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1 # 地外天使講科學
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2003年是發現DNA雙螺旋結構的50週年紀念。發現者詹姆斯•沃森(James Watson)、弗朗西斯•克里克(Francis Crick)和莫里斯•威爾金斯(Maurice Wilkins)都因此獲得了1962年諾貝爾生理學和醫學獎。
生 命體有著令人驚歎的設計和複雜性,這為創造主的存在提供了強有力的證據。聖經告訴我們,上帝在祂6天創造工作完成後就休息了(創世記2章2-3節),但現 在祂還在托住祂所創造的一切(歌羅西書1章16-17節,希伯來書1章3節)。我們來看看,今天覆雜的生物體是如何形成的。
上帝的資訊科技
上帝托住萬物的一層含義就是,祂已經將所有生物結構的“藍圖”編入廣為人知的雙螺旋DNA分子結構中。1 這 個被代代傳承的生命藍圖包含著數量龐大的資訊。因此,生物界能夠“各從其類”地繁殖。(《創世記》第一章中“各從其類”一詞反覆說了10次)。無神論兼進 化論的領袖理查德•道金斯(Richard Dawkins)承認: “在人類一個細胞的DNA中所儲存的資訊量相當於30卷《大英百科全書》的三到四倍。” 2
正如《大英百科全書》需要編者以他們的聰明智慧寫下《全書》中的資訊,我們相信生物細胞中DNA攜帶的資訊同樣有一個編寫者或傳遞者,這是合理的,甚至是科學的。3 因為人們從來沒有觀察到一個非智慧的源頭能生成任何一小部分生命所需要的百科全書式的資訊。4
遺傳密碼(請參見下面的“生命的程式”)不是一個純粹的化學反應結果,而是由核糖體中精緻的解碼機制產生。而且值得注意的是,這個解碼機制的本身也是DNA所編碼的。著名的科學哲學家卡爾•波普爾爵士(Sir Karl Popper)指出:
“這樣,遺傳密碼的翻譯過程,需要用到某些翻譯產物,此外沒有別的辦法。這就形成了一個令人困惑的迴圈,對於試圖解釋遺傳密碼起源的模型或理論來說,這似乎真是一個惡性迴圈。5,6”
因此,這樣的一個系統必須在全部形成以後才能開始工作,這個特性被稱為“不能簡化的複雜性”。這意味著它不可能經過細微變化和自然選擇而產生。DNA是宇宙中的最高密度的資訊儲存系統。即使是現今所知最簡單的生物也擁有482個蛋白質編碼基因,有58萬個“字母”的組成,7 而人類每個細胞核中都有含有三十億個“字母”。(見“生命的程式”中對DNA“字母”的解釋。)
如果把儲存在一個針頭大小的DNA分子內的資訊寫在平裝書上,書的總厚度是地球到月球的距離的500倍,而且每本書都有獨特的內容。8 換一種說法,我們認為40 GB的電腦硬碟是現在比較先進的技術,而一個針頭大小的DNA分子內的資訊量等於1億個這樣的硬碟。
DNA 的“字母”的結構,賦予它另一個重要的特性,使遺傳資訊得以傳遞:由於鹼基的化學結構,A只與T配對,G只與C配對,一個鹼基對就像一個旋轉樓梯上的一個 梯級。這意味著DNA雙螺旋的兩條鏈是可以分離的,每一條鏈可以再配上新鏈,如此資訊就得到了精確的複製。配上的新鏈與舊鏈有相同的資訊,但不是一個影印 件,從某種意義上來看更像一個照片的底片。這種DNA複製的精確度大大超過單純的化學反應所能達到的水平,其誤差率大約為100億分之一,這是因為在 DNA複製後還有編輯(校對和改錯)的機制,而這種機制也是靠DNA編碼的。在DNA編輯機制存在之前,編碼這一機制的資訊是如何精確地傳遞的呢?如果有 人爭辯DNA複製的準確性可以透過選擇逐步實現,我要提醒讀者:DNA複製的高度準確性是必須的,否則就會導致“誤差災難”——“噪音”會以垃圾蛋白的形 式積累。這又是一個“惡性迴圈”(不可簡化的複雜性)。
