第3章 前言

想象一下，假设外星人是存在的，而你是一个外星人，试图通过一台功能特别强大的望远镜来了解地球上发生的一切。你碰巧看到了一场足球比赛，可惜你的望远镜倍数不够让你看到球。你能看到的是一个两端都有球门的球场，球员们似乎在一定的区域内移动，但这很难让你准确理解发生了什么。你在《外星人地球科学杂志》（Alien Journal of Earth Science）上发表了这个观察结果。另外几个外星人给你发来了电子邮件表示祝贺，但为数有限。

几年后，外星望远镜的性能有所提高，然后你偶尔会看到球门前的球员摔倒。有时，球场周围的人群会因此挥手欢呼。虽然这一发现仍然意义不大，但在外星人地球科学大会期间，这一发现还是引起了大家的讨论，你也因此获得了新的研究经费。多年之后，一个和你一起工作的年轻外星人注意到了一件特别有趣的事情。当球门前的球员摔倒时，观众是否会欢呼似乎取决于一件事：球网是否会向外凸起。这让你的年轻同事产生了一个绝妙的想法。

虽然其他人可能还没有深入思考，便否定了这个观察结果，但这位年轻同事却推测是否有什么东西导致了球网的凸起——或许是一个球——可惜，它真的是太小了，观察不到。一开始，你并不同意她的这一想法，但你还是记住了这个想法。只有有一个球存在，其他一切才能解释得通：球员的摔倒、球网的向外凸起、观众的欢呼等。过了一阵子，其他外星人也认为，也许真的有一个球存在。尽管谁都观察不到那个球，但大家一致认为，如果存在一个球，很多事情就能解释得通。你的同事、你和那个发明了超强望远镜的外星人因此获得了很多奖，所有外星人都想结识你们。

外星望远镜有可能会继续改进，从而最终让外星人看到这个球。但同样，这也可能不会发生。外星人通过大量间接的证据推测球在那里，但因缺少直接的证据，还不足以下定论。在某种程度上，某种事物或某种规律是否存在是值得商榷的：人们无法证明太阳明天一定会再次升起，只是人们根据大量的证据推测它有很大概率会升起。

这个关于外星人和足球比赛的故事折射出了许多科学发现的产生过程。以海王星的发现为例，人们于1846年首次观测到这颗行星。此前，人们一直在仔细追踪着另一颗行星——天王星的运动，而数学计算表明天王星的公转周期并不规律。但是，如果有一颗看不见的行星吸引着天王星并影响了它的公转轨道，这就可以解释得通了。英国和法国的天文学家根据天王星的运动轨迹，计算出了这样一颗行星的位置。然后，他们用望远镜在预测的轨道上精确地观测到了这颗新行星——海王星。如今，为了能够解释恒星和星系的运动，科学家推测，宇宙中存在着一种“看不见”的暗物质和一种致使宇宙加速膨胀的暗能量。尽管到目前为止，这两者尚未被发现。

在几乎整个历史中，人类身体的大部分秘密都未被发现，而且超乎想象。虽然人们可以仔细观察到人体内的一些解剖结构——骨骼、肌肉和一些主要器官，但至今，关于我们身体的绝大部分秘密都只是假设和推测。17世纪末显微镜的发明使细胞的发现成为可能，这预示着我们开始从科学的角度理解人类生物学；另一个巨大的进步是20世纪中期脱氧核糖核酸（DNA）结构的发现，这一发现揭示了遗传信息是如何存储和复制的。不过，后来发生了一系列技术和科学革命，科学家前所未有地揭示了人体的秘密——他们证实了一些假设，否定了另一些假设。最重要的是，无论是在理论上还是实践上，他们都开启了一个全新的可能性领域。

我们已知人体是由无数个“小世界”组成的一个“大世界”。每个器官都是由细胞组成的，每个细胞内部都如同城市景观一般，有脚手架、单轨高架铁路和列车，都由一系列令人眼花缭乱的生物“建筑材料”制成：蛋白质、糖类、脂质和其他化学成分。我们的原材料没有什么特别之处，不过是氧、碳、氢和其他一些元素。然而，这些原材料以一种特殊的方式结合在一起，构成了人体——它具有意识，能自我修复，还能使用语言文字。宇宙中，没有任何我们已知的事物能与人类相提并论，也可能并不存在任何能与人类相提并论的事物。当然，没有什么事物能比了解我们身体的秘密更加深刻或更具有启发性。而新的仪器和方法，从显微镜到复杂的数据分析，正以前所未有的方式让人们如抽丝剥茧般地理解人体的各个结构层次。

