生命的奥秘——生物设计论

生命的奥秘——生物设计论
生命的奥秘——生物设计论
1993年，加州大学柏克利分校的詹腓力教授，邀请了一批科学家、哲学家，到加州的一个海滨小镇相聚，这些学者来自著名的学术中心，包括剑桥、慕尼黑、芝加哥大学等学府，他们是来质疑一个统治了科学界长达150年的学说。

保罗尼尔逊博士：“我们这次在巴哈罗的聚会，对于多数人是代表了一个转折点。

关于进化论我们都有各自的疑问，这次聚在一起，是把各人的一些观点看法提出来大家共同分享。

突然我对生命有了新的洞悉，这是以前没有过的。

”
迪恩肯亚博士：“我想这是我生命历程中，思想受到最大冲击的一次，这里有些想法跟我以前的观点相比，在理性上似乎更能令人满意。

”
斯蒂文梅尔博士：“我意识到这是比任何人任何一种学科，更广阔的领域，这标志着有一批科学家，已经作好准备要重新探索生命起源的奥秘。

”
詹腓力：“有时候我会问，为什么还谈别的事呢，这才是最有趣的主题，我们从哪里来，怎么到这里，什么促成我们的存在，和现实世界的关系又是什么。

”
尼尔逊：“你看到生命世界里有不可思议的多样性和复杂性的时候，一定会想是谁带来这些生命的呢？难道仅仅是偶然的自然选择，不是由智慧力量造成的，或者是有别的什么在起作用，其中是否有什么目的计划，或者设计，是某种智慧力量设计的产物，这是最基本的问题。

”
来到巴哈罗的科学家们，对生命起源开始了新的探索，他们都对广泛流行的进化论思想有重大的怀疑，在他们中生物化学家迈克贝希，对自然选择怎么能组装活细胞中复杂的结构，提出了质疑。

进化生物学家迪恩肯亚，已经不认为纯粹的化学过程，可以解释地球上的生命
起源。

斯蒂芬梅尔，保罗尼尔逊，和威廉邓波斯基，正在寻求一种新的途径，来解释生物体中遗传信息的密码来源，这些科学家哲学家，开始试图提出一个新的理论，来代替英国博物学家达尔文的进化论学说，作为现代生物学的中心理论。

1831年，达尔文当时只有22岁，参与了大英帝国的一个长达5年的科学考查，他乘坐的船，猎犬号，从英格兰出发，绕过南美洲的南端，向北行驶，来到太平洋上一个火山岛，加拉帕哥斯群岛。

达尔文在距离南美洲西岸600英里的荒无人烟的小岛上，看到了种类繁多的鸟类，爬行动物和哺乳类动物，这些珍贵品种非常特殊，他在别的地方从没见过，达尔文花了一个多月的时间，观察研究这里的动植物，作了大量的笔记，收集标本，就离开了小岛，以后再也没有回去过，25年后，达尔文提出了一个地球上的生物是如何起源的理论，1859年达尔文发表了《物种起源》，这本书对科学界，甚至对整个西方文化，产生了重大的影响，达尔文认为所有的生命，都是纯粹由盲目的自然力量形成的，包括时间、凡率，以及他称为自然选择的过程，在达尔文之前的250年，大多数著名的科学家和哲学家，如拍拉图，牛顿，开普勒，都认为世界是某种设计或计划的产物，随着达尔文自然选择论的出现，人们对万物起源的看法发生了根本转变，科学哲学的观念也有大幅度的改变，达尔文并不是第一个提出进化论的人，但他是第一个用似乎合理，自然的机制来说明，生物经过漫长的时间是可以产生演变的，为了理解自然选择是如何进行的，我们可以考察一下，达尔文在加拉帕哥斯群岛看到的鸟雀种群，在加拉帕哥斯群岛上有13种鸟雀，他们身体的大小和嘴的形状各有轻微的差异，根据达尔文式的理论，鸟雀身体大小的不同和鸟嘴形状的差别，都是自然选择直接影响的结果，一个常被引用的例子就是那些以种子为食物的鸟雀，在风调雨顺的季节，岛上各处都生产大量小而软的种子，这时候嘴小的鸟雀很容易找到食物，而在干旱的年头，剩下的只有上年留下的包在坚硬粗糙壳里的种子，这种情况下只有长着粗壮嘴的鸟雀，才能打开坚硬的壳吃到里面的种子，嘴比较粗壮的鸟雀存活了下来，因为它们能够得到食物，其他的鸟雀就不能，这些粗壮的嘴就是现在生物学家
所谓的功能优势。

