我膝上这只年轻雌性塔斯马尼亚恶魔脖子上的爱的咬痕告诉我，她最近有过性行为。 它们也预示着一些不祥之兆：她很可能在她能够养育第一窝幼崽之前就死去。
我（琼斯）正坐在地上，抱着一只我在塔斯马尼亚东海岸的弗雷西内国家公园捕获的恶魔——那是澳大利亚大陆南部一块野性而珍贵的岛屿。 2001年，我在这里第一次目睹了一种可怕的疾病，这种疾病会导致这些有袋动物面部出现巨大的、溃烂的肿瘤，影响进食，并在感染后六个月内常规地杀死它们。 今天，弗雷西内的人口几乎消失殆尽——这反映了该动物分布范围内的普遍情况。 这种癌症最早于 1996 年在岛屿的东北角被发现，现在已知具有传染性——已使塔斯马尼亚州的恶魔种群减少了高达 95%，将这个仅在该岛上生存的物种推向了灭绝的边缘。
幸运的是，世界上大多数癌症都不是“传染性”的：您可以坐在公共汽车上的人旁边，而无需担心感染肿瘤。 一些恶性肿瘤确实源于传染性病毒或细菌。 例如，人乳头瘤病毒会导致宫颈癌。 但它的作用方式是使受感染个体中的细胞易于恶变，而不是直接将肿瘤细胞从一个人传播到另一个人。 就恶魔的疾病而言，癌细胞本身就是传染源。
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恶魔种群的迅速毁灭促使最近的研究深入探讨它们的癌症是如何变得具有传染性的，以及可以采取什么措施来阻止它。 任何听说过恶魔困境的人自然会想知道，这种肿瘤是否有一天也会在人类中变得常见。 研究人员也在思考这个问题。 简短的回答似乎是，就目前而言，胜算对我们有利，但我们的行为方式可能会颠倒这种局面。
恶魔的诅咒
除了恶魔的疾病外，野外只知道另一种可传播的癌症：犬类传播性性病肿瘤，据估计它大约在 10,000 年前进化而来。 这种疾病通过性交过程中癌细胞的转移在狗之间传播。 传染性癌症也已通过动物的实验室操作产生。 肿瘤有时可以通过器官移植或从母亲传给胎儿而在人与人之间传播。 然而，通常情况下，癌症在一个宿主体内开始和结束，因为尽管它们具有在体内造成严重破坏的强大能力，但它们会遇到许多障碍，这些障碍通常会阻止它们在个体之间跳跃。 塔斯马尼亚恶魔中传染性癌症的出现是由于一系列不幸因素的汇合。
典型的非传染性癌症在一些细胞发生基因变化后出现，这些变化使它们能够不受控制地分裂并侵入组织。 随着肿瘤的生长，它们变成由恶性和非恶性细胞组成的复杂群落。 在某个时候，这些肿块可能会超出其血液和营养供应，因此，像野生动物和植物一样，面临着从其“出生地”分散肿瘤细胞从而使癌症永久化的压力。 然后，一些细胞可能会脱落，通过血液或淋巴液传播，并在同一身体内的远处部位安家——也就是说，它们会发生转移。 通常，杀死受害者的是转移性肿瘤，而不是原发性肿瘤，从而破坏肿瘤。 这种命运使恶性肿瘤承受着以不同方式永久存在的强大压力：通过传播给他人。
然而，它们通常在每一个转折点都受到阻碍。 值得注意的是，为了使细胞从一个宿主转移到另一个宿主，这个过程必须是快速的。 细胞不适应在外界生存； 它们往往在离开身体后几分钟内就会干燥死亡。 为了被传播，癌细胞需要其原始宿主以某种方式行为，使其直接与新宿主的活组织接触。
