进化或智慧设计──生物来源之谜：无同源祖宗细胞？

作者：潘柏滔

前言：生物分类学的发展

自从达尔文提倡生物进化论以来，生物来源的讨论都是以来自同一祖宗（Common Descent）为大前提，生物之间是以进化的血缘关系来衡量（Phylogenetic Relationship），进化学者的分类乃是按照同源祖宗的大前提，将在实验室或在大自然中观察得到的微进化过程，推理到物种之上的广进化。二十世纪中叶基因双旋模型的发现使分子遗传学（Molecular Genetics）成为生命科学的主流，2003年完成的人类基因组织计画，将生物分类学也带进了基因图案的领域（The Genomic Era），生物之间的关系可以藉著基因或蛋白质行列的比较（Sequence Analysis）来衡量，这些行列的相同或相似之处可以代表生物遗传历史的证据，而最直截了当的假设乃是所有生物都是从同一个同源祖宗细胞进化而来（Universal Cellular Ancestor）。

显微镜的研究将细胞分类为早期核细胞（Prokaryotic Cell）与真核细胞（Eucaryotic Cell），这两类细胞的主要分别乃是前者缺乏后者所有的以膜包围的真细胞核（见表一）（注：本文图表网络版略去）。微生物学家Carl Woese在二十世纪八十年代时，根据细胞中的核醣体核酸（Ribosomal RNA）（按：细胞製作蛋白质之工具之一）的排列比较，将早期核细胞再分类为真细菌（True Bacteria），和古老细菌（Archaebacteria）， 后者乃是能在最恶劣的环境下（如高温矿泉或盐分高的湖）生长，世上所有的生物，按照这种鑑别方针，被分为三个范围（Three Domains of Life），不单以核醣体核酸的基因行列辨别，还有其他生物特徵上的差异（参表二），这种新的生物分类法将传统的五大生物界（动物、植物、原生动物、霉菌和细菌）统划成三个范围：前四界都属于真核细胞范围（Domain of Eukarya），而细菌界则再分为真细菌范围（Domain of Bacteria），和古老细菌范围（Domain of Archaea）。

寻索生物同源祖宗

根据进化论的大前提，有人提倡真细菌和古老细菌乃是源于同一祖宗，后者则继续演化成为所有真核细胞范围的生物，然而发现这三范围生物分类法的Woese博士却认为这原始祖宗并非一个细胞，而是一团可以随意突变（註：即基因根基AGCT之间的蜕变），和重组的基因库（Gene Pool），这个假想的基因库好像有机化学组成实验（Organic Synthesis）的加热和冷却作用一样，在蜕变和重组的过程「冷却」之后，成为三范围生物的早期祖宗，Woese称这假想基因库为早期基因手册（progenotes），其中炽热互动的基因像在冷却时的「结晶作用」（crystallization）一样成为三范围生物之后，范围与范围之间的生物就有了遗传运作的鸿沟，每范围生物各自分道扬鑣，独立发展。

笔者也尝试根据现存生物的基因构造的比较，探讨三范围生物的来源，若它们是源于同一祖宗细胞，它们的基因结构应有一定程度的相似，而且这相似度应在细胞中多样的功能中显露出来，因此我们从互联网上下载近五千个生物中已被验出来的蛋白质排列图案（註：蛋白质图案源于基因行列，也可用作血缘的测验），然后选上了在三范围生物中有代表性的六十八种样本，这些样本必须具备下列三个条件：（一）这些蛋白质能在每个细胞中的每个角落运作，并非假想的结构。（二）这些样本起码要在每范围生物中四个不同成员中被提炼和研究出来。（三）它们的比较有高度的相同性（high degree of similarity），这六十八种蛋白质样本中有细胞中用作生长和繁殖功用的代表，经过数百个有系统的不同的排列组合来衡量它们的比较行列（Sequence alignment），结论是近百分之八十六的蛋白质排列都是以三范围生物分隔为系统，换言之，三范围生物中绝大部分的基因图案都是独自发展，彼此之间并无直接血缘关系（参表三）。

进化或智慧设计

甲、缓慢进化，单元间断与多元间断的生物发展模式（Gradualism, Monophyletic Punctualism, and Polyphyletic Punctualism）。

进化论的基本假设是一切生物同出一辙，合成进化论倡导无生物进化或成为第一个细胞，单细胞演化为多细胞，多细胞生物最后进化为世上现有的各类生物，以人类为最高度进化的动物，其主要的机能作用是缓慢的「物竞天择」过程，因此各门生物的同源祖宗细胞（Universal Cellular Ancestor）乃是一个重要的命题，所谓的天演作用（Natural Selection），首先必须要有生物，而且该生物必须可以自我繁殖，并且传递遗传资讯，二者若缺一，就不可能构成天演过程的机制。若生物的始祖并非一个同源祖宗细胞而是多个的话，那麼进化论就无法解释这种多元血统的来源（Polyphyletic inheritance）。