不幸的是，嘴长得比较小的鸟雀由于吃不到食物，因为饥饿而灭绝了，如果干旱持续下去，环境使整个群体的特徵产生了变化，所以一段时间后，那些粗壮嘴的鸟雀就会继续繁衍下去，因为只有粗壮的嘴，才使鸟雀得到食物，才能生存，自然选择是个很有说服力的观点，具有优势的生理特徵可以遗传给后代，通过这个过程种群将会发生变化，随着时间的推移，虽然没有任何形式的智慧引导，也会产生不同的物种，达尔文试图用没有设计的非智慧的完全自然的过程，来解释生命史中的一切现象，当他寻找解释的时候，发现在家畜驯化中所观察到的过程，在野生动物中也同样的起作用。

达尔文对驯化物种的繁殖是非常熟悉的，他自己研究过鸽子的繁殖，也知道多个世纪以来，育种的人通过选择某此个体交配来改变品种，达尔文不过是指出这个过程，在野生物种中也在进行。

对于达尔文来说，自然选择不需要设计者，就能够解释生命史中的现象，不需要动用智慧、起因，就能说明生命的复杂现象，结果是自然选择的学说代替了设计者的学说。

现在达尔文主义已经被整个科学界和学术界广泛地接受，但是有越来越多的科学家，包括在巴哈罗聚会的科学家们，对达尔文理论的关健部分提出了挑战，我们在巴哈罗相聚的时候，尽管不是在所有的事情上都能达成共识，但是我们对于自然选择这个理论，和它在解释生物起源上的作用相当不满，自然选择这个过程确有其事，并且能够解释一些有限的变异和小规模的变化，事实上我们有许多这方面的例子，但它并不象达尔文希望的那样，能解释生命真正的复杂性，同方面谈的是鸟嘴，另一方面是鸟的本身，鸟嘴结构的微小变化，并不能解释这种生物的来源，这是两个不同层面的现象，是不同的问题。

从生物学来讲最重要的是，要解释自然选择在哪里起作用哪里不能起作用，而且为什么会存在差别，证据是十分有力的。

我们都有一种感觉，如果让证据自己说话，它将为我们指出一个完全不同的方向，那就是说它将使我们对生命的本质和起源，得出与自然选择完全不同的结论。

查理斯达尔文：“自然选择只有通过微小连续的变异来发挥作用。

它不会发生巨大和突然的飞跃，但必须通过微小而可靠的，虽然是缓
慢的步骤进行。

”
很有趣的是我们注意到对生命的了解越多，对生物学了解越多，对达尔文主义的疑问就越多，如果生命是出于设计的那就清晰了。

从1988年以来，迈克贝希博士，对复杂的生物系统进行了研究，这些生物系统似乎无法用自然选择来解释，“在很长的时间里，我相信达尔文的进化论，能够解释我们在生物科学中所看到的现象，不是因为我看到它真正能解释生物学，是因为别人说它能解释，在学校里我学的就是达尔文主义生物学，在大学和研究生院的时候，我所在的环境都假定达尔文的进化论，能够解释生物学。

我没有理由去怀疑它，直到十多年前，我读到澳大利亚遗传学家迈克尔但顿的《进化论-危机中的理论》这本书，它提出了一大堆反对达尔文理论的科学论据，这是我以前从来没有听说过的，这些论据很令人信服，那时候我开始有点生气了，因为我觉得以前被人误导，入了岐途，这本书里有许多很好的论据，我虽然获得了生物化学博士的学位，后来成为生物化学教授，可是我从来没听说过这些，从那时开始，我就对达尔文的进化论变得极感兴趣了，因为我认为达尔文的理论不能全面的使人信服的解释生命起源的问题。

”迈克尔贝希的怀疑很大程度上，来源于现代生物学所揭示的生命最基本的单位——细胞，十九世纪，当达尔文还在世的时候，科学家认为生命的基础—细胞，只不过是简单的一团原生质，就像一小块胶布那样是不难解释的东西，到二十世纪五十年代，这种看法仍然没有多大的变化，但是到了二十世纪后半叶，有关细胞的知识突飞猛进了。

