我膝上這隻年輕雌性塔斯馬尼亞惡魔脖子上的愛的咬痕告訴我，她最近有過性行為。 它們也預示著一些不祥之兆：她很可能在她能夠養育第一窩幼崽之前就死去。
我（瓊斯）正坐在地上，抱著一隻我在塔斯馬尼亞東海岸的弗雷西內國家公園捕獲的惡魔——那是澳大利亞大陸南部一塊野性而珍貴的島嶼。 2001年，我在這裡第一次目睹了一種可怕的疾病，這種疾病會導致這些有袋動物面部出現巨大的、潰爛的腫瘤，影響進食，並在感染後六個月內常規地殺死它們。 今天，弗雷西內的人口幾乎消失殆盡——這反映了該動物分佈範圍內的普遍情況。 這種癌症最早於 1996 年在島嶼的東北角被發現，現在已知具有傳染性——已使塔斯馬尼亞州的惡魔種群減少了高達 95%，將這個僅在該島上生存的物種推向了滅絕的邊緣。
幸運的是，世界上大多數癌症都不是“傳染性”的：您可以坐在公共汽車上的人旁邊，而無需擔心感染腫瘤。 一些惡性腫瘤確實源於傳染性病毒或細菌。 例如，人乳頭瘤病毒會導致宮頸癌。 但它的作用方式是使受感染個體中的細胞易於惡變，而不是直接將腫瘤細胞從一個人傳播到另一個人。 就惡魔的疾病而言，癌細胞本身就是傳染源。
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惡魔種群的迅速毀滅促使最近的研究深入探討它們的癌症是如何變得具有傳染性的，以及可以採取什麼措施來阻止它。 任何聽說過惡魔困境的人自然會想知道，這種腫瘤是否有一天也會在人類中變得常見。 研究人員也在思考這個問題。 簡短的回答似乎是，就目前而言，勝算對我們有利，但我們的行為方式可能會顛倒這種局面。
惡魔的詛咒
除了惡魔的疾病外，野外只知道另一種可傳播的癌症：犬類傳播性性病腫瘤，據估計它大約在 10,000 年前進化而來。 這種疾病透過性交過程中癌細胞的轉移在狗之間傳播。 傳染性癌症也已透過動物的實驗室操作產生。 腫瘤有時可以透過器官移植或從母親傳給胎兒而在人與人之間傳播。 然而，通常情況下，癌症在一個宿主體內開始和結束，因為儘管它們具有在體內造成嚴重破壞的強大能力，但它們會遇到許多障礙，這些障礙通常會阻止它們在個體之間跳躍。 塔斯馬尼亞惡魔中傳染性癌症的出現是由於一系列不幸因素的匯合。
典型的非傳染性癌症在一些細胞發生基因變化後出現，這些變化使它們能夠不受控制地分裂並侵入組織。 隨著腫瘤的生長，它們變成由惡性和非惡性細胞組成的複雜群落。 在某個時候，這些腫塊可能會超出其血液和營養供應，因此，像野生動物和植物一樣，面臨著從其“出生地”分散腫瘤細胞從而使癌症永久化的壓力。 然後，一些細胞可能會脫落，透過血液或淋巴液傳播，並在同一身體內的遠處部位安家——也就是說，它們會發生轉移。 通常，殺死受害者的是轉移性腫瘤，而不是原發性腫瘤，從而破壞腫瘤。 這種命運使惡性腫瘤承受著以不同方式永久存在的強大壓力：透過傳播給他人。
然而，它們通常在每一個轉折點都受到阻礙。 值得注意的是，為了使細胞從一個宿主轉移到另一個宿主，這個過程必須是快速的。 細胞不適應在外界生存； 它們往往在離開身體後幾分鐘內就會幹燥死亡。 為了被傳播，癌細胞需要其原始宿主以某種方式行為，使其直接與新宿主的活組織接觸。