現在看來,DNA中A﹑T﹑G、C“字母”的選擇似乎也是為了儘可能地避免複製的錯誤。進化論者通常假設這些“字母”偶然存在於所謂的原始湯中,但研究表明,C(胞嘧啶)是極不可能出現在任何像這樣的“原始湯”中的。9 相反,都柏林三一學院的當納•麥當內爾(Dónall Mac Dónaill)認為這些“字母”的選擇就像先進的誤差控制系統,與圖書的ISBN碼、信用卡號碼、銀行帳戶和機票的號碼設計類似。用任何其它字母替換,都會招致誤差災難。10
內含子
細胞並不直接閱讀DNA,而是首先把它抄寫成一個與DNA非常相似的分子,稱為RNA,11 這一過程叫做轉錄。除了細菌之外,大多數物種還要對轉錄成的RNA進行進一步加工。RNA是DNA的影像,其中包含編碼蛋白質的區域,稱為外顯子,不編碼 蛋白質的區域稱為內含子。內含子需要被切除,外顯子要拼接在一起形成mRNA(信使RNA),然後才能被解碼形成蛋白質。這個剪接過程也需要精心設計的分 子機器,稱為“剪接體”。剪接體在內含子上組裝,它將內含子精確地切除,並將外顯子拼接在一起(參見剪接體工作機制動畫)。剪接體的剪下方向和位置必須正 確,因為外顯子的銜接哪怕有一個字母差錯,都會使翻譯出來的蛋白質天差地別。因此,進化不完善的剪下機器是有害的,應該被自然選擇所淘汰。理查德•羅伯茨 (Richard Roberts)和菲利普·沙普(Phillip Sharp)於1977年發現內含子並因此獲得了1993年諾貝爾生理學和醫學獎。事實證明,DNA基因組中97 – 98%可能是內含子和其它非編碼序列,但這就產生了一個問題:為什麼會有內含子存在?
垃圾DNA?
道金斯和一些人曾聲稱這種非編碼的DNA是“垃圾”或“自私”DNA。可想而知,有智慧的設計師是不會設計這樣一個低效系統的,因此他們辯稱這一定是進化而來的。與這個說法相似的是,在19世紀他們稱人體中有大約一百個退化器官,12是我們的進化歷史上遺留下來的無用的器官殘餘。13 但更開明的進化論者,如斯卡丁(Scadding),指出這種論述在邏輯上是不合理的,因為從原則上要證明一個器官沒有用是不可能的;相反,它可能有功能,只是我們不知道而已。斯卡丁也提醒我們:“隨著我們知識的增加,退化結構的清單減少了。” 14,15,16道金斯經常聲稱信仰造物主是一種“逃避”,而事實上,退化或垃圾的說法才是真正的“逃避”。這種“逃避”阻礙了對退化器官重要功能的研究,他們對非編碼DNA也故技重施。
實 際上,即使進化是真的,認為內含子無用的觀點也是荒謬的。為什麼複雜的生物體進化出如此精密的剪接機器來剪掉它們?相反,自然選擇應該鐘愛那些不用浪費資 源去處理基因組中98%的垃圾的生物。現在人們已經為所謂的“垃圾DNA”發現了很多的用途,包括基因組的整體架構和基因的調控。一些創造論者認為,諾亞 方舟上的各個物種在洪水後之所以能夠迅速地多樣化,與這種DNA有關。17
