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在戴維·希勒布蘭特27歲生日那天，他和妻子莎莉開始攀登肯亞山，這是非洲第二高峰，僅次於乞力馬扎羅山。他們沒有做好準備直接前往海拔5199米的山峰最高處，而是以更悠閒的方式開始了他們的旅程，在海拔約3000米的山周圍風景秀麗的山脊和山谷中徒步旅行。
戴維目前擔任英國登山委員會（British Mountaineering Council）的醫療顧問，當時已經擁有豐富的攀登經驗：他曾攀登過巴基斯坦一座海拔5790米的山峰和歐洲阿爾卑斯山脈海拔3960米的山峰。相比之下，莎莉從未進行過任何認真的攀登，也不認為自己是登山者。
但莎莉並不是那個需要停下來轉身的人。
“我本應是堅強、堅毅的登山者，”戴維說，“我卻用在各處嘔吐來慶祝我的生日。” 戴維飽受劇烈的頭痛和持續的噁心折磨，退回了較低海拔地區。他從之前的攀登中得知自己容易患高原反應，但他認為在海拔3000米的山周圍環繞徒步旅行將是適應環境的好方法。但這次沒有奏效。即使莎莉的攀登經驗遠不如他，她適應高原環境的速度也快得多。
起作用的不是經驗，而是基因。科學家們早就知道，有些人天生就比其他人更容易患高原反應，而且這種易感性是可遺傳的，但直到現在他們才開始追蹤罪魁禍首基因。初步研究表明，一組六個基因可以預測誰會患高原反應，準確率超過90%。如此精確的基因測試將極大地惠及軍隊，軍隊目前無法預測哪些士兵在空運到高海拔地區時會生病，並且不希望在昂貴的適應環境藥物上浪費金錢。在一項平行的研究工作中，科學家們一直在尋找決定哪些奶牛在落基山脈放牧時會患高原反應（也稱為胸水病）的基因。由於每年美國西部有數萬頭奶牛死於胸水病，牧場主非常希望從繁殖群體中剔除這些致病基因。
血寫的秘密
對高原反應基因測試的追求始於幾年前科羅拉多大學（University of Colorado）羅伯特·羅奇（Robert Roach）的實驗室。2010年，羅奇實驗室的28人在不離開地面的情況下上升到海拔4875米的高度。羅奇將他的志願者安置在一個名為低壓艙的大型金屬箱中，並逐漸用真空泵抽出空氣，降低大氣壓以模擬高海拔、低氧環境。羅奇有目的地招募了對高原反應易感的人和從未在高海拔地區出現問題的人。正如預期的那樣，大約一半的志願者在艙內感到不適，而另一半人感覺良好。
羅奇採集了志願者的血液樣本，分離出他們的DNA，並編寫了一個計算機程式來搜尋生病的人和在稀薄空氣中感覺良好的人之間的基因差異。該程式識別出六個基因，這些基因在生病的人身上表達水平異常高或低；其中一些基因與氧氣運輸有關。僅檢視這六個基因的表達水平就足以區分生病的人和未生病的人，準確率約為95%。
第二年，羅奇與德克薩斯大學西南醫學中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的本傑明·萊文（Benjamin Levine）合作，試圖在一個更大的志願者群體中進行這項初步的基因測試。這一次，羅奇沒有把山搬到他的實驗室，而是決定把他的實驗室搬到山上。
羅奇和萊文以大約15人為一組，將140名身體健康的達拉斯男女帶到科羅拉多州佈雷肯裡奇的鮑爾迪山，那裡海拔約4000米。在他們週末的山區度假期間，每組志願者——所有人都通過了陸軍體能測試——跑了3.2公里，做了俯臥撐和仰臥起坐，並儘可能快地徒步一段小徑。幾天前，小組中的每個人都在海平面進行了相同的鍛鍊。海拔高度帶來了天壤之別。“我們的小組裡有一些認真的運動員，很多鐵人三項運動員，”24歲的前鷹級童子軍湯姆·蒂勒曼說。“每個人在山上都表現得更差。” 有些人比其他人表現得更差。
目前，羅奇和萊文正在分析佈雷肯裡奇研究的DNA，搜尋羅奇在低壓艙研究中識別出的相同的六個基因，並尋找新的基因模式，以區分在山上表現略有下降的人和表現急劇惡化的人。如果他們找到強烈的特徵，羅奇預測他們將在一年內開發出一種有效的高原反應基因測試。五角大樓資助了羅奇的部分研究，他們希望找到一種簡單的方法來識別在山區作戰時易患高原反應計程車兵。
