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生物化學與生命的起源
在物質科學與生命科學的交界處,有生物化學。研究原先地球上生命系統的起源,又帶進地球科學,因此,生命起源問題的確是個跨越各種學科的題目。但是,這方面實驗室的研究使用化學與物理技術,因為它必須至少從無機物質及能開始。
那認為生物可以從非生物的材料出現的自然發生信念,自古就有。希臘哲學家亞里斯多德相信生命自然發生,如同多數古代的哲學家一樣。直到十九世紀末葉,人一直這樣相信。但是,最後,借著一連串有計畫的實驗,那位偉大的創造論的化學家及生物學家巴斯德(Louis Pasteur)一次永遠證明了並無自然發生這回事。『生源說』(Biogenesis--生命只能得自生命)成了生物學主導的學理。進化論生物學家不能長久接受這樣的創造論者的立場,殷勤地尋求其它方式,去解釋生命自然發生。若複雜的生物如老鼠,蛆,(甚或細菌)不是在現今時代從非生物的物質進化而來,那麼或者一些十分簡單的某種原始細胞,是在上一世代中出現的。結果,有了許多理論與實驗的研究,要發現這種想象中的戲在原始世界中是如何演出的。
過去半世紀中最廣為接受的觀念,是蘇聯共產黨化學家奧巴林(O. A. Oparin )的理論。他在1938年發表的『自然發生說』(abiogenesis)中說,那最初的生命形式,是在一個假設的『縮小原生大氣』(reducing, primeval atmosphere--無 氧的原始空氣)之下藉放電反應,出現在複雜原始的化學湯中。注四那在1953 年發表的出名的『米勒實驗』(Stanley Miller experiment)據說證明了,這的確可以發生,並且,自此之後,這就成了教科書中論到生命發生的標準說法。米勒實驗利用一套實驗室器械,使一種加熱的混合氣,重複經過一個放電冕。每一循環製造出少量含有氨基酸與其它化學品的液體,由器械底端的口收集。用了一周時間才收聚到有意義的數量,但是,因為氨基酸是蛋白質的構成分子,這項成就就被廣為宣傳至少是奧巴林生命原始自然發生理論之可能性的證明。
米勒必須有一個收集器,加上在原始大氣中沒有這種器械保護氨基酸不立刻為假設製造它的同一個電流分解,這在教科書的討論中都有系統的被忽略。同樣的也未討論:少數簡單的氨基酸,比起最簡單的蛋白質,簡單得不足為道,並且,那最簡單的生物系統,原生動物,也是由許多有高度組織,具有特別功能的酵素,以及其它許多複雜形式的蛋白質所構成。
近幾年來,活細胞中資料密碼系統的性質,那集中在雙螺旋結構的DNA分子,及其附屬系統,已經至少藉研究顯明。那遺傳密碼的極端複雜已開始為人所重視。既然,甚至那最簡單的生物必須靠賴這個系統,任何假設的進化論生命起源必須要求這整個系統從那假設的原生湯中藉自然過程發展出來,而這項發展似乎毫無可能性。美國在這方面的一位頂尖人物曾作結論說:『我們甚至還不能了解遺傳密碼起源的一般情況,....遺傳密碼起源,是生命起源中使人最困惑的一面。或者在我們能有任何實質的進展之前,必須先有一次觀念或實驗上的突破。』注五目前,生物內的遺傳資料本身,是由父母的遺傳密碼所決定,並且,無其它辦法代替。但是,那整個過程又是如何開始的呢?那唯一可以信賴的答案是由於創造!
