生命的「小圖景」:我們的微觀世界

當我還在上學的時候—在德國兩次世界大戰之間的某個時候—我了解到現存最小的物體是原子。這個名字的意思是 「不可分割」,這一認識目前已經受到嚴重質疑。越來越強大的顯微鏡使科學家們能夠「更深入」地觀察一個直到最近仍無法觸及、因此也是無法感知的世界。

 

即便接下來的幾個段落會顯得非常技術性,但它會讓我們瞥見一個微觀世界。這個微觀世界與宏觀世界一樣令人難以置信地複雜和精妙。

我們知道,我們的身體是由被稱為細胞的微小模組構成的。細胞是所有已知生物體的基本功能單位,無論是植物、動物還是人類都是這樣。它是可以被歸類為生命的最小單位。所有生物體都至少由一個或多個細胞構成。每一個細胞都是先前存在的細胞的一個相同的副本。生物體的所有重要功能都發生在細胞內,所有細胞都含有調節細胞功能和將信息傳遞給下一代細胞所必需的遺傳信息(hereditary information)(https://en.wikipedia.org/wiki/Genetics)。

為了展示一個活細胞的驚人構成,讓我們看看最小的細菌細胞。它的重量不到一萬億分之一克,由1000億個原子組成。一個活細胞估計包含2萬種不同類型的1億個蛋白質,是一個比任何人造的東西都要複雜的機器。(邁克爾—丹唐(Michael Denton),《進化—一個危機中的理論》(Evolution – a Theory in Crisis),馬里蘭州貝塞斯達(Bethesda Maryland),阿德勒和阿德勒(Adler & Adler),1986年,第249—250頁)。

一些生物體是單細胞的(由一個細胞組成),如大多數細菌。其他生物體,比如人類,是多細胞的。人體是由大約100萬億或10的14次方個細胞組成的。

相似細胞的大型聯結體構成組織。這些組織之間相互聯結構成器官。這些器官反過來執行著基本的功能,例如人體的基本功能。

每個細胞由46個雙鏈DNA(脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid),包含用於所有已知生物體發展和運作的遺傳指令)的分子組成。這些DNA看起來是兩條長長的、成對的鏈子,螺旋狀排列成雙螺旋。每條鏈都是由數百萬個被稱為堿基的化學構件組成的。基因則作為DNA的工作子單元。

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DNA構造的兩個模型

「為了具備它們的功能,細胞包含著難以描述的數量的信息,這些信息儲存在每個細胞中。這需要在四個化學堿基的説明下進行編碼:(A)腺嘌呤(adenine),(G)鳥嘌呤(guanine),(C)胞嘧啶(cytosine),和(T)胸腺嘧啶(thymine)。這些堿基的順序或次序決定了可用於構建和維持生物體的信息。DNA攜帶一個巨大的化學信息資料庫,其中包含了能夠提供一個細胞所需要的所有蛋白質的完整指令。這些堿基出現的順序決定了其操作所需的表達信息,很像字母表中的特定字母被組成單詞和句子一樣。每個基因都包含其特定的指令集。可以把氨基酸和蛋白質想像成『字母表』中的20個『字母』。每一種特定的蛋白質都是由使用該『字母表』的『字』來編碼的,其中每個『字母』都必須在正確的位置。只要有一個字母不對,『字』就會改變其含義,所產生的信息就無法辨認。人類的DNA是由大約30億個堿基組成的」(同上,第129頁)。這讓我們想起19世紀的德國作家和詩人馬蒂亞斯—克勞迪烏斯 (Matthias Claudius)的說法:「天空和大地完全可以被看作是一個劇本,我們周圍的所有事物都是其中的字母;它們被神用來啟迪我們。」

「每個分子由5千萬到2.5億個堿基組成,它們都被安置在一個染色體中。每條染色體中的DNA包含了大量的基因。基因是DNA鏈上的任何被給定的片段,它編碼指令或信息,讓細胞產生特定的產物—通常是一種蛋白質,例如一種酶。每個基因都帶有如何製造蛋白質的藍圖,而蛋白質是所有生命的基本組構成。這一切都是在所有的個人遺傳信息之外的。遺傳信息決定了—例如—我們的身體外觀、性格特徵、天賦和所有使我們「像爸爸或媽媽」的東西。