一旦进入新的宿主，侵入的肿瘤细胞还需要逃避免疫识别。 高等动物的免疫系统有许多机制来检测和摧毁外来细胞。 例如，免疫系统战士会追捕并消除看起来与身体自身细胞不同的细胞。 来自不同生物体的细胞在其表面显示该生物体特有的蛋白质片段，类似于说“我是外来的”的旗帜，当免疫防御系统检测到这些旗帜时，它们就会猛扑过去。 这些旗帜由多种基因编码，包括高度可变的主要组织相容性复合基因。 事实上，一些生物学家认为，主要组织相容性基因是在早期脊椎动物中进化而来的，之所以变得如此多样化，主要是因为它们确保癌症不会变得可传播。
对于恶魔来说不幸的是，它们缺乏这些阻止传播的障碍。 现在折磨它们的肿瘤——官方名称为恶魔面部肿瘤疾病——通常在嘴巴附近或嘴巴内形成，这些动物经常互相咬伤，无论是在性交和战斗期间，而且通常是在脸上。 因此，它们的行为很容易将恶性细胞从一个个体传播到另一个个体，要么是通过牙齿咬伤，牙齿上覆盖着从附近肿瘤脱落的细胞，要么是通过面部肿瘤与伴侣伤口之间的直接接触。 犬类性病肿瘤也通过直接接触传播，但在这种情况下，是由于交配期间磨损生殖器接触造成的。 恶魔和犬类癌症都会随着年龄和体积的增长而变得易碎，通过允许细胞容易地从原始肿块上脱落，从而促进了传染性传播。
此外，如果一个种群的遗传多样性变得枯竭——如果大多数个体拥有高度相似的基因版本，而这些基因版本曾经在该群体中以多种、更多样化的形式存在——那么一个个体的免疫系统将很难区分来自不同个体的细胞是外来的，因此根本不会尝试攻击，或者最多只会产生微弱的免疫反应。 塔斯马尼亚恶魔的遗传多样性较低，尤其是在它们的主要组织相容性复合基因中——这可能是由于过去某个时候种群的灾难性减少以及可能来自过去的疾病挑战，这些挑战只幸存了一群具有非常相似遗传构成的动物。 犬类癌症也被认为是在一个小的、遗传受限和近亲繁殖的种群中进化而来的，要么是在一个孤立的狼群中，要么是在家养时期前后生活的一个种群中。
（在恶魔和狗身上促进传染的条件也解释了为什么癌症有时会在人类中从母亲传播给胎儿，或从器官捐赠者传播给接受者。 在这两种情况下，肿瘤细胞都会迅速从原始宿主转移到下一个宿主。 此外，胎儿的免疫系统尚未成熟，移植接受者服用抑制免疫力的药物以保护新器官免受排斥。）
基因分析表明，受感染恶魔的肿瘤源于一个早已死亡的恶魔的癌细胞； 值得注意的是，这些生长物具有某些染色体和染色体片段的明显缺失，而这些染色体和染色体片段在受害者的其他细胞中并没有缺失。 由于肿瘤的起源者早已消失，因此没有人能够确定是什么原因导致最初的突变使恶魔的癌症变得可传播。 然而，癌症可能源于面部或附近细胞中发生的突变，这是由于反复受伤和慢性炎症，这种病因被称为伤口癌变。 英格兰韦尔科姆信托基金会桑格研究所的伊丽莎白·P·默奇森在 2010 年提供了进一步的特异性； 在《科学》杂志上发表的一篇论文中，她报告说，恶魔肿瘤起源于雪旺细胞，雪旺细胞包围着中枢神经系统外的神经元。
导致恶魔面部肿瘤疾病和犬类传播性癌症变得具有传染性的多种因素可能表明，癌症在自然界中很少变得具有传染性，因为所需的条件——允许活细胞转移的密切接触，以及低遗传多样性——在自然界中几乎不会同时出现。 然而，其他观察结果表明，传染性癌症可能比通常认为的更为常见。 例如，所有鸟类和哺乳动物都会打斗和交配，许多种群高度近亲繁殖。 因此，传染性癌症可能比人们认识到的更频繁地出现，但通常不会在世界范围内长期存在——例如，因为它们会迅速杀死受感染的宿主种群，从而也杀死自己。
