作者：肖恩·B·卡罗尔 著,贾晶晶 译
出版社：浙江教育出版社
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生命的法则试读：
赞誉
如同凯文·凯利的《失控》可以译作《无为》（“无为而无不为”），这本《生命的法则》可以译为《天算》（大自然的“算法”）。可以把这本书看作是一位杰出的科学家写就的现代版《道德经》。
卡罗尔带着读者从分子生物学、遗传学和生态学的角度“一窥天机”，回答一个古老的“天问”：天地万物纷繁的表象背后，那个一以贯之的“大道”是什么？决定大肠杆菌和大象的生存和繁衍的“源代码”是什么？癌细胞和生态灾难是因为怎样的“逆天机制”而出现？为什么人算合于天算则昌，逆于天算则亡？这本论证严密的书读起来让人时不时有按捺不住的激动和兴奋。它始于严肃的科普，终于玄妙的哲学，而且总是通过鲜活可信的案例和事实来展现“极高明而道中庸”的哲学，让人在充实的信息和知识中一次次体验智慧的快感。吴伯凡著名学者，商业思想家这本书真是太棒了！能把生命的演化历程、生物学思想的前沿探索，讲述得如此清晰、流畅、透彻，卡罗尔的《生命的法则》堪称大师之作。段永朝苇草智酷创始合伙人，财讯传媒首席战略官我一直觉得，物理学是建立在一系列物理定律上的科学体系，而生物学，其实只不过是生物和生命活动依循于物理学定律的延伸而已，因此生物学必然也依赖于物理学定律而存在。那么，自然界的生命，从微观的分子生物学尺度到宏观的生态学尺度，从大肠杆菌到大象，是不是如同物理世界一样，也遵循着一套类似的规则？博物学家出身的查尔斯·达尔文提出的进化论可能是最著名的一个例子。而免疫学博士出身的科学家肖恩·B·卡罗尔则从基因到细胞、从组织器官到个体、从群体到生态系统的各个层面进行了思考，提出了所谓的“塞伦盖蒂法则”。他认为从我们体内最小的分子，到非洲草原上的动植物数量，都受到同一个普遍规则的约束。这本书试图让我们用简单的逻辑去看周围纷繁复杂的自然界。谢灿北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者《生命的法则》以优美的文笔、生动的故事深入浅出地讲述万物兴衰的奥秘，让我们更深刻地认识自然、了解生命、共建美好家园！王传超厦门大学人类学与民族学系教授，博士生导师《生命的法则》是顶尖科学家卡罗尔的上乘之作！卡罗尔告诉我们：现代生物学不但对人类生命来说是至关重要的，对全球生态系统来说也具有十分重要的作用。爱德华·威尔逊“社会生物学之父”，两届普利策奖得主《生命的法则》是一部史诗性巨作！尼尔·舒宾美国国家科学院院士，全美畅销书《人鱼化身》（Your Inner Fish）作者卡罗尔的《生命的法则》让我们有机会一窥适用于地球上所有生命的生物学法则，是一部不可多得的原创性作品，处处可见不凡的写作功底，读起来真是妙趣横生！悉达多·穆克吉畅销书《基因传》《众病之王》作者谨以此书献给自然界中的动物，以及热爱着它们的人们。
如果有一天，我们的生存和命运，需要一盘象棋来决定，我只是说如果，那么，这盘象棋中所有的棋子，以及它们移动的规则，是否应该作为我们首要的技能来学习呢？其实，这是一件再简单不过的事情。然而，确实存在一种游戏，它与我们每一个人的生存、命运和快乐密切相关。它的复杂与困难程度，都远远地超过了整个象棋游戏。千百万年来，这种游戏一直以一种不为人知的形式延续着……这种游戏就是我们所称的“自然的法则”。——托马斯·亨利·赫胥黎中文版序大象和细菌受同一自然法则制约
乍一看，塞伦盖蒂草原成群的斑马和我们人体内的细胞毫不相干。但是，世间所有的生物不论体形大小，其背后都有一条隐含的逻辑，有一套调节生物数量的普遍规律。
这种让人耳目一新的理论是著名的生物学家肖恩·B·卡罗尔在他的新书《生命的法则》中提出的。美国知名科技博客Gizmodo最近就这一复杂理论约访了卡罗尔。
Gizmodo：您怎么会想到写这样一本书？您本来是和家人去坦桑尼亚的塞伦盖蒂草原旅游的。
卡罗尔：是的。那时就是否应该修一条贯穿塞伦盖蒂草原的柏油马路来发展坦桑尼亚西部旅游业的话题产生了激烈的争论。这里是世界自然遗产，是地球上迁徙动物群体最后的活动区之一，修公路会对此造成破坏。我想，我至少应该去看看，就带上家人一起去了。尽管之前我也看过介绍这个地方的文章，看过电视和电影里的画面，但当我到了那里时，仍然感到震惊。成群的动物在草原上漫步，其壮观的景象超出我的想象，那数量真是惊人。
眼前的景象让我陷入思考。我是在实验室里工作的，负责分析基因和研究动物胚胎的形成机制。望着塞伦盖蒂草原，我意识到自己根本不知道这一切是怎么形成的。很幸运，我找到了托尼·辛克莱写的一本书。他用了50年的时间研究塞伦盖蒂草原。他的书引导我了解了这个领域其他前沿研究者的理论，动物群体规模为什么会大小不一？这背后有什么机制？对我们的未来又意味着什么？
Gizmodo：那么，究竟什么是“塞伦盖蒂法则”呢？
卡罗尔：这是可以解释任何一个特定区域生物数量的普遍法则，它研究生物之间的相互作用，即食肉动物、食草动物、植物之间的相互作用。“塞伦盖蒂法则”可以解释“数量金字塔”：为什么一个地方只有1只老虎、50只鹿，却有1万只老鼠和4万棵树？从植物到以植物为食的动物，再到以这些动物为食的其他动物，数量总是不断减少。我把它称为“塞伦盖蒂法则”。但这只是随便起的名字，因为这也可以被称为“艾伦湖法则”或“蒙特雷湾法则”。
Gizmodo：您书中有句话让我颇有感触，“影响大肠杆菌的规则同样影响着大象”。这些规则适用于不同大小的生物，真是奇妙。
