科学真相

方舟子
2014年4月16日
在2013年，香港卫生署查出云南白药含有剧毒成分乌头碱，将其下架。国人才首次知道，被列为“国家保密配方”的云南白药原来含有剧毒成分。近日云南白药根据国家药监局《关于修订含毒性中药饮片中成药品种说明书的通知》的要求修改说明书，修改后的新版说明书上标注为：“本品含草乌（制），其余成分略。”也即正式承认了云南白药中的确含有毒性中药成分，而其他的成分则仍然“保密”。
草乌是毛茛科植物北乌头的干燥块根，类似的还有川乌，是另一种毛茛科植物乌头栽培品的干燥块根，其子根则称为附子。草乌、川乌和附子都是很常见的中药，都含有乌头碱等剧毒成分。乌头碱毒性大到什么程度呢？物质的毒性大小毒理学上常用半致死量表示，也就是让一半的实验动物死亡的量，量越大则毒性越低。如果用小鼠做实验，口服乌头碱的半致死量是1毫克/千克体重，食盐是4000毫克/千克体重，可以说乌头碱的毒性是食盐的4000倍。对人而言，乌头碱的最低致死量是0.028毫克/千克体重，对一个体重60千克的人来说，口服1.6毫克乌头碱即可致死，而的致死剂量是50～200毫克，所以乌头碱比毒性大得多。
号称治疗跌打损伤的中药几乎都会用到草乌、川乌或附子，这是因为乌头碱具有镇痛、麻醉作用。乌头碱能镇痛，是因为它能阻隔神经冲动的传导。神经冲动的传导与神经细胞膜的电位变化有关。在静止电位时，细胞膜外的钠离子浓度比膜内的高。当细胞受到刺激产生兴奋时，膜上的钠离子通道打开，钠离子从膜外大量地流入膜内，导致膜内正电荷迅速增加，电位急剧上升，这叫做“去极化”。然后钠离子通道关闭，阻止钠离子进入膜内，而钾离子通道打开，让膜内的钾离子流出到膜外，导致膜内电位急剧下降，这叫“复极化”。这个过程沿着膜传导，就产生了神经冲动。而乌头碱可与钠离子通道结合，让钠离子通道一直开着，一直处于“去极化”的兴奋状态，没法“复极化”，神经冲动就没法传导。在剂量很小时，只是局部的神经末端受影响，能缓解疼痛，进而出现麻痹、瘫痪。心脏的心电传导也会受到影响，出现传导阻滞、心律不齐。所以剂量到一定程度，中毒者将因为呼吸麻痹、心搏骤停而死亡。
云南白药集团表示，“云南白药药品配方中所含草乌（制）通过独特的炮制、生产工艺，在加工过程中已使乌头碱类物质的毒性得以消解或减弱，产品安全有效。”乌头碱水解后，其毒性的确会降低，有研究称能降低上百倍。但是乌头碱毒性本来就极强，即使其水解产物的毒性降低上百倍，毒性仍然不容小觑。草乌的药性依赖于乌头碱类物质的毒性，如果像云南白药集团声称的其毒性已消解，那么其药性也随之消解，又何必使用草乌呢？
云南白药集团声称云南白药“安全有效”，“未监测到严重不良反应”。实际上，因使用云南白药出现严重不良反应的临床报道并不少见，有的就与乌头碱中毒有关。例如，2003年，广州暨南大学华侨医院发生一起与云南白药中毒有关的抢救无效死亡的案子。广东省医学会在给法院的回函中，明确指出患者出现的是乌头碱中毒症状。2006年出版的《中药毒性手册》就有云南白药可引起窦性心动过缓、I度房室传导阻滞的记载，依据的是1979年的报道。当时云南白药含川乌一事还未曝光，未说明这是乌头碱中毒引起。
虽然云南白药的说明书说“刀枪跌打诸伤无论轻重出血者用温开水送服”，不过通常云南白药只是外用，口服的不多。与口服相比，外用当然风险降低了，但是乌头碱仍然能通过伤口进入体内，引起中毒。对乌头碱中毒并没有解药，只是根据症状进行支持性治疗。民间传说用甘草、绿豆汤能解乌头中毒，是没有科学根据的。
乌头碱的治疗剂量和中毒剂量的界限模糊，而且草乌、川乌、附子中乌头碱的含量变化很大，炮制效果难以确定，这些都使得草乌、川乌、附子的使用充满了风险。据香港卫生署报道，香港每年都有十几、二十例乌头碱中毒案例，都是因为服用中药引起。如上所述，这些中药乃是通过暂时阻隔神经冲动传导来起到镇痛、麻醉作用的，属于治标不治本，并不能真正治疗疾病。古人在没有更好的药物可用时，为了缓解疼痛的折磨，明知乌头、附子有毒也不得不使用。我们现在有了更好、更安全的镇痛药，又何必冒死用乌头呢？

方舟子

我看到好几个人在朋友圈转发一篇文章，标题叫做《诺贝尔奖为何最权威？因为获奖者不用像乞丐填表和自吹》。作者的本意是借诺贝尔奖来抨击国内的评奖制度，但是如果把诺贝尔奖被认为是最权威的原因归为是因为不用填表和自吹，那就是无稽之谈了。国际的奖项，特别是科学奖项，都是不要获奖者填表和自吹的，难道它们都和诺贝尔奖一样权威？

