了生命史上的一个重要转折。正是在这一时期诞生了最早的复杂多细胞生物,如多孔动物门和刺胞动物门。刺胞动物是一类水生动物,珊瑚和水母也属于这一门。从整个震旦纪和随后的寒武纪到现在,多细胞动物的形式变得极其多样,这正是细胞合作的产物;而癌症只不过是必然产生的一种作弊系统,它们形成、进化并从多细胞生物的集体结构中获益。
既然多细胞性会带来癌症风险,它为何还会受到进化的青睐?进化生物学家认为,从达尔文进化论,也就是从遗传信息传递的角度看,多细胞性利大于弊。简单地说,即便多细胞性伴随着癌症风险,它的好处仍多于需要付出的代价。自然选择只考虑最终的结果,即生殖最大化。
一个多细胞生物就是一个克隆社会。为什么一个细胞从独处走向群居更具优势,进而能获得自然选择的支持?这是因为群居中的细胞各具特长,能够为整个“克隆社会”带来许多好处。打个比方,一名单打独斗的研究人员需要独自完成所有任务:提出概念和假设,做实验,处理行政事务,写论文,开展教学,参加会议,等等。显然他分身乏术,无法使每件事都尽善尽美,所以这样的研究人员在现实世界中走不长远。假设是一个集体,有技术人员、工程师、秘书、学生等人围绕在研究人员身边。通过任务分配,这个研究团队有可能取得重大进展。最终,竞争将在这些具有一定组织结构的团队之间展开。一个独自行医的全科医生与一家拥有许多专科医生的医院之间的区别也是一样的道理。
单细胞性向多细胞性的转变遵循了这一逻辑:与单个细胞相比,遗传组成相同的细胞展开合作,能够获得更多的优势。比如,不易受到捕食者和环境变化的影响,有机会开拓新的生态位(新的空间和资源),从而获得更长的寿命和更强的扩散能力,以及通过任务分配表现出更高的运行效率等。事实上,虽然多细胞生物的细胞在遗传上是一样的,但它们通过激活DNA的不同部分,形成自己的特长并进行分化。在人体内,基于相同的DNA,可以获得近300种不同的细胞,维持约80个器官的运转。此外,就像不同团队之间迟早会形成竞争一样,多细胞生物最终也会展开竞争。就自然选择而言,选择的基本单位不再是细胞本身,而是生物这一整体。那些能更出色地将遗传信息传递给子代的个体将受到自然选择的偏爱。
这一进化逻辑一经运行,自然选择就推动多细胞生物在优化自身生存和生殖方面做出适应,提高它们争夺资源、躲避捕食者或防御各类寄生虫的能力。寄生虫会试图窃取集体的成果。生物世界存在大量的适应,它们往往是颠覆性的。尤其是许多昆虫,它们的嗅觉异常发达,雄虫甚至可以发现千米以外的性伴侣。还有像竹节虫这样的昆虫,能完全融入环境,令食虫动物几乎无法察觉自己的存在。有时具备拟态能力的是捕食者,如秋麒麟蟹蛛。自然选择也会支持寄生虫,使其擅长利用其他生物。
免疫系统对异物的应答无疑是最具代表性的适应,其目的是保护多细胞组织抵抗这些非法“牟利者”。免疫系统好似人体内的警察局,由识别者和防御者构成,能够起到区分“自我”和“非我”的作用。对于那些被认定可能会利用机体或杀死机体的“非我”,如病毒、致病菌、寄生虫、某些有毒分子,免疫系统就会将其摧毁。动物界存在多种免疫系统,虽然它们的精细程度不一,但理念是相同的:保护多细胞生物抵抗克隆社会的非法牟利者。
诚然,克隆社会效率很高,但是它会面临敌人来自机体内部所导致的风险:构成系统的一个或多个细胞不再履行自己在集体中的职能,变得自私自利并开始利用所处的“大酒店”掀起某种形式的骚乱。因此,一些生物学家,如瑞典儿童癌症专家吉赛尔森(David Gisselsson)教授,建议从镇压起义的策略中汲取灵感,制订抗癌治疗方案。生物学家科洛塔(Francesco Colotta)则认为,这是从多细胞生物社会性与协作性的逻辑退化为单细胞生物无序、自私、陈旧的逻辑的表现。
多细胞生物可能由数十亿个克隆构成。人体的30万亿个细胞源自同一个细胞,这真是奇迹!自然选择选中这一系统,目的是让这些细胞能为同一个目标而工作:传播它们共有的遗传信息。正是因为这一选择,人体的绝大部分细胞放弃了祖先留下的自私本能,没有为自己生殖,而是为了集体的利益各司其职。只有我们的性细胞,也称生殖细胞,仍然担负着保障生殖的使命。
因此,在多细胞生物(包括人类)体内,非生殖细胞存在的首要目的是作为“载体”,将生殖细胞安全送达目的地。当然,这点不值得我们骄傲。非生殖细胞还会接收来自外部的集体指令从而增殖,比如我们被割伤时,伤口需要愈合,此时的快速增殖是正常且受控的。不仅如此,这种快速增殖能保护多细胞生物,甚至对健康有益:修复人体并以最快的速度阻止各类病原体等外部非法牟利者进驻。
最后,多细胞性之所以能持续运转,是因为第三类细胞即干细胞具有不可或缺的作用。它通过替换死亡的细胞,对组织进行维护。没有干细胞,受损的组织可能无法得到修复。它的特点是保留了分化的可能性。一些干细胞是全身性的,如胚胎干细胞;另一些则是局部性的,只存在于特定的组织之中。所有干细胞都做好了替换衰竭细胞的准备。