辐射对你有益吗？

任何傻瓜都应该能毒死一株植物。1966年，当爱德华·卡拉布雷斯还是马萨诸塞州布里奇沃特州立学院的一名大三学生时，他就是这样想的。当时他正在上植物生理学课，他的实验室小组被告知要用一种名为Phosfon的除草剂给一些薄荷植物施药。目的是测量给定剂量如何阻碍植物生长，从而证明生物学的一个基本原理：你毒害的东西越多，它就病得越重。然而，在卡拉布雷斯的情况下，这个教训适得其反。作物非但没有枯萎，反而长得郁郁葱葱。“你要么给植物施了错误的化学物质，要么标错了标签，”教授说，“上帝保佑，你发现了新东西。”当卡拉布雷斯接下来尝试重复实验时，薄荷植物如预期般枯萎了。但教授是对的：卡拉布雷斯确实发现了新东西。当他像第一次那样错误地喷洒稀释的毒药时，植物生长得很好。无论从高度、重量还是根长来看，它们都比没有施用Phosfon的植物好约40%。三十六年后的今天，在马萨诸塞大学阿默斯特分校的办公室里，卡拉布雷斯用一种事实求是的语气讲述着这个故事。他身材瘦小，头发灰白，站在堆积如山的学术出版物中，几乎不像一个革命者。他声称自己“性格平淡”，他那猫头鹰般的眼镜和轻声细语的举止似乎也印证了这一点。然而，他的结论既坚定又充满争议。他说，在高剂量下会造成伤害或死亡的毒物，在低剂量下可能会产生相反的效果，这种悖论适用于所有可以想象到的健康指标——生长、生育、寿命以及免疫和精神功能。这种效应被称为“兴奋效应”（hormesis），源自希腊语中“兴奋”一词。“其影响，”他说，“是巨大的。”在过去十年中，卡拉布雷斯梳理了数万项研究，寻找这种效应的例子，并发现了数量惊人的案例。暴露于过热环境中的蠕虫、接受少量二恶英的老鼠、暴露于低水平辐射的小鼠和人类——在对照实验中，它们的寿命都比没有接触毒素的情况下更长。现在，卡拉布雷斯和全球范围内少数但数量不断增加的研究人员正致力于研究这种效应的生物学基础。“如果你真的了解了‘总开关’，”他说，“它将变得非常强大。”这也很可怕。利用毒素来改善健康听起来既不负责任，又对污染者来说 suspiciously convenient。如果一点点二恶英对你有益，为什么还要费心清理哈德逊河呢？如果一点点砷能预防癌症，为什么还要降低饮用水中允许的砷含量呢，正如美国环境保护署（EPA）所敦促的那样？“这是我们正在经历的主要觉醒之一，”卡拉布雷斯说，“我们真的没有看到任何例外，这让人们很难接受。但我有如此多的数据——这是如此具有压倒性的说服力——我认为任何理性的人都无法否认兴奋效应的存在。”如果其他研究人员选择了支持兴奋效应，这个理论可能仍然停留在19世纪的医学文献中。卡拉布雷斯之所以不同于一个疯子——他赢得了政府监管机构、科学合作者以及数千名订阅他通讯的人的尊重——是因为他的方法和背景。“他是一名主流毒理学家，”前环保局科学顾问委员会主任唐纳德·巴恩斯说，“每个人都认识他。他不是一个怪人。每个人都尊重他所做的工作。”很难将卡拉布雷斯斥为污染者的辩护者：他职业生涯的大部分时间都在证明污染物到底有多危险。在那些早期的薄荷实验之后，卡拉布雷斯发表了一篇论文，然后对他的小发现——一个没有解释的悖论——不以为然。1976年他来到阿默斯特时，他建立了一个传统的毒理学实验室。在20世纪80年代中期，他开始研究致癌物。当时的普遍观点认为致癌物只有经过反复接触才能致癌。卡拉布雷斯决定仔细研究一下。他从实验室转向图书馆，在接下来的15年里，他大部分时间都在审阅6000项先前的癌症研究。在超过三分之二的研究中，他发现了一类名为诱变剂的化学物质可以一次性接触就导致癌症的证据。这种研究风格后来在兴奋效应方面对他很有帮助，而且结果也同样具有争议性。他研究的诱变剂包括食品防腐剂和其他常见物质——例如，霉菌产生的黄曲霉毒素。“通常，一开始，人们认为我疯了，”卡拉布雷斯说，“工业界非常不安。”