热度造成休克

热度太高或发热太久都对病人有害，可是发热只有坏处吗？那也未必。如果真是那样，那它又为什么在数百万年的演化中保留了下来呢？不过，发热对身体的伤害似乎确实大于它的好处：人的体温每升1度，对氧气的需求就增加约7%；这会使我们消耗更多体液，也会增加心脏和其他器官的压力。发热会削弱心智的功能，即使不危及生命，也可能引起谵妄。发热还会休克身体，所以过去的医生会故意使一些精神病人发热，作为治疗的手段。1927年的诺贝尔医学奖颁给了朱利叶斯·瓦格纳-尧雷格（Julius Wagner-Jauregg），就是因为他发现了精神病人在感染炎症之后病情会有所好转。受到这项研究的启发，1930年代的医生开始用疟疾来治疗晚期神经梅毒病人。有一位医生回忆了自己刚入行时治疗精神病人的手段：

我们用现成的工具治疗每个病人。结肠灌洗是一个办法，发热疗法也是。我们有一株疟疾病菌，是为预防注射准备的。后来我们又用了伤寒病菌。我们给病人打一针伤寒疫苗，几小时之内，他们就会恶心、呕吐和腹泻，体温也会升到104、105度（约摄氏40度）。我们这样治疗八到十周，每天两到三次。这样做能使狂乱的病人筋疲力尽。

可见这种疗法的主要目的是使病人镇定而非好转。

不过也有一些证据表明，发热能够强化免疫系统的功能。当体温升到华氏104度（摄氏40度），免疫系统中的白细胞就会加快运动。但这只是人类演化出发热反应的可能原因之一。马克维克（P. A. Mackowiak）指出，发热有时还能起到保护群体的作用：当有人轻微感染，免疫系统会略微强化，使他迅速复原；可是一旦有人感染了烈性疾病，免疫系统就会引起高烧，将他迅速杀死，以避免将疾病传染给亲属。如果发热真有这样的功效，那么照理有许多动物都会发烧才对。我们这就到动物界去找找线索。

温血动物——包括哺乳动物和鸟类——都会发烧，但冷血动物也会对感染作出反应。蜥蜴不能靠内部机制提高自己的核心体温，如果给它们注射有害的细菌，它们就会移动到较为温暖的地方。鱼类也是如此，如果在感染后无法转移，它们的死亡率就会显著上升。就连昆虫都会表现出这种行为：从马达加斯加蟑螂到美洲迁徙蝗虫，研究发现它们都会在感染后向着温暖的环境移动。

对温度的敏感和调节温度的能力为什么在动物界如此普遍？这其实也是意料中的事，因为下丘脑和脑的其他部位不同，它很早就在演化史上出现了。具体有多早？可能要追溯到五亿五千万年之前。当脊椎动物刚刚问世的时候，这些拥有骨骼和脊椎、头骨里盛着脑子的动物，就已经长出了下丘脑。

有一种动物在那个年代就是脊椎动物的近亲，到今天仍然活在世上，那是一种长2英寸（约5厘米），在沙子上挖洞生活的银色生物。这种动物学名叫文昌鱼，它没有脑和骨骼，但背部有一条神经索，包裹在一层较硬的组织内。这条神经索的一头隆起，或许可以看作是较早的脑。尼古拉斯·霍兰（Nicholas Holland）和琳达·霍兰（Linda Holland）长期在佛罗里达的水体中搜寻这种小鱼，并用现代分子生物学技术对那个隆起做了研究。他们发现，将脊椎动物的脑分成前脑、中脑和后脑的基因，同样在文昌鱼的隆起中决定着细胞分布和整体格局。看来，大自然在很久以前就已经解决了一个问题，后来又一再地使用过同样的策略。