显然诺贝尔奖被认为是最权威的奖项有别的原因。这个原因其实不复杂，主要是历史的原因。诺贝尔奖在1901年首次颁发的时候，还没有同一级别的奖可以和它竞争。当时已经有各种大奖，有的历史要比诺贝尔奖悠久得多。但是诺贝尔奖和它们相比，有自己的特色。当时的奖项，基本上都是由王室或科学院设立的奖，而诺贝尔奖却是由个人设立的。一个富可敌国的富豪把自己的财产几乎全部（94%）拿出来用来发奖，诺贝尔是第一个，以后虽然也有富豪学诺贝尔设各种奖来跟诺贝尔奖竞争，但是像诺贝尔这样做得如此彻底的，还没有。所以这件事本身就已足够轰动。当时的大奖一般一次只是将给一个人，或限于某个国家某个领域，诺贝尔却一下子设了五个奖，涵盖科学和人文，而且面向全世界，诺贝尔在遗嘱里特别强调获奖者不限国籍，不管是不是斯堪的纳维亚人都能获奖，这样在全世界科学界、人文学界和普通大众中都容易造成影响。诺贝尔奖的奖金在当时是最高的，而且比其他的大奖都高得多，早期获奖者获得的诺贝尔奖奖金金额相当于他们当大学教授二十年的工资，而且早期的诺贝尔奖通常只奖给一个人，而不是像现在这样往往要三个人平分，也就是说，在当时获得了诺贝尔奖后，下半辈子就衣食无忧，可以随心所欲去从事自己喜欢的工作了。现在的大奖奖金有比诺贝尔奖高的，但也没高到哪去，不会因此引起轰动，想靠奖金高就超过诺贝尔奖，是不可能的。

所以诺贝尔奖一面世就万众瞩目，举世闻名。但是诺贝尔奖能把名声一直保持下去，而不只是轰动一时然后被人遗忘，靠的是有一套严格的评选机制，基本能够做到公正，选出的获奖者大都能够服人。诺贝尔文学奖和和平奖的争议很大。和平奖是个政治奖，不同政治阵营的人会有不同看法，不用说了。文学奖同样难以做到客观中立，第一次颁发颁给一个平庸的法国诗人，而不是颁给众望所归的列夫·托尔斯泰，就引起了文学界的联名抗议。一百多年来被诺贝尔文学奖遗漏的世界级重要作家非常多，除了列夫·托尔斯泰，还有左拉、契诃夫、马克·吐温、易卜生、斯特林伯格、卡夫卡、博尔赫斯、庞德、乔伊斯、高尔基、普鲁斯特、纳博科夫、亚瑟·米勒等等，把被诺贝尔奖遗漏的作家加起来，阵营比获得诺贝尔奖的作家还要强大。而诺贝尔的科学类奖项虽然也有争议，也有遗漏，也奖给了不该奖的人，但是基本上还是公正和全面的。特别是诺贝尔奖创建的前后，刚好是物理学和化学大发展的英雄时代，诺贝尔奖把握住了这个时机，虽然也有门捷列夫没能获奖之类的遗憾，但是很少，差不多把当时物理学、化学界的领军人物全都囊括进去了，成了一流科学家的俱乐部。爱因斯坦、居里夫人、伦琴、卢瑟福、普朗克、波尔、海森堡、薛定谔、德布罗意、狄拉克、费米等等这些人们在课本学到的科学英雄都成了诺贝尔奖的招牌，人们当然也就以获得诺贝尔奖为至高荣誉，诺贝尔奖的地位就此不可动摇了。可以说，诺贝尔奖的名声主要是靠它的科学类奖项，特别是物理学和化学奖给挣来的，和平奖和文学奖是沾了光。

后来模仿诺贝尔奖设立的各种国际大奖，即使奖金搞得比诺贝尔奖还高，即使复制了诺贝尔奖的评奖机制，也已经错过了那个英雄时代，所以再怎么搞，也比不过诺贝尔奖。更何况有的所谓大奖，连起码的公正都做不到，不过是圈内人的过家家。比如最近冒出来一个号称是华人诺贝尔奖的大奖，奖金倒是很高，但是看获奖者，都是和评委同一个圈子的，这样的奖，也好意思傍诺贝尔奖的名声？
2017.10.10

