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創造?進化?

審判達爾文

資料取自詹腓力(Philip E. Johnson)著的《Darwin on Trial》

第八章 - 前生物進化


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1. 法律背景
2. 自然選擇論
3. 大小突變
4. 化石的難題
5. 進化乃事實
6. 脊椎動物的進化序列
7. 分子生物學的証據
8. 前生物進化
9. 科學的規則
10. 達爾文主義者的信仰
11. 達爾文主義者的教育
12. 科學與偽科學

    第八章 前 生 物 進 化

    當聯邦最高法院取消了路易斯安那州給予科學創造論平等待遇的法案時,大法官安東尼﹒斯凱利亞不同意法院多數法官的決定。他認為"路易斯安那州的居民,包括基督教的原教旨主義者,應該有權在他們學校提出任何對進化論不利的科學証據"。古爾德對這話覺得詫異,為什么一位像斯凱利亞這樣的飽學之士(該法官曾在數所有名的大學任過教職),居然會有原教旨主義者掌握對進化論不利的科學証據這樣的荒謬想法。于是古爾德就在斯凱利亞法官撰寫的意見中尋找解釋,結果他覺得答案是因為這位法官認為進化論是關乎生命來源的一套理論。

     古爾德后來寫了一篇文章要更正"斯凱利亞法官的誤解",試圖澄清此事。他說:"進化論不是研究生命最終極的來源,不是得知生命最深奧意義的途徑。"探討生命最初是怎樣在地球上出現的,這是其他科學的任務,因為進化論只研究生命產生之后的變化。這位法官不明白進化論在研究對象方面的嚴格限定,所以才會產生誤解,以為對進化論可能有任何合乎理性的異議。

     其實,斯凱利亞法官用"進化"一詞,是與科學家的用法一致的--不但包括生物進化,也包括"前生物進化""化學進化",這個理論是要試圖解釋生命如何從無生命的化學元素進化而來。生物進化只是宏大的自然演進過程的一部分,后者要解釋從宇宙大爆炸以來的一切東西的來源,然而卻不容許造物主在其中扮演任何角色。如果達爾文主義者要把造物主拒于千里之外,他們必須對生命來源有自然主義的解釋。

     "前生物進化"的臆測,在《物種起源》問世不久,就開始由達爾文的德國支持者恩斯特﹒海克爾首先開河。但達爾文自己也于1871年在這方面作了一些貢獻。他在一封信上說:

     常有人說目前地球上早就具備了當初產生頭一個生物的條件。假如(啊!多么不肯定的假如!)我們能想象在某一個溫暖的小湖中,具有各式各樣的氨、磷酸鹽類、光線、熱能、電能等等,一種蛋白質化合物得以形成,并經歷種種復雜的變化。這種物質如在今天產生的話,它會立刻被破壞或被吸收。然而,在當時生物還沒有出現之前卻不會這樣。

     羅伯特﹒夏皮羅在1986年著的書中注意到達爾文上面這段似乎不經意的說法,"竟然與今天的知識相當符合,如果不是因為他有遠見,就是說明多年來生命來源的研究沒有什么進步"25年前,"前生物進化"的研究似乎驟然就要看到一項驚人的成就,但今天這學問恐怕不比達爾文在世時進步多少。

     要解釋當初生命如何開始,最基本的難題是生物的結構太復雜了。僅從理論上說,除非生物已經存在,而且能夠繁殖,不然達爾文式的選擇毫無設計的功能。達爾文的信徒可想象一個變異了的嚙齒動物(rodent)會在腳趾之間產生了網狀組織,因而在適者生存的原則上取得優勢,這特征在一群動物中遺傳下去。加上繼續的變異后,也許最后產生了會飛翔的有翼動物。然而這想法要全靠這嚙齒動物必須繁殖后代,來繼承變異后的特征。但是化學元素卻不會產生后代,因此必須要有化學作用來讓"繁殖""選擇"發揮其功能。

     50年代的早期,當斯坦利﹒米勒還在芝加哥大學教授哈羅德﹒尤里手下做研究生時,化學進化論這項研究達到最高的成果。在一些模擬地球早年狀況的氣體中,米勒用電流產生火花而得到分量極少的兩種氨基酸。因為蛋白質是由氨基酸組成,所以后者有時被稱為生命的建筑原料。在以后的實驗中,化學家用米勒和尤里的實驗模式得到了其他氨基酸以及更復雜的化合物。因此某些樂觀的人士就下結論說,建造生命需要的化學元素,在地球早期就已大量存在了。