但他坚持不懈，他的发现很快进入了主流。大约在1990年，他告诉科罗拉多州，环保局对军队废弃物场地渗漏的有毒化学物质的限制大约宽松了一百倍。在1993年的漫长听证会之后，该州同意了。军队仅在该场地就面临至少700万美元的估计清理费用——而且还有其他21000个场地需要担心。卡拉布雷斯说，认识到一位研究人员的证词可以带来的改变，这让他感到非常满意。但那时他已经面临一个更严峻的挑战。1985年，他收到了一张看似无害的邮件传单，宣布了一个关于低剂量辐射刺激效应的会议。它可能提到了他以前从未听说过的兴奋效应。他只知道这激发了他的记忆。他打电话给辐射健康影响专家伦纳德·萨根，萨根当时正在组织这次会议。他告诉萨根，他20年前在薄荷植物中也看到了类似的效果。“这对我来说，是从一个事件过渡到一种现象，”他说，“而不仅仅是一个事件。”

他逐渐了解到，兴奋效应有着悠久但几乎被遗忘的历史。有人追溯其起源于16世纪瑞士-德国药理学家帕拉塞尔苏斯，他宣称：“万物皆毒，无物不毒。剂量决定了物质是毒物还是良药。”这在某种程度上是常识：我们都知道，即使是钠等必需营养素，在高剂量下也会变得有毒。但在19世纪末的德国，科学家们将这一理念更进一步。精神病学家鲁道夫·阿恩特和药理学家雨果·舒尔茨宣称，毒物只是比其他物质的毒性阈值更低；如果摄入适量，它们也能发挥益处。正如阿恩特-舒尔茨定律所言：小剂量的毒物是兴奋剂。阿恩特基于动物实验得出结论，舒尔茨则基于酵母发酵研究。他们的发现与其他研究相符，他们的定律被认为适用于大多数化学和环境应激。但阿恩特和舒尔茨都利用他们的发现来倡导顺势疗法的医疗实践，麻烦就此开始。兴奋效应和顺势疗法有相似之处，但它们是截然不同的概念。顺势疗法认为，治疗疾病的最佳方法是用引起类似症状的毒素刺激身体的自然防御机制。例如，如果你得了胃病毒，顺势疗法医生可能会给你开一点点砷，因为砷中毒也会引起腹痛和呕吐。这更多是类比而非生物学，实际剂量几乎为零。顺势疗法药物的稀释度比卡拉布雷斯等人观察到兴奋效应的范围稀释成千上万甚至数百万倍。有些药物甚至几乎不含一个毒素分子。科学家们长期以来一直嘲笑顺势疗法，称其益处（如果有的话）纯粹是心理作用。随着兴奋效应也沾染上同样的污名，它也开始失去支持者。接着，其他力量将其推向灭绝。1895年X射线发现后不久，研究人员开始发表辐射兴奋效应的报告，例如声称低剂量辐射能刺激植物生长。与此同时，一些江湖郎中开始兜售具有放射性的专利药，声称能治疗各种人类疾病。目前尚不清楚有多少人接触过此类灵丹妙药，但随着几起广为人知的中毒事件，这种狂热戛然而止。例如，1932年，实业家埃本·拜尔斯死于骨癌，据推测是由于他定期摄入镭补充剂所致。与此同时，其他研究人员已经表明，辐射会导致果蝇染色体损伤——剂量越高，突变越多。二战后，对核武器扩散不满的物理学家和其他人士加剧了人们对辐射的恐惧。等到卡拉布雷斯那一代人上学时，教科书中所有关于兴奋效应的提及都已消失。尽管如此，少数研究人员仍在谈论兴奋效应。1985年，其中一人给爱德华·卡拉布雷斯寄了一份传单。“如果兴奋效应是真实且重要的，”卡拉布雷斯开始思考，“我们应该在所有生命形式中看到它。”但直到四年后，当他在《科学》杂志上看到伦纳德·萨根和一位对兴奋效应更持怀疑态事的同事之间的辩论时，他才决定将这个问题提交给更广泛的科学界。1990年，他和其他几位研究人员创办了一份通讯，卡拉布雷斯担任编辑。他们选择了《BELLE》作为名称，代表“低水平暴露的生物效应”（Biological Effects of Low Level Exposures），卡拉布雷斯组建了一个由高级学者、行业研究人员和政府监管机构组成的顾问委员会。其中不乏怀疑论者。“我想要一个平衡的群体，”卡拉布雷斯说，“以消除意识形态。”