为什么人体除了肝脏之外都这么不中用？

[认识论状态： 一个关于生物学的推测性统一理论。]

不知道你怎么想，反正我非常怨恨自己必须是一个生物有机体，必须承受随之而来的一切糟糕工程和设计决策。这种怨恨有很多表现。最近的一种是，我常常想，为什么整个身体都是垃圾，唯独肝脏不是？

就拿肾脏来说。一到成年，它们就开始缓慢衰退。一些看起来不怎么危险的事情就能伤到它们，比如维生素 D 吃太多，或者脱水时吃布洛芬。明显的损伤通常会导致瘢痕化和功能的永久下降。再拿牙龈来说。刷牙太用力，或者牙线用得不够，它们就可能一路退缩，再也不回来。身体的大部分都是这样。

但肝脏不一样。朋友们，肝脏啊！它受伤后，通常能不留瘢痕地愈合。随着年龄增长，它一般还能维持接近满血的功能。你可以把一半肝脏捐给别人，它会在几个月内重新长回原来的大小和功能。我想找到设计肝脏的那个人，让他给我造一具完整的身体。

不过，这里有一个理论：身体大部分是脆弱的垃圾，这是好事。如果身体的某些部分_更_脆弱，那就更好了。

身体看起来设计糟糕的其他一些地方

绝经。 我们至今仍在艰难地调和现代性与人类短暂的生育窗口。但你知道吗，绝经在人类之外几乎闻所未闻？就连其他大型猿类也几乎终生保持生育能力。已知的例外只有：(1) 虎鲸，(2) 领航鲸，(3) 白鲸，(4) 伪虎鲸，(5) 一角鲸，以及 (6) 乌干达一个特定的黑猩猩种群。

受伤。 如果你的腿被砍掉，那就完了，不会再有腿。你的身体会试着在伤口上长出瘢痕组织，然后你就自求多福吧。但如果你砍掉一只_蝾螈_的腿，它……会长出一条新腿。这不才是显而易见的做法吗？我们为什么做不到？

端粒。 染色体末端有一段重复序列，叫做端粒。细胞分裂时，身体会尝试复制 DNA，但传统的 DNA 聚合酶没法一直复制到最末端，端粒因此逐渐变短。分裂 50–70 次之后，端粒耗尽，细胞停止分裂，然后慢慢停止工作。这是衰老过程中众多滴答作响的时钟之一。

器官移植。 如果你需要一个新肾脏，而有人好心捐给你一个，你的身体会试图杀死它，这意味着你余生都得服用糟糕的免疫抑制剂。即便吃了药，肾脏在 10 年内仍有 30% 的概率被排斥。这可不妙。

糖尿病。 某一天，你的免疫系统可能决定攻击你的胰腺。过一阵子，胰腺不再分泌胰岛素，于是除非你把整个生活重新围绕控制血糖来安排，否则你的眼睛、肾脏、神经和心脏会不断累积损伤。你的免疫系统不该攻击你的胰腺。

大脑。 成年之后，神经元不再分裂。如果一些神经元死了——每天都在发生——它们就没了。如果大脑受伤，其他神经元会尝试“绕开”损伤重新学习，但神经元本身永远不会被替换。

垃圾。 所有细胞都会随时间积累各种“垃圾”。细胞分裂时，垃圾被稀释。但有些细胞（神经元、眼睛里的某些细胞）从不分裂，垃圾（比如脂褐素）的量就只增不减。这是另一个滴答作响的时钟。

血液。 你的肉体需要血液，身体通过血管输送。时间一长，血管会被斑块堵塞。这种情况下该做的是长出新的血管。你的身体知道怎么做。但默认状态下，它维持着各种抑制剂（angiostatin、endostatin、THBS1）的高水平，告诉细胞不要这么做。如果心脏或大脑缺血，身体会试图解除这些抑制，但过程缓慢笨拙，而且只能生成极细的血管。