文|方舟子
巴伦·奥斯登－萨肯(1828-1906)是美国南北战争时期俄国住美国的外交官，曾经担任过俄国住纽约的总领事。他同时也是一名昆虫学家，在二十多岁时就开始发表昆虫学论文，并在42岁提前退休，以便全身心去研究昆虫。
1875年一个阳光灿烂的上午，奥斯登－萨肯在瑞士阿尔卑斯山区度假，看到一群昆虫在树林中飞舞，在太阳的照射下发出耀眼的白色光芒。这是不是以前从未被发现的新物种？他在用捕虫网尝试了几次之后，总算捉到了一只，一看是一只小虫，颜色黯淡，而且比他预计的要小得多。他正感到奇怪，却在网上发现了一个闪光的白色丝质小球，在他的呼吸吹拂下轻飘飘地飞了起来。他设法把它抓住，装进瓶中。为了确认小气球的确是从小虫身上掉下来的，他又捕捉了多只小虫，每次都在网中找到小气球。而且他在仔细研究了他捕捉的小虫标本后，认定它们全都是雄虫。
十几年后，这种新发现的昆虫被鉴定为属于双翅目舞虻科。舞虻的得名是由于其雄虫会成群聚集在一起飞舞，有时数量非常巨大。但是这种舞虻为什么要带着一个气球飞舞呢？有一位昆虫学家在对气球舞虻做了观察后，错误地认为气球是背在舞虻背上的，于是推测气球是雄虫用来吸引雌虫的装饰品。另一位昆虫学家的眼力要好一些，看出雄虫是用脚抱着气球的，于是幻想雄虫是把气球当成了飞行滑板，踩着它在阳光中滑翔。还有一个昆虫学家则推测气球是舞虻的警戒信号，警告鸟类等天敌不要吃它。但是昆虫学家们观察到鸟类在毫不顾忌地捕食气球舞虻，这个推测看来也不能成立。
我们现在知道这三名昆虫学家的研究结果都有对有错。气球舞虻的气球的确是被雄虫抱在腹下的，它也的确具有吸引雌虫的作用，而且它也有防备敌人的作用——只不过敌人是雄虫想要勾引的雌虫。气球是雄虫献给雌虫的结婚礼物，有了它，雌虫才不会把雄虫吃掉，而是与之交配。我们今天能够得出这些结论，是因为昆虫学家们后来又发现了许多种有着不同习性的舞虻，相互比较后，可以知道这种奇特的习性是如何一步步进化而来。
进化的起点，是雄虫不向雌虫献礼。有些种类的舞虻采取的是这种简单的结婚方式。它们都是肉食性昆虫，有时候也会自相残杀，求爱的雄虫偶尔会成了饥饿的雌虫的盘中餐。因此我们就不难理解，某些种类的舞虻雄虫进化出了一种保护自己的策略，求爱时给雌虫送去一只新捕捉来的猎物，在雌虫享用美餐时，雄虫乘机与之交配，一旦礼物被雌虫吃完了，雄虫就赶快逃跑。为了讨好雌虫，雄虫有时候会给它送去一只几乎和雄虫一样大的猎物。
在有的舞虻物种中，雌虫在收到礼物后，并不急着马上就吃，而是跟着雄虫飞离虫群，降落到草木上，才一边吃一边交配。这时候礼物起到的作用看来已经不是为了分散雌虫的注意力以免雄虫遭殃，而是为了吸引雌虫的注意力，成了求爱的信号了。有的物种的雄虫会吐出丝线把猎物捆绑住，以免猎物挣扎。有的物种则更进了一步，雄虫在捕捉到猎物后，会从肛门吐出丝质气球，把猎物包在里面，在交配时雌虫会把猎物吃掉。但是有的物种的雄虫在捕捉到猎物后，却自己先把猎物的汁液吸干，再把干瘪的猎物包进气球中。这个礼物已经没法吃了，接受它的雌虫也没有要吃它的意思，在这种情况下，礼物完全失去了食物的作用，而仅仅剩下了用来刺激交配的功能。
显然，此时猎物已变得可有可无，有的物种的雄虫开始偷工减料，只是在气球上贴一点不起眼的猎物碎片做为装饰。在这种情况下，猎物的刺激作用其实已经丧失，而刺激配偶的功能完全由气球取代了。再进化下去，必然就是连任何猎物碎片都省了，直接送上气球。奥斯登－萨肯发现的那种奇怪的气球舞虻，代表的正是这条进化路线的终点。
还有一种舞虻代表的是另一条进化路线的终点。它们看重的不是类似气球的“外表”，而是类似猎物的“内涵”。其雄虫喜欢从地面、水面上捡起各种色彩鲜艳的小东西，通常是死去的昆虫，但是有时则是没有任何食用价值的树叶、花瓣，然后像高举旗帜一样高举着礼物去寻找雌虫，在交配时将礼物交给雌虫。
我们不要嘲笑这些舞虻买椟还珠式的愚蠢。在现代社会，礼物不也正越来越失去其原先具有的实用价值，变成了代表爱情、友谊的象征？也许有一天，我们也会进化到只需要给爱人送一个精美的空盒子就能讨得其欢心，像气球舞虻一样。
2006.9.10
（《中国青年报》2006.9.13.）

方舟子作品
我一个中学同学最近由于患胃癌去世了，从发现得了胃癌到去世，不到一年时间。我国是胃癌大国，全世界胃癌新发病例有40%在中国。2014年全国新确诊胃癌病例数410,400例，约占全部癌症发病的11%，发病率为30.00/10万。而在西方国家，胃癌比较少见，例如美国胃癌发病率为6.7/10万。为什么中国胃癌发病率会比美国高那么多呢？

胃癌的风险因素有一些和其他癌症的风险因素是一样的，例如抽烟、肥胖。但是胃癌也有比较特殊的风险因素。胃癌最主要的风险因素是幽门螺杆菌感染。幽门螺杆菌是一种能在胃里生活的细菌，感染了幽门螺杆菌的人，大约10%～20%会得胃溃疡，1%～2%会得胃癌。60%～80%的胃癌与长期被幽门螺杆菌感染有关系，感染了幽门螺杆菌的人，得胃癌的风险增加了10倍。如果从小就被幽门螺杆菌感染，以后得胃癌的风险要比成年后才被幽门螺杆菌感染更高。大部分中国人都被幽门螺杆菌感染，有的研究发现高达80%。而且基本上都是在很小的时候就已经感染了。而美国只有一小部分人感染了幽门螺杆菌，大约20%～30%，而且主要是年纪比较大的人，小孩感染幽门螺杆菌的很少。

