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生化或智慧設計

作者：潘柏滔
──生物來源之謎：無同源祖宗細胞？

前言：生物分類學的發展
自從達爾文提倡生物進化論以來，生物來源的討論都是以來自同一祖宗（Common Descent）為大前提，生物之間是以進化的血緣關係來衡量（Phylogenetic Relationship），進化學者的分類乃是按照同源祖宗的大前提，將在實驗室或在大自然中觀察得到的微進化過程，推理到物種之上的廣進化。二十世紀中葉基因雙旋模型的發現使分子遺傳學（Molecular Genetics）成為生命科學的主流，2003年完成的人類基因組織計畫，將生物分類學也帶進了基因圖案的領域（The Genomic Era），生物之間的關係可以藉著基因或蛋白質行列的比較（Sequence Analysis）來衡量，這些行列的相同或相似之處可以代表生物遺傳歷史的證據，而最直截了當的假設乃是所有生物都是從同一個同源祖宗細胞進化而來（Universal Cellular Ancestor）。

對不起，共同祖宗不只是「大前提」而是一個經過驗證的「科學理論」。即使是分子生物時代，共同祖宗這個理論還是經得起考驗的。

顯微鏡的研究將細胞分類為早期核細胞（Prokaryotic Cell）與真核細胞（Eucaryotic Cell），這兩類細胞的主要分別乃是前者缺乏後者所有的以膜包圍的真細胞核（見表一）。

表一：原核與真核細胞之比較
GROUPS WHERE FOUND AS UNIT OF STRUCTURE
BACTERIA,
BLUE-GREEN ALGAE
MOST ALGAE, FUNGI PROTOZOA, HIGHER PLANTS AND ANIMALS
Nuclear Membrane – +
Mitotic Division – +
Chromosome Number 1(?) Always Greater Than One
Cytoplasmic Streaming – + or –
Mitochondria – +
Chloroplasts – + or –
Contractile Locomotor
Organelles Bacterial Flagella Axial Filaments in some Multistranded Flagella or Cilia in some
Ameboid Movement – + or –
Chromosomal Protein – +
Nucleolus – +
9 + 2 Structure in
Cellular Appendages –
+
Golgi Apparatus – + or –
Endoplasmic Reticulum – +
Ribosomes
70S 80S (Cytoplasmic)
70S (Organellar)

Yenchin 註：原文的表很難看，後面內文裏面用的資料不多，

微生物學家Carl Woese在二十世紀八十年代時，根據細胞中的核醣體核酸（Ribosomal RNA）（按：細胞製作蛋白質之工具之一）的排列比較，將早期核細胞再分類為真細菌（True Bacteria），和古老細菌（Archaebacteria）， 後者乃是能在最惡劣的環境下（如高溫礦泉或鹽分高的湖）生長，世上所有的生物，按照這種鑑別方針，被分為三個範圍（Three Domains of Life），不單以核醣體核酸的基因行列辨別，還有其他生物特徵上的差異（參表二），這種新的生物分類法將傳統的五大生物界（動物、植物、原生動物、黴菌和細菌）統劃成三個範圍：前四界都屬於真核細胞範圍（Domain of Eukarya），而細菌界則再分為真細菌範圍（Domain of Bacteria），和古老細菌範圍（Domain of Archaea）。

