從宇宙的起源與演化解讀生命與疾病

北京時間10月8日，2019年諾貝爾物理學獎揭曉，加拿大裔美國科學家詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）、以及瑞士2位科學家米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz）獲得這一獎項。吉姆·皮布爾斯的理論發現讓我們理解了宇宙在大爆炸後如何演化，而米歇爾·麥耶、迪迪埃·奎洛茲則在探索系外行星的過程中發現了地球的鄰居，他們的發現將永遠改變人類對宇宙的認知。

《生命新知》曾以宇宙的起源為線索，衍生出地球的起源、生命的起源、人類的起源，並沿著這條線索對生命、健康與疾病進行了解讀。現與大家分享。

本集要點

回顧宇宙、地球的起源、生命的起源、人類的起源。

生命在不斷進化，為了適應環境，我們犧牲了很多，但是也獲得了很多。

我們獲得了發達的大腦，犧牲了強壯的肌肉，也帶來了難產及嬰兒死亡的風險，同時帶來了老年痴呆的問題；

我們獲得了語言、社會交往能力，犧牲了嗅覺和聽覺。

疾病發生的4大原因：基因、環境、生活習慣、運氣。

「我為什麼會得病？」「烏龜不愛動，為什麼能活得那麼長？」要回答這些問題，先要探討一下我們人是從哪兒來的，生命是怎麼形成的，再擴大一點——我們所處的這個宇宙是從哪兒來的，地球是什麼時候誕生的？當看到歷史長河的演進過程以後，我們可能就會悟出一些道理。

這張圖來自《科學》雜誌上的一篇文章。美國宇航局NASA發射了一顆衛星，它走出太陽系，發現宇宙是一次大爆炸以後形成的。這個大爆炸發生在137億年前，瞬間形成了時間、空間，之後形成了物質，然後不斷地擴張、擴張、擴張……到46億年前,太陽系的雛形形成了；45億年前，在一片混沌中，我們的地球已經成為了一個球體，開始圍著太陽轉了。那地球上的生命是什麼時候出現的呢？地球非常神奇，它處於一個離太陽不遠不近的位置，水不會蒸發，地球內部的深處有鐵水，不斷的翻騰中形成了磁場，這個磁場保護著地球，不被太陽的射線穿透。在這樣的狀態下，水在地球上保留了下來，磁場保護了我們的生存環境，讓宇宙射線進不來。非常偶然的機會下，地球上的生命誕生了。38億年前出現了生命的跡象。

什麼叫生命？生命有兩個特點，一個是不走樣的傳代複製；第二是可以根據環境的變化而適應，也就是進化。如果滿足這兩點，生命就形成了。

至於生命是怎麼形成的，有多種假說，有的說是外星過來的，有的說是大氣層裡的化學反應，現在比較主流的一種說法是生命來自於大西洋底，那裡有很多跟地熱相接的vent，像煙囪一樣噴出數尺高的黑色煙柱，可以達到37度左右，非常偶然的機會下，化學反應發生了，形成了一種可複製的化學結構——RNA。我們知道病毒分成RNA病毒DNA病毒，而RNA就可以複製，而且可以傳代，它還可以根據周圍環境，適應性地形成保護自己的膜，就這樣，早期的生物體形成了。但是RNA不太穩定，之後它又變成了雙鏈，就變成了DNA。DNA就比較穩定了，可以傳代、可以適應、可以維持自己的生長。此時，偶然的機會下，一個單細胞吞噬了另外一個細胞，而被吞入的細胞在宿主體內變成了發電機，專門供應能量，這就是線粒體。因為線粒體的出現，複雜的生命得以形成，也就是說，大量的單細胞變成了多細胞的生物。最後不斷延續，成了現在世界上各種的生命現象。

那麼人是什麼時候形成的呢？實際上，人類是七百萬年前和兄弟猩猩分道揚鑣後形成的。遺傳學證據表明，我們每一代在精子裡可能都有二百個鹼基差錯，也就是二百個不同。七百萬年前，我們和兄弟猩猩一模一樣，此後，基因上的錯誤逐漸累積，現在我們和猩猩DNA的區別有1%到1.5%。這種差錯讓我們可以被動、主動地適應環境，也就是進化。