還有許多其它生物方面的東西,顯得無法用機會去解釋。一個最令人困惑的事是生物中的氨基酸,都是左旋(left-handed orientation), 而在非生物中,這些 氨基酸在光學活性上,左旋與右旋的情形相等。這種奇特的系統如何演化出來,尚沒有得到任何解釋。『自巴斯德以來,生物系統中光學活性的起源引起了極高的興趣。兩個十分不同的問題必須回答。第一,為何在蛋白質中的一切氨基酸, 或核酸中的所有核甘( nucleotides), 其旋光的方向相同?第二,為何氨基酸都是左旋,核甘都是右旋?對這兩個問題,我們都沒有答案。』注六當生物死去時,其氨基酸逐漸失去其光學活性(racemize),那就是說,它們逐漸從左旋的情形衰變,直到其左右旋的分子數目相等,如非生物中的氨基酸的情形一樣。當然,米勒實驗室中製造出的氨基酸已經失去其光學活性。但問題是,活生物如何只有左旋的氨基酸,而想象中它們無機的祖先及它們衰變的子孫,卻都有相等數目的左旋及右旋的氨基酸呢?仍然那唯一的答案,似乎是,它們必然是特別那樣創造的。
即使是那想象中最簡單,自我複製的蛋白質分子,若真有,也必然是複雜到人難以置信的程度,才能有密碼,及引導其自我在其周圍的『湯』的構成材料中自我複製。從前持懷疑態度的科學家,何義爾爵士,當他設法計算這種偶然聚合的或然率時,受衝擊成了一個創造論者。『那生化進化可能在地上發生,何等寶貴的稀少!人若計算使酵素髮生時氨基酸試驗性聚合的次數,依任意排列的機率,少於10的 40000方分之一。』注七這個數目如此之小,可以說等於零。那就是說,沒有偶然發生的機會。信息科學家郭雷(Marcel Golay)作過一次類似的計算。依照郭雷的計算,這樣的系統,需要1500個連續發生二分之一成功機會的偶然事件。這樣,任何一聯串成功發生的 1500個機會事件所能製造出最簡單生命的機率是:
(1/2)的1500次方=10的450次方之1。
假設這個宇宙的年齡是三萬億年,或10的20次方秒,又假設這個宇宙的半徑為 50億光年,這樣,其所能含有電子大小的粒子最大量為10的130次方。更假設每個粒子每秒能參與事件行動的次數為10的20次方,那麼,宇宙整個歷史中所能發生事件的總數是:
10的20次方 x 10的130次方 x 10的20次方 = 10的170次方
1500連串事件的最大數量為: 10的170次方÷10的3次方 = 10的167次方
這樣,任何一個所需要的1500連續事件成為製造生命唯一連續事件的或然率為: 10的167次方÷10的450次方=10的283次方分之1=0(因小於10的170方分之1)
那最簡單的想象中的複製系統能從非生命化學物品自然形成的機會,即使給予最寬厚的條件,也實際上是零。生命只能得自生命。 這項計算的結果是,何義爾爵士及克瑞克博士(Dr. Frances Crick-DNA分子結構發現人之一)並其它的人,都覺得,必須推論說,生命必然先發生在宇宙的其它地方,再傳到地球來,因為它不可能在地上形成。因為如在第五章中所述,在地球外尚沒有任何有生命的證據,當然這隻不過是絕望中的避難所。其實,許多研究已經顯明,支持生命的必要條件,在宇宙中必定十分稀少,最多也只能『進化』成功一次。『科幻小說的吸引力已經證實,在大多數人心深處都深信,宇宙構造若是有進化成人的機會,那個機會也必然會實現。不管這項信念的根據是甚麼,但清楚地必然在科學的領域之外。』注八
擺脫這種對生命起源愚昧虛妄的臆測,轉入那肯定,清楚,上帝合理的話,是人所喜歡的。那唯一產生生命的辦法是生命繁衍出生命。地上最先的生命,必然來自天上的活上帝。聖經說,創造周的第五日,『神就造出大魚和水中所滋生各樣有生命的動物,各從其類;又造出各樣飛鳥,各從其類。神看著是好的。』創 1:21
這是上帝第二個創造行動,第一個是創1:1節所記載,創造空間-物質-時間的宇宙。先創造的實體是物質,在此創造的實體是生物的,是『動物』(希伯來文為nephesh, 通常譯為『生靈』,『魂』,或『生命』)。那形容詞『有生命的』(希伯來文chay)在此顯然是與二十節中的『動物』中的『動』字同義,強調這些活物乃是動物。
