癌癥，它幾乎肆虐橫行在人體的每一個部位。腫瘤襲擊大腦和髒腑、肌肉和骨骼。有一些潛移默化，有一些則來勢洶洶。人體組織中出現腫瘤意味着正常功能毀於一旦，大廈將傾，混亂不堪。人體的生物機製原本是如此完美、精密、妙不可言，然而這一切都因癌癥發生了令人沮喪的變化。無論癌癥在何處現身，它們總是以外來生命形式的面目出現，鬼鬼祟祟地潛入人體，然後在人體內啓動毀滅之旅。然而這衹不過是一種假象：真相遠比它復雜、有趣。
腫瘤並非入侵的外敵。它們和構建人體組織的物質係出同門。腫瘤同樣是人體細胞築就的噩夢，它們侵蝕生物秩序，破壞生物功能，假如一路緑燈，所嚮披靡，它們將令整個復雜的生命體係土崩瓦解。
細胞是怎樣組合成人體組織的呢？想來該是有一些技藝高超的建築師監督着成群工人各就各位，形成或正常或惡性的組織吧？事實上，這種發號施令、調遣細胞排列組合的角色並不存在。人體組織的復雜性來源於構築大廈的每一塊磚石——個體細胞本身。變化自下而上地發生着。
正常細胞和腫瘤細胞都知道自己的使命。每一個細胞都攜帶着自己的程序，告訴自己何時成長、何時分裂、如何和別的細胞聯手構造器官及組織。我們的身體就是由高度自治的細胞組成的極為復雜的社會。作為一個完全獨立的個體，每一個細胞都各具特質。
正是在這一領域，我們發現了驚人的協調，同時又藴涵着巨大的風險。無數細胞戮力同心創建了統一的、協調一致的人體，這是多麽美妙啊！然而，由於缺少一個俯瞰衆生的總建築師，生命體又是處在怎樣的危險中啊！數以兆計的工人完全自治，混亂自然難以避免。通常情況下，細胞們行為規範，熱心公益，人體秩序井然。但是，在器官或組織內部，偶爾會有那麽一個細胞特立獨行。這時，人們避之惟恐不及的災難——癌癥來臨了。
在人們不經意之間，多數腫瘤已發展成擁有幾十億個甚至更多細胞的龐然大物。一個腫瘤內的細胞在很多方面，諸如外形、生長特性、新陳代謝，都和它們在正常情況下的表現大相徑庭。突然之間出現了這麽一大幫怪異的細胞，說明存在着集體倒戈的現象，有幾百萬個正常細胞一夜之間投入了腫瘤體的麾下。
可是，這又是假象。腫瘤的形成是一個曠日持久的過程，常常要持續幾十年的時間。所有的腫瘤細胞都是同一個先祖、一個存活在腫瘤體顯山露水之前許多年的祖先的直係後裔。這一個離經叛道、恣意妄為的細胞，它在人體的某個組織內開始了自己獨特的生長道路。自此以後，是它自身內部的程序而不再是周圍細胞群體的需要决定着它的擴張行徑。
所以，不是幾百萬個新生力量，而是一個始作俑者，産生了數目巨大、一脈相承的叛亂後裔。腫瘤中那幾十億個細胞同它們叛逆的祖光如出一轍，它們對於周圍組織的健康成長毫無興趣。同先祖一樣，它們抱定一個宗旨：快快成長，快快裂變，無限擴張。
這些細胞製造的混亂說明，讓人體內每一個細胞自作主張是極其危險的。然而，6億年來，不獨人體，所有復雜的多細胞生物都是這麽構造的。有鑒於此，我們認識到，癌癥並不是摩登禍患，而是從古至今所有多細胞生物體共有的危難。實際上，想想人體內那數以兆計的細胞，癌癥沒有在我們漫長的人生旅途中頻源亮相已經是一個奇跡了。體內藍圖
為了理解腫瘤生長的方式，我們必須瞭解構成腫瘤的細胞。純潔的個體細胞為什麽一反常態、鬍作非為起來？概言之，正常細胞或者癌細胞，它們怎麽能知道何時開始生長？難道細胞有自我意識嗎？如果答案是否定的，那麽在人體細胞內部，究竟是何種復雜的决策機製决定細胞的生長、休眠或者死亡呢？
本書的焦點問題是正常人體細胞擁有的內部機製。這種機製告訴細胞如何、何時成長並與其他細胞聯手創造功能高度協調的人體組織。不同細胞攜帶的程序反映了它們各自行為的復雜生物方案及藍圖。我們將會看到，當癌癥發生時，這種內部程序起了變化。衹有理解了這種程序的正常及缺陷狀態，我們才能弄懂驅策癌細胞的動力。
人體內有幾百種細胞。不同種類的細胞聚合形成不同的組織和器官。鑒於細胞個體的差異性，我們可能會猜測，由於每一種細胞都攜帶着不同的方案，每種方案都指示着獨特的成長以及構築組織的能力，因此人體內存在着數目巨大的方案群。直覺令我們誤入歧途。事實上，儘管人體內不同部分——不論大腦、肌肉、肝髒還是腎髒——一的細胞外表各異，但它們又非常相似，出人意料地攜帶着一模一樣的藍圖。
這種同一性可以追溯到它們的共同起源。如同腫瘤細胞一樣，正常人體細胞也源自一個共同的祖細胞。它們屬於一個大家庭，彼此有着血緣關係，通過反復生長、分裂，受精卵從單細胞變成了幾萬億個細胞，形成了整個人體。一個成年人體的細胞數量——超過了幾十萬億——遠遠超乎人們的想象力。
指引着人體細胞的藍圖最初見諸於早先的受精卵，而後代代相傳。實際上所有的人體後代細胞都不變地繼承了這一藍圖。可是，儘管幾萬億個細胞擁有同一套行為規範體係，它們的外表、行為仍然大異其趣。在細胞共同的內部藍圖與它們還異的外表之間，有着驚人的悻離。看來外表並不能告訴我們多少指引細胞生命軌跡的內部程序。
單一、共同的規劃怎會産生如此差異呢？在過去的幾十年裏，人們找到了一個簡單的答案：人體細胞攜帶的復雜的主導規劃中，含有的信息量大大超出了單個細胞可能利用的數量。單細胞有選擇地對待它們擁有的共同藍圖。從巨大的信息庫中讀取某些特定信息來設計自身行為。這種選擇性的閱讀方法使得全身每一個細胞都各具特色，和它們的親戚們（無論親疏）涇渭分明。
卵子受精後不久就開始分裂，而後它的兩個女兒繼續這一過程。隨後的胚胎發育過程則是細胞的瘋狂生長和分裂。受精卵産生的最初幾代細胞看上去極其相似；它們緊密結合成一個無差別、同根生的細胞簇，形成一個細小的漿果。伴隨着胚胎的發育進程，這些細胞的後代開始顯露出差異。它們開始分化為肌肉、大腦或者血液細胞群的成員。這一個選擇不同命運的過程——差別化過程——是人體發育的核心秘密，也是纏繞在研究者們胸中的不解之謎。
胚胎一隅的某個細胞讀取了産生血紅蛋白的基因指示，成長為一個血紅細胞；別處的某個細胞考慮了製造消化酶的信息，變成了胰腺的一部分；還有一個細胞學會了如何釋放出電信號，成為大腦的一分子。
胚胎細胞有選擇地讀取基因內容從而選擇了調異的性狀，這一决策並非是細胞必須作出的惟一重要决定。在它的基因藍圖中，它尚需考慮另一個舉足輕重的議題：何時開始生長、分裂，何時又該駐足休息。
這些關於成長的指令不僅在早期、而且在以後相當長的時間內仍有重要意義。在大多數成熟組織內部，細胞不斷地新陳代謝。事實上，一個成熟組織維持正常構造的能力，取决於前仆後繼的機製，即由大量候補者的生長來補償前任細胞的偶爾缺失。如果候補者過少，組織會枯萎衰竭。如果候補者太多了，組織又會擴張出正常界限，也許會畸變成腫瘤。適度控製細胞的擴張是非常重要的，這一任務貫穿生物體的一生。
要理解癌癥，我們必須搞清正常細胞的內部藍圖是如何告訴他們開始繁殖的時間，我們必須明白癌細胞的藍圖是如何發生了錯亂。癌癥的根源就在於這一藍圖。基因的數目，一直存在爭議。最確切的估計大概在7萬一10萬之間。這些基因共同組成的基因庫，就是被稱作人類基因組的總體藍圖。