卡罗尔：虽然作用机制不同，但道理是一样的。这是对两个极端的缓冲：不要太多，也不要太少。在细胞内部，这种机制如同温度调节器。当一种酶开始起作用，制造出产物时，这种产物就会反作用于酶，使其停止作用。但这样一来，产物浓度就会降低，因为酶停止了工作。产物浓度降低会刺激酶重新开始工作。
在塞伦盖蒂草原上不起眼的小池塘或季节性的水洼里，同样的事情也在上演：当某些物种数量增多时，单个生物体占有的资源就会减少，数量增加的速度就会减缓。随着数量增加的减缓，单个生物体占有的资源又会增加，数量又会增多。我在实验室的细胞实验中见过无数次这种“繁荣—衰退—繁荣”的循环模式。现在，当我看到成群的角马、水牛或大象时，我觉得自己早就见过这种模式。这就是反作用。
Gizmodo：有没有同行对你提出的这种生命的普遍规律发起反击？
卡罗尔：欢迎质疑！我本以为生态学家会反驳我的理论，认为我将生态学过度简单化了。但是他们出人意料地支持了这种观点。一本书不可能涵盖所有的观点，我们一直尽最大能力描写自然，但是大家都知道，自然不是那么容易掌控的。我们要从纷繁复杂的表象和体系中提炼普遍法则。但是“塞伦盖蒂法则”是生命遵循的真理，任何生命物质的数量都是受到制约的：无论是人体血液中的胆固醇分子，还是稀树草原上成群的角马。
很长一段时间以来，科学家认为生物的规模控制是自下而上的：植物为初级动物提供了食物，初级动物又为高一级动物提供食物。但我们在20世纪六七十年代发现，是食肉动物自上而下地控制着生物部落的结构。食肉动物的行为影响着植物的生长。
所有生物都遵循“塞伦盖蒂法则”。这些法则能帮助我们明白蜘蛛、狼、鲨鱼和狮子都扮演着相同的角色，让我们开始了解生物系统中的基本逻辑。
Gizmodo：那么蚊子传播可怕的寨卡病毒也是大自然有意为之？
卡罗尔：对蚊子传播疾病的解释是，我们进入了它们的食物链。人类数量激增，已经超过了74亿，对以吸血为生的昆虫来说，没有比人类这种直立行走的动物更好的攻击目标了。现在野生动物数量骤减，但是人类无处不在，因此成为蚊子的最佳选择。蚊子已经适应了在靠近我们的水库繁衍，以吸食人血为生。我们处于很多食物链的顶端，但因为人类数量众多，也进入了蚊子的食物链，这就是报应。
Gizmodo：您在书中提出这样一个更深远的观点——要注意我们对生态体系的干预，否则我们最终会毁灭我们的食物来源。
卡罗尔：在书中，我举的一个例子就是一种在稻田里常见的小飞虫，叫稻飞虱。水稻是世界上很多地区的主要粮食作物，如果遭受虫害，我们首先就会使用杀虫剂，但这是不对的。这样就会造成稻飞虱实际数量的增加。为什么？因为它们逐渐对杀虫剂产生了耐药性，而我们做的仅仅是杀死了它们的天敌，比如蜘蛛。我们应该利用天敌来控制稻飞虱的数量。
另一个很好的例子是海洋。海洋是一个鱼吃鱼的世界，而人类喜欢食用海洋食物链顶端的鱼类，如金枪鱼、鳕鱼等。数十年来，我们一直过度捕捞这些鱼类，以至于现在只能捕到大量的小鱼。大约2/3的大型鱼类已经从海洋中消失，但是体型较小鱼类的数量增长了1倍。
所以，“塞伦盖蒂法则”不仅仅可用于确保黄石公园或塞伦盖蒂草原不会消失。我们要遵循这一法则，来保护我们赖以生存的食物链。只有熟知游戏规则的游戏者，才能知道何时进行干预。这是为了保护我们的自身利益，与意识形态无关。如果人类无底线地掠夺这些资源，结果就只能是两败俱伤。人类的自身利益要求我们按规矩出牌。我们是受自然规律控制的，同时也要控制好自身数量，因为自然界没有天敌来控制我们的数量。
Gizmodo：直到外星人入侵？
卡罗尔：是的，完全正确。
Gizmodo：虽然我们已经造成了自然生态系统的严重破坏，但是书的结尾出人意料地乐观。为什么您这么确信人类并不是注定要灭亡的？
卡罗尔：这是因为我对大自然的自我修复能力感到惊讶。当我们减轻对自然的压力，比如减少狩猎、捕捞和过度收获时，物种就会以惊人的速度恢复原状，甚至一些处于灭绝边缘的物种，比如数量仅存几百只的秃鹫、灰熊、海獭和海牛等都会“卷土重来”。佛罗里达州的鳄鱼在20世纪60年代末被列为濒危物种，但是现在它们遍布全州，有几百万只。
当生物学家在20世纪50年代末来到塞伦盖蒂草原时，他们曾怀疑能否有足够的资源来养活这么多动物。其实塞伦盖蒂草原在这之前刚刚遭受了致命病毒的侵袭，正处于复苏阶段。那时他们看到的40万只动物，在之后的15年里增至150万只。同样的事情正在莫桑比克的戈龙戈萨重现：10年前，因战乱和偷猎，这里一片荒凉，而如今大型动物的数量已经从1 000只增长到7.1万只。这就是自然的自我修复能力，如果我们能给予自然这个机会的话。想看卡罗尔讲述生命的法则吗？扫码获取“湛庐阅读”APP,搜索“生命的法则”，查看本书彩蛋！什么是彩蛋彩蛋是湛卢图书策划人为你准备的更多惊喜，一般包括①测试题及答案②参考文献及注释③延伸阅读、相关视频等，记得“扫一扫”领取。引言正在到来的生物学第二次革命
我们行驶在一条布满了碎石与砂砾的颠簸道路上，它的官方称谓是坦桑尼亚B144号公路。然而，这条令人骨头散架、牙齿打颤、膀胱失控的糟糕道路，却连接了非洲大陆上两个最具有奇幻色彩的地方。
B144号公路的东部终点，是植被丰富、郁郁葱葱的恩戈罗恩戈罗自然保护区。它的原身是一个巨大的，直径超过16千米长的火山口。这座火山已经沉寂了不知多少岁月，是东非大裂谷中众多死火山中的一座，同时它也是超过2.5万头大型哺乳动物的家园。至于西部终点，则是广袤的塞伦盖蒂草原，也是我们在这样一个万里无云、风和日丽的好天气里的最终目的地（如图0-1所示）。图0-1 塞伦盖蒂国家公园，纳比入口。Photo courtesy of Patrick Carroll.