为什么中国幽门螺杆菌感染率这么高呢？这和卫生条件、居住条件有关。在卫生条件比较差、居住条件比较拥挤的发展中国家，幽门螺杆菌感染率都非常高，不只是中国如此。但是这还和中国人的一些生活习惯有关。例如，中国传统上祖父母、父母给婴幼儿喂饭时，喜欢先在自己嘴里嚼过了再喂给小孩，研究发现，这种喂饭习惯增加了小孩感染幽门螺杆菌的风险。中国传统上不分餐，大家用筷子夹同一盘菜，研究发现，这种用餐习惯也增加了幽门螺杆菌感染风险。幽门螺杆菌是可以通过唾液传播的，虽然传染性不是很强，但一直接触别人的唾液，就能被传染上。

胃癌的另一个主要风险因素，是长期吃腌制食品，例如火腿、咸肉、咸鱼、咸菜、泡菜。这些腌制食品，有的含有致癌物亚硝胺，有的含有亚硝酸盐，亚硝酸盐在胃里能被幽门螺杆菌转化成致癌物。中国人喜欢吃腌制食品，这也是中国胃癌高发的一个因素。有人可能会问，韩国人那么喜欢吃泡菜，是不是也容易得胃癌呢？没错，韩国的胃癌发病率在世界上数一数二。此外，日本也是胃癌大国。胃癌高发，是东亚国家的一个特色。

某些草药、野菜也会导致胃癌。例如很多中国人、日本人都喜欢吃蕨菜，已知蕨菜含有一种特殊的致癌物，能够导致胃癌。

日本、韩国虽然胃癌高发，但是胃癌生存率不低，五年生存率都超过了60%，而中国胃癌患者的五年生存率只有36%。这是因为日本、韩国推广用胃镜筛查，如果筛查出早期胃癌，通过内镜手术或外科手术治疗，五年生存率能够达到90%以上。而中国胃镜筛查工作做得不好，胃癌一经发现往往已是中晚期，生存率就很低了。

胃镜筛查能做到早发现早治疗。当然，最好是能预防胃癌的发生。美国在上世纪30年代以前，胃癌发病率也是非常高的。为什么后来少了呢？主要是卫生条件改善，而且饮食习惯也改变了。例如，由于冰箱的普及，现在的美国人不像以前的美国人吃那么多腌制食品了，而且新鲜蔬菜、水果吃得多了，研究发现，多吃新鲜蔬菜、水果，特别是柑橘类的水果，能够降低胃癌的风险。中国某些不卫生的生活、饮食习惯也是应该改变，也能够改变的。

2018.12.18

方舟子：莫诺湖畔的苍蝇

位于加利福尼亚州和内华达州边界的沙漠中的莫诺湖是北美最古老的湖泊之一，有76万年的历史。有5条来自雪山的河流流入湖泊，但是没有出口流出，河水在湖泊中积蓄，慢慢地蒸发掉，而水中的盐分却留了下来。因此这种河水只进不出的湖泊就像一个小海洋，必然会是咸水湖。莫诺湖湖水的盐浓度极高，几乎是海水的3 倍。莫诺湖湖水碱性也很强，pH值高达10，而海水的pH值只有8。
莫诺湖的湖水有一部分来自地下。地下泉水富含钙，河水富含碳酸，二者混合，就形成了碳酸钙，在湖底泉眼处慢慢地沉淀、结晶，形成了石灰华。1941年， 500多公里外的洛杉矶从流入莫诺湖的河流分流取水，供市民饮用，这导致莫诺湖的水位逐渐下降了10多米，奇形怪状的石灰华露出了水面，构成了一个梦幻般的世界。
这同时也是一个生机勃勃的世界，有几十种上百万只水鸟在这里栖息。但是没有鱼能够在碱性和盐度如此高的水中生存。水鸟的食物是卤虫和水蝇，它们都是莫诺湖的特有物种。卤虫和水蝇又以水藻为食，构成了一个完整的食物链。
在白人到来之前，莫诺湖畔生活着大约200名印第安人，水蝇的蛹是他们重要的食物，莫诺湖因此得名——“莫诺”是印第安语“食蝇者”的意思。吃蝇蛹听上去让人恶心，“莫诺”之名显然是其他印第安部落给取的。但是吃蝇蛹在食物匮乏的年代其实是一个非常明智的选择：水蝇蛹富含蛋白质和脂肪，虽然只有米粒大小，每一粒水蝇蛹所含的热量却高达15卡，而且晒干了容易储存。据当时品尝过的加州地质局的工作人员说，印第安人提供的水蝇蛹味道还不错。
印第安人早已撤离了莫诺湖畔，取代他们的，是来观赏石灰华的零星游客，一群群苍蝇鸣叫着迎接他们。我一开始以为那就是水蝇。水蝇以水藻为食，为什么会如此迷恋人类，而且驱逐不去？有一只停在了我的脖子上，还有一只停在我的手臂上，我不加思索地一一将其击毙。又有一只停在了我的衣服上，我仔细地察看，这才发现不是水蝇，而是吸血的斑虻。我暗暗庆幸自己眼明手快，等到了晚上，才知道这些斑虻在临死前还是狠狠地咬了我一、两口，斑虻停过的地方都肿起了大包，脖子上的是一个，而手臂上的却是相邻的两个，而且奇痒。一周后，肿才渐渐消失，而两周后，瘢痕犹在。
斑虻是一种牛虻，其优势在于其口器就像刀一样能够刺穿厚厚的皮肤吸血，主要猎物为牛、马、羊、鹿这些大型哺乳动物。这些哺乳动物对牛虻的攻击几乎没有任何抵抗力，所以牛虻可以呼啸而来，丝毫不掩饰自己的动向。鲁迅曾说过，蚊子最令人讨厌的，是在叮之前还要哼哼地发一篇大议论说明应该给它充饥的理由。牛虻比蚊子更讨厌，岂止是哼哼，简直是行刑前大声的宣判。
但是莫诺湖畔并无哺乳动物生存，于是游人就成了饿极的斑虻的攻击对象。但是人是有手做为自卫武器的，它们在光天化日之下如此大张旗鼓地发动进攻就显得可笑了，无异于自杀，虽然偶尔也会得逞，能喝上一口血，也只是临死的口福。只有雌虻才会吸血，目的是为了产卵，但是如果吸血时必死，它们如何能传下后代？
也许会有一些鸣叫声不那么响的，反应敏捷，飞行快速的斑虻在吸血之后全身而退，传下它们的基因。实际上，我不敢肯定，手臂上的那两个包，究竟是一只斑虻临死前咬了我两口，还是另有一只斑虻在我没有觉察的时候吸了血顺利逃走？
如果莫诺湖畔的雌虻只能靠吸人血为生，那么我们可以推断，在许多万年以后，这里的斑虻的形态和习性都会为此逐渐地发生变化，而出现一个特有物种。它们的飞行声会变得越来越细，飞行速度会变得越来越快，反应会变得越来越敏捷，体形会变得越来越小，活动时间也可能从白天逐渐推迟到黄昏或晚上。这一切都有助于它们能在吸完人血的同时保住性命留下后代。要而言之，在自然选择的作用下，它们可能会变得越来越像蚊子。
蚊、蝇、虻本是近亲，在昆虫学上都被归入双翅目（其特征是昆虫的两对翅膀只剩下了前面的一对，后面的一对退化成了平衡棒）。在进化史上是先有蚊，后有虻、蝇。不过，虻如果为了适应环境而出现返祖的进化，并不奇怪。我那两巴掌，就算是为这一进化进程做了一点贡献。
2007.7.29.