这到底是怎么回事？

在生物学里，正确答案永远是：事情很多，而且很复杂。但我觉得有一条共同的线索。

最清楚的例子大概是随着年龄增长而磨损的端粒。乍一看，你可能会问，这个问题为什么存在？细菌——因为它们不是傻子——拥有_环状_ DNA，没有末端，也就没有端粒。像我们这样的真核生物是从细菌演化来的。是谁决定把环状 DNA 换成线状 DNA 的？

或者你可能会问，身体为什么不把端粒重新延长？其实它会！我们有一种专门为此设计的酶，叫做端粒酶。但在胚胎发育之后，身体就懒得用它了，只有干细胞、生殖细胞和免疫系统的某些部分例外。嗯？

我们拥有线状 DNA 而不是环状 DNA 的原因尚有争议。1 但无所谓。如果身体想重新延长端粒，它完全可以轻松做到。你的细胞已经有制造端粒酶的 DNA，只是不用而已。它们任由端粒变短，直到细胞停止分裂、停止工作。为什么？

因为……

……

癌症。

（这就是本文标题那个问题的答案：人体除了肝脏之外都这么烂，是因为癌症。我们后面会看到，这个答案只对了一半，而且还要加上好几个限定条件。但生物学就是这样，你还指望什么？）

让端粒变短不是失误，而是刻意的设计决定。2 在你的身体里，下面这种情况经常发生：

一些细胞发生突变，开始过快繁殖。
你的免疫系统觉得它们可疑，把它们杀掉。
你没事。👍

但有时候会这样：

一些细胞发生突变，开始过快繁殖。
它们长了一阵子，然后（原因很复杂3）数量不再增加。
但它们并不是就待在那里不动，而是在不断繁殖和死亡，速度比正常细胞快得多。
最终，它们又发生一次突变，得以突破原先阻止它们生长的障碍。
这样持续一段时间，细胞逐渐积累起长到很大体积所需的更多突变。
但是等等！
经过这么多轮繁殖，突变细胞在某个时刻耗尽了端粒，再也无法繁殖。
哈！去你的吧，突变细胞！👍

需要说明的是，下面这种情况有时也会发生：

（上述第 1–6 步）
经过这一通繁殖，到了某个时候，突变后的细胞搞明白了怎么把端粒酶重新打开。
端粒因此重新变长，它们就能无限繁殖下去。
它们要么因为别的原因停止生长（👍），要么你用我们现代的技术文明把它们杀死/清除掉（👍），要么它们长得太慢，别的东西先把你弄死了（🤌），要么出现不太理想的结果（👎）。

（如果你是生物学家，看到上面的描述气得不行，我写了一条脚注，求你在骂我之前先读一下。4）

端粒会磨损是好事，因为它拖慢了癌症。它也是坏事，因为这意味着我们的身体会慢慢停止运转。进化判定利大于弊，我认为进化是对的。

人体“很烂”的其他几种表现，也可以用同样的方式解释。腿被砍掉了，为什么不能再长出来？那需要你所有细胞上都装一个“进入快速生长模式”的按钮，还得有某种外部触发。某种意义上，这要求身体让细胞长期处于一种更接近癌症的状态。不这么做是好事，因为它拖慢了癌症；也是坏事，因为你长不出新腿。进化显然不喜欢这笔交易，我同样认为进化是对的。5

脆弱的肾脏也差不多。我们_本来可以_让肾脏更努力地自我修复。这在生物学上大概是可能的。但那很可能意味着更多肾癌。可以说，问题不是“肾脏为什么这么脆弱、这么烂？”，而是“肝脏为什么再生得这么离谱？”

那肝脏为什么再生得这么离谱？

这个问题有两个标准答案。答案一：肝脏的工作很苦。它就在肠道的正下游。你吃下毒素、细菌产物、病毒或寄生虫，肝脏会在身体其他部分之前先以高浓度接触到它们。不止如此，解毒本来就是肝脏的职责，而解毒的化学过程往往会伤到自己：肝脏把有毒的东西分解成毒性更强的东西，再递归地处理这些更强的东西。肝脏在按职责行事的过程中不断受损，所以它_必须_能再生。进化把它设计成这样，代价就是交癌症税。