与水草丰盛的恩戈罗恩戈罗高地形成鲜明对比的是其中的连接地带。这里没有可见水源。途中遇到一些身着传统红披风的马赛族牧人与小孩，他们的牧区特别荒凉，牲口只能在枯竭的草梗上反复地啃咬着。这种死气沉沉的景象一直延续到我们进入塞伦盖蒂国家公园，才突然变了。
马赛人那贫瘠的土地消失了，取而代之的是生机盎然的绿色草地。这里没有饥饿的牲畜，只有膘肥体壮、身背黑纹的汤氏瞪羚惊讶地抬起头来，想看看是什么侵入了它们的领地，打搅了它们本该平静的早餐。
顿时，车里的气氛热烈了起来。既然瞪羚已经出现，说不定还有其他生物隐藏在高高的草丛里。我们迫不及待地打开了天窗，把脑袋伸了出去，伴着脑海里已经响起的保罗·西蒙（Paul Simon）创作的《恩赐之地》（Graceland）的旋律，我的眼睛已经开始全方位360度无死角的扫描。这是我平生第一次造访塞伦盖蒂，在马赛族的语言里，它意味着“无尽之地”。带着我对这片号称野生动物天堂的土地的向往，我和家人一起踏上了这次朝圣之旅，正如歌词里描述的那样：“（穷小子）朝圣者和他的家人们来到恩赐之地……”
起初，我还带有一丝疑虑。动物们都去哪儿了？没错，现在是旱季，但是这也平静得太离谱了。塞伦盖蒂是否空负盛名呢？
绵延不绝的草原只是偶尔被遍布砾石的小丘打断，为动物或者游客提供了视野开阔的天然观察据点。还有一些白蚁军团刨出的巨大土堆，甚至高过了草顶好几尺，我们的视线都不自觉地被这些土堆的形状吸引。“那是什么？”车里突然传出声音。
众人迅速把视线投向几百米开外一个孤零零的土堆。“狮子！”
一头金色的母狮威风凛凛地站在那里，炯炯有神地凝视着周围的草地。“太好了，终于出现了。”我用自己才能听见的声音嘀咕着。“难道这就是闻名于世的塞伦盖蒂草原？”
想要在高高的草丛中寻找目标不是一件容易的事情。我是这群人里唯一的生物学家，相信其他人并不想把时间浪费在这里。
车子继续行驶着，在一片片绿色的草地上，那些有着标志性平顶的金合欢树开始星星点点地出现了。一条水量充沛的小溪蜿蜒其中。我们先是翻过一个小小的山丘，然后又转了一个弯，突然一个急刹车停了下来，眼前充斥着斑马和角马，我们前进的道路已经被结结实实地堵死了。
这是一片条纹的海洋。大约有2 000多只动物挤在一个大水坑里喧闹嬉戏。斑马的叫声介于某种吠叫与笑声之间，它们发出“夸哈，夸哈”的声音；角马就比较沉闷，似乎只会低低地发出“哈”的声音。这些动物属于这个星球上最大规模的动物迁徙的一小部分“流亡者”，整个参与迁徙的兽群包括100万头角马、20万头斑马，以及成千上万的其他动物。它们逐水草而居，跟着雨带不断迁徙至食物丰沛的区域。
这时，从我们左边那个突起的小山后又出现了一群动物闯入水坑。它们是有“黎明巡逻队”之称的象群，其中还有数只小象忙不迭地追赶着大部队的脚步。斑马和角马纷纷躲避，给象群让出一条道路来。
此时的塞伦盖蒂展现了一幅延绵不断的画卷，点缀着不同外形和颜色的动物：有尾巴竖直好似天线的灰色的疣猪，有至少9种羚羊，如身型迷你的犬羚、体型魁梧的巨羚、黑斑羚、转角牛羚、水羚、狷羚、汤氏和葛氏瞪羚，以及无处不在的角马等。除此之外，还有黑背豺、像塔一样高的马赛长颈鹿，以及大型猫科动物——是的，第一天我们就看到了三种，包括几头狮子，一头在树上假寐的花豹，和一头匍匐在距公路仅有一两米地方的猎豹。
尽管我看过许许多多相关的图片与电影，然而当我第一次亲眼见到这一切时，我的兴奋度丝毫未减。
我静静地注视着这片广袤的绿色山谷，心中涌起一阵奇异而愉悦的情感，眼前有庞大的动物生命群落，金合欢树竭尽全力地伸展着树冠，远处的太阳开始缓缓落下，勾勒出它前方高山的轮廓。这是我第一次来到坦桑尼亚，我却生出了回家的感觉。
没错，这里是众生的家园。东非大裂谷的谷底埋葬着你我祖先的骨骸。奥杜威峡谷位于恩戈罗恩戈罗与塞伦盖蒂之间，这是一条50千米长、地况复杂、沟壑纵横的荒地。在峡谷被风化的一面山坡上，即距离B144号公路仅有5千米的地方，历经几十年的探索，玛丽·利基（Mary Leakey）、路易斯·利基（Louis Leakey）夫妇以及他们的儿子发现了三种原始人类的遗迹，他们生活在距今150万～180万年前的东非。再向南50千米至拉多里，玛丽和她的团队发现了360万年前的人类足迹。他们的脑容量比现代人小，但是已经能够直立行走。他们就是著名的“阿法南方古猿”。
这些难得的远古人类遗骨是从一堆堆其他动物化石当中发现的。这个事实告诉我们，尽管一些特定的演员的角色发生了变化，但是几百万年前的舞台上的演出与今天仍有许多相似之处，食草动物努力躲避狡猾的捕食者，以免被当作下酒菜。几百万年过去了，这部戏仍旧在上演。在奥杜威峡谷发现的大量石器工具，以及在动物骸骨上留下的相吻合的印记表明，我们的祖先在这场表演中并不仅仅是旁观者，他们早早就加入了捕食者的队伍。
弹指一挥间，沧海变桑田。人类生活已经发生了巨大的变化，然而过去的百年是变化最为剧烈的时期。自打人类种群出现后，两百万年以来，人类一直处于被控制的状态。我们采集水果、坚果以及植物种子，我们靠山吃山、靠水吃水，与角马或斑马类似，一旦食物来源减少，我们就迁徙去新的地方。就算是在农业文明和城市文明发展之后，我们面对自然灾害、饥荒以及瘟疫依然常常是束手无策。
一切变化都发生在刚刚过去的100年间。在这期间，情势发生了反转，人类开始取得控制权。天花，一种曾在20世纪上半叶夺去了3亿人生命的病毒，这一数字远远超过了有史以来所有战争死亡人数的总和，已经被彻底地从这个星球上消除了。肺结核，一种由细菌传染导致的疾病，它横行于19世纪，曾感染了70%～90%的城市人口，并在美洲大陆上实现了“七步留一人”，即1/7的致死率。而今，结核杆菌也在发达国家几近消失。如今，对20余种曾经大规模爆发、曾大面积致畸致残，或曾带走千万人生命的疾病，如脊髓灰质炎、麻疹以及百日咳等，人们都发明了其对应的疫苗。一些在19世纪还未出现的致死疾病，如艾滋病，也已经得到了特殊药物的抑制。
与医药产业类似，食物的生产加工也从根本上被颠覆了。一个古罗马时代的农民或许还能在19世纪的美国农场里找到他熟悉的犁、锄头和耙子等工具，但对接下来发生的技术革命，他就完全摸不着头脑了。短短100年间，玉米的亩产量增加了3倍还多，从134千克增加到606千克。同样的情形也在小麦、大米、花生、土豆和其他作物上发生着。随着生命科学的发展，人们开始种植新作物、饲养新家禽，再加上杀虫剂、除草剂、抗生素、激素、人工化肥的使用以及农业工具的现代化，同样面积的土地现在可以养活的人口是一个世纪前的4倍，而劳作在农田上的人口仅占全美人口总数的2%，这与100年前的40%多形成了鲜明对比。
过去一个世纪里，医药与农业领域的进步对人类在生态系统中的角色变化产生了重大影响：首先人口数量呈现爆发式增长，由不足20亿增加到了今天的70多亿。而在1804年以前，人类用了20万年的时间才使人口总数突破10亿，现在我们还保持着每12～14年增加10亿人口的速度。20世纪初，在美国出生的男性和女性的预期寿命分别为46岁和48岁；到了21世纪，这两个数据已经分别增长至74岁和80岁。与自然界发生变化的速率相比，在如此短的时间内将人口寿命增加50%是件非常了不起的成就。