藍圖一詞意味着精確、嚴謹、一絲不苟。斟酌後確定的藍圖可以避免秩序混亂。生物學家們很早就意識到這種藍圖的存在，儘管那時他們對於細胞的內部機製所知寥寥。人們最初將藍圖同整個生物體聯繫在一起，以後纔發現藍圖對於單細胞的生存也是不可或缺的。
19世紀中葉，奧地利修土格雷戈爾·孟德爾（GregorMendel）確立了生物體遺傳原理。他着重研究豌豆屬植物基因性狀的傳遞——例如花的顔色、種子的性狀。他的研究成果一度湮沒，在20世紀初能夠重見天日要歸功於三位遺傳學家。後世所稱的孟德爾遺傳定律以幾個簡單概念為基礎。首先，從豌豆屬植物到人類，所有復雜的生物體都通過同一種遺傳機製將基因從父母傳遞給子女。其次，一個生物體的性狀在理論上可以分解為大量獨立性狀的組合，譬如豌豆花的顔色和豆粒形狀、人類眼珠的顔色或者身高。再次，每一性狀都可以追溯到通過有性繁殖由父母傳給子女的某些肉眼不可見的信息包的作用結果。這些信息包的有效傳遞使得子女能夠取得與其父母極為相似的性狀。
這種信息包被稱作基因；每一個人類基因都擔負着組建一種人體性狀的功能。隨着我們對基因的瞭解越來越多，很顯然，人體的所有領域，直到肉眼不可見的單細胞的內部工作機製，都是由個人從他（她）的父母處承襲的基因决定的。它說明所謂的總體藍圖就是基因的大匯合。
我們已經知道，藍圖基因並不是存放在人體某個單一的中樞庫房內。相反，幾萬億個細胞中的每一個都攜帶着全部藍圖的一份完整副本。這一簡單事實迫使我們重新考慮，在復雜的生物體內，基因是如何組織其內部構造的：基因直接控製着細胞個體的行為。在自身基因的操縱下，單細胞同其他所有細胞共同創建了生物體的形式和功能。因此，整個生物體的復雜性正代表了體內所有個體細胞的行為總和。也就是說，主導細胞活動的基因組就是控製生物體外觀和行為的那個基因組。
長久以來，圍繞組成人類遺傳藍圖的不同信息包——個體基因——的數目，一直存在爭議。最確切的估計大概在7萬一10萬之間。這些基因共同組成的基因庫，就是被稱作人類基因組的總體藍圖。
基因組分為不同的基因部門，這一事實産生了幾個後果。如前所述，細胞可以在它的基因庫中，從書架上有選擇地抽取書捲——不同的基因——來閱讀。此外，由於信息包是由父體或母體傳遞給子女，它們彼此之間是獨立的。這就能更好地解釋為什麽我們繼承的是父母各自擁有的某些基因了。受精卵的基因庫是此前父母各自擁有的基因的混合。
然而將基因描述為信息包還是不能使人滿意，因為這種想象缺乏物質基礎。我們遲早要涉足基因的物質內容。同生物體的其他組成部分一樣，基因也是物質實體，因此它必然表現為可識別的各種分子。
自1944年起，我們知道了基因的物質表現是DNA（脫氧核糖核酸）分子。DNA分子攜帶有遺傳信息。它們的結構非常簡單：每個DNA分子都是由兩條相互盤繞的鏈組成的雙蠃旋。每條鏈都是由單一成分首尾相接縱嚮排列構成的長聚合物，為討論方便，可稱此單一成分為鹼基。
DNA鹼基有四種——A、C、G、T”。重要的是這四種鹼基可以任意組合。鹼基序列决定了DNA的信息內容。鹼基可以無限地排列組合，相應地，DNA鏈可以長達幾千萬個鹼基。從這樣一條長鏈中截取一個片段，就是特定的鹼基序列，例如ACCGGT．一CAAGTTTCAGAG。現代基因技術使得我們能夠通過“DNA測序”過程發現鹼基序列。迄今為止，從細菌、蠕蟲、蒼蠅到智人，人們已經確定了不同生物體的幾千萬種鹼基序列。
DNA鹼基序列的變化多端意味着，在理論上，DNA分子足以容納任何信息，無論生物信息還是其他。初初一看，僅僅四個字母的組合提供的信息攜帶能力非常有限，但實際上，四個字母已經綽綽有餘。摩爾斯電碼三個字符（點“·”，破折號“一”，空格“’），計算機二進位製代碼的兩個字符（0和1）同樣有無限的信息存儲能力。
DNA雙蠃旋事實上攜帶着兩套遺傳信息，相互盤繞的兩條鏈各帶一套。自1953年詹姆斯·沃森（JamesWatson）和弗朗西斯·剋裏剋（FrancisCrick）劃時代的發現以來，我們知道雙蠃旋一條鏈中的A總是與對面那條鏈中的T對應；C則必然對應着G。因此一條鏈上ACCGGTCAA序列將與另一條鏈上的互補序列TGGCCAGTT相互盤繞。
由一鏈的鹼基序列能夠推知另一鏈上的序列，因此一條鏈攜帶的信息也體現在另一條鏈中，雖然表現為互補語言。這種信息儲備有很多益處，其中最重要的是蠃旋因之能夠被復製。尤其如圖1．1所示，兩部分各自可以作為獨立的模板來復製新的互補序列，新序列再包裹着自己的模板。結果，兩個雙蠃旋子體彼此之間、以及同它們的雙蠃旋母體之間，都是一模一樣的。
當細胞生長、分裂時，鹼基序列的復製顯出其重要性。在此過程中，一個母細胞把精確復製自身DNA蠃旋的能力賦予它未來的子細胞。母子傳遞使最初受精卵DNA中含有的遺傳信息在幾百回合的細胞分裂過程中連續傳遞給幾十億個後代細胞，這些細胞最終形成成年人體。
那麽抽象的基因概念究竟是如何同DNA分子的物質結構聯繫起來的呢？細胞染色體中包含的DNA雙蠃旋常常有幾億個鹼基對的長度。這些鹼基長鏈按其信息區劃可以分成不同部分，每一區劃構成一個基因。一個普通的人類基因由幾萬個DNA鹼基組成。在四個字母代碼組成的鹼基序列中，有某些標點符號標志着基因的始終。在英文中，句首是一個空格再加一個大寫字母；基因的開頭則是一個特別的幾千個鹼基組成的短序列。同樣，英文句子用句號結尾，基因尾部也有其獨特的鹼基序列起着標點符號的作用。在蠃旋鏈上，一個基因的結尾後，標志下一個基因開端的標點序列之前，往往有一個由好幾幹個鹼基組成的序列，這個序列是無意義的遺傳雜音。
人類基因組的全部信息內容由30億個鹼基對組成的DNA序列組成，可分為7萬一10萬個代表不同基因的區域。這些基因以不同組合在我們的細胞內工作，創造出結構極其復雜的人體，包括大腦這個高度精密的器官。
基因、DNA雙蠃旋、鹼基序列的故事為我們理解人類、甚至是地球上所有的生命形式提供了一把金鑰匙。但我們在此關註的，僅僅是這一復雜集合中的一小個片段，即人類的癌癥。我們可以略過基因是如何指令細胞組合構成組織和器官這個艱難的問題，而把註意力集中在基因是怎樣影響個體細胞的成長行為這個範圍比較小的問題。
因此我們收攏視綫，聚焦控製個體細胞生長的一小部分基因。這些基因將直接引導我們進入癌癥問題的核心，它們揭示了癌癥的起源，終有那麽一天，它們也將給我們指出戰勝癌癥的光明道路。
腫瘤並非入侵的外敵。它們和構建人體組織的物質係出同門。腫瘤同樣是人體細胞築就的噩夢，它們侵蝕生物秩序，破壞生物功能，假如一路緑燈，所嚮披靡，它們將令整個復雜的生命體係土崩瓦解。
細胞是怎樣組合成人體組織的呢？想來該是有一些技藝高超的建築師監督着成群工人各就各位，形成或正常或惡性的組織吧？事實上，這種發號施令、調遣細胞排列組合的角色並不存在。人體組織的復雜性來源於構築大廈的每一塊磚石——個體細胞本身。變化自下而上地發生着。