為了適應環境，我們犧牲了很多。比如，我們和兄弟猩猩分開以後，非洲出現了一個巨大的變化——森林消失了，我們進入了平原，不再爬樹，轉而直立行走，而直立帶給我們的一個副作用是生小孩變得不是那麼順利了，產婦需要別人的幫助。我們的大腦不斷進化，猩猩的大腦只有300克，而我們的有1300克到1400克。而如此重大腦的形成是由於社會（人類靠群體作戰）以及人類在交流中語言的產生。此外，我們不是奔跑最快的，卻是最能奔跑的。我們可以把動物追到筋疲力盡，最後把它抓住。在人類整個的演化過程中，有幾個極為關鍵的點：人類會使用火，比如天火、鑽石取火、鑽木取火，取了火以後，會把火種留下來。有了火，我們可以吃熟的食物，同時可以取暖、可以控制溫度。而且熟的食物更有利於吸收，有更多的能量可以供應大腦。人類社會的形成。語言的產生。

最後人類生存了下來。人類共同的祖先就是從非洲南部啟程，之後往北跨過紅海，進入中東，所以非洲南部是我們人類文化的搖籃。六七萬年前，又有一部分人從中東地區走到了南亞，有的還穿過了南邊的太平洋，走到了歐洲。大約四萬多年前走到了東亞，以及中國大陸。兩萬多年前的冰川時代，人類跨過白令海峽進入美洲。這些歷史是怎麼被發現的呢？現在，我們可以追蹤自己的基因，發現了我們共同的祖先，我們都是從非洲走出來的。

人類不同個體間各種生理指標幾乎是一樣的，行為和思想也幾乎一樣，但是因為每一代都有200個鹼基差錯，因此不同種族之間是有差異的，比如漢族、壯族、傣族之間都存在差異。

(從日本人和白種人的對比中，研究人員發現了超過1000個表達不同的基因)

要說清楚差異，還要從一個科學上的偉大發現說起。20世紀50年代初，兩個科學家，一個叫J. D. Watson（沃森），一個叫F. H. C. Crick（克裡克），他們把細胞核打碎以後，發現有很多鹼基，最後，他們拼出了雙鏈DNA，發現原來遺傳物質是雙鏈排列的，所有的生命現象都是基於這個雙鏈DNA模型。2003年的時候，在全世界科學家的努力下，終於把人類所有的DNA全都搞清楚了，發現人類身上所有的細胞裡都有31億個鹼基對，包括了兩萬多個功能基因，它們合成出6萬多種蛋白，支撐著我們的整個生命。為什麼2萬個基因能支撐6萬種蛋白呢？很多基因是可以互相組合或交錯的。2013年以後，我們對人類基因組學寄予了巨大希望，希望它可以解析疾病，解析生命現象。很多疾病都是因為基因突變或者是其他問題導致的。除了基因以外，還有一種操控基因表達的叫表觀基因（epigenetic）。比如兩個雙胞胎，他們的DNA完全一樣，但是一個進入了一個富裕的家庭，一個進入了窮人的家庭，經過幾十年之後，他們的體型出現了巨大的變化。基因一樣，為什麼會有這樣的不同呢？因為環境不同，環境會通過表觀基因控制DNA的表達，而且會遺傳下來。也就是說，你的祖父抽菸，你的身上就會留下痕跡。所以，疾病不光是基因的原因還有表觀基因的原因。基因裝上了子彈，環境和生活習慣摳動了扳機，還有一點就是我們的運氣。

基因現在不可改變，這不能怪我們的父母，運氣也很難掌控，但是我們可以選擇愛護環境、改善生活習慣，從而避免慢性疾病的發生。

參考文獻：

1. Nature 1953;171:737-738

2. Science 2008;319:1100-1104

3. Science 2007;315:173-174

4. PNAS 2005;102:10604-10609