主题：【妖道瞎侃】浅谈进化――从细菌的抗药性谈起 -- 水风

要想深入地了解一个生物个体是如何进化的，我们必须要了解这个个体是如何进行它的基本运转的。然后才可以了解一个改变对于这个个体的影响。

一个细菌，或者说一个细胞在更大意义上更像一个梦想中的乌托邦社会。这里没有一个闲人，所有的成分，无论是蛋白质，核酸和各种碳水化合物，都在辛勤的运作。这个社会的运转是根据有着接受外部信号能力的蛋白传来的信息决定的。如果外面的环境安全，食物养分充足，那么这个社会就会向着扩增方向发展，整个细胞全力制造可以扩充的各种组分，直到达到一个临界点，然后，这个细胞内的一个信号感受器就会被触动，向决策中心报道，我们的人口已经达到100万蛋白质的规模，请求进入细胞分裂模式。进入分裂模式之后，细胞转而生产用于分裂的各种蛋白，并完成信息中心的复制工作。当信息中心复制完成之后，细胞进入调整阶段，将各种设备该保护的保护，该打包的打包，这个步骤完成之后，才进入正式的分裂状态。分裂时，生产几乎停顿下来了，因为各种设备都被打包和保护起来了。分裂完成之后，将各种物质和资源恢复原样，然后又开始生产扩增。

如果外界的环境有变化，那么根据信号蛋白传来的信息，细胞决定向什么方向发展或者采取什么措施来应付这个变化。比如说遇到了抗生素，那么因为这种东西对于人类的细胞的影响比较小，人体内的细胞基本上可以维持原来的生活节奏。但是对于细菌来说，这些讨厌的东西严重影响了细菌的正常扩增生活节奏。那么细菌就要想个法子来应付这样的局面。

以一个正常的细菌为例，在营养充足，没有外来威胁的情况下，每分钟的生产总能力有1万个蛋白。在这10000个蛋白里面，有30%的要用于替换已经磨损不能再使用的老蛋白，有60%用于生产新的组分，来维持扩增性的生产方式。有5%用于各种信号探测用途，还有5%可以来生产一些对于扩增性生产并不是很重要的组分，比如说一些可用于抵抗抗生素的蛋白，等等。而我们假定5%的生产能力生产出来的蛋白可以抵抗几千单位的抗生素。

在正常的环境下，这种生产力分配方式应该说是最理想的。因为，这种分配方式既具有保守性又具有扩张性，可以兼顾生产和防卫。设想一个细菌个体完全抛弃了对于扩增性生产无用的东西，那么这个全力扩增的细菌可以有31%的蛋白用于替换， 62%的蛋白用于生产新组分。相对于同类，其速度只增加了3.3%，这个数字对于整个生产速度几乎是微不足道的。但是一旦有其他的因素影响，这个细菌很可能被打个措手不及。因为从外来抗生素被检测到到起作用，时间差往往只有几秒钟。而从头生产一种全新的蛋白，需要至少几分钟。几千单位的抗生素绝对可以把没有保护的细菌干掉，这段时间足够这个细胞死好几次了。而一直维持住生产这种可对抗抗生素的蛋白的细菌，从检测到大量生产出的第一批，只需要一分钟多一点。如果可以抗住第一波抗生素，这个细菌很可能就会生存下来。

因此，人们对此的对策就是大大超过正常的剂量。比如说几万单位，让这种细菌5%的生产能力生产出来的蛋白根本就抗不住第一波抗生素。但是，要注意到，并不是所有的细菌都会按照所谓的最佳组合方式来生存。有一些细菌，忧患意识很强，他们往往会把自己的生产能力的一大部分用于生产可抵抗抗生素的蛋白，而只留下很小的份额给扩增。比如说30%的扩增生产，30%左右的用于生产对抗抗生素的蛋白。30%用于替换的蛋白这个绝对不能消减，消减了细菌整个生产机器就会停下来。谈何跟抗生素斗争呢。30%的用于扩增，就意味着只有同类的一半的生长速度，每一代所需要的时间加倍。咋看起来好像没有什么，但是时间一长就可以发现问题了。在正常的第二代时，其他的细菌已经有了四个后代，而这个只有两个。到了第四代时，16：4，第六代，64：8，到了第20代就是1012：1。在正常的情况下，这种把气力用来防止抗生素的细菌，在野外生存的情况下，很快就会被其他的细菌所压倒。但是在人体内部，有着大剂量抗生素的情况下，那些快速生长的都死翘翘了，这种生长得慢的反而会生存下来，只要生存下来，就有机会翻板。