正常細胞和腫瘤細胞都知道自己的使命。每一個細胞都攜帶着自己的程序，告訴自己何時成長、何時分裂、如何和別的細胞聯手構造器官及組織。我們的身體就是由高度自治的細胞組成的極為復雜的社會。作為一個完全獨立的個體，每一個細胞都各具特質。
正是在這一領域，我們發現了驚人的協調，同時又藴涵着巨大的風險。無數細胞戮力同心創建了統一的、協調一致的人體，這是多麽美妙啊！然而，由於缺少一個俯瞰衆生的總建築師，生命體又是處在怎樣的危險中啊！數以兆計的工人完全自治，混亂自然難以避免。通常情況下，細胞們行為規範，熱心公益，人體秩序井然。但是，在器官或組織內部，偶爾會有那麽一個細胞特立獨行。這時，人們避之惟恐不及的災難——癌癥來臨了。
在人們不經意之間，多數腫瘤已發展成擁有幾十億個甚至更多細胞的龐然大物。一個腫瘤內的細胞在很多方面，諸如外形、生長特性、新陳代謝，都和它們在正常情況下的表現大相徑庭。突然之間出現了這麽一大幫怪異的細胞，說明存在着集體倒戈的現象，有幾百萬個正常細胞一夜之間投入了腫瘤體的麾下。
可是，這又是假象。腫瘤的形成是一個曠日持久的過程，常常要持續幾十年的時間。所有的腫瘤細胞都是同一個先祖、一個存活在腫瘤體顯山露水之前許多年的祖先的直係後裔。這一個離經叛道、恣意妄為的細胞，它在人體的某個組織內開始了自己獨特的生長道路。自此以後，是它自身內部的程序而不再是周圍細胞群體的需要决定着它的擴張行徑。
所以，不是幾百萬個新生力量，而是一個始作俑者，産生了數目巨大、一脈相承的叛亂後裔。腫瘤中那幾十億個細胞同它們叛逆的祖光如出一轍，它們對於周圍組織的健康成長毫無興趣。同先祖一樣，它們抱定一個宗旨：快快成長，快快裂變，無限擴張。
這些細胞製造的混亂說明，讓人體內每一個細胞自作主張是極其危險的。然而，6億年來，不獨人體，所有復雜的多細胞生物都是這麽構造的。有鑒於此，我們認識到，癌癥並不是摩登禍患，而是從古至今所有多細胞生物體共有的危難。實際上，想想人體內那數以兆計的細胞，癌癥沒有在我們漫長的人生旅途中頻源亮相已經是一個奇跡了。體內藍圖
為了理解腫瘤生長的方式，我們必須瞭解構成腫瘤的細胞。純潔的個體細胞為什麽一反常態、鬍作非為起來？概言之，正常細胞或者癌細胞，它們怎麽能知道何時開始生長？難道細胞有自我意識嗎？如果答案是否定的，那麽在人體細胞內部，究竟是何種復雜的决策機製决定細胞的生長、休眠或者死亡呢？
本書的焦點問題是正常人體細胞擁有的內部機製。這種機製告訴細胞如何、何時成長並與其他細胞聯手創造功能高度協調的人體組織。不同細胞攜帶的程序反映了它們各自行為的復雜生物方案及藍圖。我們將會看到，當癌癥發生時，這種內部程序起了變化。衹有理解了這種程序的正常及缺陷狀態，我們才能弄懂驅策癌細胞的動力。
人體內有幾百種細胞。不同種類的細胞聚合形成不同的組織和器官。鑒於細胞個體的差異性，我們可能會猜測，由於每一種細胞都攜帶着不同的方案，每種方案都指示着獨特的成長以及構築組織的能力，因此人體內存在着數目巨大的方案群。直覺令我們誤入歧途。事實上，儘管人體內不同部分——不論大腦、肌肉、肝髒還是腎髒——一的細胞外表各異，但它們又非常相似，出人意料地攜帶着一模一樣的藍圖。
這種同一性可以追溯到它們的共同起源。如同腫瘤細胞一樣，正常人體細胞也源自一個共同的祖細胞。它們屬於一個大家庭，彼此有着血緣關係，通過反復生長、分裂，受精卵從單細胞變成了幾萬億個細胞，形成了整個人體。一個成年人體的細胞數量——超過了幾十萬億——遠遠超乎人們的想象力。
指引着人體細胞的藍圖最初見諸於早先的受精卵，而後代代相傳。實際上所有的人體後代細胞都不變地繼承了這一藍圖。可是，儘管幾萬億個細胞擁有同一套行為規範體係，它們的外表、行為仍然大異其趣。在細胞共同的內部藍圖與它們還異的外表之間，有着驚人的悻離。看來外表並不能告訴我們多少指引細胞生命軌跡的內部程序。
單一、共同的規劃怎會産生如此差異呢？在過去的幾十年裏，人們找到了一個簡單的答案：人體細胞攜帶的復雜的主導規劃中，含有的信息量大大超出了單個細胞可能利用的數量。單細胞有選擇地對待它們擁有的共同藍圖。從巨大的信息庫中讀取某些特定信息來設計自身行為。這種選擇性的閱讀方法使得全身每一個細胞都各具特色，和它們的親戚們（無論親疏）涇渭分明。
卵子受精後不久就開始分裂，而後它的兩個女兒繼續這一過程。隨後的胚胎發育過程則是細胞的瘋狂生長和分裂。受精卵産生的最初幾代細胞看上去極其相似；它們緊密結合成一個無差別、同根生的細胞簇，形成一個細小的漿果。伴隨着胚胎的發育進程，這些細胞的後代開始顯露出差異。它們開始分化為肌肉、大腦或者血液細胞群的成員。這一個選擇不同命運的過程——差別化過程——是人體發育的核心秘密，也是纏繞在研究者們胸中的不解之謎。
胚胎一隅的某個細胞讀取了産生血紅蛋白的基因指示，成長為一個血紅細胞；別處的某個細胞考慮了製造消化酶的信息，變成了胰腺的一部分；還有一個細胞學會了如何釋放出電信號，成為大腦的一分子。
胚胎細胞有選擇地讀取基因內容從而選擇了調異的性狀，這一决策並非是細胞必須作出的惟一重要决定。在它的基因藍圖中，它尚需考慮另一個舉足輕重的議題：何時開始生長、分裂，何時又該駐足休息。
這些關於成長的指令不僅在早期、而且在以後相當長的時間內仍有重要意義。在大多數成熟組織內部，細胞不斷地新陳代謝。事實上，一個成熟組織維持正常構造的能力，取决於前仆後繼的機製，即由大量候補者的生長來補償前任細胞的偶爾缺失。如果候補者過少，組織會枯萎衰竭。如果候補者太多了，組織又會擴張出正常界限，也許會畸變成腫瘤。適度控製細胞的擴張是非常重要的，這一任務貫穿生物體的一生。
要理解癌癥，我們必須搞清正常細胞的內部藍圖是如何告訴他們開始繁殖的時間，我們必須明白癌細胞的藍圖是如何發生了錯亂。癌癥的根源就在於這一藍圖。基因的數目，一直存在爭議。最確切的估計大概在7萬一10萬之間。這些基因共同組成的基因庫，就是被稱作人類基因組的總體藍圖。
藍圖一詞意味着精確、嚴謹、一絲不苟。斟酌後確定的藍圖可以避免秩序混亂。生物學家們很早就意識到這種藍圖的存在，儘管那時他們對於細胞的內部機製所知寥寥。人們最初將藍圖同整個生物體聯繫在一起，以後纔發現藍圖對於單細胞的生存也是不可或缺的。
19世紀中葉，奧地利修土格雷戈爾·孟德爾（GregorMendel）確立了生物體遺傳原理。他着重研究豌豆屬植物基因性狀的傳遞——例如花的顔色、種子的性狀。他的研究成果一度湮沒，在20世紀初能夠重見天日要歸功於三位遺傳學家。後世所稱的孟德爾遺傳定律以幾個簡單概念為基礎。首先，從豌豆屬植物到人類，所有復雜的生物體都通過同一種遺傳機製將基因從父母傳遞給子女。其次，一個生物體的性狀在理論上可以分解為大量獨立性狀的組合，譬如豌豆花的顔色和豆粒形狀、人類眼珠的顔色或者身高。再次，每一性狀都可以追溯到通過有性繁殖由父母傳給子女的某些肉眼不可見的信息包的作用結果。這些信息包的有效傳遞使得子女能夠取得與其父母極為相似的性狀。
