实验观察证明了进化论?(潘柏滔)2016.03.25

文/潘柏滔

本文原刊于《举目》官网天下事专栏2016.03.25

【编按】

创造论与进化论,一直是认真关心生命来源者的讨论议题。《举目》有幸获生物学者潘柏滔教授投稿,介绍最近关于进化论研究的科学报导。

在文末,我们特别列了《举目》之姐妹杂志《海外校园》,一些刊登过的相关文章链接,作为此文之参考阅读。

此外,《举目》推荐读者阅读青年牧者董家骅之《向左走,向右走——科学和信仰到底在纠结什么?》(http://behold.oc.org/?p=29632)。此文是从新一代的观点,探讨教会当如何回应“以科学为中心的世界观”所带来的信仰挑战。

雄踞舆论界与学坛的进化论,包括三部分:(1)微进化(microevolution),(2)广进化(macroevolution),(3)化学(或合成)进化(chemical or synthetic evolution)。

微进化是指,生物基因中的自然变异能力,经过物竞天择、适者生存的长久天演过程,在同物种之中产生了变异。如人同出一源,却可以产生白、黄、黑等人种。这种生物变异,经常可在实验室中的细菌观察到。

广进化引伸了生物的自然变异能力,认为生物在长久缓慢的天演过程中,可以产生新的基因,进而演发成为新物种,例如猿猴进化为人类。

化学进化,更将进化过程应用到“从非生物到生物”。

现今有识之士都承认,微进化具有强有力的实验证据,广进化和化学进化则是基于微进化的推论,缺乏系统的实验证明。

对此,进化论学者声称,广进化是经年累月的结果,自然不能在科学家有生之年作出系统的实验证明。

近年来引起注意的、与进化论抗衡的智慧设计论,接受微进化,但批判广进化和化学进化。智慧设计论认为,自然选择只可以重组原有的基因资讯,并无创新作用。

同类实验

2016年初的两篇科学论文,都讨论了以实验观察证明广进化的数据,却提供了两个截然相反的结论。

第一篇论文,作者为加拿大McGill大学的教授Graham Bell。他认为,广进化已可被实验证明(注1)。他引用最多的,是美国密西根州立大学(Michigan State Univ.)提供的数据。该大学的生物学家Richard Lenski和同仁,进行了长期进化实验(Long Term Evolution Experiments, LTEE,注2,3)。

他们自1988年以来,用柠檬酸盐(citrate)和低葡萄糖(glucose)的培养液,培育出大肠杆菌(E. coli) 12个相同的培养族群。每天以1对100的比例稀释培养液,使这些族群不断增长,从而观察它们如何随时间变化。

本来,在有氧的情况下,大肠杆菌是没有能力代谢柠檬酸盐的。然而Lenski的团队发现,一些细菌(citT)突变体,在有氧条件下,可以利用柠檬酸盐作为营养来源。

他们表示:这支持了广进化,显示了一个新基因和新物种出现的过程。

他们认为,citT代谢柠檬酸大肠杆菌的基因是“增效的突变”,即在突变发生当时,没有给细菌提供明显的生存优势,却为将来适应遗传变化舖了路。虽然经过缓慢积累的十多年的延迟才被发现,但其存在,代表了新基因和新物种的开始。

爱达荷大学(Univ. of Idaho)的Scott Minnich博士及同仁(注4),重复了LTEE实騐。但不同的是,让细菌经过一个星期的生长和繁殖之后,才稀释培养液。

他们发现,citT突变体出现快得多:早了63天。

在另一个实验中,研究员以柠檬酸盐为唯一的养料,放入几种大肠杆菌,以期获得可代谢柠檬酸盐细菌的citT突变体。在此条件下,citT突变体出现得更早。不过,却没有发现LTEE所提出的基因“增效的突变”。

不同结论

Lenski和Minnich都认同:没有经过突变的野生型的大肠杆菌,不能在有氧的情况下代谢柠檬酸盐。

大肠杆菌基因组包括柠檬酸盐转运体(citrate transporter,用来将柠檬酸盐从细胞外转运到细胞内),但该编码转运的基因,通常仅在缺氧条件下被表达应用。

在citT突变体的基因中,柠檬酸盐转运体基因被融合到启动子(promoter:如汽车的启动匙一样可启动基因的功能)中了,启动子可以在有氧条件下活跃,使得细菌能够导入柠檬酸盐作为能源。这称为启动子捕获(promoter capture)。

虽然以上实騐,数据大同小异,但实验者的结论却迥然不同。

支持进化论的Lenksi认为,他们的LTEE数据是在实验中“重播”广进化演变。citT突变体细菌,在积累了十多年的延迟族群中发现,却不存在于较早的族群中,这支持了广进化的“新基因和新物种”,即支持了广进化。

批判进化论的Minnich却认为,LTEE的citT突变体细菌的延遅出现,是因为Lenski的实騐设计阻止了其出现。(参https://www.youtube.com/watch?v=tm-Ukz72AdA。编注)

若细菌在未被稀释的培养液中继续增长,有更多的时间适应柠檬酸盐饲料,或是只供应柠檬酸盐作为养料, citT突变体可能更早出现。所以,citT突变体的出现,代表微生物的适应能力。

细菌可以重组原有的基因资讯,却并无创新作用。LTEE还没有产生新的遗传资讯,即产生具有新功能的基因,以证实广进化。

渥太华大学(Univ. of Ottawa)一位未参与该项目的细菌进化研究员Kassen评论:

“这些新的实验告诉我们,实际上这些细菌(citT 突变体)可以更容易进化,超过我们的预料……对我来说,这表明,如果我们要得出一个物种在很长一段时间进化的推论,我们必须非常小心地调整实验的环境生态。”

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)著名的微生物遗传学家John Roth 和 Sophie Maisnier-Patin也说:“citT 突变体的延遅出现,不一定源于‘增效的突变’,而是基于不容易被传承的自然选择的结果。”

明辨事实

上述的数据显示:微进化是自然选择引发物种变异,这已被细菌实验証明。然而自然选择引发新的基因功能,却未被实验証明。很可能是细菌重组既有基因功能,以适应新环境,并却不支持广进化(注5)。

在科学论坛上,这种对相同数据,却评估有极大分别的的例子,屡见不鲜。

科学家如普通人一样,都可能先入为主,用主观的立场来解释客观的数据。

有识之士应明辩:科学具有主观和客观的因素,非专业人士也应成为监察科学家的评论员,尽可能地了解亊实,明察秋毫,在众说纷纭的多元社会中,做出明智的抉择。

注:

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/.

作者来自香港,获生物学博士和神学硕士学位。

参考文章:

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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宇宙微调——上帝创造的又一佐证http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjI1ODI2Mw==&mid=402514412&idx=1&sn=c7769dabe0d66d7ff5a14eeb3a944106#rd

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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