答案之二：肝脏其实并不特殊。皮肤能承受创伤，肠道也能承受消化酶、胆汁和细菌的侵蚀。这两者的表层细胞都在不断更新。而你看，皮肤癌和结直肠癌都极为常见。

在另一端，神经元和心肌细胞在童年之后就不再增殖。它们一旦死亡，就永远消失了。6 因此，“心脏癌”几乎闻所未闻。（“心脏癌”这个词本身听起来几乎不合语法。）脑癌确实存在，但本质上总是发生在其他类型的脑细胞中，而非神经元。

所以，也许我们可以把身体的不同部位看作是在再生与癌症风险之间做出了不同的权衡：7

乍一看，我们似乎得到了一个精巧的小故事：进化对那些需要与环境接触的器官支付癌症税，因为外部世界很残酷。而对那些可以藏起来、再生不那么必要的器官，则支付脆弱税。

要是真这么简单就好了。让我们把它形式化为一个理论。

理论：

再生越多，癌症风险越高。
进化让接触环境的器官再生更多、癌症更多。对于不接触环境的器官，则反过来。

当然，事情没那么简单。

复杂之处

上述理论的一个问题是，再生并不总是可选项。皮肤和肠道相当均质（至少每一层如此）。肝脏可以近似看作一大团重复的功能单元。如果你把一半肝脏捐出去，这些功能单元会变大，肝脏就是这样恢复到接近全尺寸和全功能的。

但其他器官高度“结构化”。你的神经元是一个复杂的回路，编码着你所有的记忆和习得行为。如果神经元不断增殖，这个回路可能就不稳定了。

你的心脏同样高度结构化。就算心脏_能_再生，失去一半之后你也活不到它长回来的那天。（别想着捐一半心脏出去。）原则上，设计一颗切掉一半仍能泵出足够血液维持生命、同时慢慢再生的心脏，物理上当然做得到。但演化要么没想到，要么觉得不值这个麻烦。无论如何，以现在这颗心脏的设计来看，高再生能力似乎不是一个选项。

所以事情并不是“演化选择让某些器官交癌症税、让另一些器官交脆弱税”这么简单。有些器官必须维持稳定的复杂结构才能继续工作，也就是说，癌症／脆弱这个旋钮可能根本没多少可调的空间。

修正后的理论：

再生能力越强，癌症风险越高。
演化把接触环境的器官调向更强的再生和更高的癌症风险，把不接触环境的器官调向相反方向。
但对高度结构化的器官来说，再生可能根本不是一个选项。

好吧。但上表里还有好几个器官我没列进去。比如这个：

肺是所有可能世界里最糟的一种：再生能力低，癌症风险_还_高。据我所知，这是气体扩散速度慢这一物理事实的后果。为了绕开这一点，肺长出了精巧的分形几何结构，把约 100 平方米的表面积塞进约 5 升的体积里。这很了不起，但也让再生变得困难。与此同时，肺还要面对空气中各种随机的毒素和病原体，意味着突变发生的机会很多。

修正后的理论 v2：

再生能力越强，癌症风险越高。
演化把接触环境的器官调向更强的再生和更高的癌症风险，把不接触环境的器官调向相反方向。
但对高度结构化的器官来说，再生可能根本不是一个选项。
而如果高度结构化的器官还要接触环境，癌症风险依然很高。

女士们先生们，接下来登场的是——愚蠢的胰腺：

表面上看，它比肺还不值一提：再生能力偏低，癌症风险也只是中等。但胰腺对我们的理论更麻烦，因为这种中等的癌症风险，是在它根本不接触外界环境的情况下出现的。

从生物学上讲，胰腺为什么会得癌症，原因似乎已经搞清楚了，尽管相当复杂。但据我所知，没有人能令人信服地解释，胰腺为什么被设计成这样。是演化的偶然？还是存在某种更隐蔽的权衡？不清楚。所以这里找不到一个令人满意的、宏观层面的演化权衡。

修正后的理论 v3：

再生越多，癌症风险越高。
对于接触环境的器官，演化把再生和癌症都调高；对于不接触环境的器官，则往相反方向调。
但对于高度结构化的器官，再生可能根本不是一个选项。
而高度结构化的器官一旦接触环境，癌症风险依然很高。
而胰腺是个异类。

