【文摘】前生物进化

生命从原始汤羹中自然而然形成的机会,好比“一阵旋风吹到一片充满各种破铜烂铁的废物堆之后,突然组成了一架波音747飞机”。

作者/詹腓力(Phillip E. Johnson)

来源/ 《审判达尔文》(Darwin On Trial) 

第八章 前生物进化

当联邦最高法院取消了路易斯安那州给予科学创造论平等待遇的法案时,大法官安东尼·斯凯利亚不同意法院多数法官的决定。他认为”路易斯安那州的居民,包括基督教的原教旨主义者,应该有权在他们学校提出任何对进化论不利的科学证据”。古尔德对这话觉得诧异,为什么一位像斯凯利亚这样的饱学之士(该法官曾在数所有名的大学任过教职),居然会有原教旨主义者掌握对进化论不利的科学证据这样的荒谬想法。于是古尔德就在斯凯利亚法官撰写的意见中寻找解释,结果他觉得答案是因为这位法官认为进化论是关乎生命来源的一套理论。

古尔德后来写了一篇文章要更正”斯凯利亚法官的误解”,试图澄清此事。他说:”进化论不是研究生命最终极的来源,不是得知生命最深奥意义的途径。”探讨生命最初是怎样在地球上出现的,这是其他科学的任务,因为进化论只研究生命产生之后的变化。这位法官不明白进化论在研究对象方面的严格限定,所以才会产生误解,以为对进化论可能有任何合乎理性的异议。

其实,斯凯利亚法官用”进化”一词,是与科学家的用法一致的–不但包括生物进化,也包括”前生物进化”或”化学进化”,这个理论是要试图解释生命如何从无生命的化学元素进化而来。生物进化只是宏大的自然演进过程的一部分,后者要解释从宇宙大爆炸以来的一切东西的来源,然而却不容许造物主在其中扮演任何角色。如果达尔文主义者要把造物主拒于千里之外,他们必须对生命来源有自然主义的解释。

对”前生物进化”的臆测,在《物种起源》问世不久,就开始由达尔文的德国支持者恩斯特·海克尔首先开河。但达尔文自己也于1871年在这方面作了一些贡献。他在一封信上说:

常有人说目前地球上早就具备了当初产生头一个生物的条件。假如(啊!多么不肯定的假如!)我们能想象在某一个温暖的小湖中,具有各式各样的氨、磷酸盐类、光线、热能、电能等等,一种蛋白质化合物得以形成,并经历种种复杂的变化。这种物质如在今天产生的话,它会立刻被破坏或被吸收。然而,在当时生物还没有出现之前却不会这样。

罗伯特·夏皮罗在1986年著的书中注意到达尔文上面这段似乎不经意的说法,”竟然与今天的知识相当符合,如果不是因为他有远见,就是说明多年来生命来源的研究没有什么进步”。25年前,”前生物进化”的研究似乎骤然就要看到一项惊人的成就,但今天这学问恐怕不比达尔文在世时进步多少。

要解释当初生命如何开始,最基本的难题是生物的结构太复杂了。仅从理论上说,除非生物已经存在,而且能够繁殖,不然达尔文式的选择毫无设计的功能。达尔文的信徒可想象一个变异了的啮齿动物(rodent)会在脚趾之间产生了网状组织,因而在适者生存的原则上取得优势,这特征在一群动物中遗传下去。加上继续的变异后,也许最后产生了会飞翔的有翼动物。然而这想法要全靠这啮齿动物必须繁殖后代,来继承变异后的特征。但是化学元素却不会产生后代,因此必须要有化学作用来让”繁殖”与”选择”发挥其功能。

50年代的早期,当斯坦利·米勒还在芝加哥大学教授哈罗德·尤里手下做研究生时,化学进化论这项研究达到最高的成果。在一些模拟地球早年状况的气体中,米勒用电流产生火花而得到分量极少的两种氨基酸。因为蛋白质是由氨基酸组成,所以后者有时被称为生命的建筑原料。在以后的实验中,化学家用米勒和尤里的实验模式得到了其他氨基酸以及更复杂的化合物。因此某些乐观的人士就下结论说,建造生命需要的化学元素,在地球早期就已大量存在了。

