游子吟︱第六章：创造论与进化论④DNA的形成和化石证据

《游子吟》

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DNA的形成

一九五三年，生物界发生了两件大事。一是James Watson和Francis Crick发现了去氧核醣核酸（DNA）的双螺旋结构，揭开了生物遗传的秘密。另一件事是米勒（Stanley L. Miller）从无机物中制造了氨基酸等重要的生命所必须的物质，被认为是支持生命由无机物逐渐进化而来的“无生源论”的重要科学证据。

米勒当时是芝加哥大学的研究生。他模拟人们认为的在生命出现以前的原始地面气层的成分，在一个烧瓶中加入氢气、甲烷和氨等还原性气体和水蒸气。将烧瓶密闭后插入两支电极，通电后可以产生电火花。七天后，他从烧瓶中收集到一些有机物，其中竟有几种氨基酸！

他的实验结果轰动了科学界。因为蛋白质是由氨基酸组成的；按恩格斯的说法，“蛋白质是生命存在的形式”。有了蛋白质，生命的产生就指日可待了。因此，人们以为米勒的实验所揭示的也许就是生命从无机物起源过程中的重要一步，证明生命是进化论而来的。

四十多年来，米勒和其他人用类似的实验方法，利用不同的能源，如紫外光、高温、震动波等，从还原性气体中获得了更多种类的氨基酸、葡萄醣、核醣、以及核酸所含的几种硷基等生物体内的重要有机物。

然而米勒的实验并不象当时许多人预想的那样，拉开了创造生命的序幕。相反，对米勒的实验的意义，人们提出愈来愈多的质疑。比如，关于反应物的浓度问题。米勒实验中所加入的反应物（各种还原性气体）的浓度远远高于原始气层中这些气体的实际浓度。反应物浓度低，则这种由无机物生成有机物的合成反应就难于进行，或者一旦合成后立即又会分解。

有人指出，按米勒和他的同事们所假设的原始气层环境计算，米勒实验中制成最多的甘氨酸的分解速度比合成速度快，因此在原始大气层中形成的甘氨酸的97%在抵达地面之前就分解了，剩下的少量甘氨酸要扩散到三十英尺深的深海中才不致被紫外光破坏。

再则，有人推算，米勒实验中的电火花在两天内提供的能量相当于原始地球表面四千万年所接受的能量的总合。也就是说，米勒在烧瓶中观察到的化学反应，在实际原始气层中是难于发生的。

李志航博士指出，“怪不得连从事此项研究的Brooks与Shaw两人都得承认：'这些实验宣称是无生物的合成结果，实际上却是借着有高度智慧与活生生的人精心设计而成功的。'”

坚持进化论观点的美国国家科学院在一九八四年出版的一本书内也坦诚地说道：“我们能不能有一天研究出导致生命来源的化学进化过程？这个问题可能没有答案。就算一个活细胞在实验室里制造出来，仍不能证明自然界在数十亿年前采用同样的步骤”。

另外，许多生命所需的物质都有旋光性(光通过这些物质时会被折射)。醣类都是右旋的，生物所必需的二十种氨基酸全是左旋的。但米勒等人得到的氨基酸却是右旋和左旋各占一半。由对等的左、右旋的氨基酸变成全部左旋的氨基酸，很难用随机机制来解释。

然而，米勒实验遇到的最严重挑战却是关于原始大气层的性质问题。长期以来人们认为原始大气是还原性的，没有氧气存在。由无机物合成氨基酸等的实验也是在无氧状态下进行的。如果有氧气存在，这种合成作用或者不能发生，或者分解作用超过合成作用。

近一、二十年来关于原始岩石及太空研究的资料指出，地球的大气层中不一定含有大量的甲烷、氨气等还原性气体，而且有含氧的可能性。特别值得指出的是，无人驾驶的海盗号（Viking）太空船在火星登陆后发现，火星没有生物存在，但火星却有氧化性的气层。

因此，地球的原始气层中含氧的可能性是不能排除的。虽然对于大气中含多少氧气才能完全阻止氨基酸等有机物的形成尚无定论，若地球的原始大气层中确实含有氧气的话，米勒等人的实验的意义就当完全重估了。