当然，科学对我们的生活产生了越来越大的影响，但没有什么能像关于人体的新发现那样直接、深刻地影响到我们。这样的例子比比皆是。人体基因分析使人们对性格有了新认识；脑细胞活动分析揭示了人们的记忆储存方式；细胞内发现的新结构使人们产生了新的医学理念；血液中发现的分子使人们对心理健康的研究有了新思路。

本书探讨了人类生物学的最新突破性成果，我认为这些突破性成果对我们的未来至关重要。虽然许多前沿领域都很重要，但我认为以下六个领域无疑是对人们影响较大的：细胞、胚胎、身体的器官和系统、大脑、微生物群和基因组。或许，你曾了解过一些这方面的话题。如果是这样的话，但愿我能为你介绍近年来发现的新细节给我们的分析能力带来的重大改变。有些话题你可能没有听说过，但它们和那些抢占报纸头条的话题一样重要，一样具有颠覆性。我会说明每个前沿领域的新发现将如何改变或已经改变了我们的日常生活，甚至我们的情感和愿望。我想用这种方式将这些前沿领域的新发现汇聚在一起，表明人类生活方式正面临着翻天覆地的变化。在可预见的未来，对我们产生最大影响的可能不是自动驾驶汽车或机器人，而是人类生物学。

不止如此，人类生物学研究中的进展让人不免想起19世纪末发生的物理学革命。1887年，德国物理学家海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）发现了肉眼无法看到的神秘电磁波的存在。这与美国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clark Maxwell）早先提出的理论相一致，赫兹证明了光只是电磁波的一种。此外，还存在着一些我们看不到的电磁波，即现在我们知道的X射线和无线电波。但在当时，人们并不清楚这一发现可能产生的实际影响。赫兹于1894年去世，享年36岁。他不可能预见他的发现最终会给人们带来广播、电视和互联网。同样，现在关于人体的发现对我们以及我们子孙后代的影响，也将超出我们的想象。

本书还通过人类科学发展的幕后故事，介绍科学揭示身体秘密的过程。正如对于外星人来说，望远镜的改进对足球的发现至关重要。同样，对人体的普遍认识的进步往往也是由新技术的发展带来的。与智能手机和社交媒体相比，新的科学方法和仪器对人们生活的影响也同样深刻且更悄无声息。

1665年，英国物理学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）用一台简单的显微镜观察到了软木薄片中的微小隔层，他称之为细胞。如今，通过高分辨率的显微镜，我们可以观察到细胞的形状、膜和分子；我们可以看到它们如何在人体的器官和组织内行进；我们可以观测酶和基因在器官和组织内打开或关闭的活动。实际上，如今的显微镜已拥有纳米级分辨率，能够以几十亿分之一米的精度观察人体。

这些发现不仅揭示了细胞活动的新奥秘，而且从根本上改变了我们使用身体的能力。在我自己的实验室里，我们用这些新型的显微镜来观察免疫细胞如何发现并杀死癌细胞。观察这些处于分子级别的细胞活动，有助于我们了解免疫细胞如何识别癌细胞，也有助于我们了解癌细胞如何试图避免被人体免疫系统发现，这一切都为药物开发提供了新思路。目前，有3000多项临床试验正在进行中，测试通过激活或促进身体免疫细胞发挥作用来抗癌的新药物。我们对不同免疫细胞对新型冠状病毒的反应以及这种反应如何因人而异的理解，也依赖于这些相同的工具和技术。事实上，如果有一个科学领域因新型冠状病毒的到来而登上舞台中央，那就是人类生物学。本书所讨论的一切，从了解免疫系统到人类思维，也与人们需要了解的关于新型冠状病毒或将来可能出现的病毒的知识有关。