一旦進入新的宿主，侵入的腫瘤細胞還需要逃避免疫識別。 高等動物的免疫系統有許多機制來檢測和摧毀外來細胞。 例如，免疫系統戰士會追捕並消除看起來與身體自身細胞不同的細胞。 來自不同生物體的細胞在其表面顯示該生物體特有的蛋白質片段，類似於說“我是外來的”的旗幟，當免疫防禦系統檢測到這些旗幟時，它們就會猛撲過去。 這些旗幟由多種基因編碼，包括高度可變的主要組織相容性複合基因。 事實上，一些生物學家認為，主要組織相容性基因是在早期脊椎動物中進化而來的，之所以變得如此多樣化，主要是因為它們確保癌症不會變得可傳播。
對於惡魔來說不幸的是，它們缺乏這些阻止傳播的障礙。 現在折磨它們的腫瘤——官方名稱為惡魔面部腫瘤疾病——通常在嘴巴附近或嘴巴內形成，這些動物經常互相咬傷，無論是在性交和戰鬥期間，而且通常是在臉上。 因此，它們的行為很容易將惡性細胞從一個個體傳播到另一個個體，要麼是透過牙齒咬傷，牙齒上覆蓋著從附近腫瘤脫落的細胞，要麼是透過面部腫瘤與伴侶傷口之間的直接接觸。 犬類性病腫瘤也透過直接接觸傳播，但在這種情況下，是由於交配期間磨損生殖器接觸造成的。 惡魔和犬類癌症都會隨著年齡和體積的增長而變得易碎，透過允許細胞容易地從原始腫塊上脫落，從而促進了傳染性傳播。
此外，如果一個種群的遺傳多樣性變得枯竭——如果大多數個體擁有高度相似的基因版本，而這些基因版本曾經在該群體中以多種、更多樣化的形式存在——那麼一個個體的免疫系統將很難區分來自不同個體的細胞是外來的，因此根本不會嘗試攻擊，或者最多隻會產生微弱的免疫反應。 塔斯馬尼亞惡魔的遺傳多樣性較低，尤其是在它們的主要組織相容性複合基因中——這可能是由於過去某個時候種群的災難性減少以及可能來自過去的疾病挑戰，這些挑戰只倖存了一群具有非常相似遺傳構成的動物。 犬類癌症也被認為是在一個小的、遺傳受限和近親繁殖的種群中進化而來的，要麼是在一個孤立的狼群中，要麼是在家養時期前後生活的一個種群中。
（在惡魔和狗身上促進傳染的條件也解釋了為什麼癌症有時會在人類中從母親傳播給胎兒，或從器官捐贈者傳播給接受者。 在這兩種情況下，腫瘤細胞都會迅速從原始宿主轉移到下一個宿主。 此外，胎兒的免疫系統尚未成熟，移植接受者服用抑制免疫力的藥物以保護新器官免受排斥。）
基因分析表明，受感染惡魔的腫瘤源於一個早已死亡的惡魔的癌細胞； 值得注意的是，這些生長物具有某些染色體和染色體片段的明顯缺失，而這些染色體和染色體片段在受害者的其他細胞中並沒有缺失。 由於腫瘤的起源者早已消失，因此沒有人能夠確定是什麼原因導致最初的突變使惡魔的癌症變得可傳播。 然而，癌症可能源於面部或附近細胞中發生的突變，這是由於反覆受傷和慢性炎症，這種病因被稱為傷口癌變。 英格蘭韋爾科姆信託基金會桑格研究所的伊麗莎白·P·默奇森在 2010 年提供了進一步的特異性； 在《科學》雜誌上發表的一篇論文中，她報告說，惡魔腫瘤起源於雪旺細胞，雪旺細胞包圍著中樞神經系統外的神經元。
導致惡魔面部腫瘤疾病和犬類傳播性癌症變得具有傳染性的多種因素可能表明，癌症在自然界中很少變得具有傳染性，因為所需的條件——允許活細胞轉移的密切接觸，以及低遺傳多樣性——在自然界中幾乎不會同時出現。 然而，其他觀察結果表明，傳染性癌症可能比通常認為的更為常見。 例如，所有鳥類和哺乳動物都會打鬥和交配，許多種群高度近親繁殖。 因此，傳染性癌症可能比人們認識到的更頻繁地出現，但通常不會在世界範圍內長期存在——例如，因為它們會迅速殺死受感染的宿主種群，從而也殺死自己。