现在强有力的技术揭示了复杂的微观世界，这个世界是如此之小，以至极小量的培养液就可以养活多达四十亿的单细胞细菌，每一个细菌都充满了电路、组装指令和微型机器，细胞里面的复杂程度是达尔文无法想像的。

从生命最基础的单元，也就是分子和细胞的水平来看，我们发现了一些机器，就是分子机器，有些很小的分子像卡车一样可以把物资，从细胞的一端运到另一端，有些机器捕捉太阳能，并把它转化成可利用的能量。

在人体内有许多分子机器，人体有多少功能就有多少分子
机器，所以你想，你的听觉、视觉、嗅觉、味觉、知觉、血液流动、呼吸作用、以及免疫反应，这一切都需要一系列的机器。

“当我们看到这些机器的时候，不禁要问它们从哪里来的，标准答案应该是达尔文的进化论，但是我看这应该是欠缺说服力。

”有一个生物机器，特别引起了迈克尔贝希的怀疑，“记得我第一次翻开一本生化教科书的时候，我看到一个细菌鞭毛的图画，它有各种精美的部件，有一个推进器和钩状区、传动轴、驱动机，我看了一会说这是个船舷外的发动机，它一定是设计出来的，这不可能随意的盲目组装而成。

”
贝希的反应并不令人惊讶，那些驱动细菌在液体中游泳的分子驱动机，每一台都是由多个机械部件组合成复杂的系统，当细胞的一部份被放大到5万倍，这些部件就显露出来了，生物学家利用电子显微镜，来分辩细菌鞭毛驱动机的组成部件，和它的三维结构，在这个过程中，他们揭示了一个惊人的微观工程。

哈佛大学的郝伍德伯格称它为宇宙中效率最高的机器，这些机器中有些部件，能以每分钟10万转的速度运转，并可以连接到另一个信号感测器上，以便能从环境中接收到反馈的信号，虽然它们旋转的速度如此之快，却可以立刻停下来，只需要四分之一圈就可以停下来马上改变方向，以每分钟10万转的速度做反方向转动。

这些机器就像摩托车艇后面的驱动机，它们有许多驱动机工作必须的部件。

细菌鞭毛有向前的和向后的两种排挡，是靠水冷动的质子推动，它有一个定子和一个转子，一个U型介面，一个传动轴，一个推进器，它们起到这些机器部件应有的作用。

我们不是为了方便叫它们这名称，它们确实是有这些部件的功能，自从发现这以来，科学家一直试图解释，转动的驱动机是怎么通过自然选择产生的，可是他们无法作出详细的达尔文式的解释，想知道为什么达尔文的理论无法作出解释呢？我们要明白分子机器的特徵就是不可简化的复杂性。

不可简化的复杂性这个词，是由迈克贝希在描述分子机器的时候提出的，它的意思是说，在任何已知的机体或细胞系统中都有许多组成部件，其中有些部件，是它的功能所必需的。

就是说如果你去掉一个部件系统就会失去功能，不可简化的复杂性的想法，可以用一个众所周知的非生物机器——捕鼠器来加以说明，这种捕鼠器是由5
个基本部件组成的，一个挂诱饵的钩子，一个强有力的弹簧，一个被称为锤子的细而弯的杆，一个用以固定锤子的固定棒，一个固定整个系统的平台，如果其中任何一个部件缺失或有缺陷，这个机械装置将不能工作，这个不能简化的复杂系统里所有部件，必须同时存在才能发挥正常功能——捕捉老鼠。

不可简化的复杂性也适用于生物机器，包括细菌鞭毛推进器，这个系统是由40种不同的蛋白质分子组成的。

这些成份是必需的，如果缺少任何部件，鞭毛推进器就不能工作，如果缺少镰刀型的钩或者缺少传动轴等等，整个系统就不能在细胞里组成了。

从进化论的角度来说，你必须解释，怎么才能逐步地建造这样的系统，这个系统，只有在所有部件都组装好之后才能有功能。

分子机器这个不可简化的复杂性，严峻的挑战了自然选择的学说，根据达尔文的学说，即使很复杂的生物结构，比如眼睛、耳朵和心脏，都可以随着时间以较小的步骤积累而逐渐的形成，然而，正如达尔文所阐述的，随机遗传变异，只有有利于进化论中的有机体生存的时候，自然选择才可以成功。