尽管新型显微镜揭示了各种细节，也带来了更多机会，但是它也有一些问题。例如：一种显微镜可能最善于捕捉细节，但需要花很长时间才能记录下如此精确的图像；另一种显微镜，尽管精度较低，却最适合用于观察分子的运动；还有一种显微镜牺牲了高精度和运动观测，以获得更大的观测范围——比如，观察一个器官的切片，而不是一个单细胞内微不足道的区域；等等。另外，数学分析和计算机模拟为人们提供了一个完全不同的视角来观察人体，对单个细胞的基因活动或蛋白质水平的分析也是如此。试图以这种方式了解人体，就像试图通过仔细检查蒙娜丽莎的左眼，或只是其虹膜的一个切片来欣赏她一样。虽然方法很奇妙，但无法了解蒙娜丽莎的全部。即使分析了整幅蒙娜丽莎的画像也无法了解蒙娜丽莎的全部。当你了解到它的货币价值，或达·芬奇的生活，或这幅画与16世纪的其他肖像画的不同之处时，这幅画的意义就会发生变化。正如我们可以用很多方法去了解蒙娜丽莎一样，我们也有很多方法来理解自己。

人体的复杂性致使我们只能通过分析不同的部位和使用不同的工具来了解它。就像葡萄酒品酒师通过了解不同味道和颜色的葡萄酒的化学成分而获益良多一样，我们通过不同的视角了解人体，有可能得到其他的启发。然而，每一种科学工具——从显微镜到数学分析，人体的每一个方面——从大脑到微生物群，都需要非常深入的专业知识，我们往往都在各自专精的领域中研究人体，每个研究团队内部都因使用自己的专业术语和符号来沟通而存在细微差异。研究团队可能致力于使用一种科学工具或研究人体的一个特定组成部分，比如一种类型的细胞。不同类型细胞如何相互传递信息成为研究团队内部的专业课题。即使是地球上简单的生命形式，如单个细菌，人们也很少将其作为一个整体来研究，而人体显然要复杂得多。早在1890年，《泰晤士报》（The Times）就评论道，知识已经变得过于繁杂，无法完全掌握。如今，没有人是通晓一切的专家。

许多书都研究了关于人体的某一个专业课题。而本书将当代人类生物学研究中并行的六个关键领域的新发现汇集到一起，以使我们能重新全面认识人体，不仅要理解新科学揭示了什么，还要理解这一切的意义所在。

这当然很难。由于知识变得如此繁杂，我们不得不像物理学家接受光被描述为波、粒子或数学符号一样，接受对自己身体的思考。同样，由于人体的复杂性超过了文字或图表所能描述的程度，因此教科书中的内容往往是不够全面或不够精确的。例如，我们对人体细胞的研究越深入，就越难确定细胞到底是什么。研究发现，遗传物质可以从一个细胞迁移到另一个细胞；某些物质可以在不同细胞之间传递；一些细胞还可以合并在一起，成为超级细胞。细胞分裂和细胞凋亡变得越来越难定义。如果连细胞都很难定义，那么看起来很简单的规则——生物体（除病毒外）是由细胞构成的——也变得不那么清晰。有时，人们对部分的了解增多，反而会导致对整体的理解减弱。

对于外星人来说，要了解足球比赛，发现足球只是一个起点。比赛还涉及一系列相关问题：球员的不同技能、他们使用的战术（造越位[1]）、点球大战、联赛积分榜、淘汰赛、球员转会市场、比赛电视转播权的销售、在学校操场上玩耍的孩子受到足球明星的影响、比赛后交通拥堵的连锁反应等。所有的人、事、物都是多面的——足球如此、蒙娜丽莎如此，我们更是如此。

但我们必须努力接受这一切。因为研究并不只是让我们了解到的人体机制知识的细节不断增多，就像教科书中越来越复杂的图表所描绘的那样。这些知识对我们如何看待自己以及我们对自己生命的理解也有巨大影响。例如，人们曾经认为人体内有四种体液——血液、黏液、黄胆汁、黑胆汁，而疾病是这四种体液失衡的结果。当然，关于疾病的原因，人们还有很多奇思妙想，但直到19世纪60年代，人类发现细菌是由已存在的细菌产生的——最伟大的发现之一——才为我们科学认识人类生物学开辟了道路。如今，我们有了关于人类大脑和精神疾病的不同解释。