這樣,在聖經中,『生命』需要一個特別的創造行動。因此,那無生命的化學物質要進化成為動物,乃是完全不可能的。無怪乎生化學家發現他們在實驗室中製造生命的企圖全屬徒然。
那有知覺生命的實體,那由『生氣』維持的生命創2:7,並肉體的生命,就是血創9:4,乃是一項特別的創造,完全不能與物理與化學現象相比。但在另一方面,植物,從此一意義說,並不具與生命。它們不能動(雖然生長),不呼吸(雖然有蒸散作用)它們沒有血(雖然借著根的系統從水與養分獲得營養)並且,最重要的,它們缺乏知覺的生命。它們是十分複雜的化學系統,有程序可以藉DNA分子的遺傳密碼,複製自己,但是,依聖經的意義說,它們不是活的。依聖經的意義說,也不能死。它們受造,是為了不斷補充人與動物的食物供給。『神說:看哪,我將遍地上一切結種子的菜蔬和一切樹上所結有核的果子全賜給你們作食物。至於地上的走獸和空中的飛鳥,並各樣爬在地上有生命的物,我將青草賜給它們作食物。事就這樣成了。』創 1:29-30 植物與動物一般的區別是夠清楚的,至少在較高級的動物是如此。但是精確的界線難於界定,尚需要進一步研究。無論情形如何,聖經確將它們加以區別。植物是用地上的塵土形成的,不具有nephesh生命,而動物所有的nephesh則是特別創造的。動物的身體與植物的身體,在許多方面相類似,都由相同的化學物品構成,並都有DNA分子生殖發育的遺傳密碼。雖然相似,當然,動物的身體卻遠比植物的身體複雜得多。但是,那在本質上真正的區別,是那受造的 nephesh(生命或魂)我們可以確定說,那有知覺的動物生命,不僅不是從無生命的化學物質進化而來,也不可能從無生命的化學物質進化而來。它們是兩個不同領域的實體。
而且,如我們所已經明白的,雖然所有生物都由同樣的化學元素,地上的塵土,所構成,但即使那最簡單的單細胞細菌的身體,其複雜性也不可能由偶然所組成,或由任何已知的自然過程所造成。
不僅生命的起源是個生化過程,生命的繁殖也是。那奇妙的繁殖與胚胎生長過程,人還不能完全明白,只是知道部分集中在那奇妙的DNA分子雙螺旋結構,及其中的遺傳資料程序。那雙螺旋結構作為樣板,胚胎的身體就一個細胞,一個細胞,一步一步,建造在其上及其周圍。
這項過程,許久之前,大衛就在詩篇139篇中美麗的,用詩描繪了出來:『我的肺腑是你所造的;我在母腹中,你已覆庇我。我要稱謝你,因我受造,奇妙可畏;你的作為奇妙,這是我心深知道的。我在暗中受造,在地的深處被聯絡;那時,我的形體並不向你隱藏。我未成形的體質,你的眼早已看見了;你所定的日子,我尚未度一日(或譯:我被造的肢體尚未有其一),你都寫在你的冊上了。』詩 139:13-16 要能充分鑒賞這段經文,我們必須更仔細看幾個關鍵詞。第十三節中的『肺腑』二字,在舊約聖經中,通常用為指一般內臟,尤其指人感情深處。『覆庇』(希伯來文sakak), 意為周圍纏繞包裹,給與保護。它的意思不僅傳達了保護子宮中軟弱的胎兒,並且看顧胎兒每一階段的發育,提供一個安全,互相連鎖的模板,供其在力量與複雜上逐漸成長。
十四節中的『受造奇妙可畏』,原文為一個字,希伯來文palah, 意為特別創造。那就是說,上帝已設計了一個奇妙的生殖系統,雖然各人的基本過程與模式(如DNA分子)都相同,但遺傳系統的結構,卻使各人都成為一個獨特的人。一位著名的遺傳學家曾經計算,只在一對夫婦的遺傳基因中,就能容許10的2017次方個不同的兒女誕生,沒有相同遺傳因子的攣生兒女。這個數目大到不可思議。要將這麼多的人塞進去,這個宇宙需要擴張萬億倍。無怪乎詩人說,各人受造特別而奇妙。這段經文又講到『我的形體』(希伯來文ostem),多半指骨的結構。在人眼不能見到之前,甚至在男女的生殖細胞未結合成孕之前,上帝已經看見我未來的身體;不僅是預言性的先見,而是所有的碳,鈣,氧,及其它要借著祂所創造的DNA程序結合在一起,以形成整個人體的其它原素的每一個原子。