這種信息包被稱作基因；每一個人類基因都擔負着組建一種人體性狀的功能。隨着我們對基因的瞭解越來越多，很顯然，人體的所有領域，直到肉眼不可見的單細胞的內部工作機製，都是由個人從他（她）的父母處承襲的基因决定的。它說明所謂的總體藍圖就是基因的大匯合。
我們已經知道，藍圖基因並不是存放在人體某個單一的中樞庫房內。相反，幾萬億個細胞中的每一個都攜帶着全部藍圖的一份完整副本。這一簡單事實迫使我們重新考慮，在復雜的生物體內，基因是如何組織其內部構造的：基因直接控製着細胞個體的行為。在自身基因的操縱下，單細胞同其他所有細胞共同創建了生物體的形式和功能。因此，整個生物體的復雜性正代表了體內所有個體細胞的行為總和。也就是說，主導細胞活動的基因組就是控製生物體外觀和行為的那個基因組。
長久以來，圍繞組成人類遺傳藍圖的不同信息包——個體基因——的數目，一直存在爭議。最確切的估計大概在7萬一10萬之間。這些基因共同組成的基因庫，就是被稱作人類基因組的總體藍圖。
基因組分為不同的基因部門，這一事實産生了幾個後果。如前所述，細胞可以在它的基因庫中，從書架上有選擇地抽取書捲——不同的基因——來閱讀。此外，由於信息包是由父體或母體傳遞給子女，它們彼此之間是獨立的。這就能更好地解釋為什麽我們繼承的是父母各自擁有的某些基因了。受精卵的基因庫是此前父母各自擁有的基因的混合。
然而將基因描述為信息包還是不能使人滿意，因為這種想象缺乏物質基礎。我們遲早要涉足基因的物質內容。同生物體的其他組成部分一樣，基因也是物質實體，因此它必然表現為可識別的各種分子。
自1944年起，我們知道了基因的物質表現是DNA（脫氧核糖核酸）分子。DNA分子攜帶有遺傳信息。它們的結構非常簡單：每個DNA分子都是由兩條相互盤繞的鏈組成的雙蠃旋。每條鏈都是由單一成分首尾相接縱嚮排列構成的長聚合物，為討論方便，可稱此單一成分為鹼基。
DNA鹼基有四種——A、C、G、T”。重要的是這四種鹼基可以任意組合。鹼基序列决定了DNA的信息內容。鹼基可以無限地排列組合，相應地，DNA鏈可以長達幾千萬個鹼基。從這樣一條長鏈中截取一個片段，就是特定的鹼基序列，例如ACCGGT．一CAAGTTTCAGAG。現代基因技術使得我們能夠通過“DNA測序”過程發現鹼基序列。迄今為止，從細菌、蠕蟲、蒼蠅到智人，人們已經確定了不同生物體的幾千萬種鹼基序列。
DNA鹼基序列的變化多端意味着，在理論上，DNA分子足以容納任何信息，無論生物信息還是其他。初初一看，僅僅四個字母的組合提供的信息攜帶能力非常有限，但實際上，四個字母已經綽綽有餘。摩爾斯電碼三個字符（點“·”，破折號“一”，空格“’），計算機二進位製代碼的兩個字符（0和1）同樣有無限的信息存儲能力。
DNA雙蠃旋事實上攜帶着兩套遺傳信息，相互盤繞的兩條鏈各帶一套。自1953年詹姆斯·沃森（JamesWatson）和弗朗西斯·剋裏剋（FrancisCrick）劃時代的發現以來，我們知道雙蠃旋一條鏈中的A總是與對面那條鏈中的T對應；C則必然對應着G。因此一條鏈上ACCGGTCAA序列將與另一條鏈上的互補序列TGGCCAGTT相互盤繞。
由一鏈的鹼基序列能夠推知另一鏈上的序列，因此一條鏈攜帶的信息也體現在另一條鏈中，雖然表現為互補語言。這種信息儲備有很多益處，其中最重要的是蠃旋因之能夠被復製。尤其如圖1．1所示，兩部分各自可以作為獨立的模板來復製新的互補序列，新序列再包裹着自己的模板。結果，兩個雙蠃旋子體彼此之間、以及同它們的雙蠃旋母體之間，都是一模一樣的。
當細胞生長、分裂時，鹼基序列的復製顯出其重要性。在此過程中，一個母細胞把精確復製自身DNA蠃旋的能力賦予它未來的子細胞。母子傳遞使最初受精卵DNA中含有的遺傳信息在幾百回合的細胞分裂過程中連續傳遞給幾十億個後代細胞，這些細胞最終形成成年人體。
那麽抽象的基因概念究竟是如何同DNA分子的物質結構聯繫起來的呢？細胞染色體中包含的DNA雙蠃旋常常有幾億個鹼基對的長度。這些鹼基長鏈按其信息區劃可以分成不同部分，每一區劃構成一個基因。一個普通的人類基因由幾萬個DNA鹼基組成。在四個字母代碼組成的鹼基序列中，有某些標點符號標志着基因的始終。在英文中，句首是一個空格再加一個大寫字母；基因的開頭則是一個特別的幾千個鹼基組成的短序列。同樣，英文句子用句號結尾，基因尾部也有其獨特的鹼基序列起着標點符號的作用。在蠃旋鏈上，一個基因的結尾後，標志下一個基因開端的標點序列之前，往往有一個由好幾幹個鹼基組成的序列，這個序列是無意義的遺傳雜音。
人類基因組的全部信息內容由30億個鹼基對組成的DNA序列組成，可分為7萬一10萬個代表不同基因的區域。這些基因以不同組合在我們的細胞內工作，創造出結構極其復雜的人體，包括大腦這個高度精密的器官。
基因、DNA雙蠃旋、鹼基序列的故事為我們理解人類、甚至是地球上所有的生命形式提供了一把金鑰匙。但我們在此關註的，僅僅是這一復雜集合中的一小個片段，即人類的癌癥。我們可以略過基因是如何指令細胞組合構成組織和器官這個艱難的問題，而把註意力集中在基因是怎樣影響個體細胞的成長行為這個範圍比較小的問題。
因此我們收攏視綫，聚焦控製個體細胞生長的一小部分基因。這些基因將直接引導我們進入癌癥問題的核心，它們揭示了癌癥的起源，終有那麽一天，它們也將給我們指出戰勝癌癥的光明道路。
為了理解癌癥的根源，讓我們先放下對於細胞和基因的討論，轉嚮另一個截然不同的方向，即研究、描述人類及人類所患疾病的科學——流行病學。流行病學者研究大範圍人群中的發病情況，癌癥流行病學家更是着力研究不同人群中的癌癥發病率。他們的工作幾乎總是由這樣一個核心問題推動着：不同行為或環境究竟是怎樣影響某種癌癥的發病率的呢？癌癥發病率成為有趣的科研主題還是晚近的事。癌癥直到19世紀仍是相對罕見的病種，這一點從癌癥主要發生於老年人的事實可以得到解釋。在19世紀早期，許多歐洲國傢的人口預期壽命衹有35歲。許多人在生命的稍後時刻或許將罹患癌癥，但他們很早就因傳染病、營養不良或者意外事故走完了短暫一生。
至於極少數遭遇癌癥的個案，大多將其歸結為偶然事件或者上帝的旨意。但是，自18世紀最後10年來，積纍的某些證據引出了另外一種見解：癌癥的發生與患者的特殊經歷或者生活方式有關。有些醫生開始記錄發生於特定人群的特定腫瘤，然後提出了這一新思想。
其中最有名、或許也是最早的發現，是由倫敦醫生珀西瓦爾·波特（perCIV。lp。ti）在1775年提出的。他描述早年曾幹過掃煙囪活計的男人患上陰囊癌。波特提出了首例其發病與特殊因素或環境有密切關係的癌種。不久，亦在倫敦，一個外科醫生報道，吸鼻煙
