實驗觀察證明了進化論?(潘柏滔)2016.03.25

文/潘柏滔

本文原刊於《舉目》官網天下事專欄2016.03.25

【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。

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)。

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。

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。”

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。

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

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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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