實驗觀察證明了進化論?(潘柏滔)2016.03.25

Bacteria Cells with selective focus

文/潘柏滔

本文原刊於《舉目》官網天下事專欄2016.03.25

Bacteria Cells with selective focus
Bacteria Cells with selective focus

【編按】

創造論與進化論,一直是認真關心生命來源者的討論議題。《舉目》有幸獲生物學者潘柏滔教授投稿,介紹最近關於進化論研究的科學報導。

在文末,我們特別列了《舉目》之姐妹雜誌《海外校園》,一些刊登過的相關文章鏈接,作為此文之參考閱讀。

此外,《舉目》推薦讀者閱讀青年牧者董家驊之《向左走,向右走——科學和信仰到底在糾結什麼?》(http://behold.oc.org/?p=29632)。此文是從新一代的觀點,探討教會當如何回應“以科學為中心的世界觀”所帶來的信仰挑戰。

雄踞輿論界與學壇的進化論,包括三部分:(1)微進化(microevolution),(2)廣進化(macroevolution),(3)化學(或合成)進化(chemical or synthetic evolution)。

微進化是指,生物基因中的自然變異能力,經過物競天擇、適者生存的長久天演過程,在同物種之中產生了變異。如人同出一源,卻可以產生白、黃、黑等人種。這種生物變異,經常可在實驗室中的細菌觀察到。

廣進化引伸了生物的自然變異能力,認為生物在長久緩慢的天演過程中,可以產生新的基因,進而演發成為新物種,例如猿猴進化為人類。

化學進化,更將進化過程應用到“從非生物到生物”。

現今有識之士都承認,微進化具有強有力的實驗證據,廣進化和化學進化則是基於微進化的推論,缺乏系統的實驗證明。

對此,進化論學者聲稱,廣進化是經年累月的結果,自然不能在科學家有生之年作出系統的實驗證明。

近年來引起注意的、與進化論抗衡的智慧設計論,接受微進化,但批判廣進化和化學進化。智慧設計論認為,自然選擇只可以重組原有的基因資訊,並無創新作用。

 

同類實驗

2016年初的兩篇科學論文,都討論了以實驗觀察證明廣進化的數據,卻提供了兩個截然相反的結論。

圖2-Graham Bell

第一篇論文,作者為加拿大McGill大學的教授Graham Bell。他認為,廣進化已可被實驗證明(註1)。他引用最多的,是美國密西根州立大學(Michigan State Univ.)提供的數據。該大學的生物學家Richard Lenski和同仁,進行了長期進化實驗(Long Term Evolution Experiments, LTEE,註2,3)。

Richard Linski and post doc Jeff Barrick view bacteria cultures in the lab on Thursday October 15, 2009.
Richard Linski and post doc Jeff Barrick view bacteria cultures in the lab on Thursday October 15, 2009.

他們自1988年以來,用檸檬酸鹽(citrate)和低葡萄糖(glucose)的培養液,培育出大腸桿菌(E. coli) 12個相同的培養族群。每天以1對100的比例稀釋培養液,使這些族群不斷增長,從而觀察它們如何隨時間變化。

本來,在有氧的情況下,大腸桿菌是沒有能力代謝檸檬酸鹽的。然而Lenski的團隊發現,一些細菌(citT)突變體,在有氧條件下,可以利用檸檬酸鹽作為營養來源。

他們表示:這支持了廣進化,顯示了一個新基因和新物種出現的過程。

他們認為,citT代謝檸檬酸大腸桿菌的基因是“增效的突變”,即在突變發生當時,沒有給細菌提供明顯的生存優勢,卻為將來適應遺傳變化舖了路。雖然經過緩慢積累的十多年的延遲才被發現,但其存在,代表了新基因和新物種的開始。

愛達荷大學(Univ. of Idaho)的Scott Minnich博士及同仁(註4),重複了LTEE實騐。但不同的是,讓細菌經過一個星期的生長和繁殖之後,才稀釋培養液。

圖4-scott minnich university of idaho

他們發現,citT突變體出現快得多:早了63天。

在另一個實驗中,研究員以檸檬酸鹽為唯一的養料,放入幾種大腸桿菌,以期獲得可代謝檸檬酸鹽細菌的citT突變體。在此條件下,citT突變體出現得更早。不過,卻沒有發現LTEE所提出的基因“增效的突變”。

