2000年6月26日是科學界非常重要的一天。美國總統比爾·克林頓（Bill Clinton）在白宮東屋通過衛星連線英國首相托尼·布萊爾（Tony Blair）召開新聞發布會，即席的還有分別代表兩種不同方法的科學家對手弗朗西斯·科林斯（Francis Collins）和J.克雷格·文特爾（J.Craig Venter），他們將共同宣布繪制人類基因組詳細圖譜的重大研究項目完成。

科林斯由美國政府任命，作為這一由公眾資助、解析人類全部遺傳物質序列的宏大項目的帶頭人。人類基因組計劃始于1990年，有來自6個國家20所研究機構的科學家共同參與，預計在15年內完成。隨后，生物學家兼企業家J.克雷格·文特爾于1998年宣布，計劃成立一家名為賽萊拉基因組（Celera Genomics）的私人公司，運用一種全新——因而尚未被驗證的測序技術在三年內完成同樣的工作。

此后的競爭堪稱現代科學史上最殘酷的比拼。最終，兩個研究團隊達成一致，決定同時宣布他們的成果，并同步在科研雜志上正式發表研究論文。白宮的新聞發布會指出了這一成就的巨大前景。克林頓總統在發言中將人類基因組的第一幅圖譜與開拓者劉易斯（Lewis）和克拉克（Clark）繪制出的第一張北美地圖相提并論，并將人類基因組草圖譽為“人類至今繪制出的最重要、最令人稱奇的地圖”。新聞報道更是稱贊這一成果比肩人類登月或是原子核裂變。[1]

大多數公眾對人類基因組計劃的關注，主要集中于它可能給人類健康帶來的革命性改變。但是解碼人類基因組還有其他更多潛在的應用前景。基因組是所有遺傳物質的總和，包含了個體全部的DNA序列：如同一本生物化學指導手冊，講述著如何建造生命體并維持其生存，無論是一棵橡樹、一只蝴蝶，抑或是一個人。令人稱奇的是，幾乎在每一個細胞中都有一套完整的基因組。[2]DNA由兩條相互平行的核苷酸長鏈組成，它們卷曲壓縮形成染色體，從細胞核中發號施令指導細胞功能。每個人的染色體都來自其父母雙方（一半來自母親，另一半來自父親），但并不完全相同。隨著每個精子和卵細胞的形成，其中的染色體會發生互換，改變原有各部分的排列順序，創造出新的嵌合體。這個重排過程產生了新的組合，使得每個孩子都不會太像雙親中的任何一方——盡管你的愛人可能會說你越來越像你的媽媽或爸爸。

由于現存物種的基因組都來自遺傳，因此，基因組中也記錄了該物種的歷史。試想基因組就像一種古老的文本，每個繼承者都對它略做修改，使其更適應當下的時間和環境。我們絕大多數的基因都可以追溯到大約6億年前的前寒武紀，當時所有的生命都以單細胞形式生存在海洋中。[3]不論是在我們的細胞中，還是在其他物種的細胞中，許多基因至今仍基本保持不變，對于保證生命最基本的運行發揮著必不可少的功能：比如負責指導形成細胞結構基礎的細胞骨架基因，還有控制細胞分裂的基因等。

一般而言，任何與基因功能相關的DNA序列的改變都會對生物體造成這樣或那樣的影響。并且在大多數情況下，都是不好的改變。因為你很難在一本如此精細復雜的生命指導手冊上做出一丁點改變而不搞砸，發生改變的很可能是對生物體而言非常重要的基因。這就是為什么研究人員們傾向于認為，功能基因上發生的絕大多數突變都是有害的。研究顯示，75%的單個堿基改變都會在一定程度上降低存活率或繁殖數量。[4]

盡管我們的大多數基因出現得早于復雜生命的起源，但也有一些基因是我們一路走來不斷拾起或慢慢改變后得到的，比如讓我們可以呼吸氧氣或是感知光線的基因。我們獲得的最終版本的基因控制了我們機體的形成：身體的一端是頭，另一端是肛門——真是謝天謝地。很久以后，我們得到了可以讓毛發覆蓋身體的基因，接著它們又發生改變讓大部分的毛發消失不見。再近一些，我們還擁有了包括控制復雜思維模式和推理的基因變異，以及允許我們可以通過講話或是如同你正在閱讀的符號來與他人進行交流的基因版本。

事實上，我們的身體和基因是祖先曾經生活過的鮮活證明，因此解讀人類基因組一定可以為了解演化的過去提供全新的見解。我們可以準確地找到自然選擇是如何發揮作用的，并且知道哪個基因受到了影響；我們可以找到一些線索，破解到底是什么遺傳變化使得我們不同于其他的靈長類近親，以及到底是何時獲得了它們；我們可以更加徹底地拼湊出我們的歷史，遠遠超過曾經僅憑化石和人工制品可以達到的程度。