于是人们再一次提高抗生素的剂量，到压倒性。比如说几十万单位。让细菌只有全力生产抗生素蛋白才能抗的过去，甚至全力生产也扛不过去。这样就根本没有扩增。而没有扩增也意味着很快就会被消灭掉。听起来这个策略实在是不错，也在绝大多数的临床应用中被证明是有作用的。但是越来越多的病例说明，这种方法也不管用了。那么是什么在作怪呢？

作怪的不是别的，就是抗药性的累积和变异。这也正是自然选择的作用。我们都知道每一个体都几乎是不完全一致的，正如世间没有完全一样的两片叶子一样，世间也没有两个完全一样的细菌。在一群细菌中，每一个都有自己独特的特点。而这样的每一个特点都是有一个或者几个基因所控制的，就像以前我们谈到的抗药性可以有多种方式来完成一样。而这多种方式也是有多个基因来控制的。换句话说，就是两个看起来完全一致的细菌，其实并不一样，他们两个基因组有着或多或少的区别。如果你把他们的特性一条条的仔细分析下去，总会发现不一样的地方。

这么说来，假定我们有十亿个细菌，其中有20个细菌因为某种原因获得了抗抗生素的特性。当然，这些特性可以是一样的，也可以是不一样的。在经过了低浓度的某种抗生素处理之后，只有这20个细菌活了下来。然后他们开始增殖，产生很多的后代。很快，我们又有了十亿个细菌。这个时候，我们用低浓度的抗生素处理，是不会再有作用的，因为所有的都具有了抗性。但是我们用高浓度的抗生素的时候，绝大多数的会死掉。但是其中的小部分，就像一开始的20个细菌，已经具有了抗高浓度的特性。而这些抗高浓度的特性，并不是一开始就已经具有了的，而是在第一代抗性的基础上获得的。这就出现了第二代抗性。如果我们继续提高抗生素的浓度，那么在第二代中，也会出现某些具有超级抗性的个体，这些个体可以继续存活下来。然后，我们换一种抗生素，经过一代， 二代，很快就会发展出来扛两种抗生素的超级细菌。就这样，经过一代代的变化，最终可以发展出来具有超级多种抗性的细菌，几乎所有的抗生素都对他无效了。

这就是进化的本质，当遇到外界的生存压力，在众多的个体中，总会有几个可以脱颖而出。而这些幸存者将保持住他们得以生存的基因信息，并在后代中进化出优化的抗性，成为超级的细菌。细菌就是这样一代代传承下来的。所有的失败者都已经死了，带走了不仅仅是失败者的肉体，还有编码他们的遗传信息。只有成功者才可以生存下来。其实从抗生素开始应用的那一天起，超级菌株的出现已经成为了必然。因为，虽然抗生素是应用在人体或者牲畜上面。但是总有低含量的残留在容器或者器具上面。而这些容器或者器具则将这些抗生素传播开来，在自然界里面产生第一步的筛选。

我们已经说过，在正常情况下，带抗药性的细菌是竞争不过不带抗药性的细菌的。即使有带抗药性基因的细菌出现，因为两种细菌产生后代的差异，那个基因也会淹没在正常的没有抗性的基因中。但是因为我们滥用抗生素，最终导致了抗生素的大量传播，从而使整个自然选择向带有抗生素基因的方向倾斜，也就造出了越来越多的超级细菌。抗生素的滥用只不过是将这个过程加快了多。

唯一的救药就是尽量减少抗生素的使用，这样将自然选择的方向重新拨回原有的方向，让自然选择将不带抗药性作为优势选择，来逐步降低代抗药基因的细菌在种群中所占的比例。但是，已经产生的抗药性基因，是很难被清除掉的。还记得我们计算出来的一般的细菌只有3。3%的生长速度优势，要想一般细菌压倒性的占优势，恐怕需要非常多的时间。以现在抗与不抗的各占一半为例，要想将这不抗的细菌达到90%为例，需要几百年，甚至几千年的时间。这些带抗药性基因的细菌将顽强的生活在我们的周围

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