在經典影片《失去的週末》中，童·貝罕（由雷·米蘭飾演）對酒吧招待說：「耐特，你不贊成我喝酒，是因為它讓我的肝萎縮，是不是？它還侵蝕我的腎臟。沒錯，但是它對我的大腦呢？」現在我們來考慮酒精對肝臟和腎臟的作用，稍後再說大腦。
黑麥威士忌流過食管進入胃，貝罕感到一陣輕微的灼燒感；而後，酒精迅速通過黏膜保護屏障瀰散侵入上皮細胞，上百萬細胞死亡，他的大腦將收到細胞死亡的信號。死亡的細胞，以及那些細胞膜受傷的細胞，都會釋放創傷激素和生長因子。後者會瀰散到正在準備等待扭轉這種危機的其他細胞裡。這些參與修復的細胞位於胃壁腺窩深處。它們對這些化學信號做出反應，移動到受傷部位，迅速分裂，產生新的細胞。裸露在胃表層的細胞在幾分鐘之內就被更換——問題只是，在貝罕再次舉杯之前，這一切是否來得及。
天然的和非天然的毒素
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烈酒不過是我們接觸的眾多新的毒素之一。田地裡的害蟲現在是用殺蟲劑控制的，這在1940年以前還從未聽說過；食物儲藏室中使用有毒氣體保護穀物，防止害蟲和鼠類；有毒的化學物質，諸如硝酸鹽，被用來延長食物的保質期；許多工人吸入有毒的粉塵和煙霧；郊區別墅的主人向樹上噴灑林丹時，沒有考慮過對自己和鄰居有什麼危害；飲水裡有許多重金屬，空氣中有汽車尾氣，新裝修的房子裡有甲醛，還有來自房屋地下室的放射性元素氡（radon）——顯然，現代生活，特別是我們的食物和空氣，到處是前所未有的危險。是這樣嗎？
不盡然。雖然現代社會出現了眾多新的毒素，但是比起石器時代，甚至早期農耕社會，我們接觸到的毒素已經少多了。在關於傳染病的一章中，我們討論過病原體與人體的「軍備競賽」，植物無法逃跑，所以它們用化學武器來防身。我們都知道，許多植物是有毒的。園藝書上列出的那些有毒植物，只是最厲害的幾個代表。事實上，大多數植物都有毒。科學家直到最近才弄清楚，這些有毒物質並非副產品，而是植物對抗昆蟲和草食動物的一種重要的防禦手段。它們在自然生態環境平衡中起著關鍵作用。美國東岸生有一種羊茅，長得很快，又能抵抗害蟲。也許有人會設想，每星期讓馬來啃它一次，這樣就省了除草的麻煩，還有草料餵馬，兩全其美，對嗎？如果真這麼辦，馬很快就會病倒。成熟的羊茅草的根部有一種黴菌，它們會製造出很危險的毒素。羊茅草保護自己的辦法就是把毒素運到葉片的頂端，阻止草食動物來吃它。
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最近，少數先驅者，提姆·約翰（Timothy Johns）、布魯斯·艾美斯（Bruce Ames）和他的同事們告訴我們，植物與草食動物之間的「軍備競賽」對醫學具有重大的意義。我們特別推薦他們的著作《你需要吃的苦草藥》（With Bitter Herbs Thou Shalt Eat It），它介紹的是植物毒素在人類歷史中的作用。
這裡，我們又一次看到了「軍備競賽」，不過是發生在動物和植物之間。植物需要保護自己不被吃掉，草食動物或雜食動物又必須吃植物。石器時代，中歐某部落居民在爭奪中失去了橡樹，因為沒有橡樹芽和橡樹籽可以吃，冬季有人餓死了。橡樹芽和橡樹籽含有豐富的營養，但是，不幸的是，它們還含有鞣酸（又稱丹寧——校者注）、生物鹼和其他防禦性毒素。吃了沒有經過加工的橡樹籽的人甚至比飢餓的族人死得更快。