人類基因組測序技術在20世紀末取得了飛速進展。20世紀90年代中葉，我在伊利諾伊大學讀本科期間曾在一個實驗室工作，在結束了短暫的實驗儀器清洗工作后，我就開始接受DNA測序的訓練。我們使用的方法是1977年首次由英國生物化學家弗雷德·桑格（Fred Sanger）發明的桑格雙脫氧鏈終止法（the dideoxy chain termination method），這一方法讓他第二次獲得了諾貝爾獎。[5]桑格的方法涉及將一段DNA分子復制并粘貼到細菌當中，在培養皿中非常簡單方便地擴增大量細菌的同時，獲得大量拷貝的DNA。然后，我們便可以對大量的DNA進行分離、純化和測序了。

讀取DNA序列是最棘手的部分。我必須首先在兩塊長方形玻璃板之間制備一塊非常薄的膠，玻璃板的頂部用一塊極薄的塑料分開，其余三邊則小心地用膠條封住以防泄漏。我將膠溶液放入微波爐加熱，并沿頂部倒入兩塊玻璃板間的縫隙中，就像把果凍倒入模具一樣，讓它隨著溫度的下降逐漸固化。制膠過程中，難免會在某些部位形成一些小氣泡，我會盡量小心地嘗試將它們從膠的頂部推出；如果失敗了，那這部分膠就不能再用。

接著，我就使用像注射器一樣的移液器將已經經過鏈終止反應的DNA分子注射到膠頂部的狹窄通道里。再將膠豎直放置，頂部和底部均浸沒在液體當中，使得電流可以通過整個裝置。由于DNA是帶負電的，因此DNA片段會被膠基底部的正電吸引，緩慢地從膠上通過。小的DNA片段會跑得稍快些，所以在幾個小時后我關閉電源開關時，DNA片段已經根據它們的大小整齊地排列好了。把膠浸入一個含有放射性同位素的水槽中使其與DNA結合，這樣，DNA片段在X光膠片上就會呈現出發光條帶。因為每一縱列都對應四種核苷酸堿基的一種（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤、胞嘧啶），我的下一步工作就是簡單地從膠的最底端開始向上記錄哪一列出現了可見條帶，從而確定堿基序列。這是項緩慢而單調的工作，也就足以說明為什么會訓練本科生來做。

2000年我開始了研究生生涯，同年人類基因組的第一份草圖宣布完成。那時，我曾經手動進行的桑格測序過程已經能由機器自動完成。作為一名研究生，我很幸運地加入了得克薩斯大學奧斯汀分校一個擁有一臺這種機器的實驗室。我們那臺機器的型號是ABI 3100，也被稱為毛細管測序儀，因為它用看上去像塑料意大利面的纖細管子取代了我曾用手灌制的笨重凝膠。每一根纖細的毛細管里都含有可以將DNA片段根據大小分離的凝膠，并用激光可讀的熒光染料取代了危險的放射性同位素。核苷酸序列以數碼形式被記錄下來，可以方便地輸出到與之相連的計算機上。

我們實驗室的成員都將3100視為一個圣物。它擁有獨立的房間，它的零件在每一次使用前后都需要仔細地清理。但是這些額外的小心，相比于使用3100讀取出DNA序列的速度和效率，都是值得的。它可以一次分析96個樣品，每個樣品可以在一天之內被讀取長達1000個核苷酸的DNA片段。任何時候只要3100在運行，我們就知道研究正在進行，而這基本上就是我們實驗室的常態。

當然，就像我2000年左右所在的這個實驗室一樣，單個實驗室即使裝備再齊全，相比于那些參與人類基因組計劃的主要研究所來講都顯得微不足道。在那些機構中，比如麻省理工學院（MIT）白頭研究所（Whitehead Institute）的基因組研究中心或英國桑格研究所（Sanger Institute），有幾十臺這樣的機器在同時運轉。2000年7月，麻省理工學院新聞的一篇報道中就提到了“（人類基因組）項目聯盟已經實現以每秒1000個堿基對的速度產生原始序列——每周工作7天，每天24小時不停歇”。[6]

21世紀初DNA測序技術的出現，為我們從基因中獲得革命性的發現提供了原始材料。這是人類首次有機會看到存在于我們基因組中的古老文本，并試圖弄清諸如自然選擇的演化之力是如何在幾千年的時間里對它進行改變的。然而，現在仍需要找到恰當的統計工具，以便從序列中提取出相關信息。

博德研究所（Broad Institute）坐落于美國馬薩諸塞州劍橋市，在該研究所玻璃和金屬外觀的嶄新高層建筑的二層，帕迪斯·薩貝提（Pardis Sabeti）正站在一間擁擠的房間前介紹三位在她的指導下工作的研究人員。她個子矮小，長長的深色頭發，戴著眼鏡，穿著登山襪子卻沒有穿鞋。她說話很快，對實驗室正在開展什么類型的研究進行了概括介紹，包括感染性疾病的遺傳分析以及它們在人類演化中的作用。