在許多情況下，高原反應的症狀是輕微的，幾天後就會消退。但對於某些人來說，高原反應不僅僅是輕微的不便——頭痛、噁心和嘔吐會使人虛弱，難以站立或清晰思考，更不用說打仗了。有些人會咳血，肺部會積聚液體，因為毛細血管內的壓力增加，迫使水分滲出。美國陸軍環境醫學研究所（U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine）估計，在海拔3000米以上，25%到35%計程車兵會患高原反應；在海拔4000米以上，80%到90%計程車兵會生病。雖然有像丹木斯（Diamox，乙醯唑胺）這樣有效的藥物可以預防和治療高原反應，但為未知數量計程車兵大量購買藥物既昂貴又浪費，而且某些藥物還有不良副作用，如視力模糊和血液酸度過高等。基因測試不能幫助治療高原反應，但它可以幫助軍事領導人制定戰略，讓最有可能生病計程車兵有更多時間適應環境，從而減少醫療後送的數量。
脹氣的牛
高原反應也是另一群山地居民——牛的禍害。當牧場主發現一頭牛在山上蹣跚而行，腫脹的胸部在前腿之間晃動時，除了將動物轉移到較低海拔地區並希望它能活下來之外，他幾乎無能為力。每年夏天，在美國西部——當牧場主將牛趕到草木茂盛的山坡上放牧時——成千上萬頭牛因無法適應稀薄、缺氧的空氣而死亡。在過去的兩年裡，科學家們與新墨西哥州立大學（New Mexico State University，N.M.S.U.）在拉斯克魯塞斯的新研究機構合作，一直在尋找決定哪些奶牛會患高原反應（又名胸水病）的基因。一旦他們找到這些基因，其想法就是將它們從牛群中剔除。
每年5月至11月，美國西部許多地區的牧場主都會將他們的牛趕到山區，那裡的降雨量更多，營養豐富的草也比低海拔地區更多——儘管氧氣水平較低。在落基山脈，夏季牧場的海拔範圍從1500米到3650米不等；海拔高於1500米就足以誘發胸水病。新墨西哥州立大學瓦勒斯卡爾德拉國家保護區（Valles Caldera National Preserve）山頂研究機構（Top of the Valle research facility）主任曼尼·恩西尼亞斯（Manny Encinias）說，在蒙大拿州和科羅拉多州的某些地區，牛在海拔4000米以上的地方放牧。
雖然有些牛能順利適應向高海拔地區的快速過渡，但另一些牛則會腫脹而死。並非所有品種都同樣易感，也並非來自同一品種的所有個體都如此——正如人類對急性高原反應的易感性各不相同一樣。健康的牛對低氧環境的反應具有特徵性：它們的心跳加快，以便為身體和大腦輸送足夠的含氧血液，肺部的血管收縮，將血液分流到器官富氧區域。患上胸水病的牛也會做出類似的反應，但它們的身體補償對其自身而言過於激進。血壓升高得如此之高，以至於血漿從血管滲出到心臟和肺周圍的組織中，導致牛的胸部膨脹。肺部的血管收縮得如此之劇烈，以至於血液迴流到心臟，最終導致心臟衰竭。牛因心力衰竭而倒地死亡。
在海拔近2600米的山頂研究機構，研究人員正在努力查明導致牛在山上倒下和像朱莉·安德魯斯在阿爾卑斯山一樣活潑的牛之間生理差異的確切基因。
新墨西哥州、德克薩斯州、科羅拉多州和猶他州的牧場主將他們的牛送到新墨西哥州立大學，科羅拉多州立大學（Colorado State University）位於柯林斯堡的蒂姆·霍爾特（Tim Holt）將導管穿過它們的頸靜脈，朝向心臟，並測量動脈壓——這是牛對胸水病易感性的指標。如果測試表明牛在山區表現不佳，牧場主可能會透過將牛賣給低海拔牧場來避免潛在的損失。“牧場主如果將牛送到高海拔地區，損失5%到30%的牛群幾乎是必然的——這具有重大的經濟意義，”霍爾特說。新墨西哥州立大學表示，牛肉行業每年因高原疾病損失6000萬美元。一些牧場主曾考慮給牛服用旨在治療人類高原反應的藥物，如乙醯唑胺，但FDA尚未批准在用於人類食用的動物中使用此類藥物。
即使新墨西哥州立大學對在落基山脈放牧的近一百萬頭牛進行肺動脈高壓（肺部高血壓）測試，也無法解決胸水病問題。當牧場主購買公牛精液進行人工授精時——這是落基山脈最常見的育種做法——無法知道精液是否含有導致胸水病的不良基因。此外，牧場主還冒著將這些基因重新引入他們已經通過幾代人工選擇努力使其適應山區的種群的風險。透過識別致病基因，科學家們為牧場主提供了一種篩選公牛的基因並消除基因再汙染問題的方法。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana–Champaign）的喬納森·比弗（Jonathan Beever）解釋說：“如果你在海平面飼養一頭公牛，如果不把它帶到5000英尺以上的高度，你就無法弄清它對高原反應的遺傳傾向。我們的最終目標是採集DNA樣本並生成一個值：要麼是明確的‘是或否’，要麼是遺傳價值的數值。” 比弗接收來自新墨西哥州立大學的血液樣本，他在其中分析DNA。
恩西尼亞斯說：“一直以來都有關於哪些品種和動物更易感的理論。現在我們正試圖客觀地量化它。”