附表二：真細菌、古老細菌、真核細菌之比較
Characteristic Bacteria Archaea Eukarya
Prokaryotic cell structure Yes Yes No
DNA present in covalently closed and circular form Yes Yes No
Histone proteins present No Yes Yes
Membrane-enclosed nucleus Absent Absent Present
Cell wall Muramic acid present Muramic acid absent Muramic acid absent
Membrane lipids Ester-linked Ether-linked Ester-linked
Ribosomes 70S 70S 80S
Initiator tRNA Formylmethionine Methionine Methionine
Introns in most genes No No Yes
Operons Yes Yes No
Capping and poly-A tailing of mRNA No No Yes
Plasmids Yes Yes Rare
Ribosome sensitivity to diphtheria toxin No Yes Yes
RNA polymerases One (4 subunits) Several (8-12 subunits each) Three (12-14 subunits each)
Transcription factors required No Yes Yes
Promoter structure -10 and –35 sequences (Pribnow box) TATA box TATA box
Sensitivity to chloramphenicol, streptomycin, and kanamycin Yes No No
Methanogenesis No Yes No
Reduction of S0 to H2S or Fe3+ Fe2+ Yes Yes No
Nitrification Yes No No
Denitrification Yes Yes No
Nitrogen fixation Yes Yes No
Chlorophyll-based photosynthesis Yes No Yes
(in chloroplasts)
Chemolithotrophy (Fe, S, H2) Yes Yes No
Gas vesicles Yes Yes No
Synthesis of carbon storage granules composed of poly--hydroxyalkanoates Yes Yes No
Growth above 80C Yes Yes No
a Note that for many features only particular representatives within a domain show the property.
b Adapted with permission from Table 12.3, Biology of Microorganisms, by Madigan, Martinko and Parker, Prentice Hall, 2000

同上

尋索生物同源祖宗
根據進化論的大前提，有人提倡真細菌和古老細菌乃是源於同一祖宗，後者則繼續演化成為所有真核細胞範圍的生物，然而發現這三範圍生物分類法的Woese博士卻認為這原始祖宗並非一個細胞，而是一團可以隨意突變（註：即基因根基AGCT之間的蛻變），和重組的基因庫（Gene Pool），這個假想的基因庫好像有機化學組成實驗（Organic Synthesis）的加熱和冷卻作用一樣，在蛻變和重組的過程「冷卻」之後，成為三範圍生物的早期祖宗，Woese稱這假想基因庫為早期基因手冊（progenotes），其中熾熱互動的基因像在冷卻時的「結晶作用」（crystallization）一樣成為三範圍生物之後，範圍與範圍之間的生物就有了遺傳運作的鴻溝，每範圍生物各自分道揚鑣，獨立發展。

注意 Woese 這邊在講什麼，他認為「共同始祖」並非一個細胞，而是一團基因，之後各類型的細胞由這團基因分出來。這時候回到原先第一段以及這邊，就不難看出潘柏滔搞不清楚一件事：「共同祖先 = 一顆細胞」並不是前提，也不是教條，演化論獲得的理論是「共同祖先的存在」，這個共同祖先是什麼，是可研究的細節（炎帝、黃帝、女媧泥人三號、某隻阿米巴、RNA 世界．．．）但改變不了的是「演化的事實」以及「共同祖先的存在」。如果要進一步挑毛病的話，「一團基因變成細胞」也不算是演化論的範圍，而是無生源論與演化論之間探討的課題（如何形成能複製的分子，及這團分子如何形成細胞），這方面而言在下面的段落會繼續討論。

同時基於上面的反駁，下面這個實驗基本上也根本就不能拿來吹噓什麼了。

筆者也嘗試根據現存生物的基因構造的比較，探討三範圍生物的來源，若它們是源於同一祖宗細胞，它們的基因結構應有一定程度的相似，而且這相似度應在細胞中多樣的功能中顯露出來，因此我們從互聯網上下載近五千個生物中已被驗出來的蛋白質排列圖案（註：蛋白質圖案源於基因行列，也可用作血緣的測驗），然後選上了在三範圍生物中有代表性的六十八種樣本，這些樣本必須具備下列三個條件：（一）這些蛋白質能在每個細胞中的每個角落運作，並非假想的結構。（二）這些樣本起碼要在每範圍生物中四個不同成員中被提煉和研究出來。（三）它們的比較有高度的相同性（high degree of similarity），這六十八種蛋白質樣本中有細胞中用作生長和繁殖功用的代表，經過數百個有系統的不同的排列組合來衡量它們的比較行列（Sequence alignment），結論是近百分之八十六的蛋白質排列都是以三範圍生物分隔為系統，換言之，三範圍生物中絕大部分的基因圖案都是獨自發展，彼此之間並無直接血緣關係（參表三）。