在薩貝提的團隊中不乏美國東北部最負盛名的臨床和人口遺傳學家，她向他們道歉，解釋說自己實在太累了。那是2014年7月中旬，西非一場致死性埃博拉病毒的大爆發迫使她夜以繼日地工作，她動用了自己以及合作者們在塞拉利昂和劍橋所擁有的一切資源提供援助。病毒自幾個月前入侵塞拉利昂以來，已經造成該國將近200人死亡，她解釋道。而更多的人則在醫院中，出現了令人擔憂的癥狀。在最近的爆發中，每五個表現出癥狀的人中就有四個因此喪命。包括護士在內的一些病人，就是在照顧其他患者時受到感染的，盡管他們還戴著防護裝備。介紹結束時，薩貝提已經含淚，她感謝所有的合作者——其中一些已經因感染埃博拉病毒而去世。

13年前，當帕迪斯·薩貝提做出改變自己人生的決定時，她還是牛津大學的一名研究生。25歲的她已經成為學術界的超級明星——她在麻省理工學院學習生物學，是“美國優秀學者”的獲得者，并以學術績點滿分的驕人成績畢業。她獲得羅德獎學金，資助她到牛津大學接受研究生教育，而在此之前她已經是一篇同行評議論文的第一作者。不過在那時，她的學術生涯并不十分確定。1979年伊朗發生革命之前，薩貝提的父親一直為伊朗國王的政府部門工作，在她兩歲時，舉家逃離了伊朗。他們在美國獲得了難民身份，但她更多的親人則依舊顛沛流離，四處躲藏，不得不從一個州搬到另一個州。作為一個年輕女孩，她深深地迷戀著自然和動物，幻想有一天可以成為一名獸醫或者賣花姑娘。

但是，作為一個經歷過革命的孩子，薩貝提深知一份穩定的工作有多重要，因此充分發揮自己在數學方面的優勢，計劃成為一名醫生。入選羅德學者為她的教育生涯帶來了一些有趣的轉變，薩貝提思索著如何充分利用受資助到英國最頂尖大學學習的兩三年時間。生物人類學家雷克·沃德（Ryk Ward）很快注意到她，并且說服她攻讀演化遺傳學的博士學位。在沃德的指導下，薩貝提決定集中精力尋找瘧疾這種致死性疾病在人類基因組中留下的蛛絲馬跡，明確它在人類演化中所扮演的角色。

人群中有些人對瘧疾存在天然的抵抗力，于是薩貝提對他們以及那些缺少天然抵抗力的人的特定DNA區段進行檢測。她發現了一種規律：在有天然抵抗力之人的DNA中，被測基因附近的多樣性比沒有抵抗力的人更低。薩貝提認為，這種差別可能與特定DNA區段存在的時長有關，從中也許就能得到一些與演化歷史相關的線索。

薩貝提的直覺基于一個事實，那就是在產生精子或卵細胞的過程中，位于染色體不同部位的DNA可以發生交換。這種交換的結果就是，你沿著一條染色體的任何特定區域看下來，通常會發現這些區域極具多樣性。然而她在擁有瘧疾抵抗力的人群中發現的低多樣性規律則表明，他們的DNA還沒有太多時間發生交換，提示這段DNA序列是相對較新的。由于低可變性的序列出現在大量個體當中，而他們中的每一個個體都具有對瘧疾的天然抵抗力，也就意味著該序列很可能與阻斷瘧疾感染有關。并且這段序列在幾代之后變得更加常見，說明這是自然選擇的結果。

從某種意義上講，確實存在著自然選擇。在任何人群中，都有一些個體經歷了這樣或那樣的原因，比其他人擁有更多的后代。留下最多后代的個體就對下一代的基因做出了最大的貢獻，因此某些基因及其編碼的相關性狀就會變得越來越常見。任何可以直接或間接對產生更多后代構成影響的基因都受到自然選擇的青睞。就像對瘧疾的抵抗力一樣，如果某一特定性狀連續多代被自然選擇所偏愛，那么就會有越來越多的個體擁有這種有益性狀，使得整個人群可以更好地適應當地環境。

薩貝提建立了一個數學模型來描述她從DNA序列數據中觀察到的現象，同時也用于在基因組中尋找其他具有相似規律的區域。薩貝提的方法——亦被稱為長單倍型分析法（long-range haplotype test）成功篩選出兩個不同的基因，它們似乎都經歷了最近對瘧疾的自然選擇。[7]對于這兩個基因，使用那些已有的工具都無法探測到，而薩貝提的方法是針對尋找更深層次的自然選擇信號而設計的，也就進一步證明了對于這些基因變異體的自然選擇發生在近期。

瘧疾可能對最近人類演化十分重要的想法可以追溯到20世紀中葉，更準確地說是1949年，剛剛大學畢業的安東尼·克利福德·艾利森（Anthony Clifford Allison）在肯尼亞收集血液樣本的時候。[8]艾利森出生于南非，但在肯尼亞長大，從他家的農場可以俯瞰東非大裂谷。他從孩童時期就對自然和人類學產生了濃厚的興趣。有一次他在附近挖掘，偶遇著名的古人類學家路易斯·利基（Louis Leakey），之后又閱讀了達爾文的著作，這一切都促使他決心投身人類演化和遺傳學，去探索自己的興趣。艾利森在南非上了大學，接著去牛津讀了醫學院，1949年登記參加了一項將他帶回童年家鄉的研究考察。