文 | 方舟子
人体得了传染病后痊愈，就有可能对这种传染病产生免疫力，在一定时间内甚至终身不会再得同一种传染病。如果这种免疫力只能持续几年时间，古人就难以注意到：一个人在几年内不得同一种传染病，可能是预防得好，或是运气好。但是如果每个得过某种传染病活下来的人终身都不再得这种病，就很容易被古人注意到。天花就是这样的传染病，而且得过天花活下来的人往往脸部会留下点点瘢痕，相当于得过天花的广告，就更让人容易注意到，这些人到死都不会再得天花了。
于是就会有人想到，天花是每个人都要得一次也只得一次的，那么还不如人为让小孩得一次轻微的天花，以后就再也不用担心会得天花了。中国古人最迟在明朝时就已经想到要这么干了。天花病毒主要是通过飞沫传播，中国古人并不知道它是传染病，而认为它是天生藏在命门里的“胎毒”由于天气、饮食、惊恐等种种原因爆发出来了，人为地先把“胎毒”引发出来就好了。要怎么引发呢？要用天花病人流出的“毒”。天花的特征是会长痘，毒就被认为是在痘里，所以古人想到了把痘接种给小孩。但是用新鲜的痘浆接种很容易让小孩得了严重的天花死亡，在长期的摸索中发现如果改用痘痂接种，就会比较安全，采用的方法是把痘痂磨成粉塞进小孩的鼻腔中。
我们现在知道天花当然不是体内“胎毒”所致，而是感染了天花病毒，种痘实际上是人为让小孩感染少量的天花病毒，得一次较轻微的天花，从而终身对天花免疫。但仍然有少数人在种痘后会死亡，死亡率大约0.5%-2%，虽然比天花30%的死亡率低得多，但仍然有致命的风险。所以种痘术虽然在18世纪传到了欧洲，却没能推广，直到英国医生琴纳发现接种牛痘也能让人对天花免疫，而且没有感染天花的风险，接种牛痘预防天花才逐渐推广到全世界。
牛痘病毒是第一种真正意义上的疫苗，它与天花病毒很相似，既能激发人体对天花病毒的免疫反应，却又不会让人得病。但是其他的传染病并没有这种天然的疫苗，只能人工制造。一种制造方法是拿病原体来培养疫苗，在不停地传代之后，病原体有可能发生变异，毒性减弱，甚至失去了毒性，不会再让人生病，但是还能让人对该病原体具有免疫力。把这种毒性减弱的毒株筛选出来，就是所谓减毒疫苗，病毒还是活的，如果被接种者有免疫缺陷，还是有可能生病的。而且在疫苗生产过程中，病毒有可能继续突变，毒性又变强，被接种者即使免疫功能正常也可能生病。
这是活疫苗不可避免的风险。要避免这种风险，就要把病毒通过加热或加药剂的方法灭活。灭活疫苗非常安全，不用担心会被病毒感染，但是免疫的效果可能不如活疫苗，这是因为在对病毒做灭活处理后，病毒的结构遭到破坏，免疫反应没那么强烈，甚至不产生免疫反应，不一定能起到保护作用了。
避免活疫苗风险的另一种办法是人工制造类似病毒的颗粒。一个病毒由几种蛋白质构成，把编码这些蛋白质的基因放进体外细胞中让细胞生产这些蛋白质，这些蛋白质能组合形成类似病毒的颗粒，把它们接种到人体就能产生针对该病毒的免疫反应，但是它们不含有病毒基因组，就没有被病毒感染的危险。
免疫反应是由病毒上的抗原引发的，抗原往往是病毒表面上的某种蛋白质。一种病毒表面有几种蛋白质，其中有的蛋白质是病毒毒性的关键所在，例如冠状病毒表面的S蛋白是病毒入侵细胞的“钥匙”，如果免疫反应产生的是针对它的抗体，就能起到阻止病毒入侵的作用，是效果最好的免疫，而针对其他蛋白的抗体的免疫效果就没那么好。所以制备疫苗的一种办法是，不使用整个病毒，而只是用某种蛋白质或蛋白质片段来做疫苗。
