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2.生物化学的见证

生化物质的来源。一般进化论者认为生命的起源是从化学的进化开始的。化学进化要求一系列自发的化学反应,将由几个原子组成的简单分子转变成为由成千上万个原子组成的庞大化合物。这些化合物按照下列步骤组成简单的细胞:1)如氨基酸和单核苷酸之类的生物单体的合成;(2)这些建筑材料式的分子浓缩成如蛋白质和核酸之类的聚合物;(3)生物高分子自动组合成核糖体和细胞膜之类的超分子综合体;(4)这些综合体组合成为细胞器,如细胞核、内质网和线粒体;(5)由这些细胞器聚合成单细胞。

 

本文的篇幅不允许详细讨论这些过程。本文的宗旨仅根据目前对活细胞工作机理的认识,来看看上述步骤是否合理。

 

大量的科学观察确认:要进行自动的反应,必须有两个过程发生:第一,反应的物质要失去所谓的自由能量,达到较低的能量状态;第二,除个别情况外,这些低能物质比原来的反应物质更加无序。凡不符合上述自发要求的反应,只有在消耗能量的情况下被动地发生。未经有意识的指导和能量输入而发生的过程,总是会导致自由能较低、更加简单、信息量更少、和更高或然性的状态。这条原理通常称为第二热力定律。

 

氨基酸被认为是生物的基本建筑材料。它们是由碳、氢、氧、氮、有时还有硫按照准确的比例和精密的顺序排列而成。当它们以长链状和适宜的程式化合在一起时,就形成了蛋白质。

 

氨基酸在自然界中不会自动产生。也没有证据证明,在现在地球的环境下可以由其基本成分中自然形成。(在一些陨石中发现一些简单氨基酸的细微痕迹[克罗宁和摩尔,1976]。)因此,化学进化的支持者们被迫去寻找能在假想的原始条件下产生氨基酸的合理机制。生物所需的20种氨基酸中大约有18种可以在低氧高能的含氢状态下,通过若干方法,将甲烷(含碳和氢)、氨水(含氮和氢)和水(含氢和氧)混合来合成。在实验室状态下,采用放电、各种辐射、高温和高压,作为加强能量的媒介,取得了一点成功(雷蒙,1970年;劳利斯与伯因顿,1973年;爱瓦尔德与施罗得斯基,1976年)。在这些试验中所产生的氨基酸的数量极微,只占原来碳化合物的百分之一不到。这些步骤都要求采取相当复杂的措施,将氨基酸从形成它们的反应系统中转移出来,防止它们接下去被能量源所破坏。(米勒与乌雷,1959年)。

 

氨基酸的合成既然需要高度专业化的实验室条件,就很难设想原始地球的环境会提供适宜的能量和充足的反应物质。火山的热量、闪电时的放电、放射性元素和紫外线的辐射都是可能的能源;但越来越多的证据表明地球的大气层一直都含有充足的氧,而不是合成氨基酸的低氧大气中所需要的氢(海沃尔与斯诺,1974年;瓦尔顿,1976年)。氨基酸和其他与生物有关的分子在遇到氧时会很快分解。另外,缺氧的大气层没有起保护作用的高空臭氧层,来阻止迅速破坏有机化合物的紫外线辐射。

 

那种认为先合成氨基酸,再导致活细胞形成的看法还有其他的难题。氨基酸有四种结构形式。这种特性称为立体化学。其中的两种形式象人的左手和右手。十分相象但象镜中的影像一样完全相反。这两种形式称为D式和L式,在实验室中合成的数量大致是相等的。生物的蛋白质所含的20种不同的氨基酸几乎都是L式的。如果生物是自发进化的,所产生的氨基酸有一半会是D式的,为什么在生物身上D式氨基酸不一样多呢?

 

   除了D式和L式以外,蛋白质中一般不含模拟原始地球的实验中所产生的,有时数量很多的其他氨基酸(劳列斯与伯因顿,1973年)。人们会问,为什么这些氨基酸没有参与蛋白质的形成,至少在某些生物身上呢?

 

至于那种先合成作为多糖、类脂物和核酸等建筑材料的单糖、脂肪酸和含氮碱的说法,同样也有难题。这些物质没有一样能在含氧条件下先行合成;而且单糖形成的几种结构形式,数量也是均等的,但只有一种见诸于生物。

 

可以确证;一个有智慧的人,运用一些复杂而精致的设备,在所谓原始地球的条件下,能够合成少数简单的化合物。但这不能反证简单的化合物,只要有足够的时间,就能自发地组合成一个人。

 

生命自动进化的观点不仅要弄清氨基酸和单糖等被称为生物单体的基本构造单位,,而且要弄清这些材料是任何组合成更加复杂的、更具特色的分子,就是生物聚合体。把这些分子组合起来的过程称为聚合。例如,氨基酸或单核苷酸分别聚合成的蛋白质和核酸。加尔文(1969年,155-157页)和基施(1972年,17页)曾探讨了这些反应自动产生的一些问题。首先,人们需要考虑到将生物单体(基本单位)聚合为庞大的聚合体(复杂分子)的过程,涉及脱水反应。其次,生物单体的组合必须是非常精确的;它们的生物活动需要合适的程序。

