人為什么不能單獨(dú)進(jìn)化？

通常所指的進(jìn)化是生物種群的集體演變和發(fā)展。在實(shí)際生活中，人，包括其他一些高級(jí)哺乳動(dòng)物的個(gè)體在其一生中并不能單獨(dú)進(jìn)化。這是為什么?

蠑螈的再生原理

其實(shí)，這個(gè)問(wèn)題可以從另一方面來(lái)理解。人為何不能像壁虎或蠑螈那樣，在斷了手腳或尾巴后能很快就長(zhǎng)出手腳或尾巴來(lái)?如果蠑螈一條腿被砍斷了，在24小時(shí)內(nèi)，它的腿斷面上就會(huì)生長(zhǎng)出一層干細(xì)胞。一開(kāi)始長(zhǎng)出的是它的腳趾，接著是神經(jīng)、肌肉和骨骼，它們都會(huì)在各自恰當(dāng)?shù)奈恢瞄L(zhǎng)好。三個(gè)月后，新腿就己完全長(zhǎng)好，可以發(fā)揮正常機(jī)能了。原因是蠑螈的成年細(xì)胞能通過(guò)某種方式回復(fù)到干細(xì)胞狀態(tài)。而人體各個(gè)組織器官已經(jīng)發(fā)育成熟，它們當(dāng)中沒(méi)有大量的像胚胎時(shí)期的那種能全能分化的干細(xì)胞，所以不能長(zhǎng)出手腳出來(lái)。

其實(shí)，蠑螈這種斷腿后長(zhǎng)出新腿只是生物再生的一種形式。狹義地講再生是指，生物的器官損傷后，剩余的部分長(zhǎng)出與原來(lái)形態(tài)功能相同的結(jié)構(gòu)，如壁虎的尾、蠑螈的肢體、螃蟹的足，在失去后又可重新形成，海參可以形成全部?jī)?nèi)臟，水螅、蚯蚓、蝸蟲(chóng)等低等動(dòng)物的每一段都可以形成一個(gè)完整的個(gè)體等等。但是從廣義的角度來(lái)看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細(xì)胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。所以，再生有多種形式。

一種是生理性再生，即細(xì)胞更新，如人體內(nèi)每秒中約有600萬(wàn)個(gè)新生的紅細(xì)胞替代相同數(shù)量死亡的紅細(xì)胞。二是修復(fù)性再生，壁虎的尾和螃蟹的肢體再生就是這一種，而且許多無(wú)脊椎動(dòng)物也用這種方式來(lái)創(chuàng)建失去的器官。三是重建再生，而這是人工實(shí)驗(yàn)條件下的特殊現(xiàn)象。比如，人為地將水螅的一片組織分散成單個(gè)細(xì)胞，放在懸液中，這些細(xì)胞可以重新聚集，在幾天至幾周以后，形成一條新的水螅。

不過(guò)，蠑螈的器官再生是細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育多種形式的結(jié)合，包括細(xì)胞去分化、細(xì)胞遷移和細(xì)胞增殖的組合，而不是單純的補(bǔ)充或增殖。蠑螈的前肢被切除后，傷口處細(xì)胞的黏著性減弱，通過(guò)變形運(yùn)動(dòng)移向傷口，形成單層細(xì)胞封閉傷口。這層細(xì)胞稱(chēng)為頂帽或頂外胚層帽。頂帽下方的細(xì)胞，如骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞迅速去分化，形成胚芽。此后，胚芽?jī)?nèi)部缺氧，pH下降，提高溶酶體的活性，促進(jìn)受傷組織的清除。于是，胚芽細(xì)胞加快分裂和生長(zhǎng)，最后細(xì)胞又開(kāi)始分化構(gòu)成一個(gè)新的肢體。

所以，蠑螈的斷肢再生是一個(gè)較為復(fù)雜的現(xiàn)象。

人的生長(zhǎng)發(fā)育

然而，人斷了手腳就只能成為傷殘，無(wú)法長(zhǎng)出新的手腳。補(bǔ)救的方法只能是裝假肢。但是，如果再深入地探討這個(gè)問(wèn)題就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種情況是與人類(lèi)的個(gè)體不能單獨(dú)進(jìn)化聯(lián)系在一起的。