正如保罗·西蒙曾经富有激情地描述：“那是一个奇迹不断的时代。” 哪里有生命，哪里就有法则
我们对于动植物与人体自身的控制能力，来源于还在不断增加的在分子水平上对生命的理解。而在分子水平上，人类对于生命最深刻的理解，恰恰就是“一切像设计好了一样，都处于被调控的状态下”。这句略显宽泛的陈词可以进一步被阐释为：
◎生命体内的每一种分子——从酶与荷尔蒙到脂类、盐以及其他化学物质，都被稳定地维持在某个范围内。举一个极端的例子，血液中某些分子的丰度是其他物质的100亿倍。
◎生命体内的每一种细胞——红细胞、白细胞、皮肤细胞、肠壁细胞以及种类超过200的其他细胞，其数量都是维持在一个特定的值附近的。
◎生命体内的每一种生命过程——从细胞增殖到糖代谢、排卵，甚至睡眠，都是被某种或某类物质控制的。
人们逐渐发现，疾病的发生通常就是这些严密的调节机制发生了异常，使某些物质处于过量或是不足的状态导致的。例如，胰腺产生的胰岛素不足会导致糖尿病，血管里的“坏”胆固醇含量太高会引发动脉粥样硬化和冠心病。而如果细胞摆脱了对它们数目与增殖行为的限制，癌症就会发生。
要想干预疾病的发生发展过程，我们必须了解一切与调节有关的“法则”。对分子生物学家（特指在分子水平上研究生命现象的生物学家）而言，借用一些体育术语来说，他们的任务就是辨认比赛的参与者与比赛规则。在过去的50年间，我们了解了很多人体内各种指标得以维持的原理，包括荷尔蒙、血糖、胆固醇、神经递质、胃酸、组胺、血压、病原免疫过程以及各类型细胞的增殖过程，等等。许多在这些过程中起作用的因素以及发生机理的发现者都荣获了诺贝尔生理学或医学奖。
在当下，这些辉煌的理论大部分都得到了实现，衍生出可以预防和治疗疾病的各类药物。基于对调节机制分子水平上的了解，越来越多的以恢复关键分子或细胞类型至正常水平为目标的药物出现在市场上。在世界上50种销量最大的药物中，大多数药物的出现都得归功于分子生物学领域的革命。它们的销售总额在2013年达到了1 870亿美元。
我作为一个分子生物学家，对我的同仁在改进人类生活品质方面所做出的贡献，由衷地感到骄傲。与此同时，人类基因组破译得到的海量信息正在引领新一波药物开发的潮流。人们对于自身探索的脚步没有停止，生物学领域中的革命仍在进行。本书的目的之一，就是讲述这些分子生物学领域的“陈年旧事”，为大家陈述这些技术和理念革新的发生过程，以及今后的发展方向。
然而，在生命科学的分支中，分子生物学并不是唯一充满了“逻辑法则”的领域，也不是在过去半个世纪中唯一发生了质的变化的分支。生命科学的诉求是试图在每个量级上了解生命调节的法则。在与分子生物学平行的另外一个分支当中，另外一群生物学家也在投身一场也许看来并没有那么耀眼的革命。然而，他们的工作更宏观地阐释了在自然界这个量级上的生命调节法则。而比起分子生物学的进展在现阶段所带来的医药领域的发展，自然界生命法则的发现兴许会为全人类带来更大的福利，我们称之为生物学第二次革命。 塞伦盖蒂法则
生物学第二次革命的发生，缘起于一些生物学家的一些简单的、看上去有点幼稚的问题：“地球为什么是绿色的？为什么动物没有消耗光所有的食物？如果一些物种消失了会如何？”对于这些问题的探索，让人们明白，正如人体内的分子法则让每种分子和细胞的种类都稳定地维持在一定水平一样，自然界也存在可以调节动物种类和数量的生态法则。
我将这些法则统称为“塞伦盖蒂法则”，是因为生态学家们曾勇敢地在这里进行了长期的实验而总结出了这些法则，同时也是由于这个生态系统里的动物数量是真正受到这些法则调节的，众所周知的例子如生活在非洲热带稀树草原的大象或狮子的数量。根据这些法则，我们也能预测到，如果狮子从这个生态系统中消失了，接下来将会发生哪些变化。
这些法则不仅适用于塞伦盖蒂，它们也适用于世界上很多区域，从海洋、湖泊到陆地。这些法则既出人意料又意义深远：出人意料在于它们能够解释看起来无关的物种之间的具体联系；意义深远在于它们决定了大自然生产动物、植物、空气及水资源的能力，而这些都是人类赖以生存的自然资源。
为了把抽象的人体内分子调节机理转化为实实在在的攻克疾病的武器，我们投入了大量的人力、物力和财力。令人遗憾的是，并没有人认真考虑过要把塞伦盖蒂法则真正用于处理人类现阶段所面临的问题。任何新药在问世之前，都需要经过一系列严谨复杂的临床试验，以确定其有效性与安全性。临床试验确有其必要性，除了需要考察药物是否对症外，还必须对该种药物是否能够与机体内的其他物质相互影响并产生副作用做出精准的评价。通常情况下，新药面世的门槛都非常高，能够淘汰约85%的候选药物。如此高的失败比例，也部分地反映了无论是医生、患者、公司还是监管机构，对药物副作用的容忍度都非常低。
然而，几乎整个20世纪里，在世界上绝大部分地区，人类为了满足自己的私欲，毫无节制地狩猎、捕鱼、耕种，甚至破坏，却从未试图理解或是考虑过改变其他物种的生存环境或是打乱它们的生存方式，会给整个地球生态系统带来怎样的副作用。人类的数量已经暴增至70亿，我们为之付出的代价是要面对越来越多令人头疼的问题。
世界范围内的狮子数量已经从50年前的45万头骤降至今天的3万头左右。曾经漫游所有非洲和印度大陆的兽王，已经从26个国家消失了。今天，坦桑尼亚境内集中了非洲大陆上狮子总数的40%，它们中最大的一个群落就生活在塞伦盖蒂。
相似的故事也发生在海洋当中。鲨鱼是海洋生物中生存了4亿年的古老物种，然而就在过去短短的50年间，世界范围内很多鲨鱼物种的数量减少了90%甚至99%。今天，有26%的鲨鱼，包括双髻鲨与鲸鲨，都面临灭种的危险。
有些人也许会说：“那又怎么样呢？物竞天择，胜者为王，这就是自然法则。”事实并非如此。正如人体内重要的分子如果不能维持其正常水平就会影响健康，导致疾病发生一样，如果有重要作用的物种数量水平无法维持的话，生态系统也会“生病”。这就是塞伦盖蒂法则传递的信息。
越来越多的证据表明，全球生态系统已经处于亚健康状态，或者至少也进入了疲劳期。生态学家们统计过给全球生态带来变化的人类活动，从种植农作物与经济作物、饲养家禽、砍伐树木、捕鱼，到修建居所与提供能源的基础设施、燃料消耗，等等。之后再拿这些的总量与地球的生产总量进行比较，所得到的结果图，是这些年我在所有的科学文献当中见过的最简单也最具有震撼力的一幅（如图0-2所示）。图0-2 人类生态需求总量相对于地球生产总量的逐年变化曲线。我们现在的消耗能力已经超过了地球生产能力50%。Figure from Wackernagel, M., N. B. Schulz, D. Deumling, A. C. Linares et al. (2002) “Tracking the Ecological Overshoot of the Human Economy.” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 99: 9266–9271. © 2002 National Academy of Sciences.
