信 仰 讨 论 精 华 区
一乐集 基甸集 小灶集 以琳集 信望爱集 对话集 其它网人集
时事社会 圣经教义 思想文化 历史宗教 科学理性

Darwin‘s Black Box》读书报告

作者: 赵刚(小灶)

最初发表: 南开大学BBS



   

一、现状和问题

  在这本书的封底,Notre Dame大学的哲学教授Peter
van Inwagen这样说道:

  ……如果达尔文主义者对这本重要著作的反应是忽略,歪曲,或
  者嘲笑的话,则只是给现在对达尔文主义只是一个理想化,而不
  是一个科学性的理论的广泛怀疑提供证据而已。如果他们能够回
  答Behe的问题的话,这将是支持达尔文主义的重要证据。

  Behe在这本书中提出的问题是:在分子生物水平上的复杂生化系
统是如何起源的。一般地来讲,进化论应该大致分成三个阶段:即物理进
化,化学进化,最后才是生物进化。毫无疑问,作为生物功能结构单位的
在分子水平上的复杂生化系统的起源,是关于生命起源,乃至整个进化论
的关键问题之一。令人吃惊的是,Behe教授在对数种,包括进化分子
生物学的权威学术刊物、致力于解释生命如何在分子水平上形成的研究的
《Journal of Molecular Evolution》
(JME)、美国国家科学院的院刊《Proceedings of
the National Academy of Sciences
》(PNAS)等,最近十年所发表的千多篇文章,和在这个领域里出版
的相关学术专著做的调查表明,对这个问题进行的研究是零!在对生命如
何在分子水平上形成的研究中,最近十年的文章大致只包括了这么三方面
的内容:被认为对生命起源是必需的化学合成反应,抽象数学模型,以及
DNA或蛋白质序列的比较。

  对只占不到一成数量的关于数学模型的研究,显然不能把这些研究看
成是对进化理论的证明(证据),因为数学家的责任是不管三七二十一就
接受前提--或者进化--的。而最为进化分子生物学家所津津乐道的,
是占了超过80%的内容的序列比较研究。不过在Behe看来这并不是
最有说服力的证据。因为这最多可以说是“可能”,或者说是间接证据,
而不是关于“如何”的直接证据。Behe甚至可以说,「共同祖先」是
可以接受的,但从祖先到后代的过程,特别是涉及到在分子水平上的复杂
生化系统,究竟是如何通过随机的变异和自然选择产生的,并不能从这些
间接证据上得到解释。

  剩下可能满足Behe的直接证据方面的工作,只是占了大约一成多
的关于化学进化的研究。虽然这些还是比Behe要求的复杂生化系统,
诸如光合作用中心(photosynthetic reaction
center)、或者细胞内运输机制(intramolecular
transportation)等,要简单得多,但仍然揭示出不少问
题。虽然米勒(Stanley Miller)的试验揭开了这方面研
究的序幕。但后面的研究所发现的却远不是如当初人们听到米勒试验成功
那样乐观。因为米勒所做的合成氨基酸(amino acids)的步
骤,虽然氨基酸是构成蛋白质(protein)的基本结构单位,还是
相对来说非常简单的化合物。即使这样,已经暴露出一个困难,就是实验
室的可控制环境和自然进化时的不可控制环境的矛盾。这个困难在合成作
用和化合物越复杂的时候,矛盾越尖锐,因为这时候要求的反应条件越苛
刻。

  为说明这个矛盾,Behe举了一个形象的例子来说明。假设一个厨
师要向大家演示自然的随机过程可以产生一块巧克力蛋糕的理论。如果他
只是把一些材料,比如大麦、可可子、甘蔗,放在温泉的旁边,指望热水
会经过某些过程产生巧克力蛋糕,我们作为观众会很乐意看看会发生什么
事。但是如果这个厨师从商店里买了些面粉、可可粉和糖,并解释说他没
有时间等温泉的热水把这些东西提炼出来的话,我们会有点警觉了。而如
果他“为了加速过程起见”而把试验从温泉移到了一个电烤箱,我们大概
会摇头了。而如果他仔细地称量了各成分的分量,在碗里搅拌好,摆在烤
盘里,然后放在烤箱里烤,我们显然不会有兴趣再看下去了。同样道理,
如果一个化学家从供应公司里买来合适的化学品,称好恰当的分量,溶在
合适的溶剂里,用电击加热先计算好的时间,然后再把希望的化学产物从
副作用产生的不希望的杂质中提纯出来。这样不仅可以得到氨基酸和核苷
酸(nucleotides),甚至蛋白质和核酸(neucleic
acids)都可以很容易地得到。但这对进化理论证明不了什么。