原来早在20年代时,俄国科学家亚历山大·奥巴林及英国科学家霍尔丹等人已经推出一套关于化学进化的学说,而米勒及其老师尤里所做的实验”部分地”证实了该理论。奥巴林及霍尔丹的理论模式首先假定地球早年的大气层中有一种完全是”还原性”的气体,诸如甲烷、氢、及氨,但很少或甚至毫无氧气。其次,他们推论,地球上的能量,譬如像米勒所用的电火花,可能使那些气体互相作用成为生命所必需的有机化合物。然后,霍尔丹说:”这些化合物积累起来,直到当年原始海洋变成如同热烘烘但浓度不算高的汤羹。”这些词句经常出现在这种科学”传说”和一般公众展览中,成为早期地球生命的源头。最后,这个理论最重要的也是最神秘的一点,是生命就莫名其妙地从原始汤羹中变化出来了。

上述米勒和尤里实验的有限度的成功后,不久就是科学界庆祝达尔文《物种起源》出版100周年纪念的1959年,这时真是新达尔文主义以为可标榜凯旋的高潮期,同时也是原子能最受尊崇的时期,人们以为一切奥秘都可用科学研究来解释。当年的乐观气氛让人以为在实验室里已创造了生命,几乎好像电影《科学怪人》的弗朗肯斯坦医生所用的方法一样!然而,到了80年代,专家们开始用怀疑的眼光来检讨奥巴林和霍尔丹的化学进化理论的每一项细节。

地球化学家今天让我们知道,地球早年的气层可能并非具有像米勒实验中所模拟的纯粹”还原性”的气体。就算在最理想的实验状况中,有些生命构造必需的化合物都无法产生。令人最气馁的批判来自一些化学家,他们指出地球初期产生的有机化合物会继续被毁坏而不能用来”建造”生命,这简直等于把原始汤羹弄糟了!严格来说,原始汤羹可能根本没有存在过;既然如此,则在还原性气体中通过电火花制成微量的氨基酸,与生命来源是风马牛不相及的事。

虽然上述说法对米勒、尤里实验的评价不高,我目前暂时不理会这点,免得在讨论问题主要上分心。退一万步来说,就算早期地球上具有生命构造所必需的化合物,我们还是面对死路一条,因为我们没有理由相信在原始汤羹中互碰互撞的化合物会有产生生命的趋向。虽然今天用高明的科技可以复制生命系统中的某些部分,但科学家用尽他们的智慧尚且不能直接从氨基酸及糖类制造出细胞来,那么当年还没有科学家智慧的时候,怎能施出这样的招术呢?

最简单又能独立生存的生物是单细胞细菌,可说是一种最小型的、极其复杂的结构,最具尖端科技的太空船与活细胞相比,只显出太空船的粗糙。就算我们看比细菌简单不知多少万倍的东西(例如核酸),假定它可以开始达尔文式的进化,就算可能经过了数以亿年计算的光阴,借偶然机遇组成构造的概率,实在低得荒谬无比。

在此我不必举出实际的数字,因为指数对一般读者来说是太难以想象的。我且用英国天文学家弗雷德·霍伊尔说过的比喻来逼真地指出其概率低小的程度。他说生命从原始汤羹中自然而然形成的机会,好比”一阵旋风吹到一片充满各种破铜烂铁的废物堆之后,突然组成了一架波音747飞机”。全靠偶然机遇来制造任何东西,简直就是自然主义者描述的”神迹”。

其实达尔文主义者不是必须用科学来解释这神迹,因为当他们进入最大困境时可以施出哲学辩论的招术。显然,生命是存在的,如果自然主义式的过程是唯一可接受的解释,任何难题迟早可以迎刃而解。任何人只要用信心作为观点,最气馁的情况可以转化成为最有利的武器。举例来说,生命似乎在40亿年前就已以细胞方式出现,也许地球一冷却,细胞生命就存在。换句话说,在自然主义论调中可以自己复制的化合物,及以后进化成复杂的细胞结构,必须在地质年代极短暂的时期内形成。像天文学家卡尔·萨根就不会被短少有限的时日所困扰,他认为宇宙中其他像地球的行星必定也有生物进化。他的理由是:既然地球上早就有生物,那么生命从无机物进化而来,必是轻而易举的事。