Table 3. Total number of grouping in the sequence alignment analyses as percentages out of 420a
Grouping B-A-K BAK B-(AK) (BA)-K (BK)-A

frequencies 361 20 7 19 13

percentage 85.95 4.76 1.67 4.52 3.10

aB: True Bacteria, A: Archaebacteria, K: Eukarya; B-A-K. Proteins are grouped into the three independent monophyletic domains (B-A-K) based upon statistical analyses of sequence differences. Statistically insignificant differences between domains are indicated by the italics and lack of hyphens between the groups: i.e. BAK, B-(AK), (BA)-K, (BK)-A.

進化或智慧設計

甲、緩慢進化，單元間斷與多元間斷的生物發展模式（Gradualism, Monophyletic Punctualism, and Polyphyletic Punctualism）。
進化論的基本假設是一切生物同出一轍，合成進化論倡導無生物進化或成為第一個細胞，單細胞演化為多細胞，多細胞生物最後進化為世上現有的各類生物，以人類為最高度進化的動物，其主要的機能作用是緩慢的「物競天擇」過程，因此各門生物的同源祖宗細胞（Universal Cellular Ancestor）乃是一個重要的命題，所謂的天演作用（Natural Selection），首先必須要有生物，而且該生物必須可以自我繁殖，並且傳遞遺傳資訊，二者若缺一，就不可能構成天演過程的機制。若生物的始祖並非一個同源祖宗細胞而是多個的話，那麼進化論就無法解釋這種多元血統的來源（Polyphyletic inheritance）。

稻草人。別忘了，如果細胞是首先來源的話還得探討這些細胞是怎麼來的，是無生源的範籌。演化論推演出共同祖先的存在，但演化論可沒把共同祖先標為「一個」。試想，如果數億光年外的星球上也有生物的話，難道要和地球牽在一起牽出一個共同祖先？但這樣的生物，只要能變異，且其環境也會變異，必然也能發生演化現象，必然也是來自一個共同祖先。

上文已提及三範圍生物之間有遺傳運作的隔離，絕大部分在各範圍內的生物的基因彼此相仿，卻與其外的生物無直接的血緣關係，雖然進化論學者如Woese博士仍然相信有一個原始同源的基因手冊，但是卻無法用進化論的機制來解釋，這個基因手冊如何形成三範圍生物的每種早期細胞祖宗，因此他認為在這三範圍中的第一個早期細胞的出現，乃是達爾文進化機制的起首（The threshold of Darwinian Evolution）。那麼解釋在三範圍中生物每個第一個早期細胞的來源，就需要一套緩慢進化的理論（Gradualism）之外的立場來解釋，在古生物化石的發現的寒武紀大爆炸（註：五億三千萬年前，有四十一種身體形狀和二十八門動物化石同時首次出現），已引致進化論學者提倡單元間斷的進化機制（Monophyletic Punctualism）（註：生物從一個始祖進化而來，卻以間斷（Punctuation）的快速遽變突然出現，但卻沒有解釋這遽變的機制）。但是若將化石的數據和基因比較的結果整合討論的話，那麼多元間斷（Polyphyletic Punctualism）的課題更能解釋最多的數據（參表四）。