文昌鱼和脊椎动物的相似，使它们可以一同归入脊索动物门。文昌鱼也有脑，但它的原理和我们一样吗？就在霍兰夫妇开展遗传学研究的同时，神经解剖学家瑟斯顿·拉卡里（Thurston Lacalli）也在对文昌鱼的脑做细致的分解。他将文昌鱼的那块隆起切成了五段，并研究其中神经元的连接方式。这是一项缓慢而细致的工作，就像琳达·霍兰所说：“这就好比是把一架747客机一毫米、一毫米地切开。”精细的工作带来了回报，拉卡里宣称，隆起的神经结构和脊椎动物的脑部相吻合，它的附近还有一团细胞，形成一个类似眼球的原始器官，它不能够看清物体，但是区分明暗应该没有问题。另一些细胞甚至起到了原始下丘脑的作用，指导文昌鱼游泳或者进食。也许，它们还能感受温度。

脑部结构的近似能在很大程度上解释许多物种升高核心体温的反应，但是在感染后向着温暖场所移动的行为实在太过普遍，使我们不由得要到脊椎动物之外去寻找它的源头。毕竟，就连昆虫都会在感染之后寻求温暖。如果这个机制真的如此常见，我们就很可能在果蝇中找到它的解释。果蝇是20世纪遗传学研究的长工，它们短短几天就能繁殖，吃腐烂的香蕉就能成长，用作研究对象实在再方便不过。

1930年代，研究者在果蝇身上发现了一个重要事实，它使人终于能对温度有了更加深刻的理解：果蝇体内的所有细胞都含有四对染色体，但是它们的唾液腺细胞却有一些特别。这些喉部的微小突起中精确排列着每条染色体的数千份拷贝，组成了一个巨大的副本序列。假如一条1英尺长的细线上有若干色斑，那么你不用放大镜是很难发现它们的。但是如果将5000条同样的细线并行排列，那些色斑就会组成一条条清晰可见的彩色条纹。同样的道理，普通的果蝇染色体实在太小，上面的特征很难用光学显微镜发现，但是有了它们唾液腺中这种巨大的多线染色体，其中的细微结构就能看清了。

1962年，里托萨（F.M.Ritossa）注意到了一个现象：当果蝇周围的温度比它们正常活动的温度略高时，它们的多线染色体就会发生膨胀。这个现象会持续半个小时，染色体先是膨胀到原来的两倍，然后再缩小——从经典遗传学的角度来看，就是这么回事。

然而从分子生物学的角度，又是另外一番景象。1974年，阿尔弗雷德·提西瑞斯（Alfred Tissieres）和赫歇尔·米歇尔（Herschel Mitchell）发现，染色体在膨胀的同时会产生大量新型蛋白，它们后来被称作“热休克蛋白”（heat shock protein），简称hsp。起初，这些蛋白的功能并不明确，但是在随后几年的研究中，一幅有趣的图画开始铺陈开来：为了完成细胞的工作，许多不同类型的蛋白必须以正确的方式四处移动、互相交流。要做到这一点，DNA编码就必须发布正确的化学式。不仅如此，组成蛋白的氨基酸还要以正确的方式折叠。如果没有正确的空间结构，分子之间就无法组合，甚至不能够辨认彼此。

长蛋白分子的折叠方式到今天还是一个谜。1972年的诺贝尔奖颁给了克里斯蒂安·安芬森（Christian Anfinsen），因为他证明一条蛋白质链上的氨基酸序列决定了镶嵌在细胞水溶液中的分子的大体结构。水溶氨基酸想要移动到蛋白质链外面，而不溶于水的氨基酸则尽量要避开水。长蛋白分子的折叠遵照热力学进行，它试图将外部的第一类分子和内部的第二类分子排成一线。折叠开始了，但还不足以完成。接下来还要热休克蛋白，即hsp出场。