50年前，地球上的人口总量为30亿，人类活动每年消耗地球年生产总量的70%。这个数字到1980年达到100%，现在已经上升到150%，也就是说，人类需要1.5个地球才能维持现有的一切。很遗憾，地球只有一个。
我们已经控制了万物——除了我们自己之外的万物。 大自然的美好未来
曾经有生物学家非常偏激地断言，过去一个世纪当中生物学的影响表明，在自然科学领域，生物科学是与人类生活最为息息相关的。的确，在我们面对的很多挑战面前，包括为一个日益庞大的群体提供食物、药品、水、能源、居所以及谋生技能等，在可预见的将来，生物科学必将发挥核心作用。
我所认识的所有生态学领域的泰斗，他们对于地球生态系统的亚健康状态及人类的可持续发展能力都表现出深深的担忧，更不用说我们的地球还需要继续养育那么多种类的其他生物了。一方面，人类在微观分子领域力克万难、成绩斐然，解决了一个又一个难题。另一方面，人类仍然对我们共同的家园抱有一种盲目的乐观，完全无视在宏观世界里由粗放的行为模式所引起的更大的人类危机。这难道不是很讽刺的一幕吗？就像泰坦尼克号上的大多数乘客只关心晚饭的菜单，而航速与纬度等问题显然不在他们的考虑范围之内。
因此，就算是为了我们自己，人类也需要跳出自身的条条框框，全面了解更为广阔天地中的宏观法则。只有在更广义的层面上理解与运用生态学的法则，我们才能有一丝希望扭转目前的被动局面。
诚然，我写这本书的目的不仅仅是介绍几条法则那么简单，尽管它们同时具备实用性与迫切性。这些法则是人们为了了解生命存在的方式，在长期的仍在进行的追问中得到的宝贵财富。在这里，我除了要把发现这些伟大法则过程的激动人心的一面与你们分享以外，也要把最艰苦困难地追求答案的过程讲述给你们听。我向你们保证，当我们聆听着这些故事，跟随着科学家们的脚步，或是走遍天下，或是扎根实验室，分享他们的痛苦与惊喜时，你会发现，科学本身是令人非常愉悦的，是易于理解的，也是让人印象深刻的。本书中的所有故事都围绕那些揭开了重大谜题或是做出了卓越贡献的科学家们展开。
他们的伟大发现远不只是丰富了人体或生态系统操作手册。许多人都认为，要理解生命就必须掌握无数的生物学细节知识，这无疑是生物学家和生物课考试的错。一位生物学家曾说，生命仿佛是“近乎无限多特例的集合，必须就事论事单个分析”。本书的另一个目的是要展示事实绝非如此。
每当试图比较人类机体内部的工作方式与在塞伦盖蒂草原的亲眼所见时，我常常就被细节所淹没。需要比较的部分太多，而它们的交集也太复杂。然而，我将要叙述的这几条生态学普适法则，却有一种神奇的魔力、能化繁为简，揭示生命的真谛。这些逻辑包括，我们的身体如何做出判断是增加还是减少某种物质的产量，而类似的原理也能够解释热带稀树草原上的象群数量增加或是减少的原因。因此，尽管微观的生物分子与宏观的生态系统是如此不同，其内在工作逻辑却惊人地相似。理解这些精妙的逻辑原理，可以使我们从各个层面上，从分子到整体，从单独个体到生态系统，去更加深刻地理解生命的逻辑。
我希望读者能从此书中获取新颖的洞悉能力与独特的灵感：洞悉生命在不同层面上带给我们的疑惑，并从那些杰出的、具有前瞻性的，甚至已经为实现更美好的明天做出贡献的人类身上获得解决难题的灵感。
5天的塞伦盖蒂之行，我们看到了形形色色的大型哺乳动物，只有一种例外。在返回的路上，当我们又一次经过那片美丽多彩的草原时，就像事先约好了一样，一个从未见过的身影出现在了地平线上，它那特有的角明确地告诉我们，这是一头黑犀牛。整个塞伦盖蒂现有黑犀牛31头，在得知这个数据之后，眼前的景象带给我们的震撼的确是巨大的。然而，曾经超过1 000头的数据如此酸涩地提醒着我们：前路艰辛。事实是，尽管人们早已明确了人类勃起的分子基础，而且至少有5种非常便宜的药物早已针对这个问题问世，但是在今天的东方，犀牛角作为名贵的壮阳药仍受到人们疯狂的追捧。
人生总是充满奇迹与困惑
别哭孩子，别哭
别哭……我们的身体具有非常精细的调节功能,从而使体内环境保持稳定。生态系统也有类似的遇节功能。动物种群在不受限制条件下会迅增长。但是,数量扩张会受到上层捕食者、流行性疾病和食物供应的限制。动物种群会在过量增长与频临灭绝之间巧妙地找到个动态平衡点。01身体的智慧所有的生命形态都是稳定存在的。这种稳态保证了生命体受到巨大外力冲击的时候仍然保持完整，不致面临被损坏、被肢解甚至被毁灭的命运。——夏尔·里歇
树枝折断的动静大到把我从好梦中直接吵醒了。流经坦桑尼亚北部的塔兰吉雷河岸边的一个山崖上树木丛生，是我们暂时的栖息地。这是一个伸手不见五指的夜晚，天空中看不见月亮，甚至没有一点星光。从大帐篷前方的幕帘窥视出去，我什么都看不到。也许是风刮的？我看了看表，才凌晨4点，就翻了个身，想再睡上几个小时。
这时，沉重的脚步声从黑暗中传来，偶尔还伴随着低沉的隆隆的粗喘。这声音开始从帐篷的正面渐渐向四周分散，把我们团团围住。它们就在帐篷外面。然后，妻子杰米也醒了。
这是一个象群，它们是从河床沿着斜坡走上来的，到这里来巡视树林和灌木丛，并寻找食物。由于没有天敌，这些动物在陆地上所向披靡。它们超过3.5吨的体重，以及叉车一样形状的象牙，让它们在灌木丛中行走时如履平地。当听到树枝和树干碎裂的声音时，我开始为这薄薄的帆布帐篷是不是能真的挡住它们而发愁。谢天谢地，它们完全无视我们，也没有表示出对我们这小小避难所的任何兴趣。它们只顾着狼吞虎咽，好在黎明前能返回山崖下喝水。
天际刚刚开始发白，我们小心翼翼地从帐篷里钻出来，开始偷拍一个掉队的家伙。我必须说，只有你真正站在一头大象面前的时候，你才知道它比你想象的要大得多。这家伙有巨大的身体和耳朵，肩膀到地面足有3米的距离，是一头真正的庞然大物。它忘我地咀嚼着小树的枝叶，完全忽视了我们这些站在角落里的偷窥者。在镜头面前，它还是十分平静的。
突然，从其中一个帐篷传来了一声怪响，它明显受到了惊动。它先是发出了一声象鸣，之后立即转身向左，快步朝着我们这边冲了过来（如图1-1所示）。图1-1 这是一头愤怒的大象！它在恐吓无果之后已经进入了暴走模式，摄于塔兰吉雷国家公园。Photo courtesy of Patrick Carroll.