但我们还得面对最终 boss——所有器官里最古怪的那个。

小肠

对我们的理论是坏消息，对你这个生物体则是好消息。小肠_确实_与环境直接接触，而且每隔几天就把表层细胞全部换一遍。可它极少得癌症。要知道，它和那个癌症高发的结肠相当相似。而且这个“小”肠占了消化道表面积的约 90%。搞什么？

从生物学上讲，主要解释似乎是：小肠用了一套巧妙的防御策略。它成了我新晋最喜欢的身体部位：

小肠表面的细胞在不断被替换，但它们本身并不繁殖。真正干活的是藏在肠绒毛之间凹陷处、受到严密保护的干细胞，它们缓慢地产出“过渡放大细胞”。这些过渡放大细胞在向表面迁移的过程中分裂4-6次，最终每个细胞产生16-64个成熟上皮细胞。这些成熟细胞花几天时间履行上皮细胞的职责，同时和它们的同胞一起，从所在绒毛的底部一路滑向顶端。到了顶端，它们就被排进消化液里死去，圣诞快乐。所以，即使某处出现了突变，其实也无所谓，因为这些细胞本来就在一条通往死亡的传送带上。

很聪明，对吧？事实证明，真正的英雄不是肝脏，而是小肠。

（小肠还用了几招别的：表面细胞被设定为只要受到一点点损伤就自杀。免疫系统被调校成见谁稍微不对劲就杀。它还含有大量解毒酶。但绒毛似乎才是真正独一无二的部分。）

这对我们的理论是个巨大的挑战。小肠不仅癌症少、再生快，而且它癌症少正是因为再生快。如果小肠能做到这一点，那身体其他部分为什么不行？

一个答案是这极其耗能。你的肠道每天脱落约400亿个上皮细胞，相当于每周约⅓公斤组织。和大脑一样，你的肠道消耗约20%的总能量，尽管只占体重的约2%。进化不想在全身都这么干，因为进化不想让你饿死。

所以，再生和癌症之间不只是一对权衡。再生、癌症和能量消耗之间，是一个三方权衡。

但即便能量不是问题，其他器官也无法轻易照搬小肠的策略。比如结肠，它在很多方面与小肠相似，却没有绒毛。它必须保持平整，因为结肠的任务是吸收水分。如果到处挂着绒毛，它们会被固体废物扯掉。结肠还寄居着多得多的细菌，这些细菌会产生有毒的副产物，这意味着结肠细胞需要被调校成抵抗损伤，而不是启动自杀。这也意味着免疫系统对外来物的清除需要更宽松。所以，尽管结肠_同样_会替换上皮细胞（速度稍慢一些），癌症依然常见。

（或者，想象你的皮肤上覆满了细小脆弱的绒毛。你会看起来很棒，但它们会不断被扯掉。如果你想让这套方案行得通，就得让绒毛更结实、更易替换，然后……我们就发明了毛发。）

修正理论 v4 最终版（真的是最终版）更新（2）：

再生越多，癌症风险越高。
进化会把接触环境的器官调校成更多再生、更多癌症。不接触环境的器官则相反。
但对于高度结构化的器官，再生可能根本不是一个选项。
而如果高度结构化的器官接触环境，癌症风险依然很高。
还有，胰腺很怪。
而且实际上，这不仅仅是再生与癌症之间的权衡，而是再生、癌症与能量消耗之间的三方权衡，而这个空间中的各个部分是否可用，取决于器官必须完成的工作。

所以，癌症与脆弱性之间的权衡肯定无法解释一切。但它确实解释了某些事情，多多少少，勉强算是。在生物学里，这已经相当不错了。

这算坏事吗？

我们已经讨论了身体可能显得很糟糕的各种方式。让我们重新审视这些，并问一问：对现代世界而言，是否做出了正确的权衡。

外伤。

你的皮肤是按“伤口不断”来校准的，而今天大多数人并不会经常受伤。于是大量修复通路闲置在那里，被皮肤癌劫持。骨髓也是同理：它被校准成能够从灾难性失血中恢复。今天我们很少经历那种大出血，而且还有输血，但那份增殖能力依然摆在那里，供白血病和淋巴瘤取用。至于断肢再生，过去或许有好处，放到今天大概已经没那么值钱了——我们失去肢体的机会少多了。

