阳光,并没有那么特殊
大约15年前,我选修了一门计算机编程的课。我至今也不知道是怎么选的这门课,因为我之前从未编过程序,之后也从未编过。不管怎么说,课程的期末任务是,我们两两配对,自拟题目。我的搭档罗恩和我想到了一个主意:我们来设计一个有点类似演化的游戏,你可以扮演上帝,创造出一个假想的物种,可以决定关于它的任何参数(它有多大,是否能飞,是否有毛),然后我们让它在游戏里自由活动,在它的环境中生活几百万年(在虚拟空间里),再看它的表现如何—这时,你可以对这个物种进行修改(这是游戏中的演化部分),然后重新让它自由活动。
我们花了几周的时间来设计这个游戏。罗恩做了大部分的编程工作,而我负责游戏的规则设定,并负责打下手(罗恩现在已经是英特尔公司旗下的一个团队领导了)。最终,我们提交了一个可以运行的程序,也就没再管它了。10年之后,一个叫作《孢子》的游戏上市了。它的基本理念与我们的游戏类似[2]—但也有一些重要的区别。其中最明显的一个是玩家一开始设计的物种是一个单细胞生物,它需要生存、演化,进而发育成更复杂的生物体,这样才能解锁更高级别的游戏。再往后玩,你的物种会有智力,能建立社会,并进行星际旅行。仅仅维持在单细胞状态,或是只在你自己的小池塘里活动,都无法使你赢得游戏。
这个游戏进阶背后的逻辑也被称为向着特定目标的演化,换言之,演化进程多少有一个终极目标。它的目标通常就是智能生命,这相当迎合了人类的虚荣心,因为人类碰巧就有智能,这意味着,全部演化的要义就是制作出人类!
(当然,我猜还有黑猩猩、大猩猩、海豚和章鱼。)[3]
虽然这么想可能有一定的吸引力,不过,演化其实并不是这样发生的。抱歉,我并不是要诋毁《孢子》这款游戏;就游戏而言,它不算差,而且没有理由要求一个视频游戏百分之百地符合科学原理。[4]但是,我们要知道,在这个公平的地球上,绝大多数生物甚至都没有演化出脊髓,更谈不上智力,但一样生存繁衍。类似地,我们对自己超乎寻常的适应性免疫系统大书特书,但是它也非常昂贵、复杂,而且需要时间去发育、成熟。大多数物种都没有费这些力气,来演化出真正的适应性免疫系统,而是选用了一些更廉价的替代选项将就着过。目前,主流免疫学者的观点是,我们的先天免疫系统反映了我们更早期的演化过程,而更复杂、更特化的适应性免疫系统是哺乳动物后期才发育出来的“第二梯队”。因此,我们在那些更“低等”的生物体中可能找不到如此复杂的免疫机制……
当然,大自然并不一定按照我们的期望行事。即使是那些我们视为“初级”的生物体,比如细菌或者无脊椎动物,也像我们一样活到了21世纪,这意味着,它们和我们一样经历了地球上亿万年的演化—如果我们用代际时间,而不是地球公转时间来算(就演化而言,这样更有道理),这些生命形式有一个显著的优势,因为它们的寿命更短,它们比我们经历了更多的突变与自然选择的循环。
我可以从对比哺乳动物的免疫系统开始,但是我们的区别事实上很小。所以,我们不妨上溯几十万年:爬行动物和鸟类的免疫系统是什么样的?它们和我们的区别何在?(https://www.daowen.com)
现在,我们已经发现了一些区别:一些调控通路的细节有所不同,产生抗体、分泌抗体需要的时间也有差异(两栖动物更慢,鸟类更快)。哺乳动物的先天免疫应答似乎更强烈,而爬行动物的免疫应答则会随着体温的变化、季节的变迁而波动。无论如何,我们免疫系统的基本成分它们都有,而且看起来与我们的也很像,这意味着在我们分化成不同的物种之前,它们已经出现了。不消说,霸王龙也有T细胞。
让我们再往前追溯3亿年:两栖动物是什么情况?依然是看起来差不多的细胞、抗体,等等。它们的先天免疫系统也很多样,包括许多抗菌肽和小的蛋白分子,比如防御素和马盖宁。在自然界中,我们到处都可以发现这样的多肽。人体里也有,特别是在皮肤和黏膜表面里—比如,我们眼泪和鼻涕里的溶菌酶就可以杀死细菌—但是在两栖动物里,这类多肽最为重要,或者起码被研究得最为充分。
说到多肽,人类的补体系统(第一章里提到过)里也有许多抗菌肽,工作原理也很类似。在许多其他物种里,包括无脊椎动物,比如在珊瑚和海葵里,研究人员也发现了类似补体的系统,成分和调控机制都很类似。这似乎说明,这套系统有十分古老的演化历史。
两栖动物也像我们一样有免疫记忆,它们也会像我们一样对抗体基因进行重排,然后进行克隆、筛选。最近,一个让人大跌眼镜的发现是:有些爬行动物、两栖动物和硬骨鱼似乎有一种类型的B细胞,叫作B-1细胞,它们可以产生抗体(跟我们的一样),但它们也有吞噬功能,换言之,这些B细胞也能够吞噬细菌(我们的B细胞则不可以)。这也许意味着,在遥远的过去,B细胞起源于吞噬细胞,后来逐渐失去了吞噬功能,同时逐渐发育出了分泌抗体的功能,让先天免疫系统里的巨噬细胞和其他吞噬细胞来执行吞噬细菌的功能。现在,研究人员从昆虫和人类中都发现了B-1细胞。在2012年,研究人员又在小鼠中鉴定出了吞噬型B-1细胞,这使人进一步猜想,我们自己的某些B-1细胞可能也有吞噬功能。这种细胞类型就像是某种“活化石”,记录了适应性免疫系统出现之前的岁月。
我们再向前追溯大约5500万年,就回到海洋了;我们也是在这个时候跟鱼分道扬镳的。鱼类的免疫系统是什么样子的?
这里,我们再次看到了同样的故事:同样有B细胞和T细胞,同样有抗体基因的重排,同样的基因编码与同样识别抗原的组分。
让我们再后退一步,因为在这里情况开始变得有意思起来。你可能听说过“海里可不缺少鱼”这句俗语,这没错,但是鱼类可以分成两种截然不同的类型。许多年前,其中一类开始长出骨骼来,它们也就是我们的祖先,被称为硬骨鱼;另外一类,体内没有骨骼,它们的骨头是由软骨组成,被称为软骨鱼,鲨鱼就是一种软骨鱼。