关于接下来发生的事情经过，众说纷纭。
按照我的版本，我们都冲进了距离最近的帐篷，并且迅速拉上了拉链，寄希望于即使是4吨重的大象也拿拉链毫无办法。然后我们就浑身发抖地站着，嘴里毫无意识地轻声嘟囔着，并想借此控制情绪、驱散恐惧。
我试图从生物学的角度来解读这短短几秒钟中，在我的脑部和身体里发生的一连串的事件。这些事件发生的速度如此之快，甚至在我告诉自己“这象疯了，快跑”之前就发生了。首先脑部的杏仁体将危险信号传至海马体。海马体的位置紧靠在杏仁体的上方，它体积不大，只有杏仁大小，但是能够迅速向主要器官组织传递生物电信号和化学信号。通过神经传导，海马体将信号传至肾上腺，顾名思义这是个长在肾上方的腺体。肾上腺应激后迅速分泌肾上腺素，后者被释放进入血液，迅速在全身循环并到达各个器官，使心跳加快、肺活量增加以及骨骼肌收缩，并使储存在肝脏里的糖原很快分解变成能量，还让全身的平滑肌细胞激动，导致血管收缩，汗毛直立，血液从皮肤表面、肠道和肾里迅速回流。与此同时，海马体还释放了一种叫作促皮质激素释放因子的化学物质，该物质可到达附近的脑垂体并使其释放出促肾上腺皮质激素。这种荷尔蒙可以作用于肾上腺的其他部分并最终释放皮质醇，直接导致血压升高和血流涌向肌肉组织。
这一切的生理变化都属于一个叫作“战斗或逃跑”的生理反应的一部分。早在一个世纪之前，哈佛大学的生理学家沃尔特·坎农（Walter Cannon）就发现并详细描述了这种由恐惧和愤怒引发的生理现象。凡此种种，都是我们的身体应激地准备着战斗或逃跑。而当时我们显然选择了逃跑。 猫的恐惧
坎农在研究消化系统而开展的前沿实验中，对身体的恐惧反应有了最初的认识，并发生了浓厚的兴趣。在坎农还是个医学院的学生时，X射线才刚刚被发现。一个教授建议他用这种新工具去观察消化系统的工作原理。1896年12月，坎农和另外一个学生成功地捕捉到了他们的第一个影像：一只狗正在奋力地吞咽一个珍珠纽扣。紧接着，他们又在其他动物身上开展了类似的实验，包括鸡、鹅、青蛙，还有猫。
观测消化系统的一个巨大挑战是，类似胃和肠道这些软组织并不能很好地在X射线下显影。坎农发现给动物喂食带有铋盐的食物可以解决这个问题，原因是X射线不能穿透铋物质。他还发现了钡有类似的效果，但是由于过于昂贵，在当时并不能广泛用于研究。后来放射科医生广泛地将钡盐用于胃肠道显影，并一直沿用至今。在一系列经典实验中，坎农首次在动物甚至是人类的健康活体中观测到食物是如何在食道、胃和肠道里收缩蠕动的。
也正是在同类实验中，坎农注意到，当一只猫处于惊警状态时，这种蠕动会突然停止。他在日记中这样写道：
因为已经是数次反复发生的实验结果，其确定性已毋庸置疑。当猫从安静状态瞬间进入警戒状态时，食物蠕动会完全停止……大约半分钟后才会恢复。
坎农把这个实验重复了一遍又一遍。每次都是当动物重新平静下来，食物蠕动就会立即恢复。这个医学院二年级学生此时已经是硕果累累。在即将成为职业萌芽之路上写就的第二篇经典论文当中，他写道：“尽管我们长久以来就知道暴力情绪会影响消化过程，但是没有想到消化蠕动会对精神上的紧张情绪如此敏感，这实在令人诧异。”
坎农在生理实验上的天赋最终使他选择成为一名生理学家。他的才华、律己和工作理念打动了哈佛大学生理学系的杰出教授们，最终，他们决定在坎农毕业时授予他讲师职位。 紧张的胃
坎农在他自己的实验室中开始研究情绪是怎样影响消化系统的。他观察到，情绪紧张使消化过程骤停也发生在兔子、狗和豚鼠身上，他从医学资料上看到，人类也有类似的反应。情绪和消化系统之间的联系显示了某些神经系统对消化器官的直接控制。
坎农知道所有的情绪紧张的外在表现都是由交感神经诱发并且在结构上由平滑肌完成的，比如由血管收缩导致血量减少而表现出的脸色苍白，还有冷汗涔涔、口干舌燥、瞳孔放大、汗毛直立等。交感神经由一系列起源于脊柱胸腰节段的神经元组成，这些神经元向外伸展至神经汇集的部位，也称之为神经节。接着一些形态上更长的神经元从神经节延伸至靶向器官，并对后者起到支配作用。包括皮肤、主动脉、小动脉、虹膜、心脏以及消化系统在内的人体大多数组织器官，都受到交感神经的调节，同时这些组织器官也受到脑起源和骶起源的神经调节（如图1-2所示）。图1-2 交感神经系统示意图。自主神经系统的这一分支连接着多种腺体和平滑肌，起的作用既包含维持内环境的稳态，同时也参与介导进入战斗或逃跑模式的应激反应。从头干与骶部出发的神经，其作用方式往往与从躯干部出发的神经的作用方式相反，一个很好的例子是两者对小肠运动的神经支配。Figure adapted from The Wisdom of the Body by Walter B.Cannon (1963), modified by Leanne Olds.