 

脱水反应需要能量;关于这种能量的来源,有好几种说法。在福克斯及其同事所做的实验中(福克斯,1965年),把干燥的氨基酸混合物加热到175°C,产生一种类似蛋白质的物质,叫做类蛋白。类蛋白的形成需要有高浓度的氨基酸。它不能在有水的情况下产生,因为水是反应的产物。要完成聚合,必须被去掉水。在有水的情况下,聚合体极易解降为单体。很难想象这么多的氨基酸会聚集在原始地球表面的某些极为干燥的地点(如火山)。因为据认为当时地球大部分被海洋所覆盖。

 

上述米勒和乌雷所做的试验(1959年),假定氨基酸是在一个有水的媒介中形成的。有人试图用氨腈这样的去水分子在有水的环境中复制氨基酸(斯坦曼等,1964年)。这种方法在最佳状态下也只能联接四个氨基酸,而蛋白质在一个链中可含有几百个氨基酸。

 

更严重的问题是蛋白质中氨基酸的线状排序。有用的蛋白质并不是20种氨基酸无序的聚合体。有许多化学功能对于细胞的生命是至关重要的。每一个功能都要求在蛋白质中氨基酸特殊的排序,使该功能在细胞中得以发挥。某种蛋白质可以充当酶,或生物催化剂。每一个活细胞所进行的许多的化学反应都需要它,而且每一种反应通常均需要一种不同的、特殊的酶。蛋白质也能充当腱和韧带中胶原的结构材料。有的蛋白质如血红蛋白参与运输工作,把氧从肺输送到体内组织。有的蛋白质可能是一种抗体,提供抗感染的特殊保护机理。充当化学信使从事机体调节的激素,在性质上也是蛋白质。有些蛋白质用来储存主要的氨基酸。其他如肌动蛋白具有收缩的能力,是肌肉运动所需要的。所有这些不同的功能都取决于构成蛋白质的20种氨基酸极其特殊的数量和排列,就象写作时能用26个字母拼写出单词、句子、段落和篇章。

 

我们只需想一想基因错乱产生的镰状细胞贫血症,就能明白蛋白质中的氨基酸排列精确的重要性了。这种疾病影响了红细胞中的输氧蛋白质——血红蛋白。血红蛋白有四个氨基酸链,其中两组各有141个氨基酸,另外两组各有46个氨基酸。镰状细胞贫血症是两组较长的链上第六位中的缬氨酸被换成了谷氨酸。当然不是所有蛋白质中的氨基酸被替换,后果都会如此严重,但有的则更加严重。蛋白质中氨基酸的正确排列对于生物机体的活动和功能是极其重要的。

 

怀特等(1968年,第141页)曾讨论了任意存在的氨基酸能否自动正确排列的问题。假如一种排列方式只含有20个不同的氨基酸,而每种氨基酸只出现一次的话,就可以有2 x 10182后边180)种排列形式。一种含有288个氨基酸单元的蛋白质,只要使用12种氨基酸,就有103001后边3000)种可能的组合形式。如果这些组合中每一种只有一个分子在地球上存在,总量就达到10280,然而地球物质的总量,包括无机物质在内,仅1027而已。

 

在上述福克斯实验的条件下所形成的类蛋白质具有随机的氨基酸程序。尽管其中一种有可能产生具有功能的蛋白质所需的程序排,但自发产生某种细胞,哪怕是少数几种蛋白质的可能性是极其小的。根据逻辑,人们应当考虑其他的解释。许多作者都强调自发形成生命是不可能的(伊登,1967年;赫尔,1960年;索饵兹伯里,1969,1971年;舒茨伯格堡,1967年)。

 

活细胞另一种较大的分子是核酸。核酸,特别是DNA(脱氧核糖核酸),其分子含有指导细胞运作所需的一切蛋白质合成的信息。DNA中单核苷酸的程序是自然中主导性的密码,一旦被活细胞所破译,就能控制蛋白质中氨基酸的排序。这种密码或其翻译有错均会导致无用蛋白质的形成。此外,DNA为自身的复制提供了模板,制造出相同的DNA分子,在细胞分裂的过程中从一个细胞转移到另一个细胞。这种复制和翻译的过程一样,必须准确无误地进行,为使生命延续下来。DNA分子也含有各种控制机理的密码,调节在细胞中发生各种生化反应的数量和程式。显然,DNA分子中所含的信息是非常特殊和复杂的(诺伊菲尔德,1974a)。

 