用来做疫苗的蛋白质是通过基因工程的方法在体外用细菌生产的，然后再接种到人体。但是细菌生产出来的蛋白质构型和人体细胞生成的会有差异，这种差异有可能影响到免疫的效果。有没有什么办法能在人体细胞内生产抗原蛋白质呢？有的。一种办法是用某种对人体无害的病毒（例如腺病毒）作为载体，让它携带编码抗原蛋白质的基因。把病毒载体接种到人体，它就能够利用人体细胞来生产抗原蛋白质。
但是，如果被接种者以前被作为载体的病毒感染过，对该病毒有免疫力，那么接种的病毒载体就可能被消灭，没法在人体内诱导产生抗原蛋白质。而且，作为载体的是活病毒，虽然一般情况下无害，但是对某些人来说仍有致病风险。所以有一种办法是不用病毒做载体，而用别的载体，例如细菌中有一种环形DNA，有自我复制的能力，叫质粒，就可以用它作为载体，把编码抗原蛋白质的DNA放进去。还有一种办法是用编码抗原蛋白质的信使RNA，将它用纳米颗粒包起来，注射到体内被细胞吸收后，信使RNA利用细胞里的核糖体生产抗原蛋白质。
所以，有多种办法可以设计、制备疫苗。但是这只是疫苗研发的第一步，相对来说比较容易。每当一种新型传染病出现，很快就有人宣布制造出了疫苗，其实就是这第一步。更难更花时间的是要证明疫苗的有效性和安全性。为此往往先要做动物实验，给动物接种疫苗，看有没有毒性，是否能抵抗病毒感染。动物实验的优势是可以对实验动物做解剖看看器官有没有受损害，还可以给动物注射病毒看动物是不是已成功免疫。这类实验是没法对人做的，医学伦理不允许。
但是实验动物毕竟与人有别，动物实验证明安全有效的疫苗并不等于对人体也是安全有效的。所以接下去还要做人体临床试验。临床试验分三期。第一、二期分别有几十个、几百个实验对象，目的是要确定多高的疫苗剂量是合适的，看看疫苗有没有导致严重不良反应，能不能刺激人体产生针对它的抗体。第三期要找几千个甚至几万个实验对象，把他们随机分成两组，一组注射疫苗，一组注射生理盐水作为安慰剂，然后让这些人回到生活中去，等着其中有一部分人被病毒感染，然后比较二组感染人数是否有显著差异，就可以知道疫苗是否起到保护作用。同时还要追踪观察这些人是否出现不良反应。
所以第三期临床试验是很花时间的。一种新疫苗一个研发周期长达一年以上，大部分时间就是用在了第三期临床试验的招募、跟踪、等待上了。既然第一、二期并没有发现疫苗会导致严重不良反应，实验对象体内也检测到了针对疫苗的抗体，能不能就认为疫苗已被证明安全、有效，不用做第三期临床试验呢？这样不就可以让疫苗尽快上市吗？
但是不做第三期临床是很危险的。有的疫苗导致严重不良反应的概率很低，例如只有千分之一，那么这种不良反应在只有几十、几百个实验对象的第一、二期临床试验中就很可能不被发现。而疫苗一旦上市是要给所有的人用的，即使只有千分之一的不良严重反应也能导致很多人生病、死亡，而这些人本来都是健康人，不应该让他们冒这个风险。
而且，第一、二期临床试验只能证明疫苗产生了抗体，但是，有了抗体并不等于就对人体能够起到不被病毒感染的作用。有时候，抗体不仅不能预防病毒感染，反而在被病毒感染后增强了病毒的毒性，对身体造成更大的伤害。要证明疫苗产生的抗体能真正起到免疫作用，不会导致“抗体依赖的增强”，只有继续做第三期临床试验。
可见，疫苗的研发是急不得的，疫情再紧急，也只能按部就班地一步步证明疫苗的安全性和有效性。如果只用一个研发周期，花一、两年的时间就成功研发出了安全有效的疫苗，这是非常幸运的。疫苗的研发通常要多次尝试、花上十年左右的时间才会成功。甚至也可能一直就不成功。有很多传染病到现在也没能成功研发出疫苗。
2020.9.9.