散見於19世紀的各種報道強化了這種觀點。德國東部的瀝青鈾礦上，礦工們患肺癌死亡，而該病在大量社會人口中都極為少見。到了20世紀初，那些與新發現的X綫打交道的人被發現易患皮膚癌和白血病。那些在手錶指針上塗抹發冷光的鐳的婦女，因為常常舔刷毛，經診斷患有舌癌。自20世紀50年代早期始，吸煙人群的肺癌發病率日漸上升，通常要比不抽煙的人群高上20至30倍。
不同國傢之間癌癥的發病率也有巨大差異。非洲某些地方肝癌的發病率18倍於英國。日本人患胃癌的概率11信於美國人。美國人結腸癌的發病率是非洲某些地方的10到20倍。這些顯著差異並非遺傳易患性所致。當人們從世界某地遷居至另一地，他們的孩子很快呈現出新居所在地的典型癌種的高發率。
以上情況清楚說明，對許多癌癥來說，人體組織未受激惹的自發崩潰這一解釋已難以令人信服。另一種理論更有說服力：影響人體的外部因素——生活方式、飲食習慣或者環境——在癌癥的發病中扮演着重要角色。發端於20世紀初的這場思想大轉變同影響人們對傳染病理解的另一次革命不謀而合。19世紀的最後幾十年內，羅伯特·科赫和路易·巴斯德發現許多致命惡疾可以追溯到特殊、偶然的因素：細菌和病毒。從此，人類的疾病不再是隨機、變幻莫測的自然力的作用，而是有其特殊的可知病因。
這一重大突破使我們能重新定義、闡明癌癥問題。現在我們可以用更確切的語匯來表述癌癥之謎：究竟生活方式和飲食習慣是珀怎樣具體影響體內深處的組織行為的呢？要揭開此謎團，必須描述正常和癌變的細胞個體，以及細胞內部驅使其生長的機製。這樣化繁為簡——將復雜現象濃縮成單一的根本機製——很快成為當代癌癥研究的中心議題，而且直到20世紀末，仍將是它的榮耀。癌癥因子和靶基因
有關癌癥不是人體組織隨機、自發的惡化而是被激活的這一觀點，根本上改變了許多癌癥研究人員的思路。如果是外部因素激發了癌癥，也許我們可以識別這些因素，研究它們的活動機製。也許，從最初的緻癌因子到癌癥産生這一整個過程都能被揭示。因此，直到19世紀末，全世界的科學家都試圖在實驗動物——小鼠、大鼠、兔子——身上再現癌癥。年復一年，卻無一成功。
在20世紀的第一個10年，日本首次獲得成功。山際剋三郎從歐洲掃煙囪工人的早期研究中獲得了啓示。最初珀西瓦爾·波特發現倫敦掃煙囪工人陰囊癌發病率很高，但是幾十年後，其他人的研究發現，歐洲大陸的掃煙囪工人陰囊癌的發病率要低得多。看來這種差異與個人衛生習慣有關。英國的掃煙囪工人同他們許多18世紀的同胞一樣極少洗澡，而歐洲大陸上的掃煙囪工人則經常洗澡。看來倫敦煙道裏粘在英國掃煙囪工人皮膚上的雜酚焦油，如果不很快洗掉，會導致癌癥。
相應地，山際在兔子的耳朵上反復塗抹煤焦油。好多個月後，兔耳上生了皮膚癌。而其他研究者之所以未能誘發癌癥，因為他們要麽過早放棄，要麽沒有想到須反復應用這種物質。
山際的試驗直接表明經由特殊因素能夠如願在實驗室裏誘發癌癥。兔耳腫瘤——也許包括其他所有腫瘤——能夠找出明確的病因。可是，這一頓悟衹能引發另一個舉足輕重的問題：化學物質，譬如煤焦油中的那種，究竟是如何緻癌的呢誒引發癌癥的化學物質——化學緻癌物——以某種方法侵入人體組織細胞，促使腫瘤生長。因此，癌癥本身並非入侵者，真正的入侵者是緻癌物質（本例中即是煤焦油）。
關於X綫也能緻癌的發現加深了這一謎團。在威廉·倫琴1895年的發現之後，X射綫管廣泛應用於骨骼造影和多種疾病的治療。操作X綫機器的技師以及許多受到X紅眼顔色的基因作了深入研究。經X綫照射後，眼睛顔色突變基因成了模板，眼睛失去色素，幾乎變成純白色。這個白眼性狀能夠子子孫孫無限傳遞。
到二次大戰末期，人們發現某些化學物質能使果蠅發生突變。綫照射的病人患上了皮膚癌和白血病。在這兩種風馬牛不相及的因素——化學物質和X綫——之間究竟有着怎樣隱蔽的聯繫，以至於雙方都能誘發癌癥呢？兩者都是有害的，都會損害人體組織，殺死細胞。但是殺死細胞同癌癥有什麽關係呢？癌癥的表現是組織細胞增生，同有害因素令組織細胞衰竭背道而馳。
到20世紀30年代，在美國化學家和癌癥研究人員的共同努力下，對煤焦油問題有了更為深入的理解。他們發現煤焦油實際上是幾百種乃至幾千種不同化學物質的混合物。因此化學家們將焦油分離成許多種化學成分，然後分別交給癌癥研究人員，由他們繼續在實驗動物身上測試每種成分的緻癌能力。他們發現其中有些成分有很強的緻癌作用。現在化學緻癌物之謎可以表述得更為確切了：某些特定的化學物質成分，例如3一甲基膽蒽和二甲苯丙蒽——當然還有X綫，會導致癌癥。
可是，對於這些或者其他化學物質是如何誘發癌癥這個根本問題，此種進展收效甚微。一如在癌癥研究中慣常出現的場景，解决這個特殊問題的巨大飛躍來自同癌癥沒有明顯聯繫的研究。這一回，最有力的結論來自對果蠅的遺傳研究。到20世紀初期，人們認為果蠅擁有的一套遺傳體係，同人類的非常相似。
尤為重要的是，果蠅的基因很容易被更換。一對果蠅的子女通常和父母一模一樣。但是，在20世紀30年代，赫爾曼·穆勒發現，經X綫照射過的果蠅産出的後代有時會擁有大不相同的性狀。這些全新的性狀常常會傳遞給下一代果蠅，然後代代相傳。
穆勒的結論是，一度被認作能夠詳實準確地由上代傳遞給下一代的遺傳物質，實際上非常脆弱易變。遺傳學家稱之為可突變的。以某種未知的方式，X綫作用於遺傳物質並且改變它的信息內容。所以，科學的思路和語匯應是：X綫能夠使基因突變。
X綫引起的難以逆料的遺傳變化常常是致命的。但在極少數情況下，這些遺傳變化——突變——並沒有影響到果蠅的生長發育，儘管基因改變了，它們仍然健康又茁壯。人們對一例通常規定紅眼顔色的基因作了深入研究。經X綫照射後，眼睛顔色突變基因成了模板，眼睛失去色素，幾乎變成純白色。這個白眼性狀能夠子子孫孫無限傳遞。
到二次大戰末期，人們發現某些化學物質能使果蠅發生突變。其中一些是那種曾在一戰期間用於毒氣戰的活性很強的氮薺。同以前相仿，一隻曾暴露於化學物質的果蠅，它的第二代以及後代傳遞着變化了的基因形式，這些基因規定着諸如眼睛的顔色、肢體或毛發的發育等不同性狀。
大約在1950年，幾位遺傳學家對積纍的有關化學物質、X綫、突變的信息進行了歸納，提出了一個統一的總結性理論，儘管它實際上仍屬推測範疇。理論如下：X綫和某些化學物質可以致癌。X綫和化學物質也能導致基因突變。因此，這些緻癌因素導致受其影響的動物發生基因突變。換言之，緻癌物質（即引起癌癥的因素）實即誘變因素（引起突變的因素），而且這兩個過程之間有着幹絲萬縷解不開的瓜葛。
這一推理過程中藴涵的前提是果蠅基因和人類基因擁有同一種行為模式。到20世紀50年代，這種理論愈發顯出其魅力。人們發現果蠅基因和人類細胞都擁有DNA分子。而且，從蠕蟲、蒼蠅直至人類，所有復雜的生物體，其細胞的構成方式都極為相似。因此，從一個生物體推廣到另一個，其立足點堅實雄厚。
