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《達爾文的黑箱》讀書報告 一,、現(xiàn)狀和問題 在這本書的封底,，Ｎｏｔｒｅ?。模幔恚宕髮W(xué)的哲學(xué)教授Ｐｅｔｅｒｖａｎ Ｉｎｗａｇｅｎ這樣說道： ……如果達爾文主義者對這本重要著作的反應(yīng)是忽略,，歪曲,，或 者嘲笑的話,，則只是給現(xiàn)在對達爾文主義只是一個理想化,，而不 是一個科學(xué)性的理論的廣泛懷疑提供證據(jù)而已,。如果他們能夠回 答Ｂｅｈｅ的問題的話,，這將是支持達爾文主義的重要證據(jù),。 ?。拢澹瑁逶谶@本書中提出的問題是：在分子生物水平上的復(fù)雜生化系統(tǒng)是如何起源的,。一般地來講,，進化論應(yīng)該大致分成三個階段：即物理進化，化學(xué)進化,，最后才是生物進化,。毫無疑問,，作為生物功能結(jié)構(gòu)單位的在分子水平上的復(fù)雜生化系統(tǒng)的起源，是關(guān)于生命起源,，乃至整個進化論的關(guān)鍵問題之一。令人吃驚的是,，Ｂｅｈｅ教授在對數(shù)種,，包括進化分子生物學(xué)的權(quán)威學(xué)術(shù)刊物,、致力于解釋生命如何在分子水平上形成的研究的《Ｊｏｕｒｎａｌ?。铮妗,。停铮欤澹悖酰欤幔颉,。牛觯铮欤酰簦椋铮睢罚ǎ剩停牛?、美國國家科學(xué)院的院刊《Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ?。铮妫簦瑁濉,。危幔簦椋铮睿幔臁,。粒悖幔洌澹恚。铮妗。樱悖椋澹睿悖澹蟆罚ǎ校危粒樱┑?，最近十年所發(fā)表的千多篇文章,，和在這個領(lǐng)域里出版的相關(guān)學(xué)術(shù)專著做的調(diào)查表明,，對這個問題進行的研究是零,！在對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這么三方面的內(nèi)容：被認為對生命起源是必需的化學(xué)合成反應(yīng),，抽象數(shù)學(xué)模型,，以及ＤＮＡ或蛋白質(zhì)序列的比較,。 對只占不到一成數(shù)量的關(guān)于數(shù)學(xué)模型的研究,，顯然不能把這些研究看成是對進化理論的證明（證據(jù)）,，因為數(shù)學(xué)家的責任是不管三七二十一就接受前提－－或者進化－－的,。而最為進化分子生物學(xué)家所津津樂道的,，是占了超過８０％的內(nèi)容的序列比較研究,。不過在Ｂｅｈｅ看來這并不是最有說服力的證據(jù),。因為這最多可以說是“可能”,，或者說是間接證據(jù)，而不是關(guān)于“如何”的直接證據(jù),。Ｂｅｈｅ甚至可以說,，「共同祖先」是可以接受的,，但從祖先到后代的過程,，特別是涉及到在分子水平上的復(fù)雜生化系統(tǒng),，究竟是如何通過隨機的變異和自然選擇產(chǎn)生的，并不能從這些間接證據(jù)上得到解釋,。 剩下可能滿足Ｂｅｈｅ的直接證據(jù)方面的工作，只是占了大約一成多的關(guān)于化學(xué)進化的研究,。雖然這些還是比Ｂｅｈｅ要求的復(fù)雜生化系統(tǒng),，諸如光合作用中心（ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ?。颍澹幔悖簦椋铮睿悖澹睿簦澹颍?、或者細胞內(nèi)運輸機制（ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ）等,，要簡單得多,，但仍然揭示出不少問題,。