當他的眾多同事都在肯尼亞的中心高地采集植物和昆蟲標本的時候，艾利森踏遍整個國家去采集人類血液樣本。他發現鐮刀形紅細胞這種血液性狀在本土居民的不同人群中出現頻率不同。[9]在距離海港和維多利亞湖較近的地勢較低區域，人群中超過20%出現了鐮刀形紅細胞的性狀，而在高海拔地區頻率則低于1%。這一分布特點與文化或語言的差異并不對應，但艾利森發現，它與瘧疾的患病率具有相關性。

不同于正常的紅細胞呈上下兩面向中心凹陷的圓盤狀，鐮刀形紅細胞疾病患者的紅細胞呈新月形，末端是尖的。這種疾病首次發現于芝加哥的一名非裔美國人，后續的研究工作發現，在非裔美國人人群中的發病率約為8%。艾利森發現，在肯尼亞的部分地區，將近五分之一的人有鐮刀形紅細胞，考慮到該性狀最嚴重的情況通常會致命，這一數據無疑相當驚人。

就在艾利森在肯尼亞收集血液樣本的同一年，有兩篇稱鐮刀形紅細胞貧血癥可遺傳的研究論文發表了。后續的其他研究工作揭示，導致鐮狀細胞的基因編碼了血紅蛋白。由于血紅蛋白中包含鐵元素，因此紅細胞呈紅色。它可以結合空氣中的氧氣，并將其傳輸到全身各處。編碼基因僅僅在一個DNA堿基位點從腺嘌呤突變為胸腺嘧啶，便能造成血紅蛋白結構發生改變，進而使整個紅細胞鐮變。由于我們從母親和父親那里分別繼承了一份基因拷貝，所以對于任何基因，每個人的基因組中都有兩個版本，或者說兩個等位基因。有時從雙親那里獲得的等位基因是完全相同的，但也可以有所區別。擁有兩個鐮狀細胞的等位基因就會導致出現致命性的鐮刀形紅細胞貧血。而擁有一個鐮狀細胞等位基因和一個正常血紅蛋白等位基因則意味著雖不會飽受鐮刀形紅細胞貧血癥的各種嚴重癥狀的困擾，但在氧氣水平降低的特定環境下還是可能出現一些癥狀，比如在從事重度體力活動的時候。

艾利森推測那些僅攜帶一個鐮狀細胞等位基因拷貝的人——即遺傳學家所謂的雜合子，可能對瘧疾有一定的抵抗力。但他的假設很多年后才得以證實。[10]艾利森回到肯尼亞，充分利用一家藥物公司正通過感染了惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）的志愿者開展抗瘧藥物治療試驗的契機，繼續他的研究工作，而這種寄生蟲正是最致命瘧疾類型的罪魁禍首。正常情況下，瘧原蟲通過蚊子叮咬進入血液，首先到達肝臟，對紅細胞展開攻擊，此后迅速增殖，并從紅細胞中噴涌而出，使患者出現發燒等癥狀。艾利森在試驗中發現，相比其他患者，來自鐮狀細胞雜合子志愿者的血液中含有惡性瘧原蟲的水平更低。但是，這個試驗并非無懈可擊，由于參與的志愿者均是成年人，因而很有可能在兒時便接觸過瘧疾，已經產生了一定的免疫力。為了進一步明確雜合子是否天然對惡性瘧原蟲有更低的感染率，艾利森前往烏干達，陪同一名政府醫療工作者來到每周一次的集市上收集當地孩子們的血液樣本。事實證明，鐮狀細胞雜合子基因型的孩子們體內寄生蟲計數更低，更重要的是，他們出現高水平惡性瘧原蟲感染的可能性也低得多。

后續的研究為艾利森的假設提供了更多的證據支持，并且這種存在于鐮狀細胞與瘧疾歷史發病率之間的相關性可以擴展到整個撒哈拉以南的非洲和地中海地區，以及中東和亞洲熱帶地區。在歷史上曾出現過由惡性瘧原蟲導致瘧疾肆虐的地區，攜帶一個鐮狀細胞等位基因者相較于沒有或有兩個等位基因的人留下了更多后代。事實上，在這些地區攜帶鐮狀細胞等位基因的雜合子活到成年的可能性，要比擁有兩個正常血紅蛋白等位基因的孩子高出約26%。這就成了有害的遺傳疾病可以因為雜合子優勢而得以在人群中保存下來的首個明確例證，同時也為自然選擇在20世紀人類群體中依然發揮作用提供了有力證據。[11]

瘧疾之所以會在人類演化中持續發揮作用，正是由于它的普遍性和強致死性，尤其對于兒童和懷孕的婦女。盡管有關預防和治療瘧疾感染的藥物還在不斷研發，全世界范圍內每年仍有近2000萬病例，約60萬人會因瘧疾死亡。[12]非洲至今仍是發病率最高的地區，平均每分鐘就有一個孩子死于此病。