肉食動物可能要對付它們獵食對像產生的毒液或者其他的有毒物質，而且，它們還需要對付草食動物吃進去的微量植物毒素。上文提到的帝王斑蝶的幼蟲，吃的是馬利筋屬植物，因為特有的解毒機制，它不會被植物中致命的心臟糖甘毒害；不僅如此，它還可以利用這種毒素合成自己的毒素，使得鳥兒也不敢吃它。許多昆蟲和節肢動物用毒素和毒液來保護自己。許多兩棲類也是有毒的，尤其是那些顏色鮮艷的蛙類，亞馬孫河流域的原住民用這些蛙的毒液來製造毒箭頭。蛙類用這種強烈的色彩顯示自己是有毒的，警告捕食者不要吃它。捕食者從痛苦的經驗中學到——它們不可以用來果腹。如果你在熱帶叢林中，飢腸轆轆，寧可吃那些躲在草叢中的蛙，也不要吃那些坐在旁邊的樹枝上顏色鮮艷的蛙。
植物的毒素起什麼作用？怎樣起作用？它們的一切目的都是為了使草食動物不去吃它們。為什麼有這麼多不同的毒素呢？因為草食動物可以很快找到解毒的辦法，因此，在「軍備競賽」中植物的武器庫越來越豐富。毒素的數量之多，作用機制之豐富，頗為驚人。有些植物製造了氰化物的前體，它可能被植物裡的酶或者動物腸道中的細菌分解，釋放出真正有毒的氰化物。苦杏仁（bitter almond）就是一個特別明顯的例子；蘋果和李子的種子用的也是相同的策略，此外，還有木薯的塊根，後者是許多部落的食物。
然而，任何適應都要付出代價。植物的防禦性毒素也不例外。製造毒素需要物質和能量，而且對植物本身可能有害。一般而言，一種植物可以含有高濃度的毒素或者長得很快，但常常不能二者兼得。從草食動物的觀點看，長得快的植物組織通常都比長得慢的或者不再生長的植物組織好吃。這就是為什麼葉子比樹皮更容易被吃掉，為什麼春天的嫩葉特別容易被毛蟲咬壞的原因。
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種子常常特別有毒，因為它們一旦被損壞植物就無法繁殖後代了。不過，果實往往是鮮艷的、芬芳的、富含營養和糖分的，專門為吸引動物採食而設計的包裝——果實被動物吃掉能幫助植物散播裡面的種子。果實中所含的種子或者能被完整拋棄，如桃核；或者是能夠安全地通過消化道而被拋到遠處，如木莓果種子，動物的糞便還可以充當肥料。如果種子在準備好之前，也就是尚未成熟之前就被吃掉，整個投資就浪費了；所以許多植物製造毒素防止未成熟的果實被吃掉。因此，沒有成熟的果實酸澀難吃，因此有了俗話說的「綠蘋果引起胃痛」。花蜜也同樣是設計給動物吃的，但是植物只為有益的傳粉昆蟲製造它。花蜜是一種精心調製的雞尾酒，由糖和稀釋的毒素調成，配方是利害權衡之後的最佳方案——用來拒絕錯誤的來訪者但不阻擋正確的來訪者。
堅果反映了另一種適應方案，它們的硬殼保護它們免受侵害。另外一些，如橡樹籽，則含有高濃度的丹寧和其他毒素。雖然許多橡樹籽被吃掉，有一些被踩扁了，總有一些被松鼠埋藏在地下而有機會發芽長成新的橡樹。把橡樹籽變成人的食物需要複雜的處理過程，我們懷疑松鼠也受不了那麼多丹寧。也許，橡樹籽被埋在地下的時候可以滲出一部分丹寧。如果真是這樣，那麼松鼠不僅在收藏也在加工它們的食物，這是它們與橡樹籽的「軍備競賽」中的一個妙招。
如果你在一個不熟悉地形的野外餓了，你當尋找軟甜的果實，找那有最堅硬外殼的硬果，或者是幾乎無法取到的塊莖；避免那些未加保護的新鮮材料，例如葉片，它們多半有毒，因為它們必須保護自己，否則早就被你或者其他的動物吃光了。
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植物「軍備競賽」的升級方式有許多花樣。有些植物在受到機械損傷之前只有很少的防禦性毒素，受傷之後立即在受傷的部位和附近集攏毒素。番茄和馬鈴薯的葉片受傷之後，全身都會產生毒素（蛋白酶抑制劑）。植物沒有神經系統，但是它有電信號和激素系統，能夠把某個局部發生的事故「廣而告之」。有些白楊樹的信息交流系統更加驚人，甚至可以通知附近的樹。一片葉子受傷之後，一種揮發性化合物「甲基茉莉酸」（methyl jasmonate）從傷處揮發，可以「告知」附近的葉片分泌蛋白酶抑制劑，臨近的樹上的葉片也會發生這種反應。這類防禦通常都能使昆蟲吃後不舒服。某些特別內行的昆蟲，在進食之前會首先切斷供應葉片的主脈，使植物不能釋放出更多的毒素。於是，這場「軍備競賽」還將繼續下去。