十年内，《BELLE》的发行量增至12,000份——足以支持一份经过同行评审的科学期刊，该期刊计划于一月份开始出版。在此期间，1996年，德克萨斯州化学工业成为卡拉布雷斯研究的主要支持者。卡拉布雷斯承认，他的资助者有明显的议程，但他并不真的在意。“在学术环境中，我不必得出人们期望的答案，”他说，“我的薪水反正都会到账。”卡拉布雷斯的赞助商希望他建立一个关于人类兴奋效应实验证据的数据库，以一劳永逸地确定这种效应是否真实存在。他说服他们将范围扩大到所有生物。在接下来的几年里，他和他的同事琳达·鲍德温系统地研究了兴奋效应文献。他们考察了每项研究的设计、低剂量暴露的数据、这些数据的量级和统计显著性以及其可重复性。然后他们汇总了他们的发现，并给每项研究打分——他们希望任何客观的观察者都会同意这个分数。旨在寻找毒素低剂量效应的研究很少。大多数研究人员关注高剂量，从致死暴露到所谓的毒性阈值，通常略低于此，追踪其效应。通常，接受最低剂量的受试者太少，无法得出任何有意义的统计数据。但在2%的研究中——卡拉布雷斯和鲍德温给这些研究打了最高分——数据足够强大，可以进行分析。卡拉布雷斯坚持纳入所有符合评分标准的研究，无论其结果是支持兴奋效应还是与之矛盾。最终，积极的结果占据了上风：低剂量刺激受试者的可能性比环保局等机构使用的风险评估模型所假设的要高2.5倍。“今天我们有4500个案例显示我们认为是兴奋效应的情况，”卡拉布雷斯说，“如果你一次又一次地看到这种模式，你真的不能忽视它。”手里拿着这些发现，卡拉布雷斯开始参加科学会议，就像他处理致癌物数据时一样。然而，这一次，他遇到了更微妙的阻力。他说，当他抨击污染中的单次暴露致癌物时，就好像他在“捍卫妈妈和苹果派”一样。相比之下，他的兴奋效应数据似乎成了污染的许可证——尽管那时他在德克萨斯州的赞助商已经退出了。他记得有一天他正在做一场关于兴奋效应的演讲，一位困惑的研究人员从人群中站起来。“你不是那个关于单次暴露致癌物的卡拉布雷斯吗？”那人说，“这不是自相矛盾吗？”

卡拉布雷斯意识到，要说服怀疑者，他需要的不仅仅是一个好的数据库。统计学几乎可以将任何事物与任何事物联系起来——中毒与健康，肤色与学业表现。他需要的是一个好的解释：究竟压力或毒物如何能促进健康？正如他所说，“今天的毒理学，崇拜的是机制的祭坛。”卡拉布雷斯认为，兴奋效应背后的普遍原理是稳态：生物体保持自身平衡的倾向。我们通过出汗来应对温度升高。我们通过启动免疫系统来应对入侵的微生物。当我们的身体过度补偿，达到一个新的、更健康的平衡时，兴奋效应就发生了。例如，当免疫系统“记住”外来蛋白质时，它能更快地应对类似的挑战，生物体对疾病的抵抗力就会增强。兴奋效应研究人员说，弗里德里希·尼采的说法并非大错：杀不死你的，会让你更强大。有些人甚至将举重、跑步和磨练品格的经历视为产生兴奋效应的压力例子。然而，普遍原理还不是机制。为此，卡拉布雷斯需要一个具体的因果序列。药理学似乎是自然而然的寻找之地。药物通常会锁定受体，这些受体会向身体发出信号，产生更多某种所需的化学物质——比如激素——或将其从循环中清除。如果低剂量的毒物作用方式与药物相同，那么它们也应该影响相同的途径。卡拉布雷斯和鲍德温已经识别出大约30种制药商靶向的受体类型。它们调节细胞分裂、免疫反应和神经信号等重要功能，并且似乎是毒素可能作用的地方。然而，兴奋效应研究人员尚未进行将低剂量毒素与这些机制联系起来的测试，原因很容易理解。例如，卡拉布雷斯看到有证据表明低水平的一氧化碳可能有助于预防心脏病。他认为一氧化碳与血液中的一氧化氮反应，进而激活动脉壁中的受体，使血管舒张或收缩。更舒张的动脉更不容易被斑块堵塞。但一氧化碳也会与血红蛋白结合，在高剂量下会阻止血液将氧气输送到全身。想象一下，让一家制药公司资助实验来证明低剂量一氧化碳的益处。哪里有利润潜力？谁能为一氧化碳吸入器申请专利，更不用说推销它了？