在這些區域，自然選擇更傾向于任何與鐮狀細胞相似、可以干擾瘧原蟲生活周期的性狀。由于瘧原蟲必須在寄主的紅細胞中完成增殖過程，因此許多自然選擇偏愛的性狀都會影響到血細胞，使得寄生蟲喪失了舒適的生存環境。地中海貧血就是其中一例，那些患者的血紅蛋白會出現問題。類似的是，如果缺乏G6PD這種在紅細胞排毒中非常重要的蛋白質，同樣可以對瘧疾產生天然的抵抗力。[13]而G6PD基因正是帕迪斯·薩貝提用來測試自己開發出的在基因組中探測自然選擇的新方法的首個例子。

薩貝提在完成了瘧疾作為自然選擇的媒介對人類發揮作用的論文后，返回美國進入哈佛大學醫學院學習醫學，哈佛校史上僅有三位獲得最高榮譽（summa cum laude）的女性，薩貝提就是其中之一。2008年，薩貝提成為哈佛大學的一名助理教授，并開始建立自己的研究團隊，主要從事感染性疾病影響近期人類演化的研究。基于她首創的長單倍型分析和其他人開發的方法，她的團隊開發出一種新型檢測方法，從基因組數據中尋找自然選擇信號，并將其應用于西非約魯巴人的基因組數據。薩貝提和同事們發現，基因組中處于選擇壓力下的頭號候選區域是一個稱為LARGE的基因。正常情況下，LARGE影響細胞與其周圍環境相互作用的能力，但與此同時，還可以調節一種致命性病毒進入人類細胞的能力。[14]

這里討論的病毒就是在西非導致地區性流行并且非常兇險的拉沙出血熱（Lassa hemorrhagic fever，下稱拉沙熱）的始作俑者。在一些國家，每五個人中就有一個曾接觸過這種病毒。盡管每年都有數以千計的患者死亡，但90%的西非人與其接觸后并不會出現任何癥狀。薩貝提與尼日利亞的研究者合作，在約魯巴人的基因組中發現了幾個區域，剛好符合自然選擇對拉沙熱產生抵抗力的特點。他們的數據顯示，在那些拉沙熱流行的地區，攜帶有抵抗力等位基因者相較于沒有攜帶的人，壽命可能更長，因此擁有更多機會留下子嗣。[15]

項目進一步擴展到了塞拉利昂，當地醫生謝赫·奧馬爾·肯（Sheik Umar Khan）在凱內馬政府醫院建立了一個特殊病房，專門負責診斷和收治拉沙熱患者。但在2014年5月25日，當這個拉沙熱門診收治了塞拉利昂第一例埃博拉病毒感染病例后，整個團隊的工作就不得不中斷了。埃博拉病毒跨越國境，從鄰國幾內亞傳入——正是幾個月前西非埃博拉開始流行的地方。整個團隊立即將拉沙熱的相關工作暫時擱置，參與到危機的救助中來。[16]除了盡其所能提供一些供給、喚起國際社會的關注以外，團隊開始從凱內馬政府醫院拉沙熱病房收治的病人們身上收集樣本。他們不僅利用當地的技術手段來確診新的埃博拉病例，還將樣本帶回薩貝提位于劍橋的實驗室對病毒的基因組進行測序，盡其所能為這場突如其來的疫情暴發提供所能獲得的信息。

2014年8月28日，薩貝提和同事發表了從78名患者體內得到的99株埃博拉病毒基因組首次測序分析的結果，由此細致地追蹤了此次爆發的歷史，并且對可能的源頭精確定位。[17]塞拉利昂出現的大爆發僅在該國就已經導致超過200例患者死亡，整個區域的則還要多出幾百例。而當薩貝提團隊的論文發表時，包括帶領塞拉利昂攻克拉沙熱和埃博拉的肯醫生在內的五位共同作者都感染了埃博拉病毒，最終失去了生命。

更令人傷心的是，爆發僅僅是一切的開端。到了9月中旬，感染率仍在持續上升，塞拉利昂與埃博拉有關的死亡病例超過562例，而三個受波及的西非國家病例總數達2500例之多。9月18日，聯合國安理會宣布，這次流行是“對全世界和平與安全的威脅”。次日，托馬斯·埃里克·鄧肯（Thomas Eric Duncan）登上了從利比里亞飛往布魯塞爾的飛機，接著又到了美國。到達達拉斯幾天后，他陸續出現了發燒和嘔吐癥狀。雖然最終被收治入院，卻再沒能走出醫院。對他進行治療的兩名護士也受到感染，但存活了下來。在西班牙，一名護士因治療兩名在西非感染埃博拉病毒的傳教士而被傳染。護士得以幸存，但對兩名傳教士無力回天。截至2014年底，全球因感染埃博拉病毒死亡的人數接近8000。一年之后，在造成超過28600例感染和11316例死亡后，這場爆發終于結束了。[18]