這項過程一項最奇妙的一面是在那複雜的DNA分子雙螺旋結構中基因的模板行動。它將子宮所得到的一切需要的原子結合起來,並領導它們形成發育中身體的各部分。這如同一塊美麗的絲的刺繡,按設計圖樣,一針一針綉出榮美的色彩。這段經文中所用『被聯絡』一詞,希伯來原文只是一個字raqam, 其意即為刺繡。那『地的深處』說法,是個謎。這種說法在舊約聖經中其它地方中出現過八次。在所有這些出現的地方,其上下文都清楚指出,它是指地球內部的一個大坑。它如何用在胎兒在子宮裡被聯結成形的事上呢? 大多數注經家解釋說,地心深坑的完全黑暗,比譬為子宮內完全的黑暗與安全。但是,另一種可能的解釋,更符合這節經文實際的文字。那就是,雖然,那活的胎兒正在子宮裡綉成,那一點一點加上去的元素,原先都是得自地的深處。還有那儲存在DNA中的資料,是一代代從挪亞,並最終從亞當,夏娃傳下來。在大衛寫這篇詩時,他所有的祖先都已下到坑中,但是他們的遺傳因子,仍然影響著那甚至還沒有出生的地上的子孫。
這樣,上帝已經見到在各階段中發育的胎兒,甚至在其成胎之前。那『我未成形的體質』在原文也是一個字(希伯來文golem), 意為『一團未成形的東西』,清楚地指胎兒。甚至他的『日子』已先寫在上帝的冊子上,這『日子』也可譯為『肢體』。那發育中的胎兒誠然含有身體未發育成形的所有肢體。這篇詩說,即使人的日子,也為上帝預先計畫,並以一種神秘的方式,用遺傳系統的密碼,安置在生物時鐘之內。它說,它們預先即已形成,這『形成』一詞的原文yatsar, 與創2:7節 『上帝用地上的塵土造人』的『造』字,是同一個字。雖然這篇詩是用詩的崇高語言寫的,但仍然與科學所知的上帝所定繁殖人類的奇妙生化過程的知識相吻合。上帝先造物質(混沌中的地球),再造地上的塵土,(基本元素),然後用這些原素形成人的身體(及其它各種物體),並最後在身體內建立生殖系統及遺傳密碼,使其可無限繁殖,直到人遍滿地面。這最重要的生化過程,人還不能完全明白,甚至未給與該有的重視。但是它是『天上地上的各家,都是從祂得名』弗 3:15的我們天父之能力,智能,慈愛的奇妙證據。
"Concept of Energy in Mechanics, " Scientific Monthly(Oct 1957), p.188
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注一:R. B. Lindsay,
注二:P. W. Bridgman, "Reflections on Thermodynamics, " American Scientist(Oct 1953), p.549
注三: Eugene Ayres and Charles A. Scarlott, Energy Sources(New York: McGraw-Hill, 1952). p. 186.
注四:近代研究已經顯明,原生大氣,不可能是無氧的縮小原生大氣。
注五:Leslie Orgel, "Darwinism at the Very Beginning of Life, " New Scientist 94(Apr 15, 1982): 151.
注六:同上.
注七:Fred Hoyle and Chandra Wickramasinghe, "Where Microbes Boldly Went," New Scientist 91 (1981): 412-15, 參見這兩位作者合著另一本書 Evolution in Space (New York: Simon & Schuster, 1982).
注八:William G. Pollard, "The Prevalence of Earthlike Planets, " American Scientist 67(Nov-Dec, 1979): 659. |
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