然而可能还是有人并非如此轻易满足于这种说法。于是就有学者利用宇宙学的”人类原则”来遮掩低得无比的概率。这原理先把宇宙的观察者–人类–作为出发点。这些学者认为当初生命进化的条件若不具备,我们人类今天就不会存在来谈论这题目。他们认为人类知识还是有限,因此觉得生命进化而来的概率太低,但我们无法确定到底有多少宇宙。在无限多的宇宙中,最低概率的事情至少会发生过一次,而我们刚好在无穷宇宙中的某一个角落,这里就刚好具备了生命自然而然进化而来的充足条件。

查理·道金斯可说是具有达尔文的本领——善于把对自己不利之点变成对自己有价值的东西,他甚至诡辩地宣称生命自然进化虽然概率极低,但这对他们自然主义的信念是有利的。他认为人类的思想特点刚好需要一项如同”神迹”的理论,因为”进化的过程使人类的头脑有主观性的意念,会想到概率之低微。这特别适合年龄不超过100年的动物。”

科学家不能在实验室中仿制生命自然而然发生的过程,这使道金斯觉得大受鼓舞。科学家同样无法仿制生物的广进化–从低等生物进化到高等生物。如果制造生命是轻而易举的事,自然界必已不断地重演生命从无到有进化而来的过程,在别的行星亦必定如此。既然事实并非如此,从理论上可预期在实验室仿制是很困难的。

【注一:如果读者怀疑道金斯这套诡辩不是真的,读者也许是对的。因为他在书中对那段话做了如下结论:”我说了这么多,最后还得承认,假如化学家在实验室中创造了自然而来的生命,我并不会觉得不安,到底我们仍很难精密地计算生命自然进化而来的概率。” 】

既然有人需要用上述的诡辩来说服别人,可见研究生命来源的实验必定是差得一塌糊涂!那些仍然忠于科学方法来研究这题目,而并不依赖强词夺理方式的学者,必须寻找生物遗传系统尚未产生之前的进化过程。今天生物必须具有的是三种互相牵连的物质:脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)及蛋白质。脱氧核糖核酸是用来积存遗传信息,及传递信息给核糖核酸,核糖核酸则负责管理蛋白质的合成,蛋白质执行细胞中的化学作用。一套生命自然进化的理论必须假定当初只有三种物质中一种的存在及繁殖。那最先出现的是脱氧核糖核酸,核糖核酸,还是蛋白质呢?而最先出现的分子在另两种缺位的情况下又怎样运作和进化呢?

这些问题构成了今天研究生命来源的主题,而目前有数种不同的理论要争取人们的注意。我在此只很简单地描述几项较领先的理论,因为很多其他的书已详述这类研究,而大家都公认并没有任何一个理论具有充分的实验证据。

有一段时期最流行的学说是所谓”裸基因”,或称为”先有核糖核酸”理论。换句话说,就是核糖核酸不知怎的就照本身的构造而衍生自己,以后再演化成为最简单的生物。核糖核酸受推崇被放在这地位上,是因为它不但能够具有遗传的信息,而且还有点像蛋白质似的,有触媒(catalyst)的功能。在这种构想下,核糖核酸也许开始了最原始生命的进化,最后还形成了脱氧核糖核酸及蛋白质。

当然,能够想象或构想一个理论,与可能用实验证明出来,还有天壤之别!从本书前面几章我们知道:就算经过了几十亿年,达尔文式的选择功能并没有足够力量,可以使一个分子或一个细胞演变成以后数以万计的复杂植物动物。虽然一般研究生命来源的化学家,对生物进化的达尔文主义深信不疑,但是,他们也深知,早年地球上核糖核酸靠自己繁殖形成的学说是充满疑难的。在1989年的《自然》周刊上,一位学者G.F.乔伊斯写了一篇很长的论文,来讨论这学说的层层困难。他的结论是”RNA可能在生命开始前就已产生之说,其说服力并不强。因为它很难在初期地球上大量地自然形成。”像其他曾经被认为有前途的学说一样,”先有核糖核酸”的理论无法在详细察验下立足。

