在我们从事日常活动的过程中，皮肤总是十分活跃，其复杂的化学成分也瞬息万变。皮肤细胞在分裂，重要分子被分解，有一些被修复，还有一些被生成。由于人类起源于热带地区，且在600多万年的存续时间里，大部分时候都生活在热带地区，我们的部分皮肤在结构和生化层面参与了一系列对热量和光线的适应活动。流汗只是其中之一。皮肤还演化出了其他途径以调节机体与环境之间的重要化学转换，尤其在机体与阳光之间。
太阳可以发出各种各样的电磁辐射，从伽马射线（γ射线）这样的短波电离辐射，到红外线这样的长波电磁波（见图16）。紫外线辐射覆盖了一个很宽的波长范围，从波长很短的真空紫外线到较长的短波紫外线（UVC）、中波紫外线（UVB）、长波紫外线（UVA）。虽因其对生物系统的破坏作用而饱受生物学家的诟病，但紫外线辐射一直以来都是推动地球生物演化的重要力量。自地球早期时起，单细胞和多细胞生物就演化出了自己的一套机制，以保护自身精妙的化学反应不受紫外线的破坏。[72]
图16 太阳辐射具有各种波长和能级。其中，波长最短、能级最高的辐射伤害最大，例如γ射线和UVC。大气层中的氧气和臭氧能过滤掉大部分有害紫外线辐射，但过度暴露在紫外线辐射中可改变人体DNA，破坏人体中的叶酸。? 2005 Jennifer Kane
对于地球上的生物体而言，危害最大的是那些波长最短、能量最高的太阳辐射，例如γ射线和UVC。地球在其漫长的发展过程中，出现了富含氧气和臭氧的大气层。大气层能有效阻挡最具危害性的太阳辐射。相较而言，像紫外线中的长波辐射（特别是UVB和UVA）、可见光、红外线和无线电波，都能更轻易地穿过大气层。现今有科学家和部分政客十分关心大气层，特别是臭氧层的健康状况，他们的关心很有道理。因为假如臭氧层变薄或者穿孔严重，那么，地球上绝大部分的生命体都将受到高能太阳辐射的摧残，尤其是过量UVB的破坏。
热带，尤其是赤道地区，紫外线辐射非常强。但纬度并非唯一的决定因素；部分赤道附近的地区，其紫外线辐射水平比其他地方还要高。在干旱地区，例如撒哈拉沙漠，紫外线辐射水平就非常高；而在湿润或多云的地区，例如亚马孙雨林，其紫外线辐射水平就相对低些。热带以外的地区，紫外线辐射水平通常较低，除少数例外，如青藏高原因为海拔高，大气稀薄，所以紫外线辐射水平非常高。[73]
不同类型的紫外线辐射穿透大气的能力亦不同。当紫外线辐射靠近地球时，大部分高能波段的紫外线（UVC及90%的UVB）都将被大气中的氧气和臭氧吸收。剩余10%的UVB及所有UVA将穿透大气层，但实际到达任何一个地点的量将取决于该地所处纬度及当时的太阳高度角。当远离赤道时，太阳高度角变小，大气层变厚，也就能过滤掉更多的UVB。因此，高纬度地区UVB水平低。UVB水平的微小变化都能对动植物产生重大影响。例如，生活在南、北半球高纬度地区的生命体已经适应了只接收少量的UVB辐射，且只在夏至日时才能接收到。[74]UVB和UVA在地球上的不均等分配，对不同纬度生命的演化产生了巨大影响，也对人类肤色的演化产生了巨大影响，关于后一点，我们将在后面的章节中再作叙述。
人体中大部分由紫外线辐射引起的化学反应都是有害的。假如你有过被晒伤的经历，你就知道皮肤受伤是什么样子了，你能感受并看到这些伤害。但晒伤只是紫外线辐射最直接的影响而已。紫外线辐射所引起的最严重的破坏则更为糟糕，因为它能持续多年而不被发现—紫外线辐射能破坏DNA分子。DNA分子是人体中最重要的信息携带分子，对细胞分裂至关重要。紫外线辐射可以在DNA分子吸收辐射时改变其化学成分，直接影响DNA分子；也可以通过辐射产生的、具有潜在破坏性的自由基，间接影响DNA分子。