犬类癌症不符合这种模式，但暗示了传染性癌症可能以另一种我们不知道的方式存在。 今天，犬类肿瘤设法最初“隐藏”免疫系统，但最终系统“看到”恶性肿瘤并摧毁它们，使动物对未来的感染免疫。 其他不杀死宿主的传染性癌症可能也存在。 只有详细的基因工作，例如对犬类和恶魔肿瘤所做的工作，才能清楚地确定野生动物癌症是否确实具有传染性。
未来的展望
宿主和病原体通常在自然界中随着时间的推移而共同进化——宿主发展出控制病原体的适应性，病原体采取对策，最终两者都持续存在。 因此，我们想知道，我们是否可以看到传染性癌症与其恶魔宿主之间这种进化舞蹈的迹象，从而为这些动物找到一些希望的曙光。 我们做到了。
恶魔承受着巨大的进化压力，需要发展任何可以提高生存能力或增加繁殖的特征。 自恶魔癌症出现以来的几年里，它确实在其宿主中引发了反应：恶魔正在诉诸青少年性行为。 过去，雌性在两岁时开始繁殖，并在五到六年的生命周期中养育大约三窝幼崽； 这种疾病已将许多动物的产仔数减少到一窝。 在断奶后的最初几个月内生长得足够快的幼年雌性，如果它们在冬季来临之前就产下幼崽，就可以比通常提前一年养育一窝幼崽； 这种早期生育使它们有机会在屈服于癌症之前至少抚养一窝，甚至可能两窝幼崽。 如果有足够的时间，这种行为可能有助于维持物种数量。
与我们的博士生罗德里戈·哈米德一起，我们正在塔斯马尼亚州西北部相对孤立的地区生活的动物身上寻找其他进化迹象。 西北部的恶魔种群携带许多与更东部地区发现的版本不同的基因，而且该群体似乎更能抵抗这种疾病。 随着肿瘤首次遇到不同的基因型，它没有造成任何种群下降。 该地区的疾病流行率仍然很低，受感染的恶魔在那里携带癌症存活的时间比塔斯马尼亚州东部长得多。 我们每年多次返回西北部的几个地点，观察疾病趋势并收集组织和血液样本，我们的合作者，悉尼大学的凯瑟琳·贝洛夫和塔斯马尼亚门泽斯研究所的格雷格·伍兹帮助我们分析这些样本。 贝洛夫和伍兹分别通过研究基因和免疫反应，试图辨别任何特定的基因变异组合是否使动物的免疫系统特别擅长对抗癌症。 如果我们能够找到具有弹性的恶魔基因型，我们或许能够帮助在野生种群中传播良好的基因——例如，通过在塔斯马尼亚州的其他地区建立抗性动物——并加速该物种的恢复。
我们还在肿瘤本身中看到了进化变化。 拯救塔斯马尼亚恶魔计划（由澳大利亚和塔斯马尼亚政府支持的一项倡议）的遗传学家安妮-玛丽·皮尔斯发现，已经出现了一些菌株。 这种多样性可能是好消息，也可能不是。 一方面，一些菌株可能会进化得毒性降低。 但另一方面，不同的菌株可能会进化以克服恶魔种群中产生的任何抗性。
犬类癌症进化的历史为我们提供了一些乐观的理由。 与许多疾病一样，犬类传播性肿瘤最初可能像恶魔的肿瘤一样具有高度毒性，然后随着时间的推移与其犬类宿主共同进化，以降低毒性，从而提高肿瘤的整体成功率：也就是说，降低的毒性使宿主能够与疾病共存更长时间，并将疾病传播给更多动物。 这种模式可以解释犬类癌症如何变成今天这种通常无致命性的感染。