达尔文说“正如我试图想证明的，如果这些修饰是微小而缓慢的，就没有必要来假定，所有这些修饰是同时进行的，自然选择能细察那些极其微小的变异，拒绝不好的变异，保留并积累所有好的变异。

”有些科学家认为当细菌鞭毛功能不存在的时候，达尔文说的微小变异不能创造细菌鞭毛，怎么可能在那些没有鞭毛系统的细菌种群中，进化出像鞭毛这样的一种全新的东西呢？而根据达尔文的理论，每一种变化中的细菌种群，都必须提供某种优势才能被选择，让我们想象一下这样的情景，在地球早期的历史时代里，一个进化中的细菌以某种方式发育出一条尾巴，也许还能固定在细胞壁上，然而由于缺少一个完整的发动机组，这个创新并不能给细胞带来任何优势，相反拖着这个尾巴，既不能动也没有用，因此不会被自然选择所保留，自然选择只会选那些有利生存的变化，自然选择的逻辑是很严格的，除非鞭毛系统组装完成而且能发挥作用，否则自然选择无法保留鞭毛系统，因此不能传给下一代。

关于自然选择重要的一点，是它只能够选取功能上的优势，大多数情况下，自然选择只会是去除那些没有用的东西，或是对机体有害的东西，所以说，如果一个细菌有
一个不能用来做鞭毛的尾巴，自然选择很可能会剔除它，鞭毛能入选的唯一办法，是要它发挥作用，这意味着发动机组的全部部件，必须最初就要到位。

所以自然选择不会给你鞭毛，只有当鞭毛已经存在并能运作，自然选择才起作用。

我们已经有了不少关于细菌鞭毛的知识了，虽然还有许多有待学习的地方，但是知道的已经不少了。

可是达尔文式的理论，在怎样创造复杂的分子机器上，仍然没有作出解释。

一百五十年前，科学家还不了解，不可简化的复杂的分子机器，但达尔文已预料到这样的系统，会给他的理论带来困难。

达尔文说：“如果可以证实，确有某种复杂器官是不可能经由无数渐进且微小的变异而形成，那我的理论就会彻底崩溃了。

”
生物学有两大课题，第一，有象翅膀眼睛这样新结构的生物体，是怎样从已存在的生物体中产生？第二地球上最初的生命是如何起源的？现在我们当然知道，达尔文把他一生中大部分时间，都花在第一个问题上。

达尔文把地球上生命的历史，比成一棵枝繁叶茂的大树，树的根基部分代表最早的活细胞，而树枝就是从早期原生质中，长年累月发展出的更复杂的生命形式，达尔文试图解释生命树树枝是怎样起源的。

他试图表明自然选择如何改造已有的生物，创造出今天遍满世界种类繁多的动植物，但是到了代表最初生命起源的根基，达尔文却语焉不详了。

事实上，他甚至没能在《物种起源》中，论及生命怎样从无生命物质中产生的问题，唯一能使我们窥测达尔文在这个问题上观点的，是在他写给同事约瑟夫胡克的一封信中提到：“关于最早活的生物的产生，假设，哦，好大一个假设，我们可以想像在某个温暖的小池塘里，有各种氨气、磷酸盐、光、热、和电流，然后经过化学反应，生成了一个蛋白分子，并且预备发生更加复杂的变化，虽然这样的物质在今天会立刻被吞吃掉，但是在生物形成前的情况可能并非如此。

”到了达尔文的晚年，他对地球早期原生水中的简单化学物质，产生出原始细胞的想法，并没有加以发展，后来到了二十世纪二三十年代，一位名叫亚历山大欧佩林的俄罗斯科学家，提出了一整套解释这是如何发生的理论，这个理论称为化学进化论，欧佩林认为他可以用达尔文的原理，来解释地球上最早生命的起源，他设想简单的
化学物质聚合，再聚合，成为更大的分子，而这些分子再通过几率和自然选择，自组成地球上最早的原始活细胞。

在后来的三十年里，许多科学家努力发展和完善这些想法，他们思考着达尔文和欧佩林提出的问题，简单的化学物质如何能发展出生命来，有一人以为他（迪恩肯亚）知道了：“生物起源的问题，一直深深的吸引着我，这是由于这问题的规模和重要性，我们来自哪里？我们为什么会在这儿？从自然科学的角度，可以提出许多诸如此类的问题。