乔伊斯认为,核糖核酸是在某一种较简单的遗传系统下进化而来,而这系统今天已不存在。在一本有趣的书,名叫《生命来源的七项线索》(Seven Clues to the Origin of Life)中,凯恩斯-史密斯提出了一个富有想象力的意见。虽然学说有点怪异,他还是认为黏土的结晶体有某种性质,可以作为有机生命前身的”矿物生命”。根据达尔文主义的设想,自然选择会偏爱那些效率较高的黏土复制物,因而把路铺好,让有机化合物最后垄断了全部遗传及复制的功能,以致慢慢演变为初期的生命。

对我来说,以矿石作为原始生命的来源,很富想象力,但这学说毫无任何实验性的证据。德国生物化学家克劳斯·多斯说过:”对于每天面对实验事实的生物化学家及分子生物学家来说,这矿土为生命来源的理论,是不可思议的。”平常,这样的话早就可以成为唾弃这理论的理由,然而很多科学家仍认真地考虑这个学说,是因为没有别的更好的理论可以代替!

其他还有诸如”先有蛋白质”的想法,曾经一度失势,但现在又好像卷土重来,因为”先有核糖核酸”的说法遭到了太多的批判。的确,没有实验证据支持任何一种理论,反而为毫无限制的臆测打开了大门( 只是创造论却不被考虑)。在1988年的一篇对各种生命来源学说的评论中,多斯的结论是”目前每一项这类的学说,不管理论或实验,若不是不得要领,就是显示我们的无知。”上述乔伊斯1989年的长篇论文在作总结时,提到研究生命来源的科学家,已经习惯于接受”没有意义的实验结果”,与非常刻骨铭心的挫折感!

既然在实验上取得成果的前途不佳,有些科学家干脆就从计算机模拟方式下手,以免碰到实验性的障碍。1990年在《科学》杂志的一篇文章提到”自然而然的自身组合”,是根据一项前提:非常复杂的有动力性的系统,就算完全没有任何选择的压力,照样可以变成井井有条的状况。看起来似乎这与热力学第二定律有所抵触,因为这个定律说明万物都越变越乱,就是所谓”熵”(entropy)的数值越来越高。但是因为地球不断向太阳支取能源,所以热力学定律还可让自身组合的现象产生。举例来说,在自然界就经常看到深具结构性的雪花或矿物晶体。况且,一般科学家已经假定生命是自生自发而来,以后不断进化到更复杂的结构。果真如此,那么万物当然需要具有自发性的自我组合能力了。

运用这种假设,科学家可以设计一些电脑模式来模拟生命起源及其进化。至于这模式与现实有何关联,倒完全是另外一个问题了。根据《科学》杂志上乔伊斯教授的看法,”提倡自我组合学说的人,都承认其理论只是建筑在抽象的数学原理及新颖的电脑模式上,而不是基于经验性的资料及实验结果上。他们这种研究,要说服主流的生物学家,还有一段漫长的距离。”

把无法解决的项目假定成为事实,是逃避难题的一个方法;另一个方法是把难题推移到太空去!举世闻名的科学家弗朗西斯·克里克这位脱氧核糖核酸构造的发现人之一,就干脆采用这策略。他非常了解细胞生命惊人的复杂结构,也深深知道,从地球开始形成到现在,很难有足够的时间让无机物进化成生物。因此他就猜想,在别的行星上可能有较适宜的条件促成化学进化。

这策略免不了引起另一个难题:生命如何从别的行星运载到地球来?他与一位同事勒斯利·奥格尔合写了一篇论文,以后又自己出版了一本专书,来提倡一个叫做”有方向的泛生源论”的理论。他的想法是,在别的行星上,有一个超文明的民族,深恐他们自己会灭种,就用太空船把最简单的初期生物运送到地球上来。因为离开地球太远,这些有高度智慧的民族无法亲自前来,所以只能运送类似细菌的生物来。因为后者有强韧的生存力量,所以并没有在无情的太空旅途及环境中消灭掉。

这泛生源论有什么科学证据呢?克里克的书上说,如果他的理论是对的,世上的细菌细胞应该突然出现,而不会有任何比这些生物更简单形式的前身。另外,我们也会预料地上最早期的生物只是稍有相似关系而已,其实是应该非常殊异分明的。因为这生物的前身只存在于原来出发地的行星上,所以地球上找不到它们的更简单的祖先。克里克认为地球上的情况正是如此:古细菌(archaebacteria)与真细菌(eubacteria)非常不同,不可能在地球上有限的时间从同一祖先进化而来。然而它们却有共同的遗传系统,所以势必有一个祖先在别的星球上。任何想讥笑这理论的人应该三思而后行,因为克里克学说中看不见的外星人,其实不次于世上达尔文主义者要搬弄出来的生物祖先,两者同样是隐然无形的!