盡管通過掃描整個人類基因組來尋找自然選擇的信號依然是一種相對新興的手段，但薩貝提以及其他研究者開發出的技術都表明，感染性疾病作為最重要的因素之一，對我們的演化史產生了極大的影響。如今，一些仍具影響力的疾病，事實上已是伴隨我們千年的老對手。比如，瘧疾感染并導致人類死亡的歷史就至少可以追溯到160000年前，也就是我們這個物種剛起源時。[19]我們的祖先在50000年前走出非洲，隨著接觸不同的環境——不僅僅是氣候、植物和動物，還有微生物——而出現了其他的感染性疾病，這一點在我們的演化史中可謂前所未有。

農業和動物馴養的發展產生了雙重效果。一方面它們促進人口密度增加，使疾病的傳播變得更加容易，與此同時也讓人們接觸到了一些曾經只在馴養動物的祖先身上發現的微生物。事實上，絕大多數（約60%）的現代感染性疾病都是病毒、細菌、真菌或原生動物從感染動物轉變為感染人類的結果。[20]我們從牛羊那里感染炭疽熱；從鳥類、豬和馬那里感染流感；從狗身上感染狂犬病——還有約200種其他微生物跨越了物種界限，開始感染人類。

許多因感染自動物而得名的動物源性疾病，正是我們這個物種最近一萬年間一直在對抗的災難。例如黑死病和流感等疾病的周期性爆發，會造成很大一部分人口死亡。而像結核病等疾病，感染人類的歷史更長，幾乎已經成為永恒的存在。意料之中的是，這些疾病連續多代對生存率以及生育率產生影響，而自然選擇則通過引起一系列演化適應來與之對抗。因此，帕迪斯·薩貝提等研究者的探索才剛剛開始。[21]

包括埃博拉和艾滋病（AIDS）在內的許多感染性疾病都相對較新。病毒、細菌和其他微生物一直在更換宿主，有時它們的新宿主就是人類。預計到2050年，全球人口數量將達到90億。作為一個如此巨大的群體，我們自然就成了那些為生存而持續尋找新宿主的致病微生物首要攻擊的目標。自1940年以來，有大約400種新型疾病開始感染人類。[22]隨著人口進一步增長，我們甚至會成為不斷涌現的感染性疾病攻擊的更大目標。作為社會性生物，人與人之間不斷互動的同時也在傳遞微生物。此外，科學技術使得我們可以比任何大型生物都更好地在整個地球上移動，也就意味著我們散播疾病的能力是無可匹敵的。相比于1918年花了三年時間傳遍全球的致命性流感大流行，2009年由一株新型流感病毒H1N1造成的大爆發僅在三周內就隨著國際航班的航線抵達了四塊不同的大陸。[23]

因此，我想傳達的最重要的信息，就是我們正在進入一個隨時都要面對新型感染性疾病挑戰的時代。那么它們中的哪些會像曾經在歷史中扮演過的角色那樣，成為自然選擇的作用者？這一定程度上取決于那些疾病如何影響我們的生存和生育。對于生活在更發達地區的人們，感染性疾病已經不再是導致死亡的首要原因。疫苗和抗生素，以及醫療的進步和衛生條件的改善，使得天花、白喉和結核病等在20世紀的西方國家幾近根除。感染性疾病已經被心血管疾病、癌癥、糖尿病等非傳染性疾病所取代，成為更發達地區人群中最常見的死因。[24]

但在這個世界上，仍有約83%的人口生活在欠發達地區，感染性疾病依然是主要問題。下呼吸道感染、HIV/AIDS、腹瀉性疾病是這些地區的主要死因，若是加上瘧疾和結核病，那么三分之一的死亡人數均可歸因于以上這些。[25]其中高達40%的死亡病例是不滿15歲的孩子，而在更發達地區同年齡組只占總死亡人數的1%。由于這些疾病造成了太多死亡，尤其是在孩子當中，自然選擇便傾向于支持任何可能的天然抵抗力。

更糟糕的是，在這場與微生物的對抗中，我們的主力武器中有相當一部分很快就失去了戰斗力。我們在不知不覺間進入了一場不斷升級的軍備競賽，而我們的敵人卻擁有先天的優勢。當我們使用抗生素后，細菌在自然選擇的強烈作用下不斷演化出抗藥性，比如耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus或叫MRSA），就是一種非常危險并且正變得日趨常見的感染源。微生物的優勢在于演化出耐藥性的速度遠遠超過我們開發新藥的速度，這得益于它們很短的代間時間，有的可能僅需30分鐘。[26]一周內，像MRSA這樣的細菌繁殖的代數就可以趕上人類自農耕文明開始以來的代數。我們根本追不上。

隨著我們繼續解密人類基因組中的古老文本，其中一條需要注意的重要信息就是，使我們生病的微小生物絕不僅僅會造成偶然的破壞或帶來一過性的麻煩。感染性疾病是我們演化歷史中最重要的驅動力，并且我們有充分的理由相信，它們在我們這個物種未來的演化中依然發揮舉足輕重的作用。[27]

注釋

[1]James Shreeve,The Genome War:How Craig Venter Tried to Capture the Code of Life and Save the World(New York:Ballantine Books,2007);Tim Radford,“Scientists Finish First Draft of DNA Blueprint,”Guardian,June 26,2000(accessed July 8,2015).