最佳猜测：如果身体在修复外伤上少使点劲，反而更好。

大脑。

现代人遭受的脑损伤比演化史上的祖先更少吗？很难下定论，因为脑是软组织。但旧石器时代晚期人类的化石记录显示，2% 到 34% 的人有颅骨骨折，高于现代人。

所以你可能会想，大脑若更多偏向脆弱、而非偏向癌症，会更好。可脑损伤在今天依然常见。大约三分之一的人一生中会经历一次脑震荡——我们热衷于高速开车、玩危险运动，还能活到高龄，而到了那个年纪，楼梯和浴室本身就是风险。何况不管出于什么原因，大脑本来就已经相当偏向脆弱了。

最佳猜测：也许现在的取舍差不多是对的？

端粒。

身体应该重新延长端粒吗？一方面，我们更有可能活到这件事真正成问题的年纪。另一方面，我们也更有可能活到癌症成为威胁的年纪——而恰恰是在那里，端粒不被重新延长才成了问题。

最佳猜测：也许现在的取舍差不多是对的？

肝脏。

肝脏之所以再生能力这么强，似乎是因为它必须如此。祖先人类要不断应付寄生虫、细菌和腐烂的食物。我开始写这篇文章时以为，这意味着肝脏对现代世界而言“规格过高”了。今天我们有冰箱、食品检查员和巴氏消毒。我们的生活远比祖先温和，接触的毒素也更少。所以，如果按现代环境来校准，我原本以为肝脏稍微脆弱一点会更好，同时患癌倾向也略微低一点。8

但……目前并不清楚这是否真的成立。今天，肝衰竭仍然极为常见。我们摄入的毒素确实没那么多，但我们的饮食会导致代谢功能障碍，还会喝下大量酒精，而且许多人生活在拥挤的环境中，肝炎很容易传播。我们也更有可能活到肝衰竭成为问题的年纪。

最好的猜测：不清楚。我们应该停止做那些会导致肝衰竭的事。

绝经。

为什么人类有绝经，而几乎所有其他哺乳动物都没有？最常见的理论是祖母假说。大致思路是：随着年龄增长，生育变得越来越危险。对大多数动物来说，进化并不在乎，因为进化的目标不是让你幸福，而是最大化繁殖适应度。所以，管他呢，试着生育，让骰子随便落。但即使生育之后，_人类_仍然可以通过为后代提供资源来帮助自己的基因存活。所以对人类来说，进化决定关闭生育功能，让你有更多时间陪伴孙辈。

具体到癌症，有人推测，雌激素的持续周期会对卵巢、子宫和乳房造成损伤。绝经会终止这一过程，从而可能降低卵巢癌、子宫癌和乳腺癌的概率。

这个理论挺讨巧。但同样：

有绝经：人类、虎鲸、领航鲸、白鲸、伪虎鲸、独角鲸，以及乌干达的一群黑猩猩。
没有绝经：其他所有动物，包括大象、其他鲸类、狮子、马、斑马、狗、老鼠、狼、鸟类、爬行动物、两栖动物、鱼类。

其中有些说得通。与齿鲸不同，蓝鲸和座头鲸大多独居，或生活在松散的群体中。老鼠不会帮孙辈带孩子。但大象呢？鬣狗呢？倭黑猩猩呢？猩猩呢？狮子呢？抹香鲸呢？这些动物的社会结构都能让雌性为后代的生存作出贡献，然而它们并没有绝经。

更年期对现代人来说到底是不是一笔划算的取舍？很难说。一方面，现代人寿命长得多，癌症的边际代价因此更高。另一方面，人们想在更大年纪生育，更年期的代价也就更高。（对进化而言如此，对我们而言也如此。）此外，远古女性在十几岁末初潮，之后很可能经历多次怀孕，每次怀孕后还有长达数年的哺乳期（哺乳会抑制月经）。现代女性一生经历的月经周期是她们的3到5倍。越想越乱。