有一種的非編碼RNA,稱為小分子RNA(miRNA),其作用似乎是調控蛋白質的合成過程,這些RNA分子在人類、小鼠和斑馬魚中幾乎完全相同。近年科研人員對小鼠的基因組進行測序,18 結果令人驚訝 ,報紙上出現了《“垃圾DNA”包含必要的資訊》之類的標題。19 他們發現5%的基因組在哺乳動物之間基本上是相同的,但只有2%是實際的基因。所以他們推斷,另外3%的DNA相同是肯定有原因的。研究者認為,那3%的基因可能在決定基因的行為上有至關重要的作用,比如基因表達的順序。20
同樣,內含子的破壞也可能是災難性的。例如:在一個內含子的中間刪除了四個“字母”後,剪接體無法與內含子結合,導致內含子未被切除而被包含在(被翻譯的)基因中。21 在內含子中的突變也會干擾“印記(imprinting)”的過程,也就是某些基因只有從父親來的版本得到表達,另一些基因只有從母親來的版本得到表達,而不是父母的基因版本同時表達。若父母的版本同時表達的話,將會導致各種各樣的疾病和癌症。22
另 一個有趣的發現是,DNA可以傳導電訊號,傳導的距離大約為60個DNA字母,60個DNA字母足以編碼20個氨基酸,這是相鄰基因之間的分子開關的典型 長度。從理論上講,電訊號可以無限地傳導下去。然而,單個或多個A T鹼基對能夠終止電訊號,也就是說,它們充當絕緣體或“電路的電子鉸鏈”。所以,儘管這些DNA區域不編碼蛋白質,但是當自由基攻擊遠處的DNA時,它們 可以保護重要基因,免於受到電流破壞。23
所以時代不同了,德國明斯特(Münster)大學的亞歷山大·胡騰霍夫(Alexander Hüttenhofer)說:“五六年前,人們說我們是浪費時間。而到了今天,再沒有人認為對非編碼RNA的研究是浪費時間了”。24
高階作業系統?
澳洲布里斯班昆士蘭大學的約翰·馬蒂克博士(Dr John Mattick)發表了許多論文,指出非編碼DNA區域,更精確地說是它們的轉錄產物(非編碼RNA),其實是一個複雜的基因網路的重要組成部分。25,26 DNA、mRNA和蛋白質之間會發生相互作用。馬蒂克提出內含子的角色是充當節點,也就是基因網路中的連結點。內含子提供了許多額外的連線點,使得DNA系統能夠執行計算機領域中稱之為多工及並行處理的工作。
在生物體內,該網路能夠控制基因開啟和關閉的順序。這意味著,只要把網路稍加改造,就可以讓多細胞生物變化萬千。與此相反,“早期的計算機就像簡單的生物,設計得很巧妙,但那是為一次執行一個任務而設計的。” 27 舊式的電腦非常不靈活,要改變任何東西都需要重新設計整個網路。類似地,單細胞生物,例如細菌,也不怕不靈活,因為它們不必像多細胞生物那樣發育。
進化論的解釋
盡 管這個系統有不可簡化的複雜性,馬蒂克認為這個新系統是以某種方式進化而來的,而且該系統讓簡單的生物進化成了眾多複雜的生物。然而,面對同樣的證據,從 聖經的觀點出發,則能提出更合理的解釋。這個系統確實可以使多細胞生物從“簡單”細胞發育而來,但這裡所說的“簡單”細胞特指的是受精卵。這樣解釋更合情 理,在受精卵的裡面已經預備好所有的程式,這些程式包含了從胚胎髮育成複雜生物體的所有資訊。
這也是一個完美設計的例子,指向同一位設計 師,而非多位。相反,當第一個簡單的細胞透過所謂的進化,獲得複雜的剪下機器的時候,自身沒有需要剪接的內含子。但馬蒂克對生物多樣性的說法可能有正確的 部分。創造論者也相信洪水後各種生物不斷趨向多樣化,儘管這種多樣化並不涉及新的資訊。一些創造論者提出,DNA中某些非編碼的部分可能促進生物更快地多 樣化,28 而馬蒂克的理論則提供了另一種可能的機制。
科學的障礙