当DNA分子吸收较短波长的紫外线辐射（主要为UVB）时，所受伤害最大。因为这时DNA分子内部会产生一种特殊的化学物质，这种化学物质由日照产生，所以得名“光产物”。光产物能使DNA分子产生细微的结构畸变。这种畸变通常能通过核苷酸切除修复，即移除并替换受损的DNA链而得以纠正。核苷酸切除修复属于分子层面上的纠正手术。DNA修复能力是人类历史上最伟大的演化创新之一。假如没有太多DNA受损，而修复机制本身也是健全的，那么这个修复过程通常是悄然进行的。但假如修复不充分，细胞将携带缺陷DNA进行复制。假如时间够长，个体又持续暴露在阳光之下，那么携带缺陷DNA的细胞将在皮肤内累积，最终导致皮肤癌。[75]UVA也会对DNA造成不容忽视的伤害，虽然这种伤害在结构和效果上可能和UVB的不同。UVA一直以来被认为是暴晒导致皮肤过早老化（光老化）的罪魁祸首，而流行病学研究中，也一直将其与最凶险的皮肤癌—恶性黑色素瘤联系起来。[76]
DNA并非唯一受到紫外线辐射不良影响的分子，叶酸也是。水溶性B族维生素—叶酸是生产DNA的必要物质。人体必须不停生产新的DNA，因为人体许多日常功能都要求细胞分裂。例如，生产新的血细胞；修复皮肤、毛囊、口腔黏膜和肠壁；生产男性的精细胞（这一活动贯穿男性整个成年期）。[77]但叶酸不足会放缓或限制DNA生产，进而牵连所有需要新DNA的生理活动，特别是那些需要持续快速供应DNA的生理活动。DNA对加速人类胚胎或胎儿的细胞分裂尤为重要，尤其是在怀孕早期开始形成器官和身体的时候。假如母体内没有足够的叶酸，就无法生产足够的DNA以促进细胞分裂，使胚胎组织分化和生长。[78]
图17 孕期前几周，随着神经管的形成，人类胚胎的神经系统开始逐渐成形。这一过程牵涉胚胎顶端神经褶拉链式的精确闭合，如右侧顺序图所示。要想顺利完成这一过程，神经褶中的细胞分裂必须按时发生。假如叶酸不足，无法生产神经褶快速的细胞分裂所需的DNA，就会出现神经管缺陷。神经管两侧的体节是人体绝大部分肌肉和骨骼的发展基石。詹妮弗·凯恩绘图。
叶酸在胚胎神经系统的发育过程中也发挥着不可忽视的重要作用。在胚胎发育早期、关键期如发生叶酸不足，会导致不同程度的先天性缺陷，有的甚至会致命。现已普遍认为叶酸是导致无数妊娠并发症和一系列被统称为神经管缺陷的先天性疾病的风险因素。[79]胚胎中的神经管是神经系统的前身，其从原始脑顶部（前神经孔）一直延伸到脊髓末端（后神经孔）（图17）。
就对健康的影响而言，特别是对男女的生殖健康而言，鲜有营养素能与叶酸相提并论。人类主要从绿叶蔬菜、柑橘及全麦食品中摄取叶酸。因其对人体机能及维持生殖健康的重要作用，许多国家已将其认定为公共健康运动的重点关注对象。叶酸被以维生素B9（folic acid）的形式添加入各种食品（特别是面包和谷类食物）中，生育年龄的女性也被鼓励适当补充叶酸。[80]
紫外线辐射及其他高能辐射会破坏人体内的叶酸。当叶酸突然遭到大规模破坏时，其后果将不堪设想，因为所有需要叶酸的化学过程都将受到影响。[81]虽然科学家早在近30年前就已经记录到了紫外线辐射对人体叶酸的破坏作用[82]，但也只在最近10年，随着叶酸重要性日渐凸显，人们才开始意识到叶酸受损的严重后果。相关实验室的实验详细记录了紫外线辐射对叶酸的化学破坏。研究结果表明，叶酸最易受到紫外线辐射中的长波辐射UVA的破坏。[83]以上实验研究为揭开现实生活中自然存在的UVA如何影响人体叶酸水平铺平了道路。假如紫外线辐射能破坏叶酸—人类生命及繁殖的关键物质，那么显然，自然选择一定会演化出某种防御机制，以维持人体正常叶酸水平。这就得从皮肤说起，关于这点我们将在接下来的第五章和第六章中对其进行详细探讨。当皮肤遭受太阳带来的负面影响时，演化的解决办法就是为人体表面加一层天然防晒屏障—皮肤。[84]
虽然紫外线辐射具有破坏性，但并非有百害而无一利。事实上，它也有积极的生物效用。其中最为重要的，就是协助皮肤内维生素的生成。维生素D俗称“日光维生素”[85]，有多种存在形式：脊椎动物中主要为维生素D3，植物中为维生素D2。维生素D是一种独特的天然分子，最早在7.5亿多年前是微小的海洋浮游植物光合作用的产物。[86]虽然其对最早期脊椎动物的作用尚未被充分了解，但在约3.5亿年之前，也就是第一批四足类动物、第一批长时间生活在陆地上的动物出现之时，维生素D就已经在脊椎动物的演化中起到了至关重要的作用。