就人的每個(gè)個(gè)體來(lái)說(shuō)，從受精卵到誕生，從幼年到成年，從老年再到生命的結(jié)束，其間有極其艱難曲折的過(guò)程。因?yàn)?，社?huì)因素和生物因素交集在一起影響到一個(gè)人的生長(zhǎng)發(fā)育。即使在純生物層面上，也需要在正確的地方和正確的時(shí)間完成有特殊功能的細(xì)胞的生長(zhǎng)、新老代謝和替換。因?yàn)椋录?xì)胞的生長(zhǎng)和替換舊細(xì)胞并非隨時(shí)隨地發(fā)生。

而且，即使新細(xì)胞能替換舊細(xì)胞，也不意味著靠復(fù)制就能更新每個(gè)人。而所有細(xì)胞的生長(zhǎng)都嚴(yán)格遵循著從零開(kāi)始的程序。這就能確保我們每個(gè)個(gè)體直到老年和死亡都不能產(chǎn)生進(jìn)化。這是為什么?研究人員認(rèn)為，個(gè)體的細(xì)胞復(fù)雜的制造過(guò)程保證了每個(gè)個(gè)體不能單獨(dú)進(jìn)化，由此可避免癌癥的發(fā)生。

這樣的解釋是否合理，是否有科學(xué)試驗(yàn)的根據(jù)?

在一種單細(xì)胞細(xì)菌群落，研究人員可以觀察它們的進(jìn)化行為。由于細(xì)胞分裂，突變出現(xiàn)了。而在生存壓力或選擇性壓力下，一些有利的或好的突變勝過(guò)了其他突變，于是把優(yōu)異的遺傳變化傳遞到整個(gè)種群。然而，要觀察多細(xì)胞生物，尤其是高級(jí)哺乳動(dòng)物的進(jìn)化就非常不容易，人更是如此。人體內(nèi)的細(xì)胞經(jīng)常以巨大數(shù)目替換。人的身體包含約數(shù)百萬(wàn)億細(xì)胞，每天都有上萬(wàn)億細(xì)胞死亡消失，但同時(shí)也有上萬(wàn)億細(xì)胞產(chǎn)生以替換舊細(xì)胞。

這是通過(guò)細(xì)胞分化來(lái)完成的。人體成熟細(xì)胞的分化有三個(gè)階段。一是已存在的細(xì)胞，在其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，經(jīng)歷了新生－成熟－衰老－死亡的過(guò)程，細(xì)胞生長(zhǎng)的過(guò)程也是分化的過(guò)程。二是已有的分化細(xì)胞通過(guò)分裂產(chǎn)生兩個(gè)功能相同的細(xì)胞，如血管內(nèi)皮細(xì)胞。三是成體許多組織具有一部分未分化的干細(xì)胞，一旦需要可分裂和分化為新的子代細(xì)胞。如多功能造血干細(xì)胞，可分化為各種血細(xì)胞。

這就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題。如果人體內(nèi)巨大的細(xì)胞群都以簡(jiǎn)單的形式被替換，比如在不同的特殊功能的組織中進(jìn)行新老交替，人體的組織必將進(jìn)化。結(jié)果便是突變大量發(fā)生，并且很多突變會(huì)擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。更特別的是，突變細(xì)胞并不能很好地完成其特定的工作，但它們?nèi)菀赘焖俚靥鎿Q非突變的細(xì)胞。因此，突變細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，剝削其他正常細(xì)胞的勞動(dòng)。在這種情況下，人體的分工極其精細(xì)的身體就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

避免人體功能崩潰的方式

為了避免大量細(xì)胞突變?cè)斐傻拿總€(gè)個(gè)體身體功能的崩潰，就需要有一種自我控制的方法。美國(guó)亞利桑那大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家約翰·佩珀提出了一個(gè)理論來(lái)解釋人體為何沒(méi)有失控，也就是人體為何不會(huì)在斷肢后長(zhǎng)出新的肢體。