對抗天然毒素的防禦機制
最好的防禦是迴避或者是排出毒素，這個道理我們在第3章裡討論過。我們不吃霉壞的麵包和腐敗的肉，因為它們的氣味和味道都不好。對於黴菌和細菌產生的毒素，我們有一種適應性的反胃機制。如果不小心吃了有毒物質，我們很快就會嘔吐或者腹瀉，排出它們，並且學會了以後避免吃它們。
許多吞下去的毒素可以被胃酸和消化酶分解。胃黏膜上覆蓋著一層黏液，它保護著胃免受毒素和胃酸的傷害。如果某些細胞受了侵害，損傷的效應也很短暫，因為胃壁和腸壁細胞同皮膚細胞一樣，會定期脫落更新。如果毒素已經被胃或腸吸收，它們將被血液帶到肝臟：我們的主要的解毒器官。在這裡，酶可以改造某些分子使它們變得無害，或者與某些分子結合再從膽汁排入腸道。毒素分子比較少的時候，將很快被肝細胞的受體所攝取，並迅速被肝臟的各種解毒酶處理掉。
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例如，我們依賴於硫氰酸酶（rhodanase）對付氰化物，它在氰化物上添加上一個硫原子形成硫氰化物。硫氰化物比氰化物的毒性大大降低，但它仍然會阻止甲狀腺組織正常地攝取碘，這可能會引起負荷過重的甲狀腺腫大——俗稱大脖子病（goiter）。白菜屬的許多蔬菜，包括西蘭花、花椰菜、甘藍、芥末，含有烯異硫氰酸鹽（allyl isothiocyanate）而有強烈的氣味。這是硫氰化物的一個衍生物。另一個與之相關的化合物是苯硫尿（phenylthiocarbamate, PTC），就品嚐苯硫尿的能力而言，人群裡有很大的個體差異。在關於遺傳變異的學生實驗中，許多人都嘗過含少量苯硫尿的試紙：有的人嘗不出味道，有的人能夠嘗到苦味。於是，能嘗到苦味的人就能夠避免引起甲狀腺腫大的天然物質。人群中有70%的人能夠嘗到苯硫尿的苦味；在安第斯，由於這類化合物在食物中特別常見，93%的當地居民都能嘗出苦味來。
草酸是另一種植物防禦毒素。在大黃葉中的濃度特別高，它會結合金屬離子，特別是鈣離子，形成難溶於水的草酸鈣。絕大多數尿路結石都是由草酸鈣組成的，多年來，醫生建議這些病人保持低鈣飲食。然而，1992年發表的一篇研究報告分析了45619例男病人，結果表明，攝取低鈣飲食的人是尿路結石的高危人群。這怎麼可能呢？食物中的鈣在腸道中與草酸結合變成不溶的鹽，不能被吸收；如果食物中含鈣太少，過量的草酸便會被身體吸收。如果確實像伊頓和尼爾遜所說，當前食物中的平均鈣含量只有石器時代的一半，那麼，最近越發普遍的尿路結石便有可能是這種現代環境帶來的後果——食物中的鈣太少，導致我們特別容易受過量草酸的傷害。
此外，還有幾十種類型的毒素，作用機制各不相同。毛地黃和馬利筋屬植物製造糖甘（如洋地黃），可以干擾維持心律的電脈衝信號的傳導。植物凝聚素引起血細胞凝聚而阻塞毛細血管。許多植物製造影響神經系統的物質，例如罌粟裡的鴉片，咖啡裡的咖啡因，可可葉中的可可鹼。這些物質真的有毒嗎？少量的咖啡因可以給我們帶來一種欣快的感覺，但是對老鼠來說這個劑量就要中毒了。馬鈴薯含有安定，只是劑量太小不足以使人放鬆。其他植物含有致癌物或者會引起遺傳損傷、陽光過敏、肝損害等疾病。植物與草食動物之間的「軍備競賽」產生了多種多樣、威力巨大的「化學武器」。
如果體內毒素分子太多，超過器官的負荷能力，所有的肝臟處理場所都被佔滿，將發生什麼情況？這些毒素分子不會像超級商場的購物者那樣排隊等待。過量的毒素將進入循環系統，對人體造成傷害。雖然我們的身體無法立即製造出額外的解毒酶，但人體會提高產酶能力，以應付挑戰。假如藥物誘導了這些酶的產生，它可能會加快對其他藥物的分解破壞，因而需要調整劑量。瓊斯的書中提到了一個有趣的可能性：很少接觸毒素，那麼一旦遭遇正常劑量的毒素，我們可能會措手不及。也許，如同日光灼傷，我們的身體能夠適應慢性毒素危機，但不能應付突發事件。