[2]一些特殊的細胞，如紅細胞等，并不具有細胞核結構，因此沒有構成遺傳物質的染色體。

[3]Tomislav Domazet-Los ˇo and Diethard Tautz,“An Ancient Evolutionary Origin of Genes Associated with Human Genetic Diseases,”Molecular Biology and Evolution 25(2008):2699-707.

[4]Rasmus Nielsen,Ines Hellmann,Melissa Hubisz,Carlos Bustamante,and Andrew G.Clark,“Recent and Ongoing Selection in the Human Genome,”Nature Reviews Genetics 8(2007):857-68.

[5]桑格與沃爾特·吉爾伯特（Walter Gilbert）、保羅·伯格（Paul Berg）分享了他的第二個諾貝爾獎。桑格的第一個諾貝爾獎是因為他在蛋白質結構，特別是胰島素結構方面進行的研究。

Nobel Media,“The Nobel Prize in Chemistry 1958,” June 30,2015);Nobel Media,“The Nobel Prize in Chemistry 1980,” June 30,2015);Frederick Sanger,Steven Nicklen,and Alan R.Coulson,“DNA Sequencing with Chain-Terminating Inhibitors,”Proceedings of the National Academy of Sciences 74(1977):5463-67.

[6]Seema Kumar,“Whitehead Scientists Enjoy Genome Sequence Milestone,”MIT News,July 12,2000, June 30,2015).

[7]Pardis C.Sabeti,David E.Reich,John M.Higgins,Haninah Z.P.Levine,Daniel J.Richter,Stephen F.Schaffner,Stacey B.Gabriel,et al.,“Detecting Recent Positive Selection in the Human Genome from Haplotype Structure,”Nature 419(2002):832-37.

[8]Anthony C.Allison,“The Discovery of Resistance to Malaria of Sickle-Cell Heterozy-gotes,”Biochemistry and Molecular Biology Education 30(2002):279-87.

[9]Keith M.Johnston,Science Fiction Film:A Critical Introduction(London:Berg,2013)

[10]Anthony C.Allison,“The Distribution of the Sickle-Cell Trait in East Africa and Elsewhere,and Its Apparent Relationship to the Incidence of Subtertian Malaria,”Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene 48(1954):312-18.

[11]1949年，一份在意大利米蘭舉行的遺傳學會議的會議記錄出版。會議期間，演化遺傳學家J.B.S.霍爾丹（J.B.S.Haldane）指出，在包括人類在內的所有物種中，傳染性疾病可能都是自然選擇的重要力量。演講后進行的討論中，霍爾丹和意大利遺傳學家朱塞佩·蒙塔倫蒂（Giuseppe Montalenti）討論了另一種人類遺傳性血液疾病，即地中海貧血癥，令患者在特定的情況下具有優勢的可能性。與鐮狀細胞一樣，兩個疾病等位基因的拷貝才能導致完全的地中海貧血癥狀。據霍爾丹推測，如果飲食中缺乏鐵元素，那么只有一個等位基因的雜合子可能情況會稍好一些。盡管缺少相關記錄證明討論中涉及瘧疾或鐮狀細胞，但是，這份會議記錄經常被作為首次提出對鐮狀細胞性狀的自然選擇，可能由于它在瘧疾中起到的保護作用這一觀點而被引用。

J.B.S.Haldane,“Disease and Evolution,”La ricerca scientifica supplemento 19(1949):1-11;Joshua Lederberg,“J.B.S.Haldane(1949) on Infectious Disease and Evolution,”Genetics 153(1999):1-3;James V.Neel,“The Inheritance of Sickle Cell Anemia,”Science 110(1949):64-66;E.A.Beet,“The Genetics of the Sickle-Cell Trait in a Bantu Tribe,”Annals of Eugenics 14(1949):279-84;James B.Herrick,“Peculiar Elongated and Sickle-Shaped Red Blood Corpuscles in a Case of Severe Anemia,”Archives of Internal Medicine 6(1910):517-21;Lemmuel W.Diggs,C.F.Ahmann,and Juanita Bibb,“The Incidence and Significance of the Sickle Cell Trait,”Annals of Internal Medicine 7(1933):769-78;Anthony C.Allison,“Protection Afforded by Sickle-Cell Trait Against Subtertian Malarial Infection,”British Medical Journal 1(1954):290-94.

[12]Anthony C.Allison,“Polymorphism and Natural Selection in Human Populations,”in Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology(Cold Spring Harbor,N.Y.:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1964);Anthony C.Allison,“Notes on Sickle-Cell Polymorphism,”Annals of Human Genetics 19(1954):39-51.

[13]Eric Elguero,Lucrèce M.Délicat-Loembet,Virginie Rougeron,Céline Arnathau,Benjamin Roche,Pierre Becquart,Jean-Paul Gonzalez,et al.,“Malaria Continues to Select for Sickle Cell Trait in Central Africa,”Proceedings of the National Academy of Sciences 112(2015):7051-54;World Health Organization,“Malaria,”fact sheet no.94,April 2015, July 7,2015).