多細(xì)胞生物是如何避免身體失控的命運(yùn)呢?它們是通過(guò)整體循序漸進(jìn)的原則來(lái)完成細(xì)胞更新的。以上皮組織細(xì)胞為例，它們覆蓋著體表的所有部分，它們要完成所有的冗長(zhǎng)路線(xiàn)的更換，而非簡(jiǎn)單地復(fù)制自身來(lái)形成成熟的組織。

為了更新自身，上皮組織保留了一組無(wú)明顯特征的干細(xì)胞，如同胚胎中未成熟的細(xì)胞一樣，有能力發(fā)育成不同類(lèi)型的細(xì)胞。當(dāng)需要替換舊細(xì)胞時(shí)，這類(lèi)干細(xì)胞中的一些分裂后形成短暫增殖細(xì)胞(TAC)。然后TAC再分裂幾次，每一次分裂都會(huì)產(chǎn)生一些略為發(fā)育成熟的上皮組織細(xì)胞，直至最后產(chǎn)生新的成熟上皮細(xì)胞。

所有這些都要耗費(fèi)大量的代謝能量，所以，這種細(xì)胞分裂的效率是較低的。但是，這樣的分裂替換舊細(xì)胞也意味著，自我復(fù)制和增殖功能被分割到分離的細(xì)胞群之間。干細(xì)胞的復(fù)制只是一點(diǎn)點(diǎn)，同時(shí)是循序漸進(jìn)，所以沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)增加突變。增殖的TAC也許會(huì)產(chǎn)生突變，但它們不會(huì)簡(jiǎn)單地復(fù)制自我，所以在細(xì)胞之間沒(méi)有任何直接的競(jìng)爭(zhēng)以創(chuàng)造進(jìn)化的壓力。由于這樣的原因，進(jìn)化不會(huì)在某個(gè)個(gè)體單獨(dú)開(kāi)始。

佩珀提出這樣理論是有其實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?。他們用?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了一套模型，以顯示在長(zhǎng)壽的多細(xì)胞生物中上述設(shè)計(jì)好的細(xì)胞分裂機(jī)理能抑制個(gè)體進(jìn)化的產(chǎn)生。這種情況在免疫系統(tǒng)中也常見(jiàn)。白血病和淋巴瘤是與免疫系統(tǒng)相關(guān)的癌癥，在年輕人中這類(lèi)癌癥比其他癌癥更常見(jiàn)。這提示，不能有效抑制個(gè)體的進(jìn)化就會(huì)讓細(xì)胞快速突變，從而產(chǎn)生癌癥。

這種假說(shuō)也為防治癌癥提供了新思路。對(duì)癌癥成因的傳統(tǒng)看法是，一些細(xì)胞的突變導(dǎo)致細(xì)胞不受控制地增殖，從而誘發(fā)癌癥。佩珀等人的假說(shuō)則提示，問(wèn)題出在能干擾分化的短暫增殖細(xì)胞的突變上。因此，短暫增殖細(xì)胞終結(jié)了復(fù)制自身，而是代之以產(chǎn)生一種中介細(xì)胞，后者是在通向成熟組織細(xì)胞之途中下一次被召喚的細(xì)胞。

所以，人不能像蠑螈那樣斷肢再生是因?yàn)槿鄙俑杉?xì)胞，而且即使成熟的組織器官中有部分干細(xì)胞，它們的再生和分化也是受到抑制的，關(guān)鍵角色就是短暫增殖細(xì)胞。它們只能一步步地再生，通過(guò)系統(tǒng)和全面地替換舊細(xì)胞而維持身體功能，同時(shí)又抑制了個(gè)體細(xì)胞的突變和進(jìn)化，也因此抑制了癌癥的產(chǎn)生。所以，進(jìn)化為人設(shè)計(jì)的是另一種機(jī)制，而不必像蠑螈那樣。

但是，為何蠑螈的再生機(jī)理不會(huì)導(dǎo)致癌癥呢?這是另一個(gè)問(wèn)題。如果能知道其中的奧秘并應(yīng)用到人體，將是再生醫(yī)學(xué)的一種突破，既能讓人長(zhǎng)出新器官，又不會(huì)發(fā)生突變而致癌。

責(zé)任編輯 張?zhí)锟?/p>