犬類癌症不符合這種模式，但暗示了傳染性癌症可能以另一種我們不知道的方式存在。 今天，犬類腫瘤設法最初“隱藏”免疫系統，但最終系統“看到”惡性腫瘤並摧毀它們，使動物對未來的感染免疫。 其他不殺死宿主的傳染性癌症可能也存在。 只有詳細的基因工作，例如對犬類和惡魔腫瘤所做的工作，才能清楚地確定野生動物癌症是否確實具有傳染性。
未來的展望
宿主和病原體通常在自然界中隨著時間的推移而共同進化——宿主發展出控制病原體的適應性，病原體採取對策，最終兩者都持續存在。 因此，我們想知道，我們是否可以看到傳染性癌症與其惡魔宿主之間這種進化舞蹈的跡象，從而為這些動物找到一些希望的曙光。 我們做到了。
惡魔承受著巨大的進化壓力，需要發展任何可以提高生存能力或增加繁殖的特徵。 自惡魔癌症出現以來的幾年裡，它確實在其宿主中引發了反應：惡魔正在訴諸青少年性行為。 過去，雌性在兩歲時開始繁殖，並在五到六年的生命週期中養育大約三窩幼崽； 這種疾病已將許多動物的產仔數減少到一窩。 在斷奶後的最初幾個月內生長得足夠快的幼年雌性，如果它們在冬季來臨之前就產下幼崽，就可以比通常提前一年養育一窩幼崽； 這種早期生育使它們有機會在屈服於癌症之前至少撫養一窩，甚至可能兩窩幼崽。 如果有足夠的時間，這種行為可能有助於維持物種數量。
與我們的博士生羅德里戈·哈米德一起，我們正在塔斯馬尼亞州西北部相對孤立的地區生活的動物身上尋找其他進化跡象。 西北部的惡魔種群攜帶許多與更東部地區發現的版本不同的基因，而且該群體似乎更能抵抗這種疾病。 隨著腫瘤首次遇到不同的基因型，它沒有造成任何種群下降。 該地區的疾病流行率仍然很低，受感染的惡魔在那裡攜帶癌症存活的時間比塔斯馬尼亞州東部長得多。 我們每年多次返回西北部的幾個地點，觀察疾病趨勢並收集組織和血液樣本，我們的合作者，悉尼大學的凱瑟琳·貝洛夫和塔斯馬尼亞門澤斯研究所的格雷格·伍茲幫助我們分析這些樣本。 貝洛夫和伍茲分別透過研究基因和免疫反應，試圖辨別任何特定的基因變異組合是否使動物的免疫系統特別擅長對抗癌症。 如果我們能夠找到具有彈性的惡魔基因型，我們或許能夠幫助在野生種群中傳播良好的基因——例如，透過在塔斯馬尼亞州的其他地區建立抗性動物——並加速該物種的恢復。
我們還在腫瘤本身中看到了進化變化。 拯救塔斯馬尼亞惡魔計劃（由澳大利亞和塔斯馬尼亞政府支援的一項倡議）的遺傳學家安妮-瑪麗·皮爾斯發現，已經出現了一些菌株。 這種多樣性可能是好訊息，也可能不是。 一方面，一些菌株可能會進化得毒性降低。 但另一方面，不同的菌株可能會進化以克服惡魔種群中產生的任何抗性。
犬類癌症進化的歷史為我們提供了一些樂觀的理由。 與許多疾病一樣，犬類傳播性腫瘤最初可能像惡魔的腫瘤一樣具有高度毒性，然後隨著時間的推移與其犬類宿主共同進化，以降低毒性，從而提高腫瘤的整體成功率：也就是說，降低的毒性使宿主能夠與疾病共存更長時間，並將疾病傳播給更多動物。 這種模式可以解釋犬類癌症如何變成今天這種通常無致命性的感染。