 

不同結論

Lenski和Minnich都認同:沒有經過突變的野生型的大腸桿菌,不能在有氧的情況下代謝檸檬酸鹽。

大腸桿菌基因組包括檸檬酸鹽轉運體(citrate transporter,用來將檸檬酸鹽從細胞外轉運到細胞內),但該編碼轉運的基因,通常僅在缺氧條件下被表達應用。

在citT突變體的基因中,檸檬酸鹽轉運體基因被融合到啟動子(promoter:如汽車的啟動匙一樣可啟動基因的功能)中了,啟動子可以在有氧條件下活躍,使得細菌能夠導入檸檬酸鹽作為能源。這稱為啟動子捕獲(promoter capture)。

雖然以上實騐,數據大同小異,但實驗者的結論卻迥然不同。

支持進化論的Lenksi認為,他們的LTEE數據是在實驗中“重播”廣進化演變。citT突變體細菌,在積累了十多年的延遲族群中發現,卻不存在於較早的族群中,這支持了廣進化的“新基因和新物種”,即支持了廣進化。

批判進化論的Minnich卻認為,LTEE的citT突變體細菌的延遅出現,是因為Lenski的實騐設計阻止了其出現。(參https://www.youtube.com/watch?v=tm-Ukz72AdA。編註)

若細菌在未被稀釋的培養液中繼續增長,有更多的時間適應檸檬酸鹽飼料,或是只供應檸檬酸鹽作為養料, citT突變體可能更早出現。所以,citT突變體的出現,代表微生物的適應能力。

細菌可以重組原有的基因資訊,卻並無創新作用。LTEE還沒有產生新的遺傳資訊,即產生具有新功能的基因,以證實廣進化。

渥太華大學(Univ. of Ottawa)一位未參與該項目的細菌進化研究員Kassen評論:

“這些新的實驗告訴我們,實際上這些細菌(citT 突變體)可以更容易進化,超過我們的預料……對我來說,這表明,如果我們要得出一個物種在很長一段時間進化的推論,我們必須非常小心地調整實驗的環境生態。”

加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)著名的微生物遺傳學家John Roth 和 Sophie Maisnier-Patin也說:“citT 突變體的延遅出現,不一定源於‘增效的突變’,而是基於不容易被傳承的自然選擇的結果。”

圖5-John Roth

 

明辨事實

上述的數據顯示:微進化是自然選擇引發物種變異,這已被細菌實驗証明。然而自然選擇引發新的基因功能,卻未被實驗証明。很可能是細菌重組既有基因功能,以適應新環境,並卻不支持廣進化(註5)。

在科學論壇上,這種對相同數據,卻評估有極大分別的的例子,屢見不鮮。

科學家如普通人一樣,都可能先入為主,用主觀的立場來解釋客觀的數據。

有識之士應明辯:科學具有主觀和客觀的因素,非專業人士也應成為監察科學家的評論員,盡可能地瞭解亊實,明察秋毫,在眾說紛紜的多元社會中,做出明智的抉擇。

圖6-談妮攝-DSC_0260 (2).R30

註:

1.http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/royprsb/283/1822/20152547.full.pdf.

2.http://www.pnas.org/content/105/23/7899.full.pdf.

3.http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/44787/title/Constant-Evolution/.

4.http://jb.asm.org/content/early/2016/01/28/JB.00831-15.long.

5.http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/45423/title/Similar-Data–Different-Conclusions/.

 

作者來自香港,獲生物學博士和神學碩士學位。

參考文章:

当设计成为禁忌——评上帝之手事件http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=403119951&idx=1&sn=ea1bb019c9cc61690fd1b737e66ff4c5#rd

 

达尔文进化论最大的难点是什么?http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=206927342&idx=1&sn=80d54e35323250c7e0e6beb784fc0d7d#rd

 

科学难解爱的起源之谜http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=207310561&idx=1&sn=c9bc6c1f506a02deae609ad0fa90dc1d#rd

 

进化论面临的困境http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=400407500&idx=1&sn=4fc3c5fc734f9a4df68b913736cc5db2#rd

 

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从上帝之手争议看科学与信仰的对垒http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=402850304&idx=1&sn=42ef114d0adf2a662bcbe23b5573fd46#rd

 

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