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基因理论对自然主义进化论的挑战

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基因理论对自然主义进化论的挑战
文/基甸

在人类一个细胞的DNA中所存储的信息量就相当于30卷《大英百科全书》的三到四倍。

文/基甸
过去这150年,生物学中关于遗传密码的基因科学得到极大的发展。
从1866年在奥古斯丁会修道院后院研究遗传规律的孟德尔神甫提出基因的概念,到1985年旨在阐明人类基因中30亿个碱基对的序列的人类基因组(genome)计划的提出和实施,人类在认识生物界和自身的遗传密码方面取得了巨大的成就。同时,这些生命科学的新发现也对基于自然主义哲学的达尔文主义进化论提出了严峻的挑战。
信息量巨大的生命“天书”
1859年,达尔文完成了《物种起源》。
当时还没有分子生物学,达尔文不知道什么是DNA(脱氧核糖核酸),没有见过DNA优美的双螺旋结构,更没有听说过基因组、蛋白质组、基因编辑等等神奇的科学研究成果。他当年认为是简单的生物元件,如果用今天的分子生物学和基因学的眼光来看,都具有极其精妙复杂的结构且充满海量的基因密码。
DNA是生物细胞内组成遗传指令、引导生物发育与生命机能运作的长链大分子。DNA由脱氧核苷酸组成,而脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。DNA中的碱基只有4种:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。
在DNA分子结构中,两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕,构成一种双螺旋结构。磷酸脱氧核糖骨架在螺旋结构的外面,碱基朝向里面,通过碱基间的氢键形成的碱基对相连,但A只与T配对,G只与C配对。

A-T和G-C配对的碱基对构成了生物的基因编码,碱基配对的序列就是编码的基础,A,T,G,C就像四个“字母”,在两条多脱氧核苷酸链上“书写”出大约类似于“四位二进制”的编码“语言”。

现今所知包含最小的基因组的生物体是一种叫做Carsonella ruddii的细菌,它有182个蛋白质编码基因,即由16万个碱基对“字母”组成[1],其信息量已经相当于一本小册子。而人类每个细胞核中都含有三十亿个“字母”之多,在人类一个细胞的DNA中所存储的信息量就相当于30卷《大英百科全书》的三到四倍[2]。
如果把一个全身约有3.72 × 1013个细胞的人身上所有DNA分子内的信息量加起来,将约需要100亿个15TB的电脑硬盘才能容纳。从基因编码来看,我们的身体简直是一部信息量巨大无比的生命“天书”!
DNA遗传编码与“太初有道”
DNA不但包含巨大的信息量,而且能够极其精确地复制信息。DNA在复制后还有编辑(校对和改错)的机制,使其误差率低到大约为100亿分之一,大大超过单纯的化学反应所能达到的水平。而且DNA的编辑机制本身,也是要靠DNA编码的。这更令人对达尔文主义进化论针对生命起源的解释产生怀疑。正如物理学家、作家戴维斯(Paul Davies)所说:
“要解释生命是如何开始的,我们需要了解生命独特的信息管理是如何产生的……生命管理信息的方式有一种逻辑结构,这与单纯的化学有着根本的区别。因此,单纯的化学过程并不能解释生命的起源,就好比对硅、铜和塑料的研究并不能解释电脑是如何运行程序的。”[3]
圣经说“太初有道”(参《约翰福音》1:1),基督徒相信上帝用他的“话”创造万物。对基因密码的了解不禁令人产生联想:是否DNA遗传编码可能就是上帝用来创造生命的“语言”?圣经说“太初有道”,现代分子生物学是否佐证生命的起源是太初有“码”(基因编码)?
基因密码“写”在生物体的细胞之内,使细胞不仅仅是由物质组成,而且是由数码、信息、语言、指令……组成。因为蛋白质也可以像信使核糖核酸(mRNA)那样剪接重组,所以在基因组以外,还有蛋白质组,即一个细胞、组织或生物体内所有由基因组所表达的蛋白质的集合。
蛋白质组的体量大于基因组,这种差距在真核生物中表现得更为明显。截至2014年,在人类蛋白质组中共发现92179种蛋白质,其中71173个是剪接变体[4]。
牛津大学数学家列诺克斯(John C. Lennox)把细胞类比为一台计算机,其中细胞物质载体是“硬件”,DNA遗传编码就是“软件”。
但生命并不仅仅是基因所储存的信息而已。人类跟黑猩猩有98%的基因是一样的,但人类跟黑猩猩是完全不同的两个物种。同样的基因,可能生成不同的蛋白质,因此两种生物可以有非常类似的基因,但是构造却可以大不相同。而且细胞处理信息的能力远远超过今天最先进的计算机。
如此精密、复杂的一个硬件和软件的结合体,最初是如何生成的?能从简单的分子进化出来吗?基因密码及其翻译机制又是怎么产生的?这些都成为科学家解释生命起源的中心问题和难以克服的挑战。[5]

微观的生命充满微调
从数学和信息科学的角度来看,DNA包含的信息是非常精确的。一个有生物功能的最小的蛋白质包含至少100个氨基酸,其中可能的DNA编码序列有10130之多,但这些只有极少数具有生物学的意义。这意味着具有生物学意义的特殊DNA序列是从完全随机的过程产生的几率微乎其微。
从分子生物学的角度来说,微观的生命充满了“微调”,正如从天文学的角度来说,宏观的宇宙充满了“微调”一样。
在DNA分子上,A、C、T、G碱基可以占据任何一个位置,因此DNA序列既是随机的(random),同时又是特定的(specific)。戴维斯质疑这种“特定的随机性”怎么可能从机械的、决定论的物理和化学的过程产生出来,他承认“初看之下这似乎使得基因组成为不可能通过自然律或运气形成的结构”。
但是,对于一个自然主义的进化论者来说,他只能用自然律和运气来解释生物现象。
诺贝尔物理奖得主拉夫林(Robert Laughlin)因此评论说,达尔文主义进化论在很大的程度上是一种意识形态,若是有什么生物学的现象是科学实证解释不了的,进化论者可以通通都归结于进化机制。这么一来,进化论最后就变成一种可以解释一切但不能被实证的“反理论”(anti-theory)。[6]

注:
[1] Philip Ball,“Smallest genome clocks in at 182 genes,”Nature, https://scienceblog.com/11732/smallest-genome-clocks-in-at-182-genes/ (2020/1/11读取).
[2] Richard Dawkins. The Blind Watchmaker (New York, NY: W.W. Norton,1986), 115 .
[3] Paul Davies. “The secret of life won’t be cooked up in a chemistry lab,” The Guardian, January 2013. http://guardian.co.uk/commentisfree/2013/jan/13/secret-life-unveiled-chemistry-lab(2020/1/11读取).
[4] The UniProt Consortium. “UniProt: a hub for protein information,” Nucleic Acids Research, 43 (D1), D204–D212, 2014.
[5] Lennox, John C.,God’s Undertaker: Has Science Buried God? (Oxford, UK: Lion Books, 2007), 135-47.
[6] 同上。第158页。

来源:海外校园
最后编辑葡萄枝 最后编辑于 2023-03-13 21:04:44
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