兴奋效应的其他可能机制包括热休克蛋白和对免疫系统的刺激。热休克蛋白是由细胞在应对高热和其他压力时产生的。它们有助于其他蛋白质正确折叠，并可能防止氧化损伤。至于免疫系统兴奋剂，最好的例子可能是辐射。虽然大多数科学家在二战后将放射治疗斥为江湖郎中之术，但少数人继续将其作为预防癌症患者转移的方法进行测试。1976年和1979年，哈佛大学的两项小型临床试验发现，低剂量辐射将转移性癌症患者的四年生存率从40%提高到70%，从52%提高到74%。五年前，日本东北大学的一项研究报告称，接受低剂量辐射的患者有84%的机会存活12年；未接受辐射的患者只有50%的机会存活9年。迈伦·波利科夫是加州大学旧金山分校实验室医学和放射学荣誉教授，他研究辐射兴奋效应已有几十年。他发现低水平辐射至少以两种方式有益于身体：它刺激免疫系统不断搜寻和摧毁癌细胞，并刺激DNA修复。他指出，我们呼吸的氧气是一种高活性元素，它会破坏我们细胞和DNA中的化学键。身体不断修复这种损伤，但随着年龄的增长，错误会累积。波利科夫认为，更有效的DNA修复解释了为什么许多暴露于低水平辐射的生物比未受辐射的对照组寿命更长。辐射兴奋效应极具争议。波利科夫和其他人承认，即使在低剂量下，所有辐射都会造成损伤，但他们坚持认为，它提供的刺激足以弥补损伤。对于癌症治疗，他们建议采用日本的程序，即患者首先接受常规高剂量辐射和/或化疗以杀死肿瘤，然后进行低剂量治疗以刺激兴奋效应并对抗转移。近年来，美国只有一位医生，巴尔的摩约翰霍普金斯医疗中心的詹姆斯·威尔士尝试过这种程序，而且只对一位81岁的淋巴瘤患者进行过，该患者拒绝继续化疗。他的病情显著改善，但后来复发了。欧洲人长期以来一直在寻求类似的治疗方法。每年，成千上万的人涌向奥地利巴德加斯坦等水疗中心，浸泡在天然氡含量高的水中。在蒙大拿州，一些充满氡气的废弃矿井已被改造成氡气治疗中心。据说适度暴露可以促进整体健康，但卡拉布雷斯对此表示怀疑。“我们在称兴奋效应有益时必须谨慎，”他说。你可能会通过兴奋效应刺激疾病——它可能对癌细胞或入侵者“有益”——而不是刺激身体的防御机制。氡气治疗值得研究，他说。“但我是一个谨慎的人，我通常需要大量数据才能涉水，我称之为涉水。”去年六月，约50位发言人以及生物学、毒理学和医学领域的另外一百多位兴奋效应研究人员来到阿默斯特参加首届国际兴奋效应会议。他们来自所有相关研究领域和世界各地：美国和加拿大、欧洲、俄罗斯和亚洲。人群看起来并不特别大胆或不墨守成规，只是通常的胡子教授和衣冠楚楚的顾问在一个宽敞的新粗野主义会议中心里晃来晃去。演讲倾向于严肃和科学，但会议间隙的谈话则深入熟悉的争议。有一次，在每天两次在礼堂和自助餐桌之间穿梭的队伍中，一位核能倡导者抱怨公众对辐射的恐惧。另一次，一位老鼠在小剂量二恶英中茁壮成长的研究人员辩称，“清除环境中微量化学物质是荒谬的浪费金钱。”“你能感觉到这里有很多沮丧和一些愤怒，”卡拉布雷斯评论道。他说，兴奋效应几十年来一直是“边缘化的假说”，但数据显示它是生物学的一个基本统一方面。在他和鲍德温审阅的研究中，低剂量毒素通常使受试者的终点改善30%到60%。如果谈论肿瘤大小，这是一个小的改善，但如果谈论其他一些情况，则不然。在会议的一次会议上，亚特兰大毒物和疾病登记局的兽医丹尼斯·琼斯介绍了关于低剂量汞暴露的最新发现。琼斯分析了疾病控制中心一项跟踪超过10万名婴儿的研究数据。这些婴儿被注射了硫柳汞，一种用作疫苗防腐剂的汞有机化合物。研究人员担心给婴儿注射太多疫苗可能会伤害他们。但琼斯发现，有限的汞暴露实际上降低了儿童患神经抽动、语言迟缓和其他病症的可能性。琼斯的分析是初步的，因此他拒绝给出具体数字。但他称这项研究“精妙”，并表示这“真的让他惊讶”。卡拉布雷斯并不惊讶。“在我们最新的数据库搜索中，”他轻轻地对着麦克风说，“汞也许是研究最多的显示兴奋效应的元素。”