克里克最蔑视的就是那些在生命起源这个题目上把功劳归于一位超自然的造物主而不从事科学研究的科学家。可惜他的”有方向的泛生源论”还不是一样?既然外星人无法亲自来到地球,人类照样无法亲自旅行到他们的星球去观察生命的来源。看来以科学方法研究生命来源是毫无前途的,好像上帝认为这只是属于自己的事似的。

像克里克这样有名望的科学家,还得捧出无法查证的外星人来做幌子,恐怕我们非问不可:化学进化是否面临死路一条?尽管实验没有结果,但是很多科学家还有充足的信心认为这个难题在不久的将来会得到解决。我们如果要了解他们为什么会有这么强的信念,就需要考察这个领域中的最基本的思想问题–科学家看生命的定义到底是什么?

在上述《生命来源的七项线索》一书中,凯恩斯-史密斯替我们解释达尔文主义对生命一词的理念。他说:”生命是进化而来”,而自然选择是进化过程必需的作用。生物目的是”要生存,要竞争,要在逆境中留存后代”。因此化学进化论的任务是要得知(或说要想象),最简单的化学元素如何互相组合,如何靠着自然选择的原则来竞争来繁殖。在这观点中,自然选择不但是对生命出现发生作用的功能,更是生命定义的特征。

如果生命的定义是”借自然选择而进化的物质”,当然科学家会满有信心也有理由预期最后总会有进化方式的解释。如果达尔文在1859年解释了复杂多样的生物如何从最简单的单细胞进化而来,那么日新月异的科学更能探讨最原始生命的来源。可是,万一达尔文错了,万一自然选择并没有达尔文主义者想象的超越的创造力量,那么化学进化论者的努力必定徒然,正像中古时期的炼丹术士要把铅变成金一样!凯恩斯-史密斯虽然在哲学上采纳达尔文主义对生命的定义,然而当他描述所观察到的事实时,却不得不说:

我们印象最深刻的是生物有其内在的灵巧,看起来好像是全部被设计而来,好像是有目的……一个最明显的特色,乃是我们能想象的最简单的生物,与地球当初能形成的物质,两者之间有天壤之别……最麻烦的是生物运作时,没有复杂的功能就无法生存。

凯恩斯-史密斯也描述生物遗传信息系统如何具有”信息”,如何储存在每一个细胞的脱氧核糖核酸的”图书馆”里,如何借着”转录”(transcribe)及”转译”(translate)而制造蛋白质。他用的词语与别的作者讨论生命来源时用词相同,差不多每人都强调,生命看起来是被设计的,是有目的的,而最简单的生物细胞就具有无比的复杂构造,必须每一复杂的部分恰好配合,才能使细胞继续生存。他们讨论蛋白质的产生,所用的词语简直就是智慧生命互相沟通时的描述,包括”信息”、”程式”、”语言”、”资讯”、”密码”、”解码”、”图书馆”等等。

为什么不能爽快地考虑一项明显的可能性——生命是一位有智慧的造物主所创造的?

【注二:凯恩斯-史密斯的答案是他宁愿采取多数科学家的偏见。换句话说,自从达尔文开始,对超自然力量的任何考虑都从生物界被驱逐了,他们要把这种”驱魔(exorcism)行动延伸到生命来源的领域里”。】

科学绝对不会因此而走投无路,因为还有很多的事要做,诸如遗传信息是如何详细地传达,整个生命系统如何运作等等。科学家不会因此失去启发性的研究任务,唯一失去的是以为对自然界能够完全操纵的狂想。他们会面对一项可能性–在自然界背后,有另外的实在是超越科学的。

然而,他们绝对不肯容纳这可能性。理由是什么,且看以下两章,自有分晓。

圣经资源

年轻的地球磁场

《C.S.路易斯》读书会

科学的终点

论科学和信仰

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