传染性肿瘤不仅会进化，它们还可能像寄生虫操纵其宿主的行为以增加传播一样，操纵其宿主。 犬类肿瘤会诱导雌狗产生化学物质，从而提高性接受度，从而提高癌症传播给雄性的几率。 诱导宿主攻击性的恶魔肿瘤菌株可能会被选择出来，这将提高传播率。 但也可能选择低攻击性，因为性情温和的动物不太可能打斗和被感染。 我们密切关注着恶魔及其癌症之间的进化舞蹈。
我们希望，只要有决心和足够的资源，恶魔就可以从灭绝的边缘拯救出来，使其能够继续履行其作为其分布范围内许多地区顶级捕食者的历史角色。 这些地区恶魔的丧失预计将引发生态系统中的连锁变化——例如引入的猫和狐狸的捕食增加——这可能导致其他各种物种的灭绝。 同样的模式已经导致澳大利亚大陆上几种小型有袋动物的灭绝； 塔斯马尼亚现在是它们最后的避难所。 防止恶魔灭绝的努力能否成功，将取决于我们在塔斯马尼亚州西北部学到的知识。
传染性癌症对人类构成风险吗？
鉴于人类具有巨大的遗传多样性，并且可以避免以促进肿瘤传播的方式行事，因此似乎可以安全地假设我们人类可以轻松避免塔斯马尼亚恶魔的命运。 事实上，即使一个人被受感染的恶魔或患有犬类传播性肿瘤的狗咬伤，这个人与动物的基因构成如此不同，也可能会确保强大的免疫反应能够检测和杀死入侵的细胞； 被咬伤的个体不会生病或开始将疾病传播给他人。
尽管如此，仍有理由担忧。 理论上，传染性癌症可能会在一群由于种群数量下降而遗传多样性较低的大猿（如黑猩猩、大猩猩或猩猩）中出现。 如果这些动物被许多免疫力受损的人群猎杀，密切接触可能会使肿瘤细胞转移到人类身上，然后传播开来。 在艾滋病毒感染率高的人类猎杀濒危猿类的地方，这种情况确实存在。 尽管这种情况是可能的，但我们怀疑跨物种传播并不是传染性癌症在人类中出现的最可能方式。 我们之所以持有这种观点，部分原因是自然界中没有已知的犬类癌症跨物种传播的病例——尽管该疾病已在实验室中实验性地转移到亲缘关系密切和较远的犬科动物身上。
尽管如此，人类人口的激增正在以前所未有的方式改变世界。 艾滋病毒已感染数百万人，抑制了他们的免疫系统，并导致许多曾经罕见的癌症出现。 这种情况有利于传染性癌症的进化。 免疫抑制人类中出现传染性癌症并随后进化出感染普通人群的能力的可能性非常真实。 犬类身上就发生了完全相同的模式：犬类传播性癌症在可能在一个近亲繁殖、遗传不变的种群中进化后，现在能够感染遗传变异的狗和狼种群。 犬类癌症如今通常不致命，这并不令人非常放心。 正如我们之前指出的，最有可能的是，这种疾病经历了一段对其许多宿主具有致命性的时期，就像今天的艾滋病毒一样，然后自然能够控制癌症的个体的种群扩大并占据主导地位。
恶魔癌症为生物学家提供了一个独特的机会来了解传染性癌症。 它也以最残酷的方式提醒我们人类活动对我们星球的后果。 我们正在向环境中释放大量致癌物，并且我们正在破坏世界上的野生栖息地，导致物种和遗传多样性的丧失。 全球贸易和栖息地破坏正在使人类和野生动物与他们以前从未遇到过的病原体接触。 因此，我们可以预料到野生动物中会出现更多种类的新型癌症，包括传染性的和由病毒和其他病原体引起的癌症。 这些恶性肿瘤甚至可能跳跃物种——甚至传播给人类。