雖然米勒（Ｓｔａｎｌｅｙ Ｍｉｌｌｅｒ）的試驗揭開了這方面研究的序幕,。但后面的研究所發(fā)現(xiàn)的卻遠不是如當初人們聽到米勒試驗成功那樣樂觀。因為米勒所做的合成氨基酸（ａｍｉｎｏ?。幔悖椋洌螅┑牟襟E,，雖然氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)（ｐｒｏｔｅｉｎ）的基本結(jié)構(gòu)單位,，還是相對來說非常簡單的化合物,。即使這樣，已經(jīng)暴露出一個困難,，就是實驗室的可控制環(huán)境和自然進化時的不可控制環(huán)境的矛盾。這個困難在合成作用和化合物越復(fù)雜的時候,，矛盾越尖銳,，因為這時候要求的反應(yīng)條件越苛刻,。 為說明這個矛盾,，Ｂｅｈｅ舉了一個形象的例子來說明,。假設(shè)一個廚師要向大家演示自然的隨機過程可以產(chǎn)生一塊巧克力蛋糕的理論,。如果他只是把一些材料,，比如大麥,、可可子,、甘蔗,，放在溫泉的旁邊,，指望熱水會經(jīng)過某些過程產(chǎn)生巧克力蛋糕,，我們作為觀眾會很樂意看看會發(fā)生什么事,。但是如果這個廚師從商店里買了些面粉,、可可粉和糖,，并解釋說他沒有時間等溫泉的熱水把這些東西提煉出來的話,，我們會有點警覺了,。而如果他“為了加速過程起見”而把試驗從溫泉移到了一個電烤箱,，我們大概會搖頭了,。而如果他仔細地稱量了各成分的分量,，在碗里攪拌好,，擺在烤盤里，然后放在烤箱里烤,，我們顯然不會有興趣再看下去了。同樣道理,，如果一個化學(xué)家從供應(yīng)公司里買來合適的化學(xué)品,，稱好恰當?shù)姆至?，溶在合適的溶劑里,，用電擊加熱先計算好的時間,，然后再把希望的化學(xué)產(chǎn)物從副作用產(chǎn)生的不希望的雜質(zhì)中提純出來,。這樣不僅可以得到氨基酸和核苷酸（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ）,，甚至蛋白質(zhì)和核酸（ｎｅｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｓ）都可以很容易地得到,。但這對進化理論證明不了什么,。 比如,，在從氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程中,，一個很大的困難是,，為了氨基酸可以結(jié)合形成蛋白質(zhì)璉,，需要從每個氨基酸去掉一分子的水,。隨之而來的就是,，水的出現(xiàn)會強烈地阻止氨基酸形成蛋白質(zhì)。由于地球上大量的水環(huán)境以及氨基酸易溶于水的性質(zhì),，這就給氨基酸直接合成蛋白質(zhì)的自然隨機過程解釋造成了很大的困難。雖然Ｆｏｘ的ｐｒｏｔｅｉｎｏｉｄｓ理論做了極大的努力,，但并不能看成是成功的,。原因有兩方面,。一是產(chǎn)生ｐｒｏｔｅｉｎｏｉｄｓ的條件有上面同樣的問題,，需要很精心的控制。二是甚至ｐｒｏｔｅｉｎｏｉｄｓ還不是蛋白質(zhì),。有趣的是,，正因為實驗產(chǎn)生的不是如Ｆｏｘ他們原想的蛋白質(zhì),，他們才認定這種東西是產(chǎn)生蛋白質(zhì)的“過渡物”，并命名為ｐｒｏｔｅｉｎｏｉｄｓ（或者所謂的原始蛋白質(zhì)吧）,。為解決這個困難,，８０年代Ｃｅｃｈ提出的ＲＮＡ模板催化理論似乎帶來了一絲曙光,，但到了９０年代經(jīng)過細致的研究以后,，也象６０年代米勒的實驗一樣，樂觀主義逐漸消失,。