  比如,在从氨基酸形成蛋白质的过程中,一个很大的困难是,为了氨
基酸可以结合形成蛋白质琏,需要从每个氨基酸去掉一分子的水。随之而
来的就是,水的出现会强烈地阻止氨基酸形成蛋白质。由于地球上大量的
水环境以及氨基酸易溶于水的性质,这就给氨基酸直接合成蛋白质的自然
随机过程解释造成了很大的困难。虽然Fox的proteinoids
理论做了极大的努力,但并不能看成是成功的。原因有两方面。一是产生
proteinoids的条件有上面同样的问题,需要很精心的控制。
二是甚至proteinoids还不是蛋白质。有趣的是,正因为实验
产生的不是如Fox他们原想的蛋白质,他们才认定这种东西是产生蛋白
质的“过渡物”,并命名为proteinoids(或者所谓的原始蛋
白质吧)。为解决这个困难,80年代Cech提出的RNA模板催化理
论似乎带来了一丝曙光,但到了90年代经过细致的研究以后,也象60
年代米勒的实验一样,乐观主义逐渐消失。一个大问题是每一个作为“砖
块”的核苷酸自己又是由好几个模块构成的,而形成这些模块的化学过程
却是彼此不相容的--不能在同一种环境中共存--当然这对实验室里的
化学家不成问题,因为可以先分开制好,然后再放在一起。所以,在一些
生化学家的眼里,有催化(catalytic)功能完整的RNA在原
始地球上的自然产生是一个奇迹。

  这样一些研究揭示出来的关键问题是,虽然每一个小步骤都不是绝对
的不可能发生(我们既然在实验室经过精心设计可以让这些反应发生,那
么我们就没有绝对的把握排除自然随机过程发生这种反应的可能性,即使
由于反应条件的严格使得这种可能性非常小。),但若把许多这样的反应
总和在一起来看的话,至少到目前为止,根据我们所掌握的知识,我们可
以有足够的理由对这种理论产生怀疑,就好象我们对厨师的“巧克力蛋糕
自然随机产生论”有足够的理由怀疑一样,虽然我们不能说,自然界绝对
不能发生象他那样精心操作的过程。

二、不可约化的复杂性

  当问题进一步提到关于复杂分子生化系统的形成时,Behe提出了
一个「不可约化的复杂性」的观念,使得上面的那种怀疑,现在对他变成
了几乎不可能。

  Behe对「不可约化的复杂性」的描述是:

  我说的具有「不可约化的复杂性」的系统是这样的一个系统,它
  由好几个对系统的基本功能都有贡献、互相配合得很好、并相互
  作用的部分组成,并且任何一个部分的缺失,都会使系统的基本
  功能有效地失效。

这个定义是针对达尔文对自己理论的评估:

  如果可以被证明有任何复杂的器官不可能通过无数、持续、微小
  的改变形成的话,我的理论将绝对失败。

的直接挑战。因为这样一个系统从定义上就排除了逐步、一点一点地改变
而形成的可能性--因为任何一个部分的缺失,都会使系统的基本功能失
效,或者说,系统不再成为系统。这些部分本身可以是非常简单,但必须
是一次性的完成,或者说,有这个部件和没有这个部件必须是一次性的。
而有了这个部件之后的逐步、微小变化,都是在「有」的基础之上,并不
影响系统基本的功能。而若有这个部件变成没有这个部件,则系统的基本
功能失丧,原来的系统不再成其为系统。所以这实际上是一个「all 
or none」的概念--系统存在则组成系统的所有基本部件都必须
同时存在。「复杂」的意思,我想Behe指的是这样的(关键性)部件
有好几个,并且互相关联;「不可约化」的意思,我想指的是每一个这样
的部件都是互相独立但又必不可少,并且互相之间是不可替代的。或即,
系统基本功能是所有部件之间、缺一不可的子功能共同组成的。这里,有
两个关键地方需要注意:一是每个部件的必不可少,即不可约化「成分」
的重要性;二是各部件之间的相互关联,即不可约化「结构」的重要性。

  Behe举了一个老鼠铗的例子来说明这个观念。一个老鼠铗要由底
板、挂钩、弹簧、小锤、捕获片等几部分构成。这几个部分不仅对老鼠铗
完成其基本功能来说是缺一不可的,而且还必须彼此间配搭得合适才行。
这就是一个具有不可约化的复杂性的例子。

