癌症竟然和寒武紀大爆發有關

導讀：癌症學家有一個困惑：為什麼會有癌細胞?動物幹嘛要演化出“癌症體質”?

癌症學家有一個困惑：為什麼會有癌細胞?動物幹嘛要演化出“癌症體質”?

生物學家有一個謎題：為什麼有寒武紀生物大爆發?多細胞動物為何突然出現?

一個新理論綁定了二者：癌症或許是多細胞動物繁榮昌盛的副產品。

大約5.4億年前到5.3億年前的寒武紀地層中一下子出現了各種無脊椎動物化石，這被稱為寒武紀大爆發。關於寒武紀大爆發有各種解釋，它也成為了古生物學和地質學上的一大懸案。

最近，瑞典隆德大學的跨學科團隊在最新一期《自然·生態學與演化》上提出了一個關於寒武紀大爆發的新假說。他們通過腫瘤研究提出，寒武紀大爆發緣於多細胞生物的一種特殊能力，而非含氧量增加等外部條件的變化。

　　氧氣增加導致寒武紀大爆發講不通

大約40億年前，生命誕生在地球上，但距今5億—6億年前，多細胞動物才出現，並迅速演變出各色門類。

關於寒武紀大爆發，一種假說認為，那是因為大氣中的氧氣濃度增加，可以支持更複雜的、體型更大的動物。但有證據顯示：寒武紀之前氧氣就劇烈增加了。還有研究者指出，簡單的動物需要的氧氣含量低到令人驚訝。

瑞典隆德大學的古生物學家埃瑪·哈馬倫德博士在電子郵件中告訴科技日報記者，按照傳統的“高氧導致大爆發”假說，“很難理解動物在氧氣濃度上升前是什麼形態。它們是怎麼準備和等待的呢?雖然小但是所有組織都在準備變厚?不，不大可能。而且沒有證據支持高氧假說。證據顯示寒武紀之前就有了足夠多的氧氣，寒武紀時氧氣沒變化。”

　富氧一開始反而威脅了多細胞生命

哈馬倫德博士聯繫了隆德大學的腫瘤生物學家史萬帕曼教授，後者研究了20年缺氧與腫瘤的關係;隆德大學的腫瘤生物學家史特定博士也加入進來。他們想要測試腫瘤的一種本事，是否與寒武紀大爆發有關?

“幹細胞特性”對於所有多細胞生命至關重要。 “幹細胞”是能發育成多種功能細胞的“樹幹”細胞。我們都是由從受精卵變成的胚胎幹細胞一步步分裂出來的，我們的一生中都有乾細胞變成功能細胞。例如，小腸壁細胞每2—4天就要更換一次，這就要靠幹細胞分裂。

“缺氧被認為是對生命的一種威脅，但是我們忘記了，在精確時間和條件下，缺氧是多細胞生命的先決條件。我們的干細胞，也就是形成新組織的細胞，對氧氣極其敏感。”史萬帕曼解釋說。

而多細胞生命能操縱一種“愚弄”細胞的蛋白質，讓細胞在高氧環境中以為自己是缺氧的，從而維持幹細胞特性。這種機制規避了高氧給幹細胞帶來的負面影響。而史萬帕曼牽頭的研究小組觀察到，癌細胞可以劫持這一機制，因此儘管腫瘤處於高氧環境，但仍可在“假缺氧”環境下維持幹細胞特性。

“我們翻轉了傳統的觀點：低氧對動物細胞一般沒有問題，高氧的環境則會對複雜的多細胞體系構成根本性的挑戰，如果沒有額外的工具，氧化環境會使組織特異性幹細胞成熟得太早。”史萬帕曼說。

　　癌症或是寒武紀生物超能力的失控

哈馬倫德告訴科技日報記者，她開始關注腫瘤與寒武紀大爆發的關係，有3個契機：“第一，我有家人和同事得了癌症，所以我開始聽癌症科學的新聞，讀到了萊恩威弗和戴維斯的腫瘤體現演化的觀點;第二，我參加了一個地質學家和生物學家的會議，感到我們被困在舊模式中，而沒有增進(對寒武紀大爆發的)理解;第三，有位微生物學家教會我：地質學家無法重現的事，微生物學家可以在實驗室重現，所以我需要回到實驗室研究多細胞生物的崛起。”

哈馬倫德等人可以說是另闢蹊徑，他們的假說與地質生物學觀測結果吻合：寒武紀之前很早的時候，地球上已存在足夠的氧氣。寒武紀動物成功的關鍵，就是癌細胞利用的這種機制這一視角下，癌症是我們生活在高氧環境下的一個演化副產品。

哈馬倫德和史萬帕曼都感到驚訝：之前沒人想過含氧環境與更新組織的矛盾。 “當然，很多人會直覺地不同意，但是一旦你重新考慮氧氣的角色，將它看作是影響幹細胞特性、有礙組織更新的物質，那麼來自不同領域的令人困惑的觀察就融會貫通了。”史萬帕曼說。

“當我們想到，高氧而非低氧是一個挑戰。那確實是一個’Eureka(我發現了)’的時刻。”哈馬倫德告訴記者，在新視角下，“癌症是一種特別有用的能力的後果;當這種能力受控時，它幫助我們在富氧環境下活得更長，但失控就會導致腫瘤。”