真问真答：为什么会有疾病｜大象公会

在进化的强大驱动下，生命现象已经给我们展示了无穷无尽的适应奇迹，从地下 5000 米的深层油井，到大气层对流层顶端，从火山口的剧毒沸水，到南极冰盖下的高压冰湖，除了活火山口，都有生物怡然滋生。在我们看来，生命几乎完成了理化基础能够允许的每一个挑战，只有一个例外：疾病。

斑头雁可以在翻越珠峰的时候承受地表 30%的低氧气浓度

庞贝蠕虫可以在深海 80℃以上的热液喷口中蓬勃生长

水熊虫即便历经真空脱水也能幸存下来

我们将生命因为某种原因离开稳态，并因此失去正常机能的现象称为疾病，然后懊恼地发现世界上从来没有逃离了疾病的生命。尽管生命进化出了数不清的应对措施，包括越来越复杂的免疫系统和稳态调节，却永远是道高一尺魔高一丈，仅以传染病来说，地球上凡是有细胞构成的生物都能被某种病毒感染，无一例外。

人类的免疫系统非常强大，在整个动物界首屈一指，结果非但没有杜绝疾病，反而自己也会爆发种种自身免疫系统疾病——比如风湿性关节炎

所以为什么在其它地方如此了得的进化，却不能找到一套万全之策，抵挡住所有疾病的进攻？

这个问题如果在生物学内部回答，就将是一个利维坦般的宏大难题，每一个物种乃至每一个个体，都有自己的特殊情况，正是这些特殊情况击溃了生物体内原本稳健的运作流程——然而如果跳出生物学，在更加一般的情境下讨论这个问题，就会清晰很多：是否存在一套可以处理所有情况的确定流程？

这就变成了一个数学问题，而且是一个相当经典的数学问题——大卫·希尔伯特在上世纪 20 年代提出的“希尔伯特计划”（Hilbert's program）。

大卫·希尔伯特（David Hilbert，1862-1943），因提出不变量理论、公理化几何、希尔伯特空间等重要思想而被尊为世纪之交最伟大的数学家之一

这个野心勃勃的计划非常恢弘，简单地说，希尔伯特试图将所有的数学命题，无论代数、几何、微积分、拓扑、群论……统统都用同一套符号系统表示出来，再给这个符号系统制定详尽完备的推演规则，那么所有的数学证明就全都变成了符号的推演——用今天的观点来看，就是要用计算机解决所有数学问题。

具体理解这项计划非常困难，但这里可以举个简单的例子：比如“1 是自然数”，就可以形式化地写作“e ∈ S”；而“1 是最小的自然数”就要写作“(∀ a ∈ S)( f(a) ≠ e )”

这个计划看上去与生命活动毫无瓜葛，实则恰恰相反——地球上的每一个细胞在所有生命活动里的实际行为，都等价于一台计算机处理数据：

DNA 等价于存储器，其中预存了所有的程序；

从 DNA 到 RNA 的转录过程等价于中央处理器的提取，在程序中找到指令；

从 RNA 到蛋白质的翻译过程等价于中央处理器的解码，让指令呈现出意义；

翻译产生了种类繁多的蛋白质，它们形成复杂的空间构型，用化学键等各种相互作用操控各种分子，这等价于中央处理器执行指令，处理各种数据；

最后，蛋白质的工作会通过各种反馈机制影响这整个过程，这就相当于中央处理器的写回，根据既有操作执行下一次运算。

图灵机的提取和 RNA 的转录

特别重要的是，这种等价并非某种“比喻”，而是严格意义上的等同——首先基本的，任何化学反应都是不同参数的化学键连接和断裂，这就把上述细胞活动还原成了参数运算；其次关键的，这种细胞生化机制和计算机中程序系统一样，都是蕴含了自然数的一阶逻辑系统，而任何这样的逻辑系统都互相等价。

一个细胞是这样，一个完整的宏观生命也是这样，虽然后者并非前者的简单累加，但实际需要完成的一切生命活动，包括对抗疾病的稳态调节、再生功能和免疫功能，都要追溯到同样的一阶逻辑系统中去。这样一来，我们就抵达了一处美妙的境地：如果希尔伯特计划成功，计算机就能解决所有数学问题；地球上的细胞生物也同样能进化出一套万全之策，抵挡所有可能的疾病。

但希尔伯特计划很快就破产了。

库尔特·哥德尔（Kurt Friedrich Gödel，1906-1978），数学家、逻辑学家和哲学家，另一个伟大的数学家

1931 年，库尔特·哥德尔证明并发表了两条定理，其中一条被称为“哥德尔不完备定理”，这条定理在元数学和数学之间展开，起证明过程可谓精妙绝伦，这里仅将其论证粗浅地转述出来：

任何蕴含自然数的一阶逻辑系统，如果没有矛盾，就不能导出所有真命题；如果能导出所有真命题，就必然有矛盾。

面向一般读者，有一本专门的小册子，《哥德尔证明》（Gödel’s Proof），深入浅出地描述了哥德尔的证明方法，非常值得大众数学爱好者阅读

对应到现实世界，那么无论计算机还是细胞生物，要么不能解决所有问题，要么根本不存在，这就像自然界可以找到无穷多个平面，但无论在哪个平面上，都不会有内角和为 290°的三角形——“数学上行不通”，就是这个问题的根本答案了。

当然，正如一开头就已经提到的，生命现象极其复杂，在生物学内部对疾病的讨论永无止尽，即便暂且忘却数学上的裁决，有些更加实际的问题也妨碍了“万全之策”的产生。

一种最常见的情况是“完全之策”并不像它听上去那样有用，某种基因能否在种群中扩散取决于它对有效繁殖的价值，而非个体存活的价值，换句话说，通常的个体只要能活到繁殖年龄就可以了，之后病不病、死不死都无所谓。

这些披着鲜红婚姻色的鲑鱼正在赶赴自己的出生地完成一生中的第一次繁殖——也是最后一次繁殖，它们没有足够的力气返回海洋，全都会死在溪流中

仅此一条，就已经让万全之策在绝大多数物种中毫无意义，但的确还有一些生物不是这样。某些物种的繁殖能力与寿命正相关，比如多年生植物年龄越大结实越多，许多r策略的硬骨鱼也是年龄越大产卵越多；同时还有一些物种的后代生存能力与亲代的寿命正相关，比如非洲象的女首领掌握了水源的位置，逆戟鲸的母亲能传授捕猎的技巧，爷爷奶奶可以帮着带孙子。

非洲象群中的女首领掌握了水源的位置，这种宝贵的经验决定了象群能否在一年一度的旱季中幸存下来

万全之策对这些物种来说都很有价值，然而这些生物还面临着另外一个问题：一种性状在某些情况下是疾病，但在另外一些情况下就是优良的适应性，最耳熟能详的例子就是镰刀型红血球病——它的纯合子会让患者发生致命的贫血，但杂合子能抵御疟原虫感染，所以在疟疾肆虐的地区，镰刀型红血球病有着殊高的发病率。类似的还有糖尿病，一些近年提出的观点认为，在人类诞生的更新世，地球更加寒冷，而更高的血糖浓度有助于机体抗冻。

所以在最后，我们又回到了那个老生常谈的原则：进化是随机突变和自然选择，并不能有预见性地开发任何宏大的项目，而只能产生一次又一次地发布系统更新。

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