  对进化论责难的一个主要方面,是在对「逐渐、微小」这些形容词的
考察上。虽然新达尔文主义很早就已经对「逐渐」的限制放弃了,这体现
在诸如为解释“寒武纪生物大爆炸”而提出的“间断平衡理论”、“灾变
说”等上面,但实际上在回答「微小」的质疑时,只是把问题作了无限后
推。因为所谓的“间断平衡理论”、“灾变说”等等,只是说,变化的时
间尺度不是原来想象的那种均匀的缓变,而是一种迅速的跃变。但是变化
得再快,还是得一步一步地来。这个「一步一步地来」的意思,就引出了
Behe的“黑盒子”的观念。因为在Behe看来,在一个具体的微观
机制没有研究清楚以前,看起来好象是很小的“一步”,实际上是因为黑
盒子还没有打开的缘故。比方说,细胞之于达尔文就是很好的“微小”的
黑盒子。所以对达尔文来说多几个少几个细胞,完全是“微小”的变化。
而只要“微小”到这个程度,进化论就被“证明”了。但当细胞这个黑盒
子被打开以后,其内部结构的复杂性就使得后继者远不能满足于细胞这样
“微小”的变化了。现在,由于分子生物学的发展,使得亚细胞结构的黑
盒子被打开,“微小”的涵义更进一步深化。因此,对Behe来说,间
断平衡理论等最多只是一种唯象性质的理论,就好象生命的地外起源说一
样,只是转移了问题而不是解决了问题。间断平衡理论或者灾变说认为在
某个时候由于环境的突变等因素的影响,这么“嘎嘣”一下,变化过程就
完成了,现在Behe就会问说:“这个‘嘎嘣’一下在分子水平上究竟
是怎么一个过程?”

  而Behe提出的「不可约化的复杂性」,就在于指出这种“嘎嘣”
一下的变化,不可能是在原来某个基础上的「逐渐、微小」的变化。比如
视觉的出现。不论能接受光子(photon)作用的细胞与不能接受光
子作用的细胞的差别在达尔文看来是多么“微小”,但在Behe看来却
是巨大的,因为接受光子作用的亚细胞结构是一个具有不可约化复杂性的
分子生化系统。

  对不可约化的复杂性挑战的回应,一种可能是类似“曲线救国论”一
样的回答。即认为生化途径的进化,并非是一步一步地往途径上叠加,最
后才具有功能的。相反地,它们已经从别的途径获得了装备。但这实际上
不成立,仍然是一个转移问题,而不是解决问题的回答。因为从别的途径
来的“装备”仍然需要面对这样一个不可约化的复杂性的挑战。进化论本
身应该是解决“鸡和蛋”的问题的,因而不能再企图诉诸“鸡和蛋”来回
答挑战。另一种回答是回到同时、直接的产生上。即几种突变同时发生,
在条件适当的时候形成系统。但这又回到了前面化学进化要同样面对的矛
盾。而且由于现在系统是如此的复杂,使得这种“巧克力蛋糕自然随机产
生论”,虽然我们不能绝对排除其可能性,仍可以有近乎绝对的信心来怀
疑它。

  毫无疑问,在人工设计的物品中,这种不可约化的复杂性随处可见。
除了老鼠铗,还比方说电脑。无论相对起现在的令人眼花缭乱的多媒体电
脑来说,原始的第一台电脑是多么“简单”,但这样一个「输入、计算、
输出」的复杂性是不可约化的。这样,输入、计算、输出才是最基本的、
具有不可约化复杂性的部件。因此,在考虑复杂设计的例子时候,一个关
键的问题是要找到不可约化的核心部件。Paley手表匠的例子的问题
就出在这里。由于Paley举出的部件是对手表的基本功能--指示时
间--并不关键的表壳,所以会遭到进化论者成功的回击。

  现在的问题是,实际生物中存在这样具有不可约化复杂性的分子生化
系统吗?