DNA的形成

退一步说，即使米勒等人的实验确实在原始大气中实际发生过，也就是说，假定氨基酸等能在原始大气中由无机物产生，这离生命的起源仍然还有遥远的距离。

生命有许多特点，最主要的是要有新陈代谢（metabolism）和繁衍后代（reproduction）的能力。这两种能力都来自于DNA的功能。生物的新陈代谢是由基因调控的。基因是DNA的片断。除少数原核生物（主要是植物病毒）靠RNA繁殖外，绝大部分生物都由DNA的复制进行繁殖。所以，要产生生命，首先要产生DNA（或RNA）。最简单的生物噬菌体（专门吃细菌的病毒）就主要是由一个外壳和内含的DNA分子组成的。但DNA的自然形成面临着两大难关。

DNA本身并不复杂，是由四种不同的核亘酸相联而形成的长链。复杂的是DNA分子中这几种核亘酸排列的顺序（Sequence）。DNA正是借着这四种核亘酸的不同排列顺序产生了不同的基因，并由此产生不同的蛋白质及其他生命所必须的化合物，进而发展出不同的生物性状。

正如在第一章提到的那样，这四种核亘酸在DNA分子中不同排列组合的可能性之巨大，远远超出人们的想象。然而这些巨大的排列组合的可能性中，只有一种可能性是可以产生第一个生命的。随机产生这一正确组合的可能性之小就不难明了了。

梁斐生博士曾引用过一九六七年诺贝尔化学奖获得者爱根博士（Manfred Eigen）的演讲中所说的话：“一个含有221个核亘酸的分子，其复杂程度的数学量等于这些核亘酸所能形成的不同排列的总和一共是4221（4的221次方）或者是10133（10的 133次方）”，而“10105 个这样的分子就足以充满整个宇宙！”这10133次随机组合之中，只有一次组合是可以产生第一个生命的。

这是什么意思呢？如果让这10105个分子随机组合，令组合的速率为每秒一万次（104），假设宇宙的年龄为三百亿年（1018秒），那么，从宇宙形成到现在，一共可以产生的组合方式是10127次（10105x1018x104），还不足以产生一个有正确核亘酸排列组合序列的DNA分子2!

根据美国太空总署的资料，最简单而“有生命”的蛋白质分子至少含有四百个氨基酸。也就是说，需要至少由一千二百个核亘酸组成的DNA分子使该蛋白质能够产生。人们在最简单的原核生物中看到的DNA分子，含有几千个、而不是221核亘酸。可见，无论宇宙的年龄有多长，“进化”速率有多快，单靠随机组合而产生第一个生命所必须的DNA分子的可能性几乎等于零。

其次，DNA分子形成时，需要各种霉的参与，而霉是一种蛋白质。但是，蛋白质要在DNA链上的基因的指控下才能合成。像“先有蛋还是先有鸡”的问题一样，在第一个生命产生之际是先有DNA分子呢，还是先有这种DNA形成时所必须的蛋白质（霉）呢？答案是，必须两者同时形成，缺一不可。凭机遇单是形成DNA分子已几乎无可能，更何况还要靠机遇同时形成各种霉聚合。如果一定要用进化的、随机产生的观点来解释第一个DNA分子的形成，未免太牵强了。

化石的证据

如果生命真是从无机物逐渐进化而产生，然后由简单到复杂，由低级到高级不断进化的话，化石中一定可以找到这种进化的证据。可是化石的证据对进化论的观点是非常不利的。在地质和古生物学界，把寒武纪早期（约5.7亿年前）作为“隐生宇”和“显生宇”的分界。

因为在寒武纪之前的地层几乎找不到生物的化石，而寒武纪早期，几十个门（Phylum）的动物的化石突然同时出现，被称之为“寒武纪生命大爆炸”。这是进化论无法解开的一个死结。