     原來早在20年代時,俄國科學家亞歷山大﹒奧巴林及英國科學家霍爾丹等人已經推出一套關于化學進化的學說,而米勒及其老師尤里所做的實驗"部分地"証實了該理論。奧巴林及霍爾丹的理論模式首先假定地球早年的大氣層中有一種完全是"還原性"的氣體,諸如甲烷、氫、及氨,但很少或甚至毫無氧氣。其次,他們推論,地球上的能量,譬如像米勒所用的電火花,可能使那些氣體互相作用成為生命所必需的有機化合物。然后,霍爾丹說:"這些化合物積累起來,直到當年原始海洋變成如同熱烘烘但濃度不算高的湯羹。"這些詞句經常出現在這種科學"傳說"和一般公眾展覽中,成為早期地球生命的源頭。最后,這個理論最重要的也是最神秘的一點,是生命就莫名其妙地從原始湯羹中變化出來了。

     上述米勒和尤里實驗的有限度的成功后,不久就是科學界慶祝達爾文《物種起源》出版100周年紀念的1959年,這時真是新達爾文主義以為可標榜凱旋的高潮期,同時也是原子能最受尊崇的時期,人們以為一切奧秘都可用科學研究來解釋。當年的樂觀氣氛讓人以為在實驗室里已創造了生命,几乎好像電影《科學怪人》的弗朗肯斯坦醫生所用的方法一樣!然而,到了80年代,專家們開始用懷疑的眼光來檢討奧巴林和霍爾丹的化學進化理論的每一項細節。

     地球化學家今天讓我們知道,地球早年的氣層可能并非具有像米勒實驗中所模擬的純粹"還原性"的氣體。就算在最理想的實驗狀況中,有些生命構造必需的化合物都無法產生。令人最氣餒的批判來自一些化學家,他們指出地球初期產生的有機化合物會繼續被毀壞而不能用來"建造"生命,這簡直等于把原始湯羹弄糟了!嚴格來說,原始湯羹可能根本沒有存在過﹔既然如此,則在還原性氣體中通過電火花制成微量的氨基酸,與生命來源是風馬牛不相及的事。

     雖然上述說法對米勒、尤里實驗的評價不高,我目前暫時不理會這點,免得在討論問題主要上分心。退一萬步來說,就算早期地球上具有生命構造所必需的化合物,我們還是面對死路一條,因為我們沒有理由相信在原始湯羹中互碰互撞的化合物會有產生生命的趨向。雖然今天用高明的科技可以復制生命系統中的某些部分,但科學家用盡他們的智慧尚且不能直接從氨基酸及糖類制造出細胞來,那么當年還沒有科學家智慧的時候,怎能施出這樣的招朮呢?

     最簡單又能獨立生存的生物是單細胞細菌,可說是一種最小型的、極其復雜的結構,最具尖端科技的太空船與活細胞相比,只顯出太空船的粗糙。就算我們看比細菌簡單不知多少萬倍的東西(例如核酸),假定它可以開始達爾文式的進化,就算可能經過了數以億年計算的光陰,借偶然機遇組成構造的概率,實在低得荒謬無比。

     在此我不必舉出實際的數字,因為指數對一般讀者來說是太難以想象的。我且用英國天文學家弗雷德﹒霍伊爾說過的比喻來逼真地指出其概率低小的程度。他說生命從原始湯羹中自然而然形成的機會,好比"一陣旋風吹到一片充滿各種破銅爛鐵的廢物堆之后,突然組成了一架波音747飛機"。全靠偶然機遇來制造任何東西,簡直就是自然主義者描述的"神跡"

     其實達爾文主義者不是必須用科學來解釋這神跡,因為當他們進入最大困境時可以施出哲學辯論的招朮。顯然,生命是存在的,如果自然主義式的過程是唯一可接受的解釋,任何難題遲早可以迎刃而解。任何人只要用信心作為觀點,最氣餒的情況可以轉化成為最有利的武器。舉例來說,生命似乎在40億年前就已以細胞方式出現,也許地球一冷卻,細胞生命就存在。換句話說,在自然主義論調中可以自己復制的化合物,及以后進化成復雜的細胞結構,必須在地質年代極短暫的時期內形成。像天文學家卡爾﹒薩根就不會被短少有限的時日所困擾,他認為宇宙中其他像地球的行星必定也有生物進化。他的理由是:既然地球上早就有生物,那么生命從無機物進化而來,必是輕而易舉的事。