這些誘變因素引發的突變也給人帶來一點疑惑。遺傳學家們研究過那些在有機體身上世代相傳的突變基因。但在癌癥情況下，誘變因素似乎僅僅損害那些機體內部特定位置的細胞基因。據此推斷，一旦一個靶細胞的基因受損，這個突變細胞會在機體內似脫繮野馬飛速擴張，遲早會産生一大堆被認作腫瘤的後代細胞。
這裏似乎存在兩套遺傳體係：一套描述基因從生物體母代到子代的傳遞，一套描述組織內一個細胞的基因嚮該組織後代細胞的傳遞。在後一種情況下，被誘變緻癌物質改變的基因通常沒有機會傳遞給下一代生物體。腸道、大腦抑或肺細胞的基因，無論受損有多嚴重，永不會影響機體子代的遺傳構成。
對這種二分法可以作更簡單的表述：生殖細胞（精子或卵子）的突變可以傳遞給後代；身體其他部位的細胞（體細胞）發生的突變則不能遺傳。這種被稱作體細胞突變的玩意顯然就是引發癌癥的關鍵角色。
1953年沃森和剋裏剋發現DNA雙蠃旋結構之後，可以用更確切的語匯來表述有關基因和突變的推斷。如果基因內含的信息是以DNA鹼基序列方式編碼的，那麽，突變就是DNA結構的改變，就是組成單個基因的DNA鹼基序列發生了變化。如果緻癌物質等同誘變因素的理論成立，那麽癌細胞中必定含有鹼基序列改變了的DNA分子。這些變化後的DNA序列，儲存了正常細胞所沒有的信息，以某種方式指引着癌細胞失控生長。
緻癌物質一誘變因素理論之所以引人入勝，因為它將復雜的緻癌現象簡化成單一的根本機製。但是要證實這一理論，仍須再花30年的時間進行研究。遺傳推論要比現有證據前衛得多，這是屢屢出現的事情。證實誘變因素是緻癌物質
20世紀30年代，人們已經知道很多化學物質應用於實驗動物身上，有緻癌作用。不久，癌癥研究人員辦起了家庭小作坊，試圖再試驗動物身上誘發腫瘤。他們通常選擇小鼠和大鼠。和山際的兔子一樣，它們的生物機理和人類有一定相似，而且它們可以大量繁殖，在好多月份中反復應用化學物質。由於二戰以後，化工業開始將幾百乃至幾千種化學成分投放市場，采用這種方法測試潛在的緻癌物質尤顯必要。
到20世紀60年代，這種測試方法已經揀選出許多經鑒定會導致嚙齒類動物罹患癌癥的物質。人們懷疑其中很多種也會使人類生癌，但在大多數情況下，由於不得有意識地將可疑緻癌物質應用於人類，這種懷疑永不能得到證實。據信會使嚙齒類動物生癌的化學物常常被迫撤出市場，即使被允許用於通常用途，其應用也受到嚴格限製。
嚙齒類動物緻癌物測試揭示出許多種能夠誘發癌癥的化學物。這些潛在的緻癌化學物分子結構多種多樣。進入生物體以及生物體細胞之後，它們同細胞內部的不同靶分子相結合，以某種方法改變甚至損害靶分子。化學緻癌物的多樣性意味着人體細胞內部的靶分子同樣豐富多彩。
從試驗中人們還認識到，不同的化學物對實驗動物産生的緻癌作用有很大差異。有時候，一種化學成分需要幾百毫剋地連續應用好多個月，才能誘發癌癥。而其他化學物衹需幾微剋的劑量，註射一兩次，小鼠或大鼠就會生癌。這種緻癌作用的差異係數高達100萬甚至更多。測試中發現，緻癌作用最強的化學物之一是自然生成的黃麯黴毒素。它是花生和𠔌物因貯存不當發黴後産生的。對嚙齒類動物而言，即便是極少量的黃麯黴毒素也有很強的誘發肝癌作用，非洲一次流行病學調查顯示其對人類也具有同樣危險。
令人睏惑的是居然有這麽多的化學物被指證為緻癌物質，這不僅沒有簡化癌癥的起源問題，相反使它更復雜化了。怎樣才能將堆成山的證據濃縮成少數簡單原理呢？確切點說，如何用這些化學物的所作所為來闡明緻癌物質一誘變因素理論呢？
20世紀70年代中期，加州大學伯剋利分校的遺傳學家布魯斯·埃姆斯（Bruce Ames），為這一謎團提供了一個答案。埃姆斯的早期研究集中於細菌基因的運作。由於涉及細菌功能的基因同更復雜的生命形式的基因非常相似，因此，埃姆斯的工作和多數細菌遺傳學一樣，有着廣泛的影響。細菌基因用DNA分子編碼，而且和人類基因一樣容易因突變受損。損害人類基因的X綫和許多化學物，對細菌能産生同樣後果。
研究細菌基因，對研究人類或小鼠基因有一個顯著好處。細菌能夠多快好省地生長。它們在20分鐘內就可以開始繁殖，而小鼠則需要幾個月的準備時間。所以，細菌遺傳學的成果大大促進了20世紀60～70年代的基因研究。
埃姆斯試圖找出一種簡單的方法，用以衡量不同化學物的相對誘變能力。他把化學物應用在培養皿中繁殖的沙門菌基因上。在他運用最廣泛的試驗中，某個關鍵基因的突變使得突變細菌繁殖成的菌落在培養皿中清晰可見；未突變的細菌則無法有此作為。所以，要精確計量某種潛在誘變因素的作用大小，衹要將這種化學物註入盛有適當細菌的培養皿，使細菌基因發生突變，然後計算器中出現的菌落數。增加的菌落數直接反映了受試化學物質的誘變效力。
埃姆斯搜集了一大批已知緻癌物，然後用他的細菌突變分析法一個一個地測試過去。對測試結果的分析得出了令人振奮的相關性。對細菌有高度誘變作用的化學物質，在誘發實驗用嚙齒類動物腫瘤時同樣有效；缺乏顯著誘變作用的化學物看來也缺少緻癌作用。
緻癌物質一誘變因素理論不再是空中樓閣，第一次擁有了一點實驗基礎。而且，一種化學物的緻癌能力似乎源自於它損害機體細胞基因的能力。在誘變力和緻癌能力之間，果真有着密切聯繫。
被稱作埃姆斯試驗（Ames Test）的這一方法還有另一個意外收穫。現在，對新發現的化學成分，科學家們可以在一兩天內計量它的潛在緻癌作用。那時，以人體測試化學成分的安全性受到猛烈抨擊，代之以嚙齒類動物作為試驗對象，試驗也需要幾年時間，而埃姆斯測試要比它便宜百倍。埃姆斯測試得出的一次陽性結果，幾乎决定了受試化學成分的未來命運。
當然，事情並非果真如此簡單。有些化學物雖然在埃姆斯細菌測試中呈陰性，但是它們對嚙齒類動物和人類癌癥發病率的上升難辭其咎。石棉和酒精就是著名的例子。當然，也有一些化學物雖然對於細菌基因突變非常有效，但對哺乳動物衹有很小的緻癌作用。
所以可以作如下表述：誘變因素通過進入細胞，損害基因，從而導致癌癥。不久，人們發現很多緻癌物質直接作用於DNA分子，尤其是雙蠃旋兩條鏈中的鹼基。通過改變鹼基結構，它們直接影響DNA的信息內容，這恰好就是誘變因素的意圖。
因此通過埃姆斯以及其他人的貢獻，緻癌物質一誘變因素理論贏得了有力支持：許多緻癌物經由損壞DNA這一途徑，能夠製造出突變基因。可是，這衹不過是癌癥起源的衆多理論之一，衹要缺少一個關鍵的證據，它就不能凌駕於其他學說之上，成為真理。如果說緻癌物是通過改變基因來引發癌癥，那麽，癌細胞必定攜有突變基因。必須找到這些突變基因。如果找不到，那麽，和其他幾十種試圖闡述這一復雜病癥的失敗理論一樣，緻癌物質一誘變因素理論亦屬不經之談。
至於極少數遭遇癌癥的個案，大多將其歸結為偶然事件或者上帝的旨意。但是，自18世紀最後10年來，積纍的某些證據引出了另外一種見解：癌癥的發生與患者的特殊經歷或者生活方式有關。有些醫生開始記錄發生於特定人群的特定腫瘤，然後提出了這一新思想。