詹腓力博士（Dr. Phillip E. Johnson）在他的著作中指出：“化石记录问题之中使达尔文主义者最头痛的难处是'寒武纪大爆炸'（Cambrian Explosion）。大约在六亿年之前，几乎所有动物的'门'（Phylum）同时在地层中出现，完全没有达尔文主义者必须有的祖先的痕迹。正如道斯所说，'这些动物化石就好象有人故意放进去的一样，完全没有进化的历史可以追寻。'达尔文在世时还没有证据显示寒武纪之前有任何生物存在。

他在《物种起源》中承认'这现象目前仍未能解释，而且的确可以用来作为有力的证据打击我现在要讨论的观点。'达尔文又说，如果我的学说是确凿的话，'寒武纪之前的世界必定充满各种活物'” 。

但古生物学研究的结果正与达尔文所预期的相反。本世纪以来在加拿大哥伦比亚省发现的伯基斯（Burgess Shale of British Columbia）动物群，澳大利亚弗林斯德山脉发现的埃迪卡拉（Ediacarans）动物群和一九八四年在中国云南省昆明市附近的澄江县发现的澄江化石生物群，都进一步证实，在寒武纪，大量的动物门类同时突然出现，展示了地球上生命的形式的爆炸性的突变，无进化痕迹可寻。

一些古生物学家报导说，他们在古老的岩石中（被认为在三十亿年以前）找到一些原核生物（如细菌、蓝绿藻等）的化石。此类化石有时是难以分辨真假的。即使这些化石是可靠的，这些原核生物与寒武纪突然出现的复杂的真核动物之间无任何进化关系。

进化论者的一种推测是，寒武纪动物群的祖先可能是软体动物，很难形成化石。但这种推论是站不住脚的。因为，在伯基斯页岩中有很多软体动物的化石。在澄江化石群中，许多动物的软体组织如胃肠、口腔、神经等都保存完好，清晰可辨。

一九九五年四月在中国南京召开了“寒武纪生命演化大爆炸、环境和资源国际讨论会”。与会者高度评价了我国澄江化石生物群的研究成果。同时，《人民日报》（海外版）于一九九五年五月二十五日发表了纽惟恭的题为〈澄江化石生物群研究成果瞩目〉的评论文章。文中写道：“近十年来，该所（指中国科学院南京地质古生物研究所-笔者注）对澄江化石生物群进行了系统的综合性研究，采集了成千上万的珍贵化石标本，发表了许多重要论文，引起全球古生物学界的轰动。

研究表明：寒武纪生命'大爆炸'是全球生命演化史上突发性重大事件，现代生命的多样性起源于此，又经过几次重大突变演化而成。对其进行深入研究，可能对传统的进化论是个动摇。”

接着，《人民日报》（海外版）在一九九五年七月十九日又发表了另一篇署名为丁邦杰的评论文章：《向进化论挑战的澄江化石》。文章说，“十九世纪，英国科学家达尔文创立了著名的生物进化论。其中一个核心论点便是：生物物种是逐渐变异的。但是，经科学家长期研究发现距今5.3亿年的寒武纪早期，地球的生命存在形式突然出现了从单样性到多样性的飞跃。于是，'寒武纪生命大爆炸'的命题被提出来了，只是由于种种原因，在过去相当长的时间里，这一命题难以被充分认识。”

最近，《人民日报》(海外版)(一九九九年十一月五日)在头版新闻报导说，中国古生物学家在“寒武纪生命大爆发”的研究中取得重大突破：发现了地球上最古老的脊椎动物“昆明鱼”和“海口鱼”。

报导说：“寒武纪生命大爆发是地球三十八亿年生命演化历史上规模最为宏大、影响最为深远的生物创新事件，它在不到地球生命发展史1%的'瞬间'创生出了 90%以上的动物门类。”(可详见Nature杂志一九九九年十一月四日号所载的专文)

多年来，达尔文的进化论在中国被视为不容质疑的科学真理。今天这种“闯禁区”的文章能在中国最权威的报纸《人民日报》登载出来，意义深远。

这说明，一批诚实、严肃的科学家基于研究结果，已开始冲破各种思想束缚，勇敢地向不符合客观事实的权威理论挑战。我相信，这仅仅是开始。

亲爱的听众朋友们，本期节目就到这里了，感谢您的收听，我们下期同一时间再会，敬请关注！

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