     然而可能還是有人并非如此輕易滿足于這種說法。于是就有學者利用宇宙學的"人類原則"來遮掩低得無比的概率。這原理先把宇宙的觀察者--人類--作為出發點。這些學者認為當初生命進化的條件若不具備,我們人類今天就不會存在來談論這題目。他們認為人類知識還是有限,因此覺得生命進化而來的概率太低,但我們無法確定到底有多少宇宙。在無限多的宇宙中,最低概率的事情至少會發生過一次,而我們剛好在無窮宇宙中的某一個角落,這里就剛好具備了生命自然而然進化而來的充足條件。

     查理﹒道金斯可說是具有達爾文的本領──善于把對自己不利之點變成對自己有價值的東西,他甚至詭辯地宣稱生命自然進化雖然概率極低,但這對他們自然主義的信念是有利的。他認為人類的思想特點剛好需要一項如同"神跡"的理論,因為"進化的過程使人類的頭腦有主觀性的意念,會想到概率之低微。這特別適合年齡不超過100年的動物。"

     科學家不能在實驗室中仿制生命自然而然發生的過程,這使道金斯覺得大受鼓舞。科學家同樣無法仿制生物的廣進化--從低等生物進化到高等生物。如果制造生命是輕而易舉的事,自然界必已不斷地重演生命從無到有進化而來的過程,在別的行星亦必定如此。既然事實并非如此,從理論上可預期在實驗室仿制是很困難的。

【注一:如果讀者懷疑道金斯這套詭辯不是真的,讀者也許是對的。因為他在書中對那段話做了如下結論:"我說了這么多,最后還得承認,假如化學家在實驗室中創造了自然而來的生命,我并不會覺得不安,到底我們仍很難精密地計算生命自然進化而來的概率。"

既然有人需要用上述的詭辯來說服別人,可見研究生命來源的實驗必定是差得一塌糊涂!那些仍然忠于科學方法來研究這題目,而并不依賴強詞奪理方式的學者,必須尋找生物遺傳系統尚未產生之前的進化過程。今天生物必須具有的是三種互相牽連的物質:脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)及蛋白質。脫氧核糖核酸是用來積存遺傳信息,及傳遞信息給核糖核酸,核糖核酸則負責管理蛋白質的合成,蛋白質執行細胞中的化學作用。一套生命自然進化的理論必須假定當初只有三種物質中一種的存在及繁殖。那最先出現的是脫氧核糖核酸,核糖核酸,還是蛋白質呢?而最先出現的分子在另兩種缺位的情況下又怎樣運作和進化呢?

     這些問題構成了今天研究生命來源的主題,而目前有數種不同的理論要爭取人們的注意。我在此只很簡單地描述几項較領先的理論,因為很多其他的書已詳述這類研究,而大家都公認并沒有任何一個理論具有充分的實驗証據。

    有一段時期最流行的學說是所謂"裸基因",或稱為"先有核糖核酸"理論。 換句話說,就是核糖核酸不知怎的就照本身的構造而衍生自己,以后再演化成為最簡單的生物。核糖核酸受推崇被放在這地位上,是因為它不但能夠具有遺傳的信息,而且還有點像蛋白質似的,有觸媒(catalyst)的功能。在這種構想下,核糖核酸也許開始了最原始生命的進化,最后還形成了脫氧核糖核酸及蛋白質。

     當然,能夠想象或構想一個理論,與可能用實驗証明出來,還有天壤之別!從本書前面几章我們知道:就算經過了几十億年,達爾文式的選擇功能并沒有足夠力量,可以使一個分子或一個細胞演變成以后數以萬計的復雜植物動物。雖然一般研究生命來源的化學家,對生物進化的達爾文主義深信不疑,但是,他們也深知,早年地球上核糖核酸靠自己繁殖形成的學說是充滿疑難的。在1989年的《自然》周刊上,一位學者GF.喬伊斯寫了一篇很長的論文,來討論這學說的層層困難。他的結論是"RNA可能在生命開始前就已產生之說,其說服力并不強。因為它很難在初期地球上大量地自然形成。"像其他曾經被認為有前途的學說一樣,"先有核糖核酸"的理論無法在詳細察驗下立足。