核酸自动合成的问题比蛋白质更加困难,因为在它的三个主要成分,即嘌呤,嘧啶碱和戊糖之间必须形成特殊的键。这三种成分正确组合起来,才会形成了单核苷酸,即核酸的建筑材料。迄今为止还没有任何人试图在假定未有生命以前的条件下生产核酸,这足以说明核酸形成的困难。

 

活细胞的结构是十分有序的。细胞的内外两侧都有膜,有选择地只允许一部分化合物通过,而阻止另一些化合物通过。有些内膜的作用是把蛋白质固定在特殊的三维排列状态,以满足维持生命中许多反应过程的需要。一个很好的例子就是线粒体,即细胞中有时被人们称为“发电站”的小细胞器。其中各种酶之间需要非常特殊的关系,以便把电子从氧基层中转移出来,并合成高能量的分子。这种高度复杂性进一步限制了随机过程达到组织水平的模式。

 

  当估计生命所需的基本分子的自发起源的可能性时,人们必须承认目前尚未发现或推测出合理的机理来。在假定生物产生前的状态下所做的实验还未能制造出生物系统所需的所有基本建筑材料。已经制造出来的物质,即使在最佳状态下,产量也是极低的。对于生物系统中氨基酸、糖和其他分子的立体化学特性或结构,尚无令人满意的解释。还没有一种理论可以满意地解释蛋白质里的氨基酸、核酸里的核苷酸非常特殊的结构,以及DNA遗传密码的起源。

即使所有的基本建筑材料都能够合成,它们仍无法自动组合成为生物中有活力的次细胞结构。正如莫诺得(1971年著,95-113页)所指出的,生命有赖于极高水平的组织和特性。生物要正常地发挥功能,组织内就当有精确的控制和调节机理。化学系统不会自动组织起来。它们倾向于随机化。所以要对生命起源作理性的探索,就当考虑放弃生物化学进化的理论。

 

活细胞的起源。——上面提到在化学和生化水平上生命自然形成的学说有着难以逾越的障碍。那么,一个简单而能充分发挥作用的细胞能自然形成,这就更不可思议了。所有的生物学家都一致认定细胞是独立生命体最简单的形式。虽然偶尔有人提出相反的意见,生理学家、生化学家、或分子生物学家从来就没有尝试过用众多已知组分合成一个有功能的细胞。一些认真考虑过这个问题的人承认,根据现有的知识,要取得成功即使不是不可能,也是极为困难的(波拉德,1965年)。我们可以说,现有的事实不能提供一个根据,可以假设细胞在地球上能自动生成(格林与歌德伯格,1967年,407页)。

 

多细胞生物的起源。——当我们探讨多细胞生物时,不论是植物或是动物,我们会发现另一个复杂的天地。通常组合成组织和器官的高度分工的细胞,在相互作用着。控制生物的发育和成长就更复杂了,如通过内分泌、神经和其他因素来调节正常的功能。任何不抱偏见的生理学者都会信服人们迄今在研究每一种细胞时所发现精心设计的无数证据。用出于智能的设计来解释基于一般生理特征的进化假想,要比用随机和竞争来解释更合理些。虽然我们常常提到眼睛作为智能设计的证据,但神经生理学家发现,我们对大脑,特别是人脑组织的复杂性,以及人脑与生俱来的诸多功能和控制机理的复杂设计知之甚少(埃克里斯,1972年)。当基督徒看到自己的思维,以及思维所控制的人体,从现代解剖学、生理学和生化学的角度所揭示的无比复杂性时,他一定会和大卫同说:“我受造奇妙可畏,祢的作为奇妙。(诗139:14

 

生物和非生物之间的明显区别使中世纪甚至更早些的科学家们认为所有生物都有一种生命力,使之具备与非生物不同的特征。保守的基督徒至今仍认为《创世记》2:7“耶和华上帝用地上的尘土造人,将生气吹在他鼻孔里,是指人类和其他生物拥有某种特质使之区别于非生物。另一方面,现代细胞和生物生理学的发展是以下面的看法为依据的:生物的功能可以用物理和化学的定律来解释,是这些定律发挥作用非常复杂的表现。

 

  但是许多生理和发育的现象无法用生物化学进行充分的解释,例如大脑的活动和思维的性质(斯登特,1968年;波拉尼,1968年)。无法解释这些现象或许表明生物化学现有发展水平的不足,但不能说明有一种活跃的非物质成分存在于分子结构之外。生物机体十分复杂,要充分解释所有这些功能,特别是处于意识层面的,已超过了受造心智的能力。

鉴于在自然过程中所显示的定律不是物质固有特性的表现,而是上帝旨意和创造大能的持续表达,所有层次的生物都应被视为上帝能力的彰显(怀爱伦,1904年,1905年)。那些接受圣经启示的人不会纠缠于无法解决的难题,试图解释活细胞和生物机体的起源。他们知道科学的发现只是揭示了上帝在创造时所定律法的运作,启发了对于上帝性质和旨意的令人兴奋的认识。


□ 本书版权所有---SDA圣经注释 译 吴涤申

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