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第一章
制造一个人要花多少钱

“多像个天神!”

——威廉·莎士比亚(William Shakespeare),
《哈姆雷特》

本章章节页图片:人体就像一辆汽车,每个对应部件都发挥着相似的功能。这幅由科尼利厄斯·德维特(Cornelius de Witt)创作的插图,来自米切尔·威尔逊(Mitchell Wilson)1959年出版的《人体:它是什么,它是怎么工作的》(The Human Body:What It Is and How It Works)一书。

行动的复杂性:这幅插画取自19世纪的一本艺术解剖书,显示的是一个年轻女性的骨架。这副骨架展示出来的是她要拔出脚上刺时的动作。骨架周围的虚线表明身体的轮廓,来自一位与她年龄、身材都一样的模特。正如赞美诗中说的那样:我们是“可怕而美妙的存在”。

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,或许来自英国皇家化学学会。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,根据英国皇家化学学会的计算,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(氢占了人体的另外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。你体内的氮(占2.6%)虽然单价更高,但按体内的含量计算,仅值27便士。但之外的一切就相当昂贵了。

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。

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0.000,000,1%,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。0.000,000,007%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!

那些构建了人类身体的元素来自爆炸的恒星。那些构建了你的元素的特殊之处,就在于它们构建了你。这,就是生命的奇迹。

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%,但毒性极大。我们拥有它不是因为身体需要它,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,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,硒是两种重要的酶的构成成分,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,为人体加入一些硒(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损伤。跟生活中的大部分事情一样,找平衡是一桩微妙的活计。

毫无疑问,最叫我们震惊的事情是:我们只是一堆惰性化学成分,就跟你在一堆泥土里找到的东西一样。

总的来说,按英国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,美国公共电视网(PBS)的老牌科学节目《新星》(Nova)做了一期名为《寻找元素》(Hunting the Elements)的专题,做了一项和英国皇家化学学会完全相同的研究,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。你可以把现在在世的和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:我们只是一堆惰性化学成分,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。

这些仅仅是我们的身体日常每分钟制造的数百万个红细胞中的一小部分,一架光学显微镜捕捉到了它们在血管中穿梭和输送氧气。

在这柔软而温暖的肉体里,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,你一点概念也没有。听好了,你每天眨眼14,000次——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,你的身体都承担着次数几乎无法量化的任务:1015次、1030次、1048次、1063次(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,不停地向机体的其他细胞输送氧气,自己却被磨损、损坏,接着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。

这幅绘制于20世纪30年代的插图以某种让人惶恐的方式展现了,如果将肺部参与呼吸的一面平铺,它可以盖住一个网球场。

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”。

这是一项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,可绕地球两圈半。意义最深远的部分是你的DNA(脱氧核糖核酸)。你的每一个细胞中包含着1米多长的DNA,如果把你体内所有的DNA连成一根细细的线,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(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、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 ,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。我有点希望它永远保持这种神秘状态。

如果你把体内所有的DNA连成一根细细的线,它能延伸100亿英里,比从地球到冥王星的距离还远。

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,一米多长的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并排在一起,才相当于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。

这是一幅电脑绘制的DNA双螺旋模型图,它是完美的复制品,也是生命的使用说明书。这是一种令人惊叹的稳定分子,其纤长的长链被包在我们每个人的细胞之中。

这幅电脑截图来自剑桥桑格中心的人类基因组计划,上面显示的是一段人类DNA序列,不同颜色表示的是构成基因组的各种化学成分。

基因指导蛋白质的合成,而蛋白质能做的事非常多。这幅电脑模型图显示的是一小段肌联蛋白,它像一段化学“橡皮筋”,能帮助控制肌肉伸缩。

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。DNA是染色体的组成部分,而基因是DNA的片段。你所有基因的总和就是基因组。

DNA非常稳定,可以保存数万年。如今,靠着DNA的稳定特点,科学家们得以推测出遥远过去的人类信息。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10亿个碱基只产生一个错误。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。这就是演化(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下一代。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,它有助于控制肌肉伸缩。它的化学名称长达189,819个字母,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,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,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,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100来个只属于你的个人基因突变,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,这就是说,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,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什么的,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。

机械以及更多:这幅图是弗里茨·卡恩(Fritz Kahn)绘制的作为“工业宫殿”的人体。作者是一名德国医生,信息图是他在书中的首创。20世纪20年代,通过书中的插画,他为人体解剖学中的机械比拟做了很多普及工作。

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,靠水和若干有机化合物运行,(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,欣赏火红的落日和清凉的微风。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。

有数以千计的事情可以扼杀我们,而除了衰老致死,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。

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。大多数容易心脏病发作的人,并未真的发作。据估计,每天,你会有1~5个细胞发生癌变,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,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 个细胞构成的宇宙,它们基本上都能随时随地、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——而除了衰老致死,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,它会生长出新的组织;如果你弄伤了心脏,那就太糟糕了。几乎所有动物都能自己合成维生素C,我们人类却不能,虽然我们执行合成过程的每一环节,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。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商品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生物开始,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章里,清晰地讲述这个故事。 4xV6SW22VckV+2RsYEMXkU4COH8j7Wzcbmk6VPvgZ4iAPhqtC9YzYleBRHKznzbk

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