[14]S.J.Allen,A.O'Donnell,N.D.E.Alexander,M.P.Alpers,T.E.A.Peto,J.B.Clegg,and D.J.Weatherall,“α+-Thalassemia Protects Children Against Disease Caused by Other Infections as Well as Malaria,”Proceedings of the National Academy of Sciences 94(1997):14736-41;Sarah A.Tishkoff and Brian C.Verrelli,“G6PD Deficiency and Malarial Resistance in Humans:Insights from Evolutionary Genetic Analyses,”Infectious Disease and Host-Pathogen Evolution(2004):39-74.

[15]Sharon R.Grossman,Ilya Shylakhter,Elinor K.Karlsson,Elizabeth H.Byrne,Shannon Morales,Gabriel Frieden,Elizabeth Hostetter,et al.,“A Composite of Multiple Signals Distinguishes Causal Variants in Regions of Positive Selection,”Science 327(2010):883-86.

[16]J.B.McCormick and S.P.Fisher-Hoch,“Lassa fever,”in Arenaviruses I(Berlin:Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2002);Kristian G.Andersen,Ilya Shylakhter,Shervin Tabrizi,Sharon R.Grossman,Christian T.Happi,and Pardis C.Sabeti,“Genome-Wide Scans Provide Evidence for Positive Selection of Genes Implicated in Lassa Fever,”Philosophical Transactions of the Royal Society B:Biological Sciences 367(2012):868-77.

[17]Erika Check Hayden,“Ebola's Lost Ward,”Nature 513(2014):474-77.

[18]疾病預防控制中心，“2014 Ebola Outbreak in West Africa——Reported Cases Graphs,”July 2,2015, July 7,2015);Stephen K.Gire,Augustine Goba,Kristian G.Andersen,Rachel S.G.Sealfon,Daniel J.Park,Lansana Kanneh,Simbirie Jalloh,et al.,“Genomic Surveillance Elucidates Ebola Virus Origin and Transmission During the 2014 Outbreak,”Science 345(2014):1369-72.

[19]聯合國安理會，“With Spread of Ebola Outpacing Response,Security Council Adopts Resolution 2177(2014) Urging Immediate Action,End to Isolation of Affected States,”第7268次會議，2014年9月18日。 July 8,2015);BBC News,“US Ebola Patient Thomas Duncan Dies in Hospital,”October 8,2014(accessed July 8,2015);BBC News,“Ebola:Spanish Nurse Teresa Romero ‘Worsens,’”October 9,2014(accessed July 8,2015);“2014 Ebola Outbreak in West Africa——Case Counts,”December 30,2015, February 17,2016).

[20]Elinor K.Karlsson,Dominic P.Kwiatkowski,and Pardis C.Sabeti,“Natural Selection and Infectious Disease in Human Populations,”Nature Reviews Genetics 15(2014):379-93.

[21]David Quammen,Spillover:Animal Infections and the Next Human Pandemic(New York:Norton,2012).

[22]Karlsson,Kwiatkowski,and Sabeti,“Natural Selection and Infectious Disease in Human Populations”;Adrian V.S.Hill,“Evolution,Revolution and Heresy in the Genetics of Infectious Disease Susceptibility,”Philosophical Transactions of the Royal Society of London B:Biological Sciences 367(2012):840-49.

[23]Stephen S.Morse,Jonna A.K.Mazet,Mark Woolhouse,Colin R.Parrish,Dennis Carroll,William B.Karesh,Carlos Zambrana-Torrelio,et al.,“Prediction and Prevention of the Next Pandemic Zoonosis,”Lancet 380(2012):1956-65;Quammen,Spillover;United Nations,“The World Population Situation in 2014:A Concise Report,”2014(accessed February 29,2016).

[24]Kamran Khan,Julien Arino,Wei Hu,Paulo Raposo,Jennifer Sears,Felipe Calderon,Christine Heidebrecht,et al.,“Spread of a Novel Influenza A(H1N1) Virus via Global Airline Transportation,”New England Journal of Medicine 361(2009):212-14.

[25]Lorenzo Zaffiri,Jared Gardner,and Luis H.Toledo-Pereyra,“History of Antibiotics:From Salvarsan to Cephalosporins,”Journal of Investigative Surgery 25(2012):67-77.

[26]World Health Organization,“The Top 10 Causes of Death,”fact sheet no.310,May 2014(accessed July 8,2015);United Nations Population Fund,“Annual Report 2014,” July 8,2015).

[27]Carl Nathan and Otto Cars,“Antibiotic Resistance——Problems,Progress,and Prospects,”New England Journal of Medicine 371(2014):1761-63;Glenn W.Kaatz,Susan M.Seo,Nancy J.Dorman,and Stephen A.Lerner,“Emergence of Teicoplanin Resistance During Therapy of Staphylococcus aureus Endocarditis,”Journal of Infectious Diseases 162(1990):103-8.