牛、羊都會限制它們對特定植物的進食量，從而避免了過度使用某種解毒機制。這種食物的多樣化又有利於保證獲得充分的維生素和微量營養元素，這個道理對我們也適用。如果你喜愛花椰菜，假如供應一種花椰菜，你可能會吃一些就作罷，如果既供應花椰菜又有黃瓜，你可能會吃得更多一些。許多減肥食譜的原理就是：在只有少數幾種食物供應時，我們吃得要比品種豐富時少一些。通過這種本能的食物多樣化，加上體內各種解毒酶，我們能夠降低食源毒素的危害。人類對植物毒素的解毒酶當然不如山羊或者鹿的那樣有效，那麼多樣，但是比起狗或貓的來說，還是要強多了。如果我們像鹿一樣，吃那麼多葉子和橡樹籽，我們將陷入嚴重的中毒狀態，正如同狗和貓吃了在我們看來是有益健康的涼拌沙拉之後會病倒一樣。
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我們還能通過學習關於中毒的知識來更好地保護自己。比起其他物種來，我們能夠通過閱讀認識花園或森林裡的有毒植物，而且我們的食譜是通過社會學習塑造出來的。媽媽餵我們吃的東西通常都是安全的、營養的。我們的朋友吃過又沒有發生危害的東西至少可以一試。他們避免或者不吃的東西，我們還是小心謹慎為妥。
推廣而言，我們遵循那些看似沒有什麼道理可言的文化習俗可能是十分明智的。有些社會有一種儀式要求玉米在食用之前先經過鹼的處理。你大概想像不到史前時期的少年會嘲笑年長者的這種麻煩的手續吧？但是，假如真有孩子吃了未經加工處理的玉米，他的皮膚會發生糙皮病特徵和神經病變。不過，無論是成年人，還是叛逆的少年，他們並不懂得，玉米同鹼在一起煮可以平衡氨基酸成分，並把維生素B3「煙酸」（niacin）釋放出來，從而預防糙皮病。儘管人們並不理解這種文化風俗背後的科學原理，他們的做法卻促進了健康。
史前時期，加利福尼亞的原住民主要以橡樹籽為食。橡樹籽裡的大量丹寧，既澀口又會與蛋白質緊密地結合，這些性質適於鞣制皮革而不是供人食用。前面提到，橡樹籽剛從樹上落下來的時候，有很強的毒性。我們不確定丹寧針對的是大動物、昆蟲還是黴菌，但是食物中的丹寧量如果超過8%，足以使大鼠致命。而橡樹籽中的丹寧高達9%，所以，我們不能食用未經加工的橡樹籽。加利福尼亞的印地安人把橡樹籽肉和一種紅土混合起來做麵包。紅土與丹寧有足夠強的結合力，還使麵包變得味美。另外一些部落煮橡樹籽以除去丹寧。我們的酶系統頗能配合低濃度丹寧，而且有些人喜歡茶和紅酒中的丹寧味。少量的丹寧會刺激胰蛋白酶的分泌而有助於消化。
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在人類馴服了火之後，我們的食譜也大大地擴充了。因為加熱可以破壞許多植物毒素，包括那些最強的植物毒素，所以烹調擴大了我們的食譜，那些本來使我們中毒的植物也變成了食物。海芋葉和塊根中的糖甘受熱分解，成為歐洲人早期的食物。但是，有些毒素在高溫下也是穩定的，甚至高溫烹調還會產生一些新的毒素。略微烤焦的美味烤雞含有不少有毒的亞硝胺，因此，多位權威人士建議少吃烤肉以防止胃癌。鑒於人類進行燒烤的漫長烹調歷史，我們是否已經對「燒烤毒素」發展出了特異性的防禦機制？如果能夠證明人類確實要比其他靈長類動物更加能抵抗受熱產生的毒素，那將十分有趣。