最好的猜测：不知道。

细胞垃圾／糖尿病／器官移植。

据我所知，这几件事基本互不相干。

TLDR

癌症很糟，因为癌症本身就很糟。癌症_还_很糟，是因为进化在身体每一个部位的设计上都做出了血腥的_realpolitik_式妥协，只为把癌症按住。如果我们活在一个癌症不可能发生的宇宙里，我们不仅不会得癌症，身体还会拥有强得多的再生能力和长得多的寿命。

某种意义上，就算你不得癌症，癌症依然在伤害你，因为你的身体被迫采取了代价高昂的预防措施。（就算蛮族从未翻过你的城墙，你也还是得修墙。）哪怕有一天我们彻底战胜了癌症，它的遗产也会一直留在我们的基因里，直到我们重新设计自己为止。去他妈的癌症。

1有人认为线状DNA更容易复制。也有人认为线状DNA纯属偶然，但它出现时之所以还能活下来，是因为我们恰好有逆转座子，也就是一些DNA片段，它们会造出小型机器，复制自己的DNA并插进基因组。环状染色体断裂之后，这些机器开始把它们的DNA副本接到末端——它们本来就是干这个的——断裂因此变得可以存活。这些逆转座子后来变成了端粒酶。

2这是目的论的说法；别让它影响我们的关系。

3这可能是因为你的免疫系统把它们控制住了。也可能是因为氧气和养分无法扩散到那团突变细胞内部。也可能是因为它们撞上了一层由其他类型细胞组成的屏障，竞争不过对方。也可能另有原因。

4各位生物学家好！

你可能会想：“其实吧，90% 的癌症都会把端粒酶重新打开；显然端粒没起多大作用；Dynomight 你怎么这么菜？”
这大概就是 Dynomight 生物学家被拉来审这篇稿时的想法。
没错，端粒会磨损并不是让癌症变得不可能的万能药。而且，大多数癌症确实会想办法把端粒酶打开。但这是一个_语言学_层面的事实。你身体里到处都有大量突变细胞，其中大多数永远不会伤害你。可以设想，我们本可以把所有突变细胞都定义为“癌症”，再分出“对健康低风险”和“对健康显著风险”两个子类。这样一来，端粒看起来就很棒了，因为细胞很难在不设法打开端粒酶的情况下从“低风险”变成“高风险”。而靠盲目的随机突变做到这一点很难，这也是你大多数突变细胞都待在“低风险”类别里的原因之一。细胞有时确实能成功打开端粒酶，但这仍然是身体多层癌症防御策略中有用的一层。
我们碰巧没有那样定义词汇。我们把“癌症”定义成大致相当于“对健康构成显著风险的突变细胞”，又为其他突变细胞发明了别的类别（良性肿瘤、克隆扩增、增生等）。“癌症”这个类别排除了大多数没有打开端粒酶的细胞，_正是因为_端粒缩短是突变细胞与健康风险之间一道不错（尽管有漏洞）的屏障。维京人偶尔翻过你的城墙，不代表城墙就不值得修。
感谢你光临我的脚注。

5蝾螈能再生肢体而大多数物种不能，确切原因还不太清楚。你可以推测，蝾螈更容易频繁失去肢体，所以付这笔“癌症税”更划算。你也可以推测，因为它们寿命短，癌症没那么成问题。但_它们_真的异常频繁地需要再生肢体吗？_它们_真的在付某种癌症税吗？要判断这一点，我们到底该看什么？不同动物的癌症发病率因各种原因而各不相同。

6 死亡的心肌会被瘢痕组织取代。死亡的神经元则会被由胶质细胞构成的“脑瘢痕”取代。

7 甲状腺癌的风险很难评估，因为它很常见，但致死率极低。

8 你不会想让肝脏失去再生能力，但有几个“旋钮”可以调节。大体而言，可以设计让肝脏再生得更慢，配合更仔细的“校对”以及更慢、更严格的细胞周期检查点。这样一来，肝损伤愈合需要更长时间，但产生的突变细胞会更少。