方舟子文章
如果我们把人体当成一个国家，它所处的并不是一个非常和平的国际环境。周围到处是病毒、细菌、真菌、原生动物……各种有可能让人生病的病原体随时准备入侵人体掠夺人体里的资源。为了保护人体的安全，人体建造了一道屏障——皮肤——将自己与周围环境隔离开，就像是在国境上建了一座长城。但是，正如长城偶尔会被攻破，皮肤也会因为创伤而让病原体乘虚而入。而且，正如长城没有把整个国家都围起来，人体外表也并不是完全都由皮肤保护，为了能与外界有物质交换——呼吸、摄食、排泄……有些部位有开口，或只有比皮肤更脆弱的黏膜，例如呼吸道，病原体很容易从这些部位进入人体。
因此，想一直御敌人于国门之外是不现实的，人体还需要有抵御敌人入侵的第二道防线。它们是人体的巡逻兵，主要是一些白细胞，特别是中性粒细胞，随着血液循环在人体各处巡逻，随时发现、消灭入侵之敌。这些入侵细胞或血液的敌人——微生物——都很小、很不起眼，这些巡逻兵怎么知道它们遇到的是敌人而不是自身的细胞呢？病毒、细菌、真菌、原生动物的表面都有特殊的生物化学成分（例如病毒表面的糖蛋白，病毒里面的双链RNA，细菌细胞壁上的肽聚糖、脂肽），这些成分是人体细胞没有的，白细胞表面上有特殊的蛋白质（受体）能识别这些成分，一旦它们发现遇到的小东西表面上有这些成分，就像见到了穿着不同军服的人，就知道遇上敌人了。
巡逻兵发现敌人后，立即行动起来。它们释放细胞因子，让敌人周围的组织发生炎症，相当于建了围墙围堵敌人不让其扩散。同时，它们释放出信号，把巡逻部队都召集过来一起杀敌。怎么杀呢？最主要的方法是把敌人“吃掉”——把病原体吞噬到细胞里，将它们“消化”掉。它们还有别的杀敌方法，例如“投毒”——释放干扰素阻止病毒的复制。
这个反应非常迅速，而且广谱，不管遇到什么样的敌人，都用同样的方式对付。这是人与生具来的免疫方法，所以叫天生免疫。但是老是这么干，就很容易被敌人发现弱点，进化出对付它的办法。在长期的你死我活的较量过程中，能够成功入侵人体的病原体都已掌握了一两种对付巡逻兵的小窍门，例如让自己隐身，不容易被巡逻兵发现。等到被发现的时候，病原体已经大量繁殖，一时半会儿杀不完了。
所以光靠中性粒细胞这些巡逻兵往往是没法歼灭敌人的，它们还必须去请救兵，主要是向淋巴细胞求援。淋巴细胞有几种，其中有一种是自然杀手细胞，这是非常凶狠的杀手，遇到细胞就杀，除非细胞穿着我军“制服”（细胞表面上特殊的抗原——“主要组织相容性复合物”），因为没有穿着我军制服意味着是入侵的敌人，或者是已经被敌人入侵、制服的我军，都该被杀。甚至，我军并没有被敌人入侵，但是叛变了——发生癌变，这时候也不穿制服，也会被自然杀手细胞杀死，所以它还有抗癌的作用。
但是自然杀手细胞虽然凶猛，和中性粒细胞一样效率不高。所以更重要的是，要请求淋巴细胞派出特种兵。特种兵需要针对特定的病原体做特殊训练，这种免疫不是先天具有的，所以叫适应性免疫。特种兵有两支部队，一支在胸腺做新兵训练，叫T细胞（T是胸腺（thymus）的缩写），一支平时驻扎在脾脏和淋巴结，叫B细胞。白细胞首先找的是T细胞。为了让T细胞知道敌人长什么，以便它们能精准地杀敌，白细胞要把敌人的特征交给T细胞：白细胞在吃了病原体之后，会留下一部分“尸体”——抗原片段，把它作为敌人的特征证据交给T细胞部队。T细胞部队根据这个特征，大量地克隆针对它的T细胞准备去杀死它。这些杀手T细胞的杀敌方式简单粗暴，是把已被病毒入侵的细胞“赐死”，细胞死了，病毒也就没法复制了。为了避免健康的细胞也被“赐死”，T细胞部队在派出杀手T细胞之前要对它们做严格的训练，最终只有1%的杀手T细胞通过了训练被派出去，剩下的没能通过训练的杀手T细胞全都自杀。
杀手T细胞只能杀死细胞内的病毒，在细胞外游荡的病毒、病菌怎么办呢？这就要靠B细胞了。T细胞部队在派出杀手T细胞去杀敌的同时，还会派出助手T细胞去通知B细胞部队敌人来了。B细胞比T细胞更厉害，它不是通过让细胞自杀的方式间接杀死病毒，而是可以制造抗体直接杀死病毒。
抗体是一种蛋白质，形状像一个Y字形的叉子。这个叉子的开口处的氨基酸有不同的组合，每一种组合就是一种抗体，不同组合的叉子开口形状略有差异，能与不同的抗原结合。人体里已经预存了一百亿种不同的抗体，把一生中可能遇到的所有抗原全都囊括了。B细胞接到抗原片段后，拿预存的抗体去匹配，哪一种抗体与抗原结合得最好，就大量地克隆这种抗体。抗体杀病原体的效率取决于它针对的抗原在病原体上的位置。例如，冠状病毒表面上有S蛋白，这是它们打开细胞上的“锁”入侵细胞的“钥匙”。如果抗原片段刚好在S蛋白上，抗体跟它结合，就像用橡皮泥粘住了钥匙，病毒开不了锁，入侵不了细胞，就失去了毒性，这种抗体就叫中和抗体，是消灭病毒的高效方式。但是如果抗原片段在病毒外壳蛋白上，抗体与之结合就不能让它失去毒性，还需要调动别的细胞来杀死它，效率就比较低。