其中最有名、或許也是最早的發現，是由倫敦醫生珀西瓦爾·波特（perCIV。lp。ti）在1775年提出的。他描述早年曾幹過掃煙囪活計的男人患上陰囊癌。波特提出了首例其發病與特殊因素或環境有密切關係的癌種。不久，亦在倫敦，一個外科醫生報道，吸鼻煙
散見於19世紀的各種報道強化了這種觀點。德國東部的瀝青鈾礦上，礦工們患肺癌死亡，而該病在大量社會人口中都極為少見。到了20世紀初，那些與新發現的X綫打交道的人被發現易患皮膚癌和白血病。那些在手錶指針上塗抹發冷光的鐳的婦女，因為常常舔刷毛，經診斷患有舌癌。自20世紀50年代早期始，吸煙人群的肺癌發病率日漸上升，通常要比不抽煙的人群高上20至30倍。
不同國傢之間癌癥的發病率也有巨大差異。非洲某些地方肝癌的發病率18倍於英國。日本人患胃癌的概率11信於美國人。美國人結腸癌的發病率是非洲某些地方的10到20倍。這些顯著差異並非遺傳易患性所致。當人們從世界某地遷居至另一地，他們的孩子很快呈現出新居所在地的典型癌種的高發率。
以上情況清楚說明，對許多癌癥來說，人體組織未受激惹的自發崩潰這一解釋已難以令人信服。另一種理論更有說服力：影響人體的外部因素——生活方式、飲食習慣或者環境——在癌癥的發病中扮演着重要角色。發端於20世紀初的這場思想大轉變同影響人們對傳染病理解的另一次革命不謀而合。19世紀的最後幾十年內，羅伯特·科赫和路易·巴斯德發現許多致命惡疾可以追溯到特殊、偶然的因素：細菌和病毒。從此，人類的疾病不再是隨機、變幻莫測的自然力的作用，而是有其特殊的可知病因。
這一重大突破使我們能重新定義、闡明癌癥問題。現在我們可以用更確切的語匯來表述癌癥之謎：究竟生活方式和飲食習慣是珀怎樣具體影響體內深處的組織行為的呢？要揭開此謎團，必須描述正常和癌變的細胞個體，以及細胞內部驅使其生長的機製。這樣化繁為簡——將復雜現象濃縮成單一的根本機製——很快成為當代癌癥研究的中心議題，而且直到20世紀末，仍將是它的榮耀。癌癥因子和靶基因
有關癌癥不是人體組織隨機、自發的惡化而是被激活的這一觀點，根本上改變了許多癌癥研究人員的思路。如果是外部因素激發了癌癥，也許我們可以識別這些因素，研究它們的活動機製。也許，從最初的緻癌因子到癌癥産生這一整個過程都能被揭示。因此，直到19世紀末，全世界的科學家都試圖在實驗動物——小鼠、大鼠、兔子——身上再現癌癥。年復一年，卻無一成功。
在20世紀的第一個10年，日本首次獲得成功。山際剋三郎從歐洲掃煙囪工人的早期研究中獲得了啓示。最初珀西瓦爾·波特發現倫敦掃煙囪工人陰囊癌發病率很高，但是幾十年後，其他人的研究發現，歐洲大陸的掃煙囪工人陰囊癌的發病率要低得多。看來這種差異與個人衛生習慣有關。英國的掃煙囪工人同他們許多18世紀的同胞一樣極少洗澡，而歐洲大陸上的掃煙囪工人則經常洗澡。看來倫敦煙道裏粘在英國掃煙囪工人皮膚上的雜酚焦油，如果不很快洗掉，會導致癌癥。
相應地，山際在兔子的耳朵上反復塗抹煤焦油。好多個月後，兔耳上生了皮膚癌。而其他研究者之所以未能誘發癌癥，因為他們要麽過早放棄，要麽沒有想到須反復應用這種物質。
山際的試驗直接表明經由特殊因素能夠如願在實驗室裏誘發癌癥。兔耳腫瘤——也許包括其他所有腫瘤——能夠找出明確的病因。可是，這一頓悟衹能引發另一個舉足輕重的問題：化學物質，譬如煤焦油中的那種，究竟是如何緻癌的呢誒引發癌癥的化學物質——化學緻癌物——以某種方法侵入人體組織細胞，促使腫瘤生長。因此，癌癥本身並非入侵者，真正的入侵者是緻癌物質（本例中即是煤焦油）。
關於X綫也能緻癌的發現加深了這一謎團。在威廉·倫琴1895年的發現之後，X射綫管廣泛應用於骨骼造影和多種疾病的治療。操作X綫機器的技師以及許多受到X紅眼顔色的基因作了深入研究。經X綫照射後，眼睛顔色突變基因成了模板，眼睛失去色素，幾乎變成純白色。這個白眼性狀能夠子子孫孫無限傳遞。
到二次大戰末期，人們發現某些化學物質能使果蠅發生突變。綫照射的病人患上了皮膚癌和白血病。在這兩種風馬牛不相及的因素——化學物質和X綫——之間究竟有着怎樣隱蔽的聯繫，以至於雙方都能誘發癌癥呢？兩者都是有害的，都會損害人體組織，殺死細胞。但是殺死細胞同癌癥有什麽關係呢？癌癥的表現是組織細胞增生，同有害因素令組織細胞衰竭背道而馳。
到20世紀30年代，在美國化學家和癌癥研究人員的共同努力下，對煤焦油問題有了更為深入的理解。他們發現煤焦油實際上是幾百種乃至幾千種不同化學物質的混合物。因此化學家們將焦油分離成許多種化學成分，然後分別交給癌癥研究人員，由他們繼續在實驗動物身上測試每種成分的緻癌能力。他們發現其中有些成分有很強的緻癌作用。現在化學緻癌物之謎可以表述得更為確切了：某些特定的化學物質成分，例如3一甲基膽蒽和二甲苯丙蒽——當然還有X綫，會導致癌癥。
可是，對於這些或者其他化學物質是如何誘發癌癥這個根本問題，此種進展收效甚微。一如在癌癥研究中慣常出現的場景，解决這個特殊問題的巨大飛躍來自同癌癥沒有明顯聯繫的研究。這一回，最有力的結論來自對果蠅的遺傳研究。到20世紀初期，人們認為果蠅擁有的一套遺傳體係，同人類的非常相似。
尤為重要的是，果蠅的基因很容易被更換。一對果蠅的子女通常和父母一模一樣。但是，在20世紀30年代，赫爾曼·穆勒發現，經X綫照射過的果蠅産出的後代有時會擁有大不相同的性狀。這些全新的性狀常常會傳遞給下一代果蠅，然後代代相傳。
穆勒的結論是，一度被認作能夠詳實準確地由上代傳遞給下一代的遺傳物質，實際上非常脆弱易變。遺傳學家稱之為可突變的。以某種未知的方式，X綫作用於遺傳物質並且改變它的信息內容。所以，科學的思路和語匯應是：X綫能夠使基因突變。
X綫引起的難以逆料的遺傳變化常常是致命的。但在極少數情況下，這些遺傳變化——突變——並沒有影響到果蠅的生長發育，儘管基因改變了，它們仍然健康又茁壯。人們對一例通常規定紅眼顔色的基因作了深入研究。經X綫照射後，眼睛顔色突變基因成了模板，眼睛失去色素，幾乎變成純白色。這個白眼性狀能夠子子孫孫無限傳遞。
到二次大戰末期，人們發現某些化學物質能使果蠅發生突變。其中一些是那種曾在一戰期間用於毒氣戰的活性很強的氮薺。同以前相仿，一隻曾暴露於化學物質的果蠅，它的第二代以及後代傳遞着變化了的基因形式，這些基因規定着諸如眼睛的顔色、肢體或毛發的發育等不同性狀。
大約在1950年，幾位遺傳學家對積纍的有關化學物質、X綫、突變的信息進行了歸納，提出了一個統一的總結性理論，儘管它實際上仍屬推測範疇。理論如下：X綫和某些化學物質可以致癌。X綫和化學物質也能導致基因突變。因此，這些緻癌因素導致受其影響的動物發生基因突變。換言之，緻癌物質（即引起癌癥的因素）實即誘變因素（引起突變的因素），而且這兩個過程之間有着幹絲萬縷解不開的瓜葛。