馬蒂克的理論受到了嚴厲的批駁,法國馬賽的國家研究院的珍•米歇爾•克拉弗裡(Jean-Michel Claverie)指出:“我 對他的工作不以為然。一般來說,這些整體觀念之所以行不通,是因為忽略了最基本的生物學原理:生物結構是透過進化出一個一個微小的子系統,並且將這些子系 統逐漸疊加而成的,而不是整體上的設計。若說在一個特定基因中的某個內含子隨機進化出了某種調控效能,這是完全有可能的。但若說所有的基因都獲得了內含 子,為的是將來能用於調節基因表達,這是絕對不可能的。”
這裡有兩點需要注意:
這意味著:若內含子系統真的是一種先進的控制系統,它的複雜性真的是不能簡化,因為進化過程不能逐步地建立這個系統。
它 說明了進化論背後的唯物主義假設的地位。通常,無神論者,如道金斯,用進化論作為支援他們信仰的“證據”,事實上,進化論卻是從唯物主義的假設中推匯出來 的!如理查德•裡翁亭(Richard Lewontin)寫道:“…我們有一個先驗承諾,就是恪守唯物主義。……而且,唯物主義是絕對性的,我們不能讓任何神聖的腳踏進大門。”29 斯科特•託德(Scott Todd)說:即使所有的資料都指向有一個智慧的設計師,這樣的假設也必須被排除在科學之外,因為這不符合自然主義。”30
一 方面許多人將“垃圾”DNA作為進化論的“證據”,而在這裡,克拉弗裡卻用進化論的假設來“證明”非編碼DNA是垃圾!這和退化器官的情況類似。事實上, 進化論被當成了退化的依據,從而妨礙了對這些器官的功能的研究。類似地,克拉弗裡的態度也會妨礙對非編碼DNA網路調節功能的研究。
小結
“垃圾DNA”(或者更確切地說,不直接編碼蛋白質的DNA)並不是進化的證據。相反,其所謂的“無用”是根據進化的錯誤假設推理出來的。
這些DNA的功能未被發現,並不意味著它們不具備功能。
現在這種非編碼DNA的很多功能已經被發現。
有充分的證據表明,非編碼DNA在複雜的基因網路中扮演核心角色。它們可能在單細胞受精卵發育為多細胞生物的過程中起到至關重要的作用,在挪亞洪水後動物的多樣化過程中也功不可沒(例如一種犬科動物演變為澳洲野狗、狼、土狼等)。
(參考文獻之後附有短文《生命的程式》,進一步介紹生物資訊的概念)
動物和植物的基因是上帝給我們的程式設計?動物和植物就是在這套程式控制下,加上自身的一些智慧反應,逐步進化,基因也會隨著進化而變異,物種不斷迭代進化,發展成現在的動物和植物。一套程式,加上機器學習,是不是可以達到這樣的效果?
回覆列表
上帝是西方學者慣用的一個術語,通常是目前無法解釋的現象都歸屬於上帝創造,多用於宗教和神學。在科學界中可把上帝描述為大自然。迴歸正題,動植物基因組合體的形成,是由自然生存環境與生物自身求生存的適應性所決定的。為什麼會這樣說呢?因為,不同的生存環境會塑造出生存適應性的不同生物,生物在適應環境變化的過程中,會在生理功能上進行著適應性的內部調整,適於環境生存的功能細胞組織,就會得到不斷髮展壯大,不適於環境生存的功能細胞組織,就會弱化而逐步走向消失。
地球上所有生物都是階段性的形態體現,沒有一種生物是一成不變的。因此,生物個體階段性形成的基因組合體,就能透過遺傳的手段,保證了物種的逐代延續,逐代積累功能增殖,是一種逐代功能增殖再增殖的基因組合體記憶複製的連續性生態表現。也可以說,動植物的基因組合體是大自然賦予他們自然選擇適應性生存進化方向的程式設計。不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的有道理,希給個點贊並關注我,歡迎大家討論或發表意見。宇明於東莞市。