抗体有好几种不同的类型，它们的功能有所不同。B细胞接到抗原报告后一开始生产的IgM抗体，在被感染几天后就开始生产，但是IgM的半衰期也短，只有几天，所以在感染两周之后IgM基本就没有了。另一种抗体IgG比较晚生产，但是数量多，而且半衰期长达3周，很快取代IgM成为消灭病原体最主要的抗体。
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方舟子作品
2012年6月初的一个早晨，在美国德州中部的一个牧场，一群牛正在吃草。突然，远处的牛仔听到了牛发出了痛苦的咆哮声，他以为有母牛要生产，赶快冲过去，却看到公牛、母牛都瘫倒在地上，有的已经死亡。几个小时后，这家牧场的18头牛死了15头。兽医对这些死牛进行解剖，在它们的体内都发现了氢氰酸，在牧草里也发现了氢氰酸，认定是氰化物中毒。
这件事引起了CBS电视台的注意，他们派记者做了采访，随后在6月24日以“转基因草与牛群死亡有关”为题做了报道，因为记者以为那群牛吃的那种牧草蒂夫顿85号是一种转基因草。长期以来，世界各国反对转基因技术的人士总爱传一些吃转基因作物导致人畜中毒的小道消息，但都经不起推敲。这一次有大电视台报道，似乎证据确凿，于是这条消息迅速通过脸谱、推特和微博传遍了全世界。第二天CBS就发了更正，其记者摆了乌龙，分不清转基因和杂交的区别。蒂夫顿85号是一种用杂交方法培育的狗牙根草，早在1983年就已在美国佐治亚州的蒂夫顿培育出来（所以叫那个名字）。即便这种草有毒，也与转基因无关。
那家牧场已种了这种牧草长达15年，以前都好好的，为何突然变成了毒草？这可能和当地长期干旱有关。在恶劣的环境下，原本安全可食用的植物有时会产生毒素。在同一个地区的其他牧场的蒂夫顿85号牧草中也检测到了氢氰酸，但是他们的牛群并没有中毒死亡。为什么只有那家牧场的牧草的氢氰酸含量高到足以立即杀死牛？或许那家牧场的牧草发生了基因突变，或许他家给牧草施的氮肥被氰化物污染。氰化物都含有氮元素，有的就直接被当作氮肥使用。
一提起氰化物，人人知道那是剧毒物质，许多人马上会想起电影里的人物咬氰化钾胶囊自杀的镜头。但是氰化物并非都是人造的化工产品，在自然界中它到处都是。至少有3000种植物含有氰化物，它们是含有氰基的配糖，氰基被封锁了起来，是没有毒的。这些氰基配糖储存在细胞的液泡中，平时可能是作为储存氮元素用的。但是在必要的时候，也可作为植物保护自己、抵抗不受欢迎的害虫和草食动物的化学武器。害虫、草食动物在咀嚼草木时，植物细胞的液泡破裂，里面的氰基配糖跑出来，细胞质里的酶把配糖中糖的部分去掉，就产生了剧毒的氢氰酸。高粱的根中含有高含量的氰化物，所以不怕害虫根萤叶甲的入侵，根萤叶甲一吃它的根就会被毒死，而高粱的近亲玉米就没有那么幸运，根萤叶甲成了破坏性最强的玉米害虫之一。
我们吃的食物中，有很多都含有氰基配糖，包括小麦、大麦、荞麦、蚕豆、四季豆、苹果、梨、杏、竹笋等等。只不过这些植物可食用的部分中氰基配糖的含量很低（我们的祖先在培育植物时已无意中替我们做了选择），我们每次吃的量很少（跟牛吃的草相比），人体内有酶把它们转化成较为无害的形态，所以吃了不至于中毒。但是有些人解除氰化物毒性的能力比较差，食物中的氰化物就有导致他们慢性中毒的危险。这些人包括吸烟的人（又一条戒烟的理由）、镰刀型贫血病患者和利伯病患者。利伯病是一种罕见的遗传病，患者在20岁左右两个眼睛出现视神经萎缩。有不少利伯病患者在喝了苹果糖浆后，由于里面的氰化物而失明。
食物的氰化物通常集中在我们不吃的部分，例如苹果核、桃仁、杏仁中。这些不可食用的部分有时被误食或当成药物来使用，就有氰化物中毒的危险了。桃仁和杏仁都是常见的中药，有时还被当成补品。古人认为它们有“小毒”，其实它们都含有大量的氰基配糖——苦杏仁苷，吃下去后，被肠道细菌中的葡萄糖苷酶分解，产生有毒的氢氰酸。儿童一次吃几粒桃仁、杏仁就可发生中毒，甚至死亡。有人以为把桃仁、杏仁炮制、煮沸了就无毒，这是很误导人的，因为炮制、煮沸只能去掉桃仁和杏仁中已有的氢氰酸，但是去除不了苦杏仁苷，苦杏仁苷吃下去后还是会被水解成氢氰酸，还是有毒。（作为食品的甜杏仁中苦杏仁苷含量甚微，一般不会引起中毒）
人们通常以为只有化工产品、化学药品才有毒，天然药物、食物是无害的，却不知道所谓天然的东西同样由化学物质构成，同样可能含有有毒、有害成分。不知道这一点，就很容易成为植物化学战争的牺牲品。