这个机制有点像一间车身修理店，当蛋白因为一次事故而折叠变形时，类似拖车的hsp70就会将它抓住并拖进店里，接着由小小的hsp10工具修理，最后再送回细胞。Hsp60的形状像两个圆环，位置一上一下，正好固定受损的蛋白。高温会增加事故几率，因为随着温度升高，蛋白质的移动也会加快。而这些修长精密的蛋白移动得越快，它们就越容易在事故中折叠变形。我很喜欢这个修车店的比喻，但是其他科学家大多将hsp70称为“分子伴侣”，这或许是因为它们会把蛋白护送到维修点。

虽然果蝇带头揭开了一个秘密，但是制造hsp70却是许多物种具备的功能。到1970年代末，研究者已经在细菌、植物和动物体内发现了类似的蛋白，而且它们总是随着温度的升高而产生。大肠杆菌在华氏100度（约摄氏37.8度）时大量生产热休克蛋白，到了120度（约摄氏48.9度）更是只生产这种蛋白。这时的大肠杆菌已经濒临死亡，热休克蛋白却仍在努力工作。如果热休克蛋白只负责这类维修工作，那倒也挺有意思，但是事情并没有这么简单。

除了温度过高之外，还有许多环境压力会造成蛋白质在细胞中畸形或折叠异常。毒物、重金属和各种污染物都会造成破坏，有的破坏力与高温相当，有的甚至更大。70年代末，研究者发现这些入侵者都会使细胞产生hsp，这一点和温度升高时没有多少不同。由于这个应激反应在许多情况下都会出现，热休克蛋白现在也常常称为“应激蛋白”。

研究者认为，应激蛋白在人类的疾病中扮演着重要角色。例如，免疫系统会对入侵者加以识别、反击和消灭，但是在此之前可能还有一个中间步骤：入侵者先触动了应激蛋白，再由应激蛋白警告免疫系统。现在看来，应激蛋白可能也在人类的发热反应中扮演着重要角色。也许，生病时的体温升高只是促使身体生产hsp的一种手段。hsp的生产是果蝇到人类都有的一种基础反应，它也一定是发热的原因之一。

19世纪下半叶，人类发现了自身与其他人科动物的亲缘关系，并由此开始一步步认识到了生物适应机制的普遍性。20世纪中叶，人类又意识到一切生物都使用DNA和RNA编码遗传信息，弗朗西斯·克里克把这称作是“分子生物学的中心法则”。不过一开始，我们认为动物之间毕竟是有所分别的，因此不同物种的基因中包含的信息也应该是不同的。直到20世纪下半叶，基因测序才证明了我们和其他动物是何其相似，不仅与其他人科动物相似，也与青蛙、海胆、鱼类，甚至酵母细胞有不少共同之处。在我看来，对这个共性的认识称得上过去二十年来生物学的最大发现。

比如，果蝇身上有一个Hom基因，它确定了果蝇的背部构造，区分了它的前部与尾部。令人惊讶的是，遗传学家在蠕虫、水蛭、文昌鱼、小鼠和人类体内都找到了同样的基因。而且，将小鼠的Hom基因插到果蝇体内，果蝇也能正常活动。还有一个基因主宰视觉，它在果蝇和小鼠体内也几乎相同。当然，哺乳动物的透镜状眼球和昆虫的复眼是截然不同的，但是究其根本，生发出视觉的基因却是一致的。

比起身体构造或视觉，体温的调节就不太容易确认了。我们也许无法找到控制冷热的主宰基因，但这仍然是一个所有物种具备的基础功能。体温控制的根源是什么？它是如何设定的？又是如何变化的？它真的是所有物种普遍具有的吗？对这些基本的问题，我们才刚开始研究而已——它们都是值得在未来几十年中认真钻研的问题。

与此同时，我们仍在了解脑、神经、皮肤、血液和遍布全身的汗腺如何维持恒定的体温，其他动物又是如何调节体温的。在研究生物的共性之余，我们也在了解细节的差异，这两个工作是一同推进的，也应该一同推进。

人类虽然和最简单的生物有相似之处，却也和其他所有动物有着重大的差别。我们会读书、会写字、会生火，甚至还会测量火的温度。