一個大問題是每一個作為“磚塊”的核苷酸自己又是由好幾個模塊構(gòu)成的，而形成這些模塊的化學(xué)過程卻是彼此不相容的－－不能在同一種環(huán)境中共存－－當然這對實驗室里的化學(xué)家不成問題,，因為可以先分開制好,，然后再放在一起,。所以,，在一些生化學(xué)家的眼里，有催化（ｃａｔａｌｙｔｉｃ）功能完整的ＲＮＡ在原始地球上的自然產(chǎn)生是一個奇跡,。 這樣一些研究揭示出來的關(guān)鍵問題是,，雖然每一個小步驟都不是絕對的不可能發(fā)生（我們既然在實驗室經(jīng)過精心設(shè)計可以讓這些反應(yīng)發(fā)生,，那么我們就沒有絕對的把握排除自然隨機過程發(fā)生這種反應(yīng)的可能性,，即使由于反應(yīng)條件的嚴格使得這種可能性非常小,。）,，但若把許多這樣的反應(yīng)總和在一起來看的話,，至少到目前為止,，根據(jù)我們所掌握的知識,，我們可以有足夠的理由對這種理論產(chǎn)生懷疑,，就好象我們對廚師的“巧克力蛋糕自然隨機產(chǎn)生論”有足夠的理由懷疑一樣,，雖然我們不能說，自然界絕對不能發(fā)生象他那樣精心操作的過程,。二,、不可約化的復(fù)雜性 當問題進一步提到關(guān)于復(fù)雜分子生化系統(tǒng)的形成時，Ｂｅｈｅ提出了一個「不可約化的復(fù)雜性」的觀念,，使得上面的那種懷疑,，現(xiàn)在對他變成了幾乎不可能。 ?。拢澹瑁鍖Α覆豢杉s化的復(fù)雜性」的描述是： 我說的具有「不可約化的復(fù)雜性」的系統(tǒng)是這樣的一個系統(tǒng),，它由好幾個對系統(tǒng)的基本功能都有貢獻、互相配合得很好,、并相互作用的部分組成,，并且任何一個部分的缺失，都會使系統(tǒng)的基本功能有效地失效,。 這個定義是針對達爾文對自己理論的評估： 如果可以被證明有任何復(fù)雜的器官不可能通過無數(shù),、持續(xù)、微小 的改變形成的話,，我的理論將絕對失敗,。 的直接挑戰(zhàn),。因為這樣一個系統(tǒng)從定義上就排除了逐步,、一點一點地改變而形成的可能性－－因為任何一個部分的缺失，都會使系統(tǒng)的基本功能失效,，或者說，系統(tǒng)不再成為系統(tǒng),。這些部分本身可以是非常簡單,，但必須是一次性的完成,，或者說,，有這個部件和沒有這個部件必須是一次性的,。而有了這個部件之后的逐步,、微小變化，都是在「有」的基礎(chǔ)之上,，并不影響系統(tǒng)基本的功能個部件變成沒有這個部件，則系統(tǒng)的基本功能失喪,，原來的系統(tǒng)不再成其為系統(tǒng)。所以這實際上是一個「ａｌｌ?。铮颉,。睿铮睿濉沟母拍睿到y(tǒng)存在則組成系統(tǒng)的所有基本部件都必須同時存在?！笍?fù)雜」的意思，我想Ｂｅｈｅ指的是這樣的（關(guān)鍵性）部件有好幾個,，并且互相關(guān)聯(lián),；「不可約化」的意思，我想指的是每一個這樣的部件都是互相獨立但又必不可少,，并且互相之間是不可替代的,?；蚣?，系統(tǒng)基本功能是所有部件之間、缺一不可的子功能共同組成的,。這里,，有兩個關(guān)鍵地方需要注意：一是每個部件的必不可少，即不可約化「成分」的重要性,；二是各部件之間的相互關(guān)聯(lián)，即不可約化「結(jié)構(gòu)」的重要性,。 ?。拢澹瑁迮e了一個老鼠鋏的例子來說明這個觀念,。一個老鼠鋏要由底板、掛鉤,、彈簧、小錘,、捕獲片等幾部分構(gòu)成。