”从二十世纪六十年代后期到七八十年代早期，迪恩肯亚是世界化学进化理论的先驱之一，他跟其他人一样，试图说明地球生命，是如何从自然过程产生的。

1969年，肯亚和合作者写了一本在生命起源方面很有影响的书，“格利斯坦门和我以为，如果我们能够搜集，从六十年代中期到后期为止，所累积的所有实验资料，综合贯联成一套新的理论，我们很有可能解释生命起源的主要构件，对此，我们是满怀热情的。

”虽然肯亚很乐观，但是他显然面临着要解释生命是如何开始的问题，这必须解释蛋白分子的起源，因为直到现在，在这种大而复杂的分子，仍然是地球上一切细胞的基本建材。

在细胞中，蛋白分子有着广泛的功能，从细胞所有结构需要框架，细胞骨架到酶等等。

蛋白分子差不多承担细胞内所有功能的责任，所有日常工作，例如清洁细胞，产生能量，都由蛋白分子来完成。

肯亚知道蛋白分子对最初生命的重要性，不亚于对今天的活细胞，它也意识到它们构造上的复杂性，到了二十世纪六十年代，科学家了解到即使是最简单的细胞，也是由数千种不同类型的蛋白分子构成的，而这些分子功能，则取决于他们复杂的三维结构，一些蛋白分子的不规则形状，使他们能催化或引发化学反应，因为他们在细胞中和其他的分子，就像手套和手一样吻合，而其他的蛋白质分子就形成相互连锁的构件，鞭毛发动机的每个部件，要么是由单一的蛋白分子构成，或者是由一系列的蛋白分子组合成某种特殊的形状，这些蛋白分子本身，又是由称为氨基酸的更小化学单元，串连成长链，这些细胞单元里面的结构，是极度错综复杂的，就在组成蛋白分子的氨基酸中，在自然条件下，二十种不同的氨基酸被用来组成蛋白分子，生物学家把它们比作英文中的二
十六个英文字母，字母可以用来排列成大量的可能的组合，而且就是这些字母的组合序列，决定了你是否得到有意义的片语或句子，如果字母排列正确，你得到有意义的文字，如果不正确你就得到乱码，这个原则同样适用于氨基酸和不同的蛋白分子，现在知道至少存在三万种不同的蛋白质分子，每一个都由这20种氨基酸排列成不同的组合，他们就像字母一样的排列，常常形成有几百个单元长的链子，如果氨基酸排列正确，长链褶叠起来成为有功能的蛋白质。

蛋白分子是由氨基酸互相接合在一起而形成的，他们之所以能够形成某个特别的结构，是由它们的排列次序而决定的，氨基酸排列的次序极其关键，因为如果它的序列不正确，就会形成一个没用的链，在细胞中将会被销毁。

蛋白分子就像文字或电脑程序，是高度精确的，整体功能是取决于每个部件的精确排列。

但到底由什么产生氨基酸的精确序列？以至能形成蛋白分子的特别形状或功能呢？从五十年代到六十年代，蛋白分子结构的发现，迫使生物学家去面对这个奥秘，迪恩肯亚认为，他能解决这个问题，在他的《生化预定论》一书中，他和他的合作者格利斯坦门提出了一个很有吸引力的理论：“生命可能是由组成他的化学成分，特别是蛋白分子的氨基酸之间互相吸引的性质预定而成的。

”当《生化预定论》发表的时候，我和我的合作者完合相信，我们已经有了对生命起源的科学解释，肯亚提出，氨基酸的化学性质，使得它们互相吸引形成长链，以至于形成第一个蛋白分子，也就是细胞中最重要的组成部分，这就意味着生命的出现实际上是不可避免的，单凭化学性质就预定了。

许多科学家热烈赞同肯亚的想法，并且在随后的二十年中，《生化预定论》一书，成了化学进化方面的畅销书。

然而这本书发表了仅仅五年，肯亚就悄悄的怀疑自己理论的可能性。

肯亚：“就在那段时间，我对进化论阵营的某此观点的怀疑，渐渐明确了，起因是遇到我的一个学生，提出的一个非常有力的相反的论据，而我也无法反驳这项质疑。

”原来肯亚被质疑在没有遗传指令的帮助下，蛋白分子如何能被组合起来。

在今天的活细胞中，氨基酸不是像肯亚想象的早期地球上那样，直接由它们之间的吸引力形成。

相反，细胞中另一个大分子存贮了蛋白中氨基酸排列序列的指令，它叫DNA，起。