近年来，我们已经发现，即使是细菌也不能解释所有的致病原因。当体内的细胞失去控制并恶性增殖时，就会产生癌症。这使我们认识到很多可能导致健康问题的因素，如过度暴露于阳光下、辐射中、化学致癌物等，这些因素可能会使细胞产生癌变。一些过敏反应也与细菌没有什么关系。而对过敏的研究使我们产生了关于健康和疾病的其他想法，例如一些人认为童年时对微生物某种程度的接触可能很重要，能够增强我们机体的免疫力，即所谓的卫生假说。对不同疾病原因的了解，明显地给我们提供了新的医学认知，但也影响了我们对身体和环境关系的看法。例如，较新的研究发现，长期暴露于阳光下可能是有害的，而从小生活在农场可能是有益的。

科学对我们的影响也超出了疾病治疗范畴。例如，以进化论为基础研究人类起源可以发现，人类基因组与黑猩猩的基因组相似度极高，甚至与果蝇的基因组相似度也较高，这些发现将我们与地球上的其他生命联系在一起。更实际的是，对激素的了解会影响我们对青少年的态度，而对创伤和贫困影响的了解会影响我们处理犯罪的方式。科学对内心真实感受的描述几乎影响了我们生活中的每一个方面。

爱丽丝（化名）在5岁的时候就失去了母亲。她的母亲因心脏病突发而去世。在20世纪八九十年代的成长过程中，爱丽丝受到了各种广告的轰炸，有些广告产品号称有助于降低胆固醇，可以避免心脏病发作（实际上，这些广告产品毫无用处）。爱丽丝时常担心自己会英年早逝，变得很焦虑。

一天，一家她从未去过的医院给她寄来了一封信。信中谈到了她的一位亲戚的病历。这位亲戚此前也曾心脏病突发，然而，他幸运地活了下来。但是，由于在同一个家族中有两人都突发过心脏病是罕见的，医生仔细研究了可能的原因。很明显，这两人心脏病突发以及同一家族中的其他疾病问题，几乎可以肯定的是与基因变异有关。医生通过分析爱丽丝亲戚的血液，发现了一个特定的突变基因。于是，医生来信询问爱丽丝是否想知道自己有没有遗传这个突变基因。

因为科学细节的模糊（现在也是如此），爱丽丝难以做出决定。她并不清楚自己家族遗传基因所造成的风险的大小。医生已经在有心脏问题的人中发现了相关基因的几种不同突变，但尚不清楚每种突变的相对风险——一些突变必然比另一些突变更危险。尽管存在不确定性，爱丽丝还是进行了基因测试。在那家医院采集血样的几天后，她打电话得知了结果——她很健康，极不可能重蹈自己母亲命运的覆辙。突然间，她生命中的巨大桎梏消失了。由此，爱丽丝的生活突然发生了变化。她不再日复一日地担心自己应该或不应该吃什么。更重要的是，她与家庭成员的关系发生了变化，甚至改变了她对生孩子的担心。现在她已经人到中年了。如果早点知道这一切，她会不会做出什么不同的生活决定呢？

新科学不可避免地改变了我们看待生活的方式，类似的情况会越来越多地出现。然而，现在很多新的科学理念尚不为大众所知，而只在研究实验室或举行科学会议的场所中被讨论。我希望，这本书能把这些科学中最重要的信息带到大众视野中。

举个第三章里将会充分探讨的例子，让我们再来思考一个关于细胞的新发现。也许从表面上看，关于细胞基本性质的基础研究，似乎不太可能致使我们的生活或社会出现重大或艰难的困境。但我认为它会。

神经元显然不同于免疫细胞，而这两种细胞都不同于肾细胞或心脏细胞。但所有这些类型的细胞——神经元、免疫细胞、肾细胞和心脏细胞——都只是非常粗略的描述词。细胞生物学的一个迷人的新领域的建立，是基于这样一种观点：在微观层面上，每一个细胞都有自己的独特性，受到其位置、年龄、激活状态、它在人体内的历史以及与其他细胞的互动情况的影响。一项与人类基因组计划同样雄心勃勃的全球项目——人类细胞图谱计划——正在进行中。该项目会聚了1万多名科学家，对人体的37万亿个细胞进行识别和分类。通过深入比较单个细胞——分析其中的基因被激活的程度，每种蛋白质副本的数量等——凭借着前所未有的细节信息，我们可以对每个细胞进行分类。监督该项目的一些人，希望通过对人体细胞进行如此大规模的仔细检查，我们可以建立一个人类细胞周期表——将每个细胞的差异放在一张图表中，更好地理解它们的多样性。他们认为，无论这个特定的目标能否实现，该项目都将让人们更深入地了解组织和器官的构建方式，一些细胞源自身体的哪些其他细胞，以及细胞出现什么问题会导致疾病。令人激动的是，该项目团队已经在人体中发现了前所未知的细胞：一种新型的免疫细胞和肺部内壁的一种新细胞。