     喬伊斯認為,核糖核酸是在某一種較簡單的遺傳系統下進化而來,而這系統今天已不存在。在一本有趣的書,名叫《生命來源的七項線索》(Seven Clues to the Origin of Life)中,凱恩斯-史密斯提出了一個富有想象力的意見。雖然學說有點怪異,他還是認為黏土的結晶體有某種性質,可以作為有機生命前身的"礦物生命"。根據達爾文主義的設想,自然選擇會偏愛那些效率較高的黏土復制物,因而把路鋪好,讓有機化合物最后壟斷了全部遺傳及復制的功能,以致慢慢演變為初期的生命。

     對我來說,以礦石作為原始生命的來源,很富想象力,但這學說毫無任何實驗性的証據。德國生物化學家克勞斯﹒多斯說過:"對于每天面對實驗事實的生物化學家及分子生物學家來說,這礦土為生命來源的理論,是不可思議的。"平常,這樣的話早就可以成為唾棄這理論的理由,然而很多科學家仍認真地考慮這個學說,是因為沒有別的更好的理論可以代替!

     其他還有諸如"先有蛋白質"的想法,曾經一度失勢,但現在又好像卷土重來,因為"先有核糖核酸"的說法遭到了太多的批判。的確,沒有實驗証據支持任何一種理論,反而為毫無限制的臆測打開了大門( 只是創造論卻不被考慮)。在1988年的一篇對各種生命來源學說的評論中,多斯的結論是"目前每一項這類的學說,不管理論或實驗,若不是不得要領,就是顯示我們的無知。"上述喬伊斯1989年的長篇論文在作總結時,提到研究生命來源的科學家,已經習慣于接受"沒有意義的實驗結果",與非常刻骨銘心的挫折感!

     既然在實驗上取得成果的前途不佳,有些科學家干脆就從計算機模擬方式下手,以免碰到實驗性的障礙。1990年在《科學》雜志的一篇文章提到"自然而然的自身組合",是根據一項前提:非常復雜的有動力性的系統,就算完全沒有任何選擇的壓力,照樣可以變成井井有條的狀況。看起來似乎這與熱力學第二定律有所抵觸,因為這個定律說明萬物都越變越亂,就是所謂""entropy) 的數值越來越高。但是因為地球不斷向太陽支取能源,所以熱力學定律還可讓自身組合的現象產生。舉例來說,在自然界就經常看到深具結構性的雪花或礦物晶體。況且,一般科學家已經假定生命是自生自發而來,以后不斷進化到更復雜的結構。果真如此,那么萬物當然需要具有自發性的自我組合能力了。

     運用這種假設,科學家可以設計一些電腦模式來模擬生命起源及其進化。至于這模式與現實有何關聯,倒完全是另外一個問題了。根據《科學》雜志上喬伊斯教授的看法,"提倡自我組合學說的人,都承認其理論只是建筑在抽象的數學原理及新穎的電腦模式上,而不是基于經驗性的資料及實驗結果上。他們這種研究,要說服主流的生物學家,還有一段漫長的距離。"

     把無法解決的項目假定成為事實,是逃避難題的一個方法﹔另一個方法是把難題推移到太空去!舉世聞名的科學家弗朗西斯﹒克里克這位脫氧核糖核酸構造的發現人之一,就干脆采用這策略。他非常了解細胞生命驚人的復雜結構,也深深知道,從地球開始形成到現在,很難有足夠的時間讓無機物進化成生物。因此他就猜想,在別的行星上可能有較適宜的條件促成化學進化。

     這策略免不了引起另一個難題:生命如何從別的行星運載到地球來?他與一位同事勒斯利﹒奧格爾合寫了一篇論文,以后又自己出版了一本專書,來提倡一個叫做"有方向的泛生源論"的理論。他的想法是,在別的行星上,有一個超文明的民族,深恐他們自己會滅種,就用太空船把最簡單的初期生物運送到地球上來。因為離開地球太遠,這些有高度智慧的民族無法親自前來,所以只能運送類似細菌的生物來。因為后者有強韌的生存力量,所以并沒有在無情的太空旅途及環境中消滅掉。

     這泛生源論有什么科學証據呢?克里克的書上說,如果他的理論是對的,世上的細菌細胞應該突然出現,而不會有任何比這些生物更簡單形式的前身。另外,我們也會預料地上最早期的生物只是稍有相似關系而已,其實是應該非常殊異分明的。因為這生物的前身只存在于原來出發地的行星上,所以地球上找不到它們的更簡單的祖先。克里克認為地球上的情況正是如此:古細菌(archaebacteria)與真細菌(eubacteria)非常不同,不可能在地球上有限的時間從同一祖先進化而來。然而它們卻有共同的遺傳系統,所以勢必有一個祖先在別的星球上。任何想譏笑這理論的人應該三思而后行,因為克里克學說中看不見的外星人,其實不次于世上達爾文主義者要搬弄出來的生物祖先,兩者同樣是隱然無形的!