三、生物例子

  (我必须申明由于我对分子生物学基本上是门外汉,所以只能尽量简
单地复述Behe给的这几个例子。从对本书的回应来看,基本上进化分
子生物学家对他的这些描述是同意的,或者说,是承认这些系统具有不可
约化的复杂性。他们的回答只是,这些问题是提对了的,但不能引到设计
那里去。因为他们总有一个这样信心坚定的回答:“现在回答不了,不等
于以后回答不了。”)

  1、细胞纤毛(cilum)和细菌鞭毛(flagellum)
 
  细胞纤毛是使细胞能够在水中游动的生物机器,象船桨一样行使其功
能。细菌鞭毛是使细菌能够在水中游动的生物机器,象螺旋桨一样行使其
功能。任何一个游水系统都必须包含一个击水部件、一个动力部件、以及
一个把二者联结起来的联结部件。这三个部件显然是互相关联而又缺一不
可的,因此是一个具有不可约化复杂性的系统。在纤毛系统中,这些部件
主要包括在tubulin、dynein、nexin等蛋白质中。在
鞭毛系统中,这包括flagellin、hook protein、
以及所有回转动力系统都会包括的回转子(在这里是M ring)和固
定部(这里是S ring)等等。这些“精密机械”的工艺水平是如此
的高,以致于可以合理地排除本来是用作他途的部件先偶然凑合在一起,
然后逐步精密化的“曲线”进化过程。而在对纤毛的进化机制研究上,最
近二十年的成果只有两篇互相指责、没有任何说服力的论文分别于78、
87年发表在一种叫做《BioSystem》的刊物上。对鞭毛的进化
机制研究更是完全的空白。这比起在著名刊物诸如《Science》、
《Nature》、《PNAS》、《Biochemistry》、《
Journal of Biological Chemistry》
、《Journal of Molecular Biology》、
《Cell》上关于纤毛和鞭毛各自有上万篇的研究文章来说,实在不能
不对进化论者的信心感到吃惊。

  2、血液凝固系统

  血液凝固系统是一个串级系统(cascade)。这个意思是说,
一个部件激活另一个部件,这个部件再激活第三个部件,依次类推。毫无
疑问这样一个连环扣系统是具有不可约化的复杂性的,因为这种连环套中
的任何一个环节出了问题,整个系统就垮了。血液凝固系统就是这样一个
由纤维蛋白原(fibrinogen)、凝血酶(thrombin)
、凝血素(prothrombin)、Stuart factor等
蛋白质组成的自催化琏。而激活Stuart factor的又是两条
不同的串级途径。这还不够,整个系统还需要一个停止机制,以免全身的
血液都被凝固起来了。这个完成血凝块的形成、限制、加强和去除的是一
整套完整的生物系统,各部件之间是配合得如此的丝丝入扣,以至于任何
一个环节的问题都会给人体造成甚至致命的疾病。有意思的是,唯一对这
套系统的分子生物起源试过努力的Russell Doolittle
给出的解释,却是诉诸中国古老的阴阳理论。把阴阳论的外衣脱掉后的内
容,本质上就剩下了“巧克力蛋糕自然随机产生论”。

  3、细胞内运输

  生物细胞内大部分的蛋白质都是在细胞核(nucleus)内生产
出来,再被分送到各自需要的地方去的。这就需要一个象邮政投递系统那
样的运输系统。这必须包括这些功能:货物被标上正确的地址;运输器正
确地识别地址并把货物装载上正确的交通车;当交通车到了目的地时它必
须知道;以及货物被下载。单就运输部分而言,细胞内参与其中的就包括
细胞核、DNA、RNA、细胞质(cytoplasm)、SRP等等
若干复杂的亚细胞结构。而下载的方式通常还有三种:门输运(gate
transport)、类似的膜间输运(transmembrane
transport)、以及更复杂一些的囊输运(vesicular
transport)。门输运和类似的膜间输运至少需要三个部件:标
志号、扫描器、以及由扫描器控制的门。而囊输运则需要六个部件:车上
的标志号、装载车的卡车、卡车上的扫描器、卡车上的标志号、仓库的扫
描器、以及可控仓库大门。用生物语言,这对应于mannose-6-
phosphate、the clathrin vesicle和其
中的M6P接受器、v-SNARE、t-SNARE、以及SNAP/
NSF蛋白质等。仔细分析这样一个环环相扣的系统,也难以使人相信这
是由一些新、旧(“曲线进化”)部件偶然碰在一起产生的。详细的文献
调查也显示研究的空白。唯一可能有点关系的是花了一百页描述细胞内运
输,由National Academy of Science主席
Bruce Alberts,诺贝尔奖得主James Watson
等人合著的教材《Molecular Biology of the
Cell》中的一页半的一节,然而虽然名字好象有联系,其具体内容却
对我们讨论的问题没有帮助。


网络基督使团 Chinese Christian Internet Mission

Last Update: Mon Jul 27 17:59:22 1998

©1996, 1997, 1998 网络基督使团. 版权所有