维生素D对所有脊椎动物而言都十分重要，因为脊椎动物必须依靠维生素D才能吸收膳食中的钙以强健内骨骼。鱼能通过进食浮游生物及其他含有维生素D的鱼类轻松获取充足的维生素D，但最早生活在陆地上的那批脊椎动物不可以，因为它们无法获取以上资源，尽管它们对吸收钙质强健骨骼的需求十分巨大。这时，自然选择充分发挥了它的作用—脊椎动物演化出了自己制造维生素D的能力。因为维生素D是由光化学反应或由阳光诱导的化学反应产生的，所以早期四足类动物可以通过晒太阳满足自身对维生素D的需求。这样，早期四足类动物就可以通过食物摄入及它们皮肤中的维生素工厂获得维生素D。
紫外线辐射中的UVB能刺激皮肤生产维生素D3。高能UVB光子先穿过皮肤，被表皮和真皮细胞中的类固醇分子吸收，然后催化促进维生素D3前体的形成。接着，皮肤中的这一前体分子在体温的作用下转化成维生素D3，而维生素D3在肝脏和肾脏中通过进一步的化学转化，变成具有生物活性的维生素。这一化学反应具备自限性，即假如人体循环中已有足量的具备生物活性的维生素D，那么这一过程将被终止，这些化学前体将被分解成惰性的副产品，这样就能避免人体活性维生素D过量，从而避免“维生素D中毒”。[87]
活性维生素在人体内有多种用途。它能调节钙和磷的新陈代谢，此二者正是构建坚固骨架的基础；它能促进肠道对钙质的吸收，还能直接影响成骨细胞。我们一直知道维生素D有助于我们从食物中吸收钙，而钙是骨骼健康成长所必需的。
图18 患营养性佝偻病的儿童，骨骼柔软，钙化不良，不堪承受身躯之重，双腿弯曲。这是因为患者体内严重缺乏维生素D，因而无法从膳食中吸收足够的钙质。从前，患佝偻病的患者多为北半球高纬度极少能照到UVB地区的儿童，现在越来越常见于全球各地或食物中鲜少有钙或不晒太阳的黑人儿童中。左图，? NMSB/常用医疗库存图片（Custom Medical Stock Photo）；右图，医学博士汤姆·D. 撒切尔（Tom D. Thacher）供图。
维生素D缺乏对人体的负面影响是终身的。幼时或成年缺乏维生素D，会降低之后的生育能力。维生素D缺乏可能引起的最严重、最臭名昭著的结果是营养性佝偻病。这是一种儿童病，患病儿童会因双腿长骨无法支撑身体重量而弯曲（见图18）。罹患佝偻病的儿童，其软骨在发育成为骨头的过程中，因为无法吸收钙质和磷酸盐，故无法正常实现钙化。佝偻病严重的女童，其骨盆也无法得到正常发育，而这将在之后引发一系列与生育相关的问题，包括梗阻性分娩，更高的母婴健康风险，以及更高的母婴死亡率。体内维生素D过低也会影响卵巢的正常功能。孕妇缺乏维生素D，会使其血液中的钙含量处于极低水平，并产出患佝偻病的婴儿。若成人缺乏维生素D，则会患上令人痛苦的软骨病—这是一种促使人体骨骼架构软化的疾病，还会影响身体免疫系统的正常运作。[88]
相较于维生素D对健康骨骼的重要影响，人们还不太知道维生素D能调节正常细胞的生长并抑制癌细胞的生长。[89]近日，维生素D缺乏还被认为与工业化国家中几种发病率攀升的癌症相关，即结肠癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌。[90]这些癌症似乎频发于高纬度地区长期缺乏维生素D的人群，这一发现所具备的演化意义将在接下来两章中有所凸显。
在地球生命演化的历程中，紫外线辐射一直是一股无情的力量。因其破坏力，生命体必须演化出复杂的手段以保护其最基本的生殖元素—DNA和叶酸前体免遭摧毁。与大多数恶徒一样，紫外线辐射也有其不为人知的良善一面。它能将皮肤中的分子转化为维生素D的前体。维生素D前体是所有生活在陆地上的脊椎动物所必不可少的，包括人类。演化的聪明之处在于找到了控制紫外线辐射进入皮肤的辐射量的办法，而这正是皮肤的“黑暗”秘密。