     克里克最蔑視的就是那些在生命起源這個題目上把功勞歸于一位超自然的造物主而不從事科學研究的科學家。可惜他的"有方向的泛生源論"還不是一樣?既然外星人無法親自來到地球,人類照樣無法親自旅行到他們的星球去觀察生命的來源。看來以科學方法研究生命來源是毫無前途的,好像上帝認為者只是屬于自己的事似的。

     像克里克這樣有名望的科學家,還得捧出無法查証的外星人來做幌子,恐怕我們非問不可:化學進化是否面臨死路一條?盡管實驗沒有結果,但是很多科學家還有充足的信心認為這個難題在不久的將來會得到解決。我們如果要了解他們為什么會有這么強的信念,就需要考察這個領域中的最基本的思想問題--科學家看生命的定義到底是什么?

     在上述《生命來源的七項線索》一書中,凱恩斯-史密斯替我們解釋達爾文主義對生命一詞的理念。他說:"生命是進化而來",而自然選擇是進化過程必需的作用。生物目的是"要生存,要競爭,要在逆境中留存后代"。因此化學進化論的任務是要得知(或說要想象),最簡單的化學元素如何互相組合,如何靠著自然選擇的原則來競爭來繁殖。在這觀點中,自然選擇不但是對生命出現發生作用的功能,更是生命定義的特征。

     如果生命的定義是"借自然選擇而進化的物質",當然科學家會滿有信心也有理由預期最后總會有進化方式的解釋。如果達爾文在1859年解釋了復雜多樣的生物如何從最簡單的單細胞進化而來,那么日新月異的科學更能探討最原始生命的來源。可是,萬一達爾文錯了,萬一自然選擇并沒有達爾文主義者想象的超越的創造力量,那么化學進化論者的努力必定徒然,正像中古時期的煉丹朮士要把鉛變成金一樣! 凱恩斯-史密斯雖然在哲學上采納達爾文主義對生命的定義,然而當他描述所觀察到的事實時,卻不得不說:

     我們印象最深刻的是生物有其內在的靈巧,看起來好像是全部被設計而來,好像是有目的……一個最明顯的特色,乃是我們能想象的最簡單的生物,與地球當初能形成的物質,兩者之間有天壤之別……最麻煩的是生物運作時,沒有復雜的功能就無法生存。

     凱恩斯-史密斯也描述生物遺傳信息系統如何具有"信息",如何儲存在每一個細胞的脫氧核糖核酸的"圖書館"里,如何借著"轉錄"transcribe)及"轉譯"translate)而制造蛋白質。他用的詞語與別的作者討論生命來源時用詞相同,差不多每人都強調,生命看起來是被設計的,是有目的的,而最簡單的生物細胞就具有無比的復雜構造,必須每一復雜的部分恰好配合,才能使細胞繼續生存。他們討論蛋白質的產生,所用的詞語簡直就是智慧生命互相溝通時的描述,包括"信息""程式""語言""資訊""密碼""解碼""圖書館"等等。

     為什么不能爽快地考慮一項明顯的可能性──生命是一位有智慧的造物主所創造的?注二:凱恩斯-史密斯的答案是他寧愿采取多數科學家的偏見。換句話說,自從達爾文開始,對超自然力量的任何考慮都從生物界被驅逐了,他們要把這種"驅魔(exorcism)行動延伸到生命來源的領域里"科學絕對不會因此而走投無路,因為還有很多的事要做,諸如遺傳信息是如何詳細地傳達,整個生命系統如何運作等等。科學家不會因此失去啟發性的研究任務,唯一失去的是以為對自然界能夠完全操縱的狂想。他們會面對一項可能性--在自然界背后,有另外的實在是超越科學的。

    然而,他們絕對不肯容納這可能性。理由是什么,且看以下兩章,自有分曉。

第七章 - 分子生物學的証據第 九章 - 科學的規則