最好寒武紀大爆炸「炸」出來的是這些單細胞生物啦．．．直接批兩個字：胡扯。

乙、修剪的計算程序：智慧設計？（Pruning Algorithm: Intelligent Design?）
生物化學家Morowitz和同僚根據細胞中的新陳代謝作用的藍圖（註：Intermediary Metabolism，在各生物中是一致的，是維持生命的主要機制。），以一些物理化學和資訊上的因素，作為一種修剪的計算程序（Pruning Algorithm，註：在電腦學中通用為規範電腦運作的軟體。）在最完整的有機化學辭典Beilstein所列的有機化合物中，選出一百五十三種有機化學分子，其中包括了所有生物都採用的新陳代謝作用中的十一個重要成員 ，他根據這些結果推理，提倡一套新的理論被稱為顯露主義（Emergence）或等級性的簡化主義（Hierarchical Reductionism），即生物在每一層次中如分子層次，細胞層次，組織層次，和器官層次，每一層次中都被一種修剪的計算程序來規範，但當這層次的結構成立之後，它的新獲得的機能就顯露（emerge）出來，換言之，整體的特性大於整體中個體的總和（the whole is greater than the sum of its parts.）。
智慧設計論的主要學者Dembski也提倡一種複雜詳述的資訊（Complex Specified Information），可被用作智慧設計的推理， 這修剪的計算程序，和複雜詳述的資訊，似乎都是一種設計的圖案，可能被用來選擇出三個範圍生物的原始細胞，哲學家Ratzsch稱，這些圖案可與如美國中北部Rushmore山上被雕刻出來的四大總統人像相比，是「一種直接或間接的來自有目標的主動者的行動，為要產生一套與思想有關的圖案，不能按大自然中的自然過程所致。」 科學不能告訴我們「誰」是這圖案的設計者，但卻能顯露出這種「修剪的計算程序」，被用來選出所有生物所採用的新陳代謝作用中十一個重要成員，促進生物的生存和發展，這種過程有資格被列為「與思想有關的圖案」，大自然本身並無促進生物生存的動機，只有一個有思想的智慧設計師才會這樣做，正如美中北部Rushmore山上的總統雕像，不能用大自然的風雨侵蝕來解釋，乃是一種與思想有關的圖案，為要表揚這四位總統的豐功偉績。
科學家若能接受這些智慧設計論的大前提, 尋找這些複雜詳述的資訊，或修剪的計算程序，不局限在進化論的無目的性的天演作用，非但沒有攔阻科學的研究和發展，實在是開展了新的科學領域，引進嶄新的突破。

有沒有霧颯颯的感覺？科技泡泡吹得滿天飛？簡單地說直接解析 Dembski 吹的「複雜詳述的資訊」在吹什麼：

1. 事件 E 機率很高時，接受「調控力」為解釋，否則至下一步。
2. 「隨機」的假設設 E 機率很高，或 E 未被指明，則接受「隨機」，否則至下一步。
3. 若非「調控力」或「隨機」，則為設計。

有沒有無言的感覺？幾個關鍵詞（調空力、隨機、設計．．．）的定義是什麼？調控力、隨機、設計等是互相獨立的事件嗎？

Rushmore 的總統雕像又如何？野柳的女王頭世上找得到第二顆嗎？形成這種形狀的機率又是多少？

最後再來個自 high 時間。

結論
科學的發展與科學家的哲學大前提息息相關， 進化論自達爾文後雄踞生物學界，學者的大前提為自然主義，不接受自然界之外的智慧可作科學的論題，本文嘗試列出自然主義機緣巧合的機制不能解釋三範圍生物的來源，相信創造主的智慧設計的科學家不被自然主義大前提所規範，可以尋找如修剪的計算程序為設計圖案之一，可能會比進化論學者更能面對生命來源的挑戰，以新的哲學大前提來發展研究領域，不固守進化論似乎到了山窮水盡的死胡同，可能更會助長科學的發展。若科學界不在自然主義的大前提下故步自封，這種新的大前提應成為科研和人類文化的祝福。

作者為惠敦大學生物教授

撇開最後那團亂，與其抱著一團DNA在那邊大喊「共同祖先不存在! 演化論是錯的!!!!1111111!!!」，乾脆說段譽不是人生的。