這幾個部分不僅對老鼠鋏完成其基本功能來說是缺一不可的,，而且還必須彼此間配搭得合適才行,。這就是一個具有不可約化的復(fù)雜性的例子,。 對進化論責難的一個主要方面，是在對「逐漸,、微小」這些形容詞的考察上,。雖然新達爾文主義很早就已經(jīng)對「逐漸」的限制放棄了，這體現(xiàn)在諸如為解釋“寒武紀生物大爆炸”而提出的“間斷平衡理論”,、“災(zāi)變說”等上面，但實際上在回答「微小」的質(zhì)疑時,，只是把問題作了無限后推,。因為所謂的“間斷平衡理論”、“災(zāi)變說”等等,，只是說，變化的時間尺度不是原來想象的那種均勻的緩變,，而是一種迅速的躍變,。但是變化得再快，還是得一步一步地來,。這個「一步一步地來」的意思,，就引出了Ｂｅｈｅ的“黑盒子”的觀念。因為在Ｂｅｈｅ看來,，在一個具體的微觀機制沒有研究清楚以前,，看起來好象是很小的“一步”，實際上是因為黑盒子還沒有打開的緣故,。比方說,，細胞之于達爾文就是很好的“微小”的黑盒子。所以對達爾文來說多幾個少幾個細胞,，完全是“微小”的變化,。而只要“微小”到這個程度，進化論就被“證明”了,。但當細胞這個黑盒子被打開以后,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性就使得后繼者遠不能滿足于細胞這樣“微小”的變化了。現(xiàn)在,，由于分子生物學(xué)的發(fā)展,，使得亞細胞結(jié)構(gòu)的黑盒子被打開，“微小”的涵義更進一步深化。因此,，對Ｂｅｈｅ來說,，間斷平衡理論等最多只是一種唯象性質(zhì)的理論，就好象生命的地外起源說一樣,，只是轉(zhuǎn)移了問題而不是解決了問題,。間斷平衡理論或者災(zāi)變說認為在某個時候由于環(huán)境的突變等因素的影響，這么“嘎嘣”一下,，變化過程就完成了,，現(xiàn)在Ｂｅｈｅ就會問說：“這個‘嘎嘣’一下在分子水平上究竟是怎么一個過程？” 而Ｂｅｈｅ提出的「不可約化的復(fù)雜性」,，就在于指出這種“嘎嘣”一下的變化,，不可能是在原來某個基礎(chǔ)上的「逐漸、微小」的變化,。比如視覺的出現(xiàn),。不論能接受光子（ｐｈｏｔｏｎ）作用的細胞與不能接受光子作用的細胞的差別在達爾文看來是多么“微小”，但在Ｂｅｈｅ看來卻是巨大的,，因為接受光子作用的亞細胞結(jié)構(gòu)是一個具有不可約化復(fù)雜性的分子生化系統(tǒng),。 對不可約化的復(fù)雜性挑戰(zhàn)的回應(yīng)，一種可能是類似“曲線救國論”一樣的回答,。即認為生化途徑的進化,，并非是一步一步地往途徑上疊加，最后才具有功能的,。相反地,，它們已經(jīng)從別的途徑獲得了裝備。但這實際上不成立,，仍然是一個轉(zhuǎn)移問題,，而不是解決問題的回答。因為從別的途徑來的“裝備”仍然需要面對這樣一個不可約化的復(fù)雜性的挑戰(zhàn),。進化論本身應(yīng)該是解決“雞和蛋”的問題的,，因而不能再企圖訴諸“雞和蛋”來回答挑戰(zhàn)。另一種回答是回到同時,、直接的產(chǎn)生上,。即幾種突變同時發(fā)生，在條件適當?shù)臅r候形成系統(tǒng),。但這又回到了前面化學(xué)進化要同樣面對的矛盾,。而且由于現(xiàn)在系統(tǒng)是如此的復(fù)雜，使得這種“巧克力蛋糕自然隨機產(chǎn)生論”,，雖然我們不能絕對排除其可能性,，仍可以有近乎絕對的信心來懷疑它。 毫無疑問,，在人工設(shè)計的物品中,，這種不可約化的復(fù)雜性隨處可見。