這一推理過程中藴涵的前提是果蠅基因和人類基因擁有同一種行為模式。到20世紀50年代，這種理論愈發顯出其魅力。人們發現果蠅基因和人類細胞都擁有DNA分子。而且，從蠕蟲、蒼蠅直至人類，所有復雜的生物體，其細胞的構成方式都極為相似。因此，從一個生物體推廣到另一個，其立足點堅實雄厚。
這些誘變因素引發的突變也給人帶來一點疑惑。遺傳學家們研究過那些在有機體身上世代相傳的突變基因。但在癌癥情況下，誘變因素似乎僅僅損害那些機體內部特定位置的細胞基因。據此推斷，一旦一個靶細胞的基因受損，這個突變細胞會在機體內似脫繮野馬飛速擴張，遲早會産生一大堆被認作腫瘤的後代細胞。
這裏似乎存在兩套遺傳體係：一套描述基因從生物體母代到子代的傳遞，一套描述組織內一個細胞的基因嚮該組織後代細胞的傳遞。在後一種情況下，被誘變緻癌物質改變的基因通常沒有機會傳遞給下一代生物體。腸道、大腦抑或肺細胞的基因，無論受損有多嚴重，永不會影響機體子代的遺傳構成。
對這種二分法可以作更簡單的表述：生殖細胞（精子或卵子）的突變可以傳遞給後代；身體其他部位的細胞（體細胞）發生的突變則不能遺傳。這種被稱作體細胞突變的玩意顯然就是引發癌癥的關鍵角色。
1953年沃森和剋裏剋發現DNA雙蠃旋結構之後，可以用更確切的語匯來表述有關基因和突變的推斷。如果基因內含的信息是以DNA鹼基序列方式編碼的，那麽，突變就是DNA結構的改變，就是組成單個基因的DNA鹼基序列發生了變化。如果緻癌物質等同誘變因素的理論成立，那麽癌細胞中必定含有鹼基序列改變了的DNA分子。這些變化後的DNA序列，儲存了正常細胞所沒有的信息，以某種方式指引着癌細胞失控生長。
緻癌物質一誘變因素理論之所以引人入勝，因為它將復雜的緻癌現象簡化成單一的根本機製。但是要證實這一理論，仍須再花30年的時間進行研究。遺傳推論要比現有證據前衛得多，這是屢屢出現的事情。證實誘變因素是緻癌物質
20世紀30年代，人們已經知道很多化學物質應用於實驗動物身上，有緻癌作用。不久，癌癥研究人員辦起了家庭小作坊，試圖再試驗動物身上誘發腫瘤。他們通常選擇小鼠和大鼠。和山際的兔子一樣，它們的生物機理和人類有一定相似，而且它們可以大量繁殖，在好多月份中反復應用化學物質。由於二戰以後，化工業開始將幾百乃至幾千種化學成分投放市場，采用這種方法測試潛在的緻癌物質尤顯必要。
到20世紀60年代，這種測試方法已經揀選出許多經鑒定會導致嚙齒類動物罹患癌癥的物質。人們懷疑其中很多種也會使人類生癌，但在大多數情況下，由於不得有意識地將可疑緻癌物質應用於人類，這種懷疑永不能得到證實。據信會使嚙齒類動物生癌的化學物常常被迫撤出市場，即使被允許用於通常用途，其應用也受到嚴格限製。
嚙齒類動物緻癌物測試揭示出許多種能夠誘發癌癥的化學物。這些潛在的緻癌化學物分子結構多種多樣。進入生物體以及生物體細胞之後，它們同細胞內部的不同靶分子相結合，以某種方法改變甚至損害靶分子。化學緻癌物的多樣性意味着人體細胞內部的靶分子同樣豐富多彩。
從試驗中人們還認識到，不同的化學物對實驗動物産生的緻癌作用有很大差異。有時候，一種化學成分需要幾百毫剋地連續應用好多個月，才能誘發癌癥。而其他化學物衹需幾微剋的劑量，註射一兩次，小鼠或大鼠就會生癌。這種緻癌作用的差異係數高達100萬甚至更多。測試中發現，緻癌作用最強的化學物之一是自然生成的黃麯黴毒素。它是花生和𠔌物因貯存不當發黴後産生的。對嚙齒類動物而言，即便是極少量的黃麯黴毒素也有很強的誘發肝癌作用，非洲一次流行病學調查顯示其對人類也具有同樣危險。
令人睏惑的是居然有這麽多的化學物被指證為緻癌物質，這不僅沒有簡化癌癥的起源問題，相反使它更復雜化了。怎樣才能將堆成山的證據濃縮成少數簡單原理呢？確切點說，如何用這些化學物的所作所為來闡明緻癌物質一誘變因素理論呢？
20世紀70年代中期，加州大學伯剋利分校的遺傳學家布魯斯·埃姆斯（Bruce Ames），為這一謎團提供了一個答案。埃姆斯的早期研究集中於細菌基因的運作。由於涉及細菌功能的基因同更復雜的生命形式的基因非常相似，因此，埃姆斯的工作和多數細菌遺傳學一樣，有着廣泛的影響。細菌基因用DNA分子編碼，而且和人類基因一樣容易因突變受損。損害人類基因的X綫和許多化學物，對細菌能産生同樣後果。
研究細菌基因，對研究人類或小鼠基因有一個顯著好處。細菌能夠多快好省地生長。它們在20分鐘內就可以開始繁殖，而小鼠則需要幾個月的準備時間。所以，細菌遺傳學的成果大大促進了20世紀60～70年代的基因研究。
埃姆斯試圖找出一種簡單的方法，用以衡量不同化學物的相對誘變能力。他把化學物應用在培養皿中繁殖的沙門菌基因上。在他運用最廣泛的試驗中，某個關鍵基因的突變使得突變細菌繁殖成的菌落在培養皿中清晰可見；未突變的細菌則無法有此作為。所以，要精確計量某種潛在誘變因素的作用大小，衹要將這種化學物註入盛有適當細菌的培養皿，使細菌基因發生突變，然後計算器中出現的菌落數。增加的菌落數直接反映了受試化學物質的誘變效力。
埃姆斯搜集了一大批已知緻癌物，然後用他的細菌突變分析法一個一個地測試過去。對測試結果的分析得出了令人振奮的相關性。對細菌有高度誘變作用的化學物質，在誘發實驗用嚙齒類動物腫瘤時同樣有效；缺乏顯著誘變作用的化學物看來也缺少緻癌作用。
緻癌物質一誘變因素理論不再是空中樓閣，第一次擁有了一點實驗基礎。而且，一種化學物的緻癌能力似乎源自於它損害機體細胞基因的能力。在誘變力和緻癌能力之間，果真有着密切聯繫。
被稱作埃姆斯試驗（Ames Test）的這一方法還有另一個意外收穫。現在，對新發現的化學成分，科學家們可以在一兩天內計量它的潛在緻癌作用。那時，以人體測試化學成分的安全性受到猛烈抨擊，代之以嚙齒類動物作為試驗對象，試驗也需要幾年時間，而埃姆斯測試要比它便宜百倍。埃姆斯測試得出的一次陽性結果，幾乎决定了受試化學成分的未來命運。
當然，事情並非果真如此簡單。有些化學物雖然在埃姆斯細菌測試中呈陰性，但是它們對嚙齒類動物和人類癌癥發病率的上升難辭其咎。石棉和酒精就是著名的例子。當然，也有一些化學物雖然對於細菌基因突變非常有效，但對哺乳動物衹有很小的緻癌作用。
所以可以作如下表述：誘變因素通過進入細胞，損害基因，從而導致癌癥。不久，人們發現很多緻癌物質直接作用於DNA分子，尤其是雙蠃旋兩條鏈中的鹼基。通過改變鹼基結構，它們直接影響DNA的信息內容，這恰好就是誘變因素的意圖。
因此通過埃姆斯以及其他人的貢獻，緻癌物質一誘變因素理論贏得了有力支持：許多緻癌物經由損壞DNA這一途徑，能夠製造出突變基因。可是，這衹不過是癌癥起源的衆多理論之一，衹要缺少一個關鍵的證據，它就不能凌駕於其他學說之上，成為真理。如果說緻癌物是通過改變基因來引發癌癥，那麽，癌細胞必定攜有突變基因。必須找到這些突變基因。如果找不到，那麽，和其他幾十種試圖闡述這一復雜病癥的失敗理論一樣，緻癌物質一誘變因素理論亦屬不經之談。