为了弄清楚紧张情绪让胃肠蠕动暂停的原因，坎农与他的学生们进行了一系列非常经典的基础实验。其中之一就是通过分别切断与消化有关的神经，观察是哪个神经在起作用。坎农发现，当脑起源的迷走神经被切断而隶属于交感神经的内脏神经保持完整时，恐惧情绪依旧能够引起肠蠕动暂停；相反，在内脏神经被切断而迷走神经完整的情况下，恐惧情绪的反应消失了。这些结果印证了内脏神经在这一系列事件中的重要作用。
坎农注意到，胃肠蠕动暂停的时长远远超过了前面描述的神经传导过程。所以除了神经传导信号脉冲，可能还存在第二种机制延长了这个过程。在此之前曾经有关于肾上腺素的报道，陈述了当这种产自肾上腺中央区域的激素被注射进入血液的同时，可以产生类似交感神经激动的效果。坎农由此推测肾上腺素可能参与了身体对恐惧和愤怒的反应过程。
坎农与另外一位年轻的医生丹尼尔·德拉帕兹（Danicel de la Paz）试图一起用一个有趣的实验验证这个假说。他们利用了猫对狗的天然惧怕心理，比较了猫在听到狗叫之前和之后的血液样本，发现被惊吓的猫的血液中含有某种未知物质，这一物质可以让一小簇肠道肌肉细胞停止收缩，这与肾上腺素在肌肉细胞上的作用完全相同。
肾上腺素是肾上腺生产的众多组分之一。坎农和他的同事们之后陆续发现了肾上腺素具有加速心跳、促使肝脏分解糖原，甚至促进血液凝固的作用，这些都是在疼痛发生、恐惧和愤怒情绪袭来时的共同反应。而且，如果肾上腺被移除或是连接肾上腺的神经被切断，这些反应便不会发生。据此而知，身体在压力情况下做出的正确反应是由交感神经系统和肾上腺共同协调完成的。
按照坎农的说法，这些由肾上腺素诱发的事件显示了在紧急状态下身体是如何调动肾上腺以准备战斗或逃跑脱困的。作为达尔文自然选择学说的忠实拥趸，坎农是这样描述的：
那些具有最大概率生存下来的生命体都具有一些显著的共同点：可以最大程度地支配能量，可以全力调动糖原的分解供应运动的肌肉组织，能从疲劳中迅速恢复，并集中向最重要的部位供应血液。
坎农的学生菲利普·巴德（Philip Bard）后来证实了，海马体是大脑控制自主神经系统的中枢部位，这些自主功能包括消化、心率、呼吸以及我们反复提到的“战斗或逃跑”反应。无论是海马体还是这种反应系统，都是进化上非常保守的组成部分。这些结构系统让我们认识到，无论是远古时期能在大草原的狮子和土狼爪下逃生的我们的祖先，还是如今能避开横冲直撞的出租车的纽约行人，抑或是当时能够从大象的愤怒里逃生的我们，所有的人类面对危机的反应机理都是一样的。人类身体的这部分结构在进化上是如此的保守，甚至于基本上被完整地刻录了下来。 战场上的科学家
坎农出身常春藤联盟，但他并不是象牙塔中不问世事的隐士。1916年，第一次世界大战已经进入了第三个年头，彼时的欧洲已经被拖进了战争的泥潭，每时每刻都有大量的伤亡产生，局势看起来非常不妙，美国随时有被卷入的危险。为了保护和挽救战场上士兵和平民的生命，一个政府咨情特别委员会成立了，坎农被任命为这个委员会的主席。他了解到当时战场上最严重的问题之一是受伤士兵会出现休克反应。坎农曾在他的实验研究中观察到动物在紧张情绪下也会出现休克症状，比如脉搏加快、瞳孔放大、脱水式出汗等。往往受伤的士兵一旦产生类似休克症状就会回天乏力，死得很快。“难道就没有什么有效的办法吗？”他这样问自己。
带着对这个问题的深深忧虑，坎农展开了一些动物实验，试图找出缓解休克症状的途径。1917年4月，美国最终决定参战。坎农时年已经45岁，同时是5个孩子的父亲。他本不用参军，但是他选择志愿加入哈佛医学院，并成为第一批奔赴欧洲战场的美国医疗队伍的成员。坎农主动要求去一个靠近法国北方前线的休克病房里服役。
坎农带着对家庭的眷恋告别了波士顿。他乘火车来到纽约，在那里登上了开往英格兰的萨克森尼亚号，他即将面对的是一段长达11天的充满危险的海上航行。为了躲避德国潜艇，这艘船在晚上只能紧闭舷窗，在黑暗中行驶。通常情况下为了防止撞击，船头和船尾都必须亮灯。萨克森尼亚号仅仅照亮了船尾，是为了引诱鱼雷脱靶。8天的航行过后，船已经靠近了英国的海岸线，每个人都被下令必须和衣而睡，以备遇袭时可以迅速逃生。好在老天帮忙，海上的雾和雨有效地隐蔽了船只，而一艘英国驱逐舰的护送顿时安抚了大家的紧张焦虑。后来坎农在给妻子科妮莉亚的信中这样写道：“那种天气里，敌军根本发现不了我们。”
安全到达英格兰之后，坎农前往几个战地医院，恰逢一波伤员正从英国的自卫战场上被送下来。虽然从17年前医学院毕业起他就再也没有做过手术，坎农还是主动要求进病房帮忙，包扎伤口、照顾伤员。
之后他们迁到了离前线更近的地方。他无助地看着士兵的生命体征迅速消失，这一幕幕的场景令人心碎，来自英国和美国的医生尽一切努力想要弄清楚伤病员死亡的原因。
他们做了一些新的调整，包括监视伤员的血压变化，而不仅仅是脉搏。正是这一举措带来了一个重要的线索。健康人的血压范围在120～140毫米汞柱之间，休克病人的血压只有不到90毫米汞柱，而且一旦低至50～60毫米汞柱，基本上就无力回天了。
血压过低意味着重要器官不能得到有效的能量补给，同时代谢废物也不能及时输出。碳酸根离子作为血液稀释系统的一个重要组分，其浓度变化可以反映出血液的酸碱度变化。坎农发现休克病人血液中的碳酸根离子浓度偏低，表明病人的血液比起理论值更偏酸性。他还发现，血液越是偏酸，血压也会越低，休克症状也会越严重。坎农据此提出了一个简单可行的治疗方案：给休克病人注射碳酸钠。
坎农在1917年7月给他妻子的一封信中第一次描述了这种治疗方案的结果，那时距离他到达欧洲刚过了两个月：
呃，周一送来一个病人，他的血压只有64毫米汞柱，情况非常糟糕。我们采取的方法是每隔两小时喂他一茶匙苏打水，第二天早上他的血压回到了130毫米汞柱。周三又有一个病人，他来的时候整个上臂烂得惨不忍睹，一般这种情况是没法活了。他术后血压只有50毫米汞柱，实在是太低了。我们立即给他喂苏打水，第二天早晨他的血压就回到了112毫米汞柱。
坎农记述了同一个星期里另外3个得到治疗并被从死亡线上拉回来的士兵，其中包括一例静脉注射碳酸钠迅速缓解呼吸和脉搏的病例。