自從農業出現以來，人類不斷地栽培選育植物，以克服植物的防禦機制。漿果經過培育，刺開始減少，毒素的濃度也有所降低。瓊斯的書中描述了馬鈴薯的馴化史，這是非常有啟發性的。許多野生的馬鈴薯的毒性非常之高，這不難理解。你不妨設想一下，假如沒有這一層保護，這些含有豐富營養的馬鈴薯會是什麼命運？馬鈴薯和致命的顛茄（龍葵屬植物）本來屬於同一個科，所含的高毒性的化學物質茄鹼（solanidine）和馬鈴薯鹼（tomatidine）足以給人造成傷害。它們體內15%的蛋白質都是用來阻止消化蛋白酶的工作。儘管如此，只要控制攝入量，還是有少數野生種是可食的；如果經過冰凍，浸出毒素，再煮熟，還可以吃得更多一點。我們今天能夠放心地食用馬鈴薯，要感謝安第斯山脈的農夫在幾個世紀以來不斷地栽培選育。
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由於擔心農藥對食物帶來的污染，人們開始著手培育天然抗病蟲害的農作物。當然，這意味著我們必須增加天然毒素。一批新的抗病蟲害的馬鈴薯出現了，它們的確不需要農藥，但是後來發現，它們會使人得病，於是不得不從市場上撤下來。無疑，生病的原因就是毒素，正是安第斯山脈的農夫花了幾百年的時間選育所除掉的物質。演化生物學提示，對待新培育的抗病植物，我們要像對待人工殺蟲藥一般慎重。
新的毒素
我們討論了自然環境中廣泛存在的毒素以及我們對它們的適應過程，接下來，我們要討論新的毒素及其醫學意義。這些新的毒素，比如DDT，之所以成為一個特殊問題，並不是因為它們本身比那些天然的毒素更加有毒，而是因為它們與我們在演化過程中已經適應的天然毒素有著截然不同的化學結構。我們體內沒有準備好相應的酶來處理氯苯或者有機汞化合物。我們的肝臟對許多植物毒素早有準備，卻不知道怎樣對付這些新的毒素。此外，我們也沒有天生的傾向來避開這些新的毒素。多虧了演化的武裝，我們能夠聞出常見的天然毒素，進而避開它們。用心理學的術語講，天然毒素有誘發厭惡反應的傾向。但是，我們卻沒有什麼機制來避開人造毒素，比如，DDT就無嗅無味。我們也不知道躲避有潛在致癌危險的同位素，因為用氫或碳的放射性同位素合成的糖與普通的糖一樣甜，我們沒有天然的手段來區分它們。
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新的環境因素會引起什麼結果，殊難預料。例如，汞在填充的牙齒中可能產生什麼樣的危害？學術界有過很多回合的爭論。最近，喬治亞大學的安米·塞默（Ame Summers）及其同事發現，汞合金填充物引起了腸道內耐藥細菌數量的增多，這似乎是因為汞篩選出了耐汞基因，而耐汞基因對某些抗生素也有耐藥性。這一發現的臨床意義還不十分清楚，不過它已經暗示，新的毒素可能通過目前尚不明朗的機制影響我們的健康。
由於我們已經無法在現代環境中依靠自己的天然反應察覺有害物質，我們轉而依賴公共衛生機構去評估這類危險，並採取措施保護我們。值得注意的是，我們要避免對這些機構抱有不切實際的期望。其一，在大鼠身上得到的結論在人身上的可信度有多少？我們並不清楚；其二，對環境危害採取行動還涉及許多政治難題。不懂科學的立法人員可能通過法律禁止食物中含有任何可能致癌的物質，然而，這類物質在許多天然食物中早就存在了。相反，政治壓力還可能使某些明顯的毒素逍遙法外，從尼古丁到二英。事實上，沒有哪種食譜完全不含毒素。我們祖先的食物，像今天的食物一樣，都是權衡利弊之後的一種妥協。這是從演化的視角思考醫學得出的不太受歡迎的結論之一。
誘變劑和致畸物
誘變劑，顧名思義，是會引發基因突變的物質。它們也有可能導致癌症，或者將遺傳缺陷傳給後代。致畸物，會干擾正常組織發育，並引起新生兒缺陷。誘變劑、致畸物以及其他具有短缺效果的毒素之間並沒有截然的分界。誘變劑，比如福爾馬林、亞硝胺和電離輻射既可以馬上引起麻煩，也可以在幾年之後引起癌症或者先天性缺陷。