目前，人们通常通过血细胞指数来评估一个人的健康——简单地计算血液中血小板、红细胞或白细胞的数值。但在不久的将来，在人类细胞图谱计划和相关研究的基础上，我们将能够非常详细地评估一个人血细胞的类型、状态和历史。这对白细胞尤其重要，白细胞是无数不同类型的免疫细胞的总称，我们已知它们的具体特征在不同人之间会有巨大的差异。医院病理学实验室对疾病进行分类时，常规采用的组织活检染色技术，虽然有着100多年的历史，但仍可能会被更深入的分子水平分析所取代。总之，这些分析将使我们对疾病状态的诊断达到前所未有的程度，也将使我们能够预测一种特定的药物是否可能有效或可能导致毒副作用。

从表面上看，这都是非常好的消息，但仔细检查人体细胞的巨大多样性带来的影响远远超出了医学的范畴。随着我们掌握越来越多的人体细胞的组成和状态信息，我们将建立起一系列用于衡量健康的新指标。而这正是事情变得令人不安的地方。医学界将被要求定义这些细胞的普遍性和特性的“正常”数值范围，这反过来会导致细胞特性数值不在这个数值范围内的人被归类为“不正常”。很多人熟悉体重指数的概念，它是由人的体重和身高得出的数值，用于将人归类为低体重、正常体重、超重或肥胖。随着定义人类健康状况新指标的出现，将出现一大堆新的方法来把人归类为正常或不正常。如果测量的指标足够多，所有人都会有不合格的指标。这种分类方法会对健康保险的保险费有明显的影响，更重要的是，它会影响到我们的心理：无论是在个人的自我意识方面，还是在对人类多样性的看法方面，这种分类都会让人深感不安。

也许有一天，我们都会对衡量健康的标准变得无动于衷，但到目前为止，很多人还没有做到这样。事实恰恰相反，比如，许多人背负着肥胖标签带来的“包袱”。不知何故，瘦意味着吸引力、自制力甚至一种优越感。随着我们越来越多地发现自身与他人的差异，什么是和什么不是健康的标志变得越发难以理解。或者什么情况需要医疗干预，什么情况不需要。许多疾病已经很难定义。例如，一个人表现出一系列特殊的行为特征，被诊断为精神分裂症或自闭症，但没有明确的界线划分，使我们能够评估一个人的行为，并能够断然指出界线的这一侧是正常的，那一侧是不正常的。

正如那些着手研究原子性质的物理学家在不知不觉中改变了炸弹的性质一样，任何从事有关人体基础科学研究的人，无论他们是否有意，都有可能改变社会。这并不是说应该停止研究，也不是说包括我自己在内的参与这项工作的科学家，直接参与了一些破坏性的工作；而是说，随着关于人体如何运作的新科学的开启，其影响是巨大的，甚至是爆炸性的，并且在未来一段时间内将一直如此。

在这本书中，我希望我们能反思一下自己身处的位置：既让自己沉浸在这一切的辉煌之中，了解我们是如何实现我们所知的一切的——但也要深入思考所有这些新发现对我们生命的意义。我不惧怕猜测它们可能导致的结果，必要时，我将勇于挑战它们。

在其他的科学工作领域，我们正在从太空收集令人眼花缭乱的图像，将水下无人机沉入海洋深处，挖掘地球的历史和史前文明，并试图厘清人类的政治、经济等社会制度的内部运作。但我认为科学进步最快之处，以及可能对我们的生活产生深远和根本影响之处，就在于人体的新科学。人们在几十年前做梦也不会想到我们今天理解和控制人体的方式。随着越来越多新发现的诞生，未来世界可能会比科幻小说中的预言更精彩。

注释

[1]造越位是足球比赛中的一种防守战术，指在进攻方传球前的瞬间，防守方球员突然全线压上，使目标球员处于越位位置。——编者注。