「像計算機硬碟一樣,DNA包含著信息資料庫和產生指定產物的程式。人體中的10至100萬億個細胞中的每一個(科學家們對這個數字並未達成一致)都包含一個比《大英百科全書》還要大的資料庫。」(同上,第136頁)

「對活細胞的研究越多,它與人類智慧最複雜的高科技產品之一—計算機—的共同點就越多。細胞結構及其DNA、染色體和基因很像是計算機的硬體。遺傳信息則是軟體。另外,『真正的』計算機與安裝在我們大腦和神經系統中的計算機相差甚遠。」

「細胞的信息處理能力遠遠超過了現今計算機所能做到的一切。微軟公司的創始人比爾—蓋茨(Bill Gates)說:『DNA就像一個計算機程式,但比我們所創造的任何軟體都要先進得多得多。』」(《未來之路》(The Road Ahead),博爾德(Boulder),藍企鵝出版社,1996年,第228頁)。

數學家道格拉斯—霍夫斯塔特(Douglas Hofstadter)在他的《戈德爾、埃舍爾、巴赫—集異璧之大成》(Godel, Escher, Bach – ‘An Eternal Golden Braid)(倫敦,企鵝出版社(Penguin),1979年,548頁)一書中被引用說:「在學習這些令人難以置信的、錯綜複雜的軟體和硬體時,要問的一個自然和基本的問題是『它們最初是如何開始的?』...從簡單的分子到整個細胞,幾乎是超乎人類想像的。」

關於細胞的複雜性,即使是令人信服的進化論生物學家,如約翰—梅納德—史密斯(John Maynard Smith)和Eors Szathmary(厄爾什·紹特馬里) 也承認。「現有的編譯機制同時又是如此複雜,如此普遍,如此重要,以至於很難搞清楚它是如何出現的,或者說如果沒有它,生命何以存在」。(《進化的主要過渡》(The Major Transition in Evolution),牛津和紐約,弗里曼(Freeman),1995年,第81頁)。「因此,就其基本的生化設計而言,沒有一個生物系統可以被認為是原初的...,在地球上所有令人難以置信的多樣的細胞中,也沒有絲毫關於進化順序的經驗線索。(《進化—危機中的理論》,馬里蘭州貝塞斯達,阿德勒和阿德勒,1986年,第250頁,引自約—C—倫諾克斯(John C. Lennox),《神的送葬者》(God's Undertaker),獅子書(a Lion Book),2009年,第136頁)。我們不知道有什麼「墊腳石」可以表明從原初到複雜的進化。

這些構造精巧的分子機器的存在是設計智慧的有力證據。著名的生物化學家邁克爾—比赫(Michael Behe)研究了這種「機器」(《達爾文的黑匣子》(Darwin's Black Box),紐約,西蒙和舒斯特(Simon & Schuster),1996)。他舉的一個例子是關於一個小的酸驅動的「馬達」(1973年被發現),它為細菌的鞭毛提供動力。鞭毛是一種類似螺旋槳的裝置,使細菌能夠移動。他發現這種馬達非常小,35,000個從一頭到另一頭只占1毫米,由大約40個蛋白質部分組成,包括一個轉子、一個定子、軸襯和一個傳動軸。貝赫認為,這些蛋白質部分中任何一個的缺失都會導致馬達功能的完全喪失。也就是說,馬達具有不可再簡化的複雜性—它是一個 「由幾個匹配良好、相互作用的部件組成的單一系統,這些部件有助於實現基本功能,其中任何一個部件的移除都會導致系統有效地停止運作」。(同上,第123—124頁)

「我們很難在腦海中想像出一個活細胞內發生的密集的、令人眼花繚亂的複雜活動。它的脂質膜內可能包含2萬種不同類型的1億個蛋白質,然而整個細胞是如此之小,以至於字母「i」的點上面可以放幾百個上去。( 約—C—倫諾克斯(John C. Lennox),《神的送葬者》(God's Undertaker),獅子書(a Lion Book),2009年,第123頁) 

「例如,一個大腸桿菌的DNA大約有400萬個字母,可以寫滿一本書的1000頁,而人類基因組的長度則超過30—50億個字母,可以寫滿整個圖書館。有趣的是,緊緊盤繞在人體單個細胞中的DNA的實際長度大約為2米。由於人體中大約有10萬億(=1013)個細胞,那麼DNA的總長度便是令人難以置信的20萬億米」。(同上,第137頁)


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