不幸的是，兴奋效应带来的益处可能几乎无法被利用。卡拉布雷斯发现，兴奋效应通常发生在剂量比毒性阈值低约五倍时。（环保局通常将可接受的暴露限值设定为比这低20倍。）但个体之间的敏感性可能相差10到100倍。对一个人产生兴奋效应的剂量对另一个人来说很可能是有毒的。这种变异性是兴奋效应不会很快为我们的药柜增加新药的一个主要原因。尽管如此，兴奋效应可能对环境法规产生影响。卡拉布雷斯说，污染监管机构处理的风险如此之小，以至于他们的数字都是估算值。他们测量毒素在高剂量下变得有多毒，然后画一条直线——一条“线性剂量-反应曲线”——来预测低剂量下的较小毒害效应。但如果低剂量是促进而不是损害健康呢？以砷的争论为例。根据线性剂量-反应曲线，环保局认为即使是微量砷也能显著增加患癌风险。因此，该机构在1999年建议将饮用水中的法定限量从50亿分之一降低到5亿分之一。（此后已提高到10亿分之一。）然而，即将发表在《生态毒理学与环境安全》杂志上的一篇论文显示，25到75亿分之一的剂量具有兴奋效应。生物学家加里·卡亚贾尼安仔细研究了两项先前砷研究的结果，一项在台湾，另一项在犹他州。犹他州的结果尤其能说明问题：他们认为，将砷含量提高回50亿分之一，将使全国每天减少1000例癌症死亡。然而，在六月的会议上，另一位毒理学家利用他对兴奋效应的观察来支持对污染物实行更严格的限制。安大略省圭尔夫大学毒理学中心主任基思·所罗门花了30年时间研究农场径流对淡水生物的影响。径流通常含有许多低水平的农药、肥料和抗生素。但所罗门说，在实验室中对一种物种有益的东西，通常对所有物种都没有益。例如，浑浊的水迫使一些植物长得更高更旺盛，同时又杀死其他植物。当某些种群以牺牲其他种群为代价而爆发时，捕食者和猎物之间的平衡就会被打乱。“底线是，”所罗门说，“你可以说兴奋效应在环境上是一种负面影响。”

最近，在校园里一次安静的散步中，卡拉布雷斯的思想掠过一个危险的问题：这一切将把他引向何方？兴奋效应可能是一个残酷的玩笑——生物学上的冷聚变——但他看到了重要的不同。冷聚变出自一个由两名研究人员运营的实验室，人们无法可靠地复制他们的结果。而兴奋效应，99.9%的发现并非卡拉布雷斯自己的，而且它们可以被复制。“我相信兴奋效应不仅是真实的，”他说，“而且它是低暴露下最主要的生物效应。”卡拉布雷斯说，环保局是时候制定新的范式来设定暴露限值了。与所罗门研究的污染物不同，饮用水中的砷和渗入家中的氡气是天然毒素。卡拉布雷斯认为，在建议房主和城镇花费巨资清除氡气和砷之前，环保局应该分析低水平暴露的实际数据。“如果兴奋效应是真实的，”他说，“你就可以把他们正在做的风险评估完全抛弃。”如果兴奋效应是普遍规律，而非例外，它也应该促使研究人员改变动物研究的设计。只有这样，我们才能希望找到“总开关”并利用它——改善免疫系统，修复损伤，延长寿命。卡拉布雷斯尚未说服大多数主流科学家。例如，去年，物理学家罗伯特·埃利希的著作《科学中的九个疯狂想法》中出现了一种形式的兴奋效应。“通过核版日光浴沙龙来改善自身健康的想法可能听起来荒谬至极，”埃利希写道。然而，他只给了它在0到4分量表上的一只杜鹃的评分，意思是“可能不真实，但谁知道呢？”这种半嘲讽的反应让卡拉布雷斯感到沮丧，但也促使他进行新的研究，寻找新的证据，以及新的惊喜。逆境中成长是他个人的兴奋效应。“生活多么奇怪——不是一条直线，”他说。一些小事件极大地偏离了他的轨道：有人稀释除草剂时犯的错误，收到的一张邮件传单。但在表面的曲折之下，始终有一条直线：他对真理的追求。有时，为了提神醒脑，卡拉布雷斯会穿过他的后院，经过孩子们已经不玩的秋千架。在花园里，他弯下腰，闻着他的薄荷植物——他解释说，就是那些来自他在州立学院本科实验的薄荷，这些年来一直通过根插繁殖。他折下一片叶子，吸入薄荷油的精华。