為了理解癌症的根源，讓我們先放下對於細胞和基因的討論，轉向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，癌症流行病學家更是著力研究不同人群中的癌症發病率。他們的工作幾乎總是由這樣一個核心問題推動著：不同行為或環境究竟是怎樣影響某種癌症的發病率的呢？癌症發病率成為有趣的科研主題還是晚近的事。癌症直到19世紀仍是相對罕見的病種，這一點從癌症主要發生於老年人的事實可以得到解釋。在19世紀早期，許多歐洲國家的人口預期壽命只有35歲。許多人在生命的稍後時刻或許將罹患癌症，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。
至於極少數遭遇癌症的個案，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，積累的某些證據引出了另外一種見解：癌症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。他描述早年曾干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線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。
不同國家之間癌症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，對許多癌症來說，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——在癌症的發病中扮演著重要角色。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、闡明癌症問題。現在我們可以用更確切的語彙來表述癌症之謎：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制。這樣化繁為簡——將複雜現象濃縮成單一的根本機制——很快成為當代癌症研究的中心議題，而且直到20世紀末，仍將是它的榮耀。癌症因子和靶基因
有關癌症不是人體組織隨機、自發的惡化而是被激活的這一觀點，根本上改變了許多癌症研究人員的思路。如果是外部因素激發了癌症，也許我們可以識別這些因素，研究它們的活動機制。也許，從最初的致癌因子到癌症產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——身上再現癌症。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。山際克三郎從歐洲掃煙囪工人的早期研究中獲得了啟示。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。看來倫敦煙道里粘在英國掃煙囪工人皮膚上的雜酚焦油，如果不很快洗掉，會導致癌症。
相應地，山際在兔子的耳朵上反覆塗抹煤焦油。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症，因為他們要麼過早放棄，要麼沒有想到須反覆應用這種物質。
山際的試驗直接表明經由特殊因素能夠如願在實驗室里誘發癌症。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，這一頓悟只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，究竟是如何致癌的呢誒引發癌症的化學物質——化學致癌物——以某種方法侵入人體組織細胞，促使腫瘤生長。因此，癌症本身並非入侵者，真正的入侵者是致癌物質（本例中即是煤焦油）。
關於X線也能致癌的發現加深了這一謎團。在威廉·倫琴1895年的發現之後，X射線管廣泛應用於骨骼造影和多種疾病的治療。操作X線機器的技師以及許多受到X紅眼顏色的基因作了深入研究。經X線照射後，眼睛顏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。線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線——之間究竟有著怎樣隱蔽的聯繫，以至於雙方都能誘發癌症呢？兩者都是有害的，都會損害人體組織，殺死細胞。但是殺死細胞同癌症有什麼關係呢？癌症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，在美國化學家和癌症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，然後分別交給癌症研究人員，由他們繼續在實驗動物身上測試每種成分的致癌能力。他們發現其中有些成分有很強的致癌作用。現在化學致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線，會導致癌症。
可是，對於這些或者其他化學物質是如何誘發癌症這個根本問題，此種進展收效甚微。一如在癌症研究中慣常出現的場景，解決這個特殊問題的巨大飛躍來自同癌症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系，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線照射過的果蠅產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線作用於遺傳物質並且改變它的信息內容。所以，科學的思路和語彙應是：X線能夠使基因突變。
X線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顏色的基因作了深入研究。經X線照射後，眼睛顏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著變化了的基因形式，這些基因規定著諸如眼睛的顏色、肢體或毛髮的發育等不同性狀。
大約在1950年，幾位遺傳學家對積累的有關化學物質、X線、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線和某些化學物質可以致癌。X線和化學物質也能導致基因突變。因此，這些致癌因素導致受其影響的動物發生基因突變。換言之，致癌物質（即引起癌症的因素）實即誘變因素（引起突變的因素），而且這兩個過程之間有著乾絲萬縷解不開的瓜葛。
這一推理過程中蘊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，所有複雜的生物體，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