傳染性腫瘤不僅會進化，它們還可能像寄生蟲操縱其宿主的行為以增加傳播一樣，操縱其宿主。 犬類腫瘤會誘導雌狗產生化學物質，從而提高性接受度，從而提高癌症傳播給雄性的機率。 誘導宿主攻擊性的惡魔腫瘤菌株可能會被選擇出來，這將提高傳播率。 但也可能選擇低攻擊性，因為性情溫和的動物不太可能打鬥和被感染。 我們密切關注著惡魔及其癌症之間的進化舞蹈。
我們希望，只要有決心和足夠的資源，惡魔就可以從滅絕的邊緣拯救出來，使其能夠繼續履行其作為其分佈範圍內許多地區頂級捕食者的歷史角色。 這些地區惡魔的喪失預計將引發生態系統中的連鎖變化——例如引入的貓和狐狸的捕食增加——這可能導致其他各種物種的滅絕。 同樣的模式已經導致澳大利亞大陸上幾種小型有袋動物的滅絕； 塔斯馬尼亞現在是它們最後的避難所。 防止惡魔滅絕的努力能否成功，將取決於我們在塔斯馬尼亞州西北部學到的知識。
傳染性癌症對人類構成風險嗎？
鑑於人類具有巨大的遺傳多樣性，並且可以避免以促進腫瘤傳播的方式行事，因此似乎可以安全地假設我們人類可以輕鬆避免塔斯馬尼亞惡魔的命運。 事實上，即使一個人被受感染的惡魔或患有犬類傳播性腫瘤的狗咬傷，這個人與動物的基因構成如此不同，也可能會確保強大的免疫反應能夠檢測和殺死入侵的細胞； 被咬傷的個體不會生病或開始將疾病傳播給他人。
儘管如此，仍有理由擔憂。 理論上，傳染性癌症可能會在一群由於種群數量下降而遺傳多樣性較低的大猿（如黑猩猩、大猩猩或猩猩）中出現。 如果這些動物被許多免疫力受損的人群獵殺，密切接觸可能會使腫瘤細胞轉移到人類身上，然後傳播開來。 在艾滋病毒感染率高的人類獵殺瀕危猿類的地方，這種情況確實存在。 儘管這種情況是可能的，但我們懷疑跨物種傳播並不是傳染性癌症在人類中出現的最可能方式。 我們之所以持有這種觀點，部分原因是自然界中沒有已知的犬類癌症跨物種傳播的病例——儘管該疾病已在實驗室中實驗性地轉移到親緣關係密切和較遠的犬科動物身上。
儘管如此，人類人口的激增正在以前所未有的方式改變世界。 艾滋病毒已感染數百萬人，抑制了他們的免疫系統，並導致許多曾經罕見的癌症出現。 這種情況有利於傳染性癌症的進化。 免疫抑制人類中出現傳染性癌症並隨後進化出感染普通人群的能力的可能性非常真實。 犬類身上就發生了完全相同的模式：犬類傳播性癌症在可能在一個近親繁殖、遺傳不變的種群中進化後，現在能夠感染遺傳變異的狗和狼種群。 犬類癌症如今通常不致命，這並不令人非常放心。 正如我們之前指出的，最有可能的是，這種疾病經歷了一段對其許多宿主具有致命性的時期，就像今天的艾滋病毒一樣，然後自然能夠控制癌症的個體的種群擴大並佔據主導地位。
惡魔癌症為生物學家提供了一個獨特的機會來了解傳染性癌症。 它也以最殘酷的方式提醒我們人類活動對我們星球的後果。 我們正在向環境中釋放大量致癌物，並且我們正在破壞世界上的野生棲息地，導致物種和遺傳多樣性的喪失。 全球貿易和棲息地破壞正在使人類和野生動物與他們以前從未遇到過的病原體接觸。 因此，我們可以預料到野生動物中會出現更多種類的新型癌症，包括傳染性的和由病毒和其他病原體引起的癌症。 這些惡性腫瘤甚至可能跳躍物種——甚至傳播給人類。