除了老鼠鋏,，還比方說電腦,。無論相對起現(xiàn)在的令人眼花繚亂的多媒體電腦來說，原始的第一臺電腦是多么“簡單”,，但這樣一個「輸入,、計算、輸出」的復(fù)雜性是不可約化的,。這樣,，輸入、計算,、輸出才是最基本的,、具有不可約化復(fù)雜性的部件。因此,，在考慮復(fù)雜設(shè)計的例子時候,，一個關(guān)鍵的問題是要找到不可約化的核心部件。Ｐａｌｅｙ手表匠的例子的問題就出在這里,。由于Ｐａｌｅｙ舉出的部件是對手表的基本功能－－指示時間－－并不關(guān)鍵的表殼,，所以會遭到進化論者成功的回擊。 現(xiàn)在的問題是,，實際生物中存在這樣具有不可約化復(fù)雜性的分子生化系統(tǒng)嗎,？三、生物例子 ?。ㄎ冶仨毶昝饔捎谖覍Ψ肿由飳W(xué)基本上是門外漢,，所以只能盡量簡單地復(fù)述Ｂｅｈｅ給的這幾個例子。從對本書的回應(yīng)來看,，基本上進化分子生物學(xué)家對他的這些描述是同意的,，或者說，是承認這些系統(tǒng)具有不可約化的復(fù)雜性,。他們的回答只是,，這些問題是提對了的，但不能引到設(shè)計那里去,。因為他們總有一個這樣信心堅定的回答：“現(xiàn)在回答不了,，不等于以后回答不了。”） ?。?、細胞纖毛（ｃｉｌｕｍ）和細菌鞭毛（ｆｌａｇｅｌｌｕｍ） 細胞纖毛是使細胞能夠在水中游動的生物機器，象船槳一樣行使其功能。細菌鞭毛是使細菌能夠在水中游動的生物機器,，象螺旋槳一樣行使其功能,。任何一個游水系統(tǒng)都必須包含一個擊水部件、一個動力部件,、以及一個把二者聯(lián)結(jié)起來的聯(lián)結(jié)部件,。這三個部件顯然是互相關(guān)聯(lián)而又缺一不可的，因此是一個具有不可約化復(fù)雜性的系統(tǒng),。在纖毛系統(tǒng)中,，這些部件主要包括在ｔｕｂｕｌｉｎ、ｄｙｎｅｉｎ,、ｎｅｘｉｎ等蛋白質(zhì)中,。在鞭毛系統(tǒng)中，這包括ｆｌａｇｅｌｌｉｎ,、ｈｏｏｋ?。穑颍铮簦澹椋睢⒁约八谢剞D(zhuǎn)動力系統(tǒng)都會包括的回轉(zhuǎn)子（在這里是Ｍ?。颍椋睿纾┖凸潭ú浚ㄟ@里是Ｓ?。颍椋睿纾┑鹊取＿@些“精密機械”的工藝水平是如此的高,，以致于可以合理地排除本來是用作他途的部件先偶然湊合在一起,，然后逐步精密化的“曲線”進化過程。而在對纖毛的進化機制研究上,，最近二十年的成果只有兩篇互相指責,、沒有任何說服力的論文分別于７８、８７年發(fā)表在一種叫做《ＢｉｏＳｙｓｔｅｍ》的刊物上,。對鞭毛的進化機制研究更是完全的空白,。這比起在著名刊物諸如《Ｓｃｉｅｎｃｅ》、《Ｎａｔｕｒｅ》,、《ＰＮＡＳ》,、《Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ》、《Ｊｏｕｒｎａｌ?。铮妗,。拢椋铮欤铮纾椋悖幔臁。茫瑁澹恚椋螅簦颍?、《Ｊｏｕｒｎａｌ?。铮妗。停铮欤澹悖酰欤幔颉,。拢椋铮欤铮纾?、《Ｃｅｌｌ》上關(guān)于纖毛和鞭毛各自有上萬篇的研究文章來說,，實在不能不對進化論者的信心感到吃驚。 ?。?、血液凝固系統(tǒng) 血液凝固系統(tǒng)是一個串級系統(tǒng)（ｃａｓｃａｄｅ）。這個意思是說,，一個部件激活另一個部件,，這個部件再激活第三個部件,，依次類推,。毫無疑問這樣一個連環(huán)扣系統(tǒng)是具有不可約化的復(fù)雜性的，因為這種連環(huán)套中的任何一個環(huán)節(jié)出了問題,，整個系統(tǒng)就垮了,。