上文已提及三范围生物之间有遗传运作的隔离，绝大部分在各范围内的生物的基因彼此相仿，却与其外的生物无直接的血缘关系，虽然进化论学者如Woese博士仍然相信有一个原始同源的基因手册，但是却无法用进化论的机制来解释，这个基因手册如何形成三范围生物的每种早期细胞祖宗，因此他认为在这三范围中的第一个早期细胞的出现，乃是达尔文进化机制的起首（The threshold of Darwinian Evolution）。那麼解释在三范围中生物每个第一个早期细胞的来源，就需要一套缓慢进化的理论（Gradualism）之外的立场来解释，在古生物化石的发现的寒武纪大爆炸（註：五亿三千万年前，有四十一种身体形状和二十八门动物化石同时首次出现），已引致进化论学者提倡单元间断的进化机制（Monophyletic Punctualism）（註：生物从一个始祖进化而来，却以间断（Punctuation）的快速遽变突然出现，但却没有解释这遽变的机制）。但是若将化石的数据和基因比较的结果整合讨论的话，那麼多元间断（Polyphyletic Punctualism）的课题更能解释最多的数据（参表四）。

乙、修剪的计算程序：智慧设计？（Pruning Algorithm: Intelligent Design?）

生物化学家Morowitz和同僚根据细胞中的新陈代谢作用的蓝图（註：Intermediary Metabolism，在各生物中是一致的，是维持生命的主要机制。），以一些物理化学和资讯上的因素，作为一种修剪的计算程序（Pruning Algorithm，註：在电脑学中通用为规范电脑运作的软体。）在最完整的有机化学辞典Beilstein所列的有机化合物中，选出一百五十三种有机化学分子，其中包括了所有生物都採用的新陈代谢作用中的十一个重要成员 ，他根据这些结果推理，提倡一套新的理论被称为显露主义（Emergence）或等级性的简化主义（Hierarchical Reductionism），即生物在每一层次中如分子层次，细胞层次，组织层次，和器官层次，每一层次中都被一种修剪的计算程序来规范，但当这层次的结构成立之后，它的新获得的机能就显露（emerge）出来，换言之，整体的特性大于整体中个体的总和（the whole is greater than the sum of its parts.）。

智慧设计论的主要学者Dembski也提倡一种复杂详述的资讯（Complex Specified Information），可被用作智慧设计的推理， 这修剪的计算程序，和复杂详述的资讯，似乎都是一种设计的图案，可能被用来选择出三个范围生物的原始细胞，哲学家Ratzsch称，这些图案可与如美国中北部Rushmore山上被雕刻出来的四大总统人像相比，是「一种直接或间接的来自有目标的主动者的行动，为要產生一套与思想有关的图案，不能按大自然中的自然过程所致。」 科学不能告诉我们「谁」是这图案的设计者，但却能显露出这种「修剪的计算程序」，被用来选出所有生物所採用的新陈代谢作用中十一个重要成员，促进生物的生存和发展，这种过程有资格被列为「与思想有关的图案」，大自然本身并无促进生物生存的动机，只有一个有思想的智慧设计师才会这样做，正如美中北部Rushmore山上的总统雕像，不能用大自然的风雨侵蚀来解释，乃是一种与思想有关的图案，为要表扬这四位总统的丰功伟绩。

科学家若能接受这些智慧设计论的大前提, 寻找这些复杂详述的资讯，或修剪的计算程序，不局限在进化论的无目的性的天演作用，非但没有拦阻科学的研究和发展，实在是开展了新的科学领域，引进崭新的突破。

结论

科学的发展与科学家的哲学大前提息息相关， 进化论自达尔文后雄踞生物学界，学者的大前提为自然主义，不接受自然界之外的智慧可作科学的论题，本文尝试列出自然主义机缘巧合的机制不能解释三范围生物的来源，相信创造主的智慧设计的科学家不被自然主义大前提所规范，可以寻找如修剪的计算程序为设计图案之一，可能会比进化论学者更能面对生命来源的挑战，以新的哲学大前提来发展研究领域，不固守进化论似乎到了山穷水尽的死胡同，可能更会助长科学的发展。若科学界不在自然主义的大前提下故步自封，这种新的大前提应成为科研和人类文化的祝福。

1.“The Three Domains of Life: A Challenge to the concept of the Universal Cellular Ancestor,” Pattle P. Pun, Stephen Schuldt, and Benjamin T. Pun, Progress in Complexity, Information, and Design. Vol. 4.2, Nov. 2005. www.iscid.org/pcid/2005/4/2/pun_three_domains.php.

2.“Bacterial Evolution,” Carl R. Woese, Microbiol. Rev. Vol. 51:221-271, 1987.

3.“The Universal Ancestor,” Carl R. Woese, Proc. Natl. Acad. Sci. vol. 95:6854-6859, 1998.

4.“The Cambrian Explosion: Biology’s Big Bang,” Stephen C. Meyer, Marcus Ross, Paul Nelson, and Paul Chien, in “Darwinism, Design, and Public Education,” ed. John A Campbell and Stephen C. Meyer, Mich. State Univ. Press, E. Lansing, 323-402, 2003.

5. “The Origin of Intermediary Metabolism,” H. Morowitz, J. D. Kostelnik, J. Yang and J. D. Cody, Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 97:7704-7708, 2000.

6. “The Emergence of Everything,” H. Morowitz, Oxford Univ. Press, 2002.

7. “No Free Lunch: Why Specified Complexity Cannot Be Purchased without Intelligence.” William Dembski, Rowman & Littlefield, Lanham, 2001.

8.“Nature Design and Science: The Status of Design in Natural Science” Chap. 1. Del Ratzsch, SUNY Press, Albany, 2001

9.“进化论：科学与圣经冲突吗？”潘柏滔，更新传道会，1984，1999。”The Structure of Scientific Revolution,” Thomas Kuhn, Univ. Chicago Press, 1962. 王道还等译，《科学革命的结构》（台北：远流出版社，1994）。

（作者为惠敦大学生物教授。）

原载《恩福》杂志总21期

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