坎农与其同行的主管医疗的官员被这个结果震惊了。由于休克常见于手术等非常态过程当中，据此碳酸盐的使用被纳入处理紧急情况的标准。同时坎农和他的同事们也推进了其他阻断休克发展的措施，如用暖和的毛毯包裹病人、补充液体、用干燥的担架移动病人，以及手术中尽量采取轻度麻醉等。
为了推行这些措施，坎农在战区组织了应对休克病人的培训。为了了解这些措施在战场上的应用情况，他亲自上前线视察。
1918年7月中旬，他在法国东部的马恩河畔沙隆的一家医院访问。这一天，在结束了整晚和其他医生的交流之后，坎农疲惫地上了床。不远处时不时有枪声传来，但他早已习以为常。午夜到来之前，坎农突然被剧烈的震动惊醒，“那巨大的不可思议的令人颤抖的可怕的轰鸣声……仿佛就像成千上万辆汽车碾压过鹅卵石的动静”。他跳了起来冲到窗前，发现整个天际已经被爆炸的火药点亮。他听到炮弹从身边嗖嗖地飞过，之后爆炸声从附近的医院传来。平均每3分钟就会有一颗炮弹落在距离医院1.5千米的范围内，这个过程持续了约4个小时。
在这场大规模的德军进攻当中，坎农在伤员刚被送进医院的时候就被召集到了休克病房。之后更多的伤员涌入，光是那一天医院就接收了大概1 100名伤员。正当休克病房人满为患之际，坎农听到了一声震耳欲聋的爆炸，一个炮弹击中了隔壁只有6米之遥的病房，屋顶被炸飞，弹片甚至穿透了墙壁飞到了这边。空气中充斥着爆炸产生的尘土、烟雾和有害气体，但是坎农并没有撤退，他和他的医疗队伍坚守着，直到所有的病人都被转移到后方相对安全的地方。
这场战斗最终成为整个战争的转折点。德国的铁之战车停止了推进，协约国军队在接下来的几个星期甚至几个月里不断东进。坎农随着前线部队进入了曾经的德国占领区，他见证了法国的城镇满目疮痍，曾经的繁华之地如今长满了野草，敌军战俘排成了一列列长队。逐渐地，被送往医院的伤病员越来越少，直到再没有人被送来，战争结束了。坎农在给他妻子的信中这样写道：“能在扭转世界历史的战局中发挥作用，感觉实在是太好了。”
坎农由于在战时的英勇表现获得了晋升。在短短不到14个月的时间里，他从中尉开始历经上尉、少校，最后变成中校。英国女王授予他象征最高荣誉的巴斯勋章，美军欧洲战场总指挥珀欣将军也曾高度赞扬他是“用休克治疗方法建立了卓越功勋的人”。1919年，人们沉浸在战争结束的喜悦和激动当中，坎农结束了他的使命，从巴黎乘船返回美国，和他的妻子、孩子以及实验室重聚（如图1-3所示）。图1-3 沃尔特·坎农的军装照。Photo from Family Photograph Album. Walter Bradford Cannon papers, 1873–1945, 1972–1974(inclusive), 1881–1945 (bulk). H MS c40. Courtesy of Harvard Medical Library, Francis A.Countway Library of Medicine, Boston, Massachusetts. 身体的智慧
坎农在法国的经历深深地影响了他。那些充满了痛苦回忆的第一手资料，让他更加深刻地了解生命体征是由哪些基本要素维持的。加上以前对动物在压力状态下的生理过程的了解，包括消化、呼吸和心率等过程，坎农开始积极思考人体是如何对抗外界干扰，并能够在有限的条件下维持重要体征的。
在他看来，是神经系统和内分泌系统的许多行为阻止了剧烈变化的发生，从而使体内环境保持在一个围绕中心窄幅变化的范围内，包括体温、酸碱度、水分、盐分、氧气还有糖的含量都处于一个相对平稳的状态。他非常清楚，一旦这种复杂而脆弱的平衡被打破，会发生严重的疾病甚至死亡。举个例子，正常状态时，血液pH值是7.4左右。如果降到6.95，人就会发生昏迷甚至死亡；反之如果升到7.7，就会发生抽搐和癫痫。类似地，每100毫升血液中钙离子含量应正常维持在10毫克左右，如果减半会导致抽搐，而加倍的后果就是死亡。
坎农开始在演讲和论文中更多地讨论“身体的智慧”。他这样写道：“我们的身体具有非常精细的调节和控制功能，而我们最近了解到的一些事实不过是冰山一角。”当时的一个重大发现是胰岛素对血糖的控制。坎农详细记述了这一过程：餐后血糖升高，迷走神经刺激胰岛腺体分泌胰岛素，使得血液里多余的糖原被储存起来；而当血糖降低，自主神经系统里的其他成员发动肾上腺从肝脏里分解并释放糖原。坎农认为：“生命体的组织器官正是基于这种方式，将血糖波动的幅度严格限制在一定范围内。”
坎农强调，多数器官是受到来自不同神经系统甚至是方向完全相反的信号调节的。也正是基于这种机制，器官活动的调节就在于条件性地增大某一方向的信号并同时减少其他的信号。坎农给身体这种精准的调节能力起了一个名字，叫“内稳态”（homeostasis）。这个词来源于希腊文字，前半段表示相似，后半段表示恒定不变。以病理学家们将近30年的研究经历为基础，坎农提出的这个概念并非空穴来风。内稳态本质的意义就是调控，即通过体内的一些生理过程，调节和维持身体机能，使其稳定在一定范围内。
坎农首先在一些科学文献上发表了他的看法，之后他把这些写进了一本科普书，书名就叫《身体的智慧》（The Wisdom of the Body）。他从几个方面阐述和论证了身体的这种稳定性就是来源于主动调节过程。首先，他讲述了身体在受到外界干扰的情况下仍具备和表现出稳定的功能；接着，他提出，身体之所以能够维持稳定的原因是既有拒绝正向变化的因子，也有拒绝反向变化的因子，它们共存于一个系统当中；然后，他又指出，有非常有力的证据表明，维持内环境平衡稳定的过程中经常是多种因子同时或相继发生作用，而非单一因子的影响，一个显著的例子就是血液的酸碱平衡；最后，针对一些定向的调节过程，他认为必然有反方向的调节机制存在，这一点在血糖的调节中已被证明了。
简而言之，坎农认为身体里的所有过程都是处于被调节的状态和过程当中的。他总结道：“生理学最重要的问题就是研究身体内部的调节和控制过程是怎样发生的。”
坎农清晰记录了他在消化、饥饿、口渴、恐惧、疼痛和休克方面的研究，以及他对神经系统和内分泌系统的了解。正是基于以上工作，内稳态已经成为生理学和生物学中的一个重要概念，有人甚至把它与达尔文的进化论相提并论。
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