血液凝固系統(tǒng)就是這樣一個由纖維蛋白原（ｆｉｂｒｉｎｏｇｅｎ）、凝血酶（ｔｈｒｏｍｂｉｎ）,、凝血素（ｐｒｏｔｈｒｏｍｂｉｎ）,、Ｓｔｕａｒｔ ｆａｃｔｏｒ等蛋白質(zhì)組成的自催化璉,。而激活Ｓｔｕａｒｔ?。妫幔悖簦铮虻挠质莾蓷l不同的串級途徑。這還不夠,，整個系統(tǒng)還需要一個停止機制,，以免全身的血液都被凝固起來了。這個完成血凝塊的形成,、限制,、加強和去除的是一整套完整的生物系統(tǒng)，各部件之間是配合得如此的絲絲入扣,，以至于任何一個環(huán)節(jié)的問題都會給人體造成甚至致命的疾病,。有意思的是，唯一對這套系統(tǒng)的分子生物起源試過努力的Ｒｕｓｓｅｌｌ?。模铮铮欤椋簦簦欤褰o出的解釋,，卻是訴諸中國古老的陰陽理論。把陰陽論的外衣脫掉后的內(nèi)容,，本質(zhì)上就剩下了“巧克力蛋糕自然隨機產(chǎn)生論”,。 ３,、細胞內(nèi)運輸 生物細胞內(nèi)大部分的蛋白質(zhì)都是在細胞核（ｎｕｃｌｅｕｓ）內(nèi)生產(chǎn)出來,，再被分送到各自需要的地方去的。這就需要一個象郵政投遞系統(tǒng)那樣的運輸系統(tǒng),。這必須包括這些功能：貨物被標上正確的地址,；運輸器正確地識別地址并把貨物裝載上正確的交通車,；當交通車到了目的地時它必須知道；以及貨物被下載,。單就運輸部分而言,，細胞內(nèi)參與其中的就包括細胞核、ＤＮＡ,、ＲＮＡ,、細胞質(zhì)（ｃｙｔｏｐｌａｓｍ）、ＳＲＰ等等若干復(fù)雜的亞細胞結(jié)構(gòu),。而下載的方式通常還有三種：門輸運（ｇａｔｅｔｒａｎｓｐｏｒｔ）,、類似的膜間輸運（ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｔｒａｎｓｐｏｒｔ）、以及更復(fù)雜一些的囊輸運（ｖｅｓｉｃｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ）,。門輸運和類似的膜間輸運至少需要三個部件：標志號,、掃描器、以及由掃描器控制的門,。而囊輸運則需要六個部件：車上的標志號,、裝載車的卡車、卡車上的掃描器,、卡車上的標志號,、倉庫的掃描器、以及可控倉庫大門,。用生物語言,，這對應(yīng)于ｍａｎｎｏｓｅ－６－ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ｔｈｅ?。悖欤幔簦瑁颍椋睢,。觯澹螅椋悖欤搴推渲械模停叮薪邮芷鳌ⅲ觯樱危粒遥?、ｔ－ＳＮＡＲＥ,、以及ＳＮＡＰ／ＮＳＦ蛋白質(zhì)等。仔細分析這樣一個環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng),，也難以使人相信這是由一些新,、舊（“曲線進化”）部件偶然碰在一起產(chǎn)生的。詳細的文獻調(diào)查也顯示研究的空白,。唯一可能有點關(guān)系的是花了一百頁描述細胞內(nèi)運輸,，由Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ?。铮妗,。樱悖椋澹睿悖逯飨拢颍酰悖濉。粒欤猓澹颍簦?，諾貝爾獎得主Ｊａｍｅｓ?。祝幔簦螅铮畹热撕现慕滩摹叮停铮欤澹悖酰欤幔颉,。拢椋铮欤铮纾。铮妗,。簦瑁澹茫澹欤臁分械囊豁摪氲囊还?jié),，然而雖然名字好象有聯(lián)系，其具體內(nèi)容卻對我們討論的問題沒有幫助,。 |
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