生命树(下) 1974年诺贝尔生医学奖得主 Christian de Duve 克里斯坦．德．杜维.

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1 生命树(下) 1974年诺贝尔生医学奖得主 Christian de Duve 克里斯坦．德．杜维

2 古老的生物 生命树的形状渐渐地清楚了。那么它的时间尺度又是如何呢？就古生物学来说，时间坐标来自深入的地质学和地球化学研究，使得一块岩石的年代得以被估计。如果化石出土的地层，根据地质学显示是2亿年前形成的，那么我们就知道留下残骸的生活在2亿年之前，其中可能有数百万年的误差。就分子生命树来说，测量的尺度不是时间，而是突变的数量：突变就是代代相传的变异，是分子在演化的过程中产生的。

3 或者，说得更精确一些，我们计算的是不妨碍生物存活与繁衍的突变「可接受」的突变，因为不可接受的变异会被天择消灭，不会在现存的分子中留下任何痕迹。要将这个测量尺度换算成时间，就必须知道可接受的突变出现的频率。如果可接受的突变平均一百万年、两百万年、一千万年出现一次，生命树的时间尺度就会非常不同。这是分子研究法里面伙无法确定的一大问题。解决这个问题最好的方式，是将古生物树拿来与分子树做比较。生命树的上半部可以这样处理，因为有古生物学的数据。那下半部呢？最近几十年来，细菌的化石提供了答案。

4 细菌很小，通常个体尺寸只有一英吋的十万分之一，有圆形也有细长形，要用好的显微镜才看得到。今天世界上有很多种细菌。对大部份的人来说，「细菌」这个字眼让人想到瘟疫、下痢、结核、痲疯、白喉……等等恐怖的疾病。然而，致病的微生物其实比例极低，细菌绝大多数都是无害的或有用的，它们占据了几乎所有可能居住的区域，包括人类温暖的肠子、逐渐干涸的内海、火山口滚烫的泉水。细菌最多的地方就是土壤中，这些肉眼看不见的的生物在土壤中完成了动植物残骸的分解大业，让组成生物的材料可以回收利用。

5 细菌是最简单的生命形式，我们长久以来一直猜测细菌也是最早的生命形式，现在可以肯定的确如此。所以这种生物的化石遗迹对重建生命树的下半部来说，是无价之宝。前几十年，有人发现了细菌的化石遗迹。两种化石的差异很大。实质可见的证据来自一种层次分明的特殊岩石，叫作迭层石。迭层石的构造是层迭的巨大细菌聚落化石化的结果，每一层都是不同的菌种。菌落最顶端由所谓的「光营」（phototrophic）生物组成，它们利用阳光的能量制造自身的结构；稍后，光营细菌死去，其组成物质即成为下层生物的养料。

6 这样的菌落落在某些海岸地区覆盖的面积广大，例如墨西哥西北部的下加利福尼亚。时光流逝，细菌聚落渐渐石化形成迭层石，其中每一阶段都可以利用代表性的岩石辨识出来。迭层石分怖在各种地形，在世界上许多不同区域，地质学上所有年代都可以找到迭层石。有些迭层石形成的时间有35亿年之久，就我们实际所需而言，这就是地质学记录应用的极限。生成迭层石的细菌聚落或许在那之前已经出现，可是它们的化石残迹没有逃过地层的变动。

7 第二种早期细菌的证据要从显微镜底下才能看见。大部份细菌都躲在硬壳或细胞壁里面。因此古老的细菌可以在泥巴里留下印痕，其后泥巴再固化为岩石，灭绝已久的古代蕨类植物正是这样留下了纤细的痕迹，不过要辨识真正的古代细菌微化石，必须使用复杂的技术小心地判断，以免与其他化石或新细菌留下的痕迹混淆。目前已经发现了一些可信的化石。有趣的是，这些痕迹往往出现在迭层石中，为形成岩石的细菌起源提供了更多证据。有些微化石形成的时间也可以回溯到35亿年之前。

8 因此生命至少在35亿年之前就出现了，这就是迭层石和微化石传达的惊人讯息。我们所能找到的动植物遗骸出现在大约6亿年之前，两个年代比较之下，就可以明白生命树隐藏的下半部多么巨大：它的大小是上半部的四五倍，而上半部涵盖了所有动植物的演化史。这段漫长的时光几乎有30亿年，远在我们所知的最古老动植物出现之前，生命似乎一直是静止的。迭层石和微化石无论来自10亿年前或30亿年前，看来都没什么两样。不过，这个沈静的外表是骗人的。在迭层石的阴影中，发生了无比重要的事件，准备让生命在六亿年前能够爆炸性地进展。

9 化石遗迹显示，35亿年前的细菌种类繁多、结构精细。其中有些细菌甚至已经能代表今日形式最复杂的光营细菌。不用说，这些早期的生命形式之前一定还有更基本的形态，这些更基本的形态之前还有全部生物的共同祖先。这共同祖先是何时出现的？也许是38亿年前，根据当时化石中的碳沈积物（油母质）的物理分析结果来看。这些沈积物显示原子质量12的碳原子（意思是其质量是氢原子的12倍）远多于原子质量13的碳原子。

10 质量轻的同位素比质量重的同位素丰富是生物性碳同化作用的典型特色。生命出现的时间不早于40亿年之前，这个上限是地球刚形成时可能有的环境所致。专家认为地球约在45亿年前由一团瓦斯与尘土凝聚而成。接下来的5亿年间，这颗年幼的行星一直受到小行星的撞击、地表又有火山剧烈喷发，不适合生物居住。 生物的共同祖先可能在38亿到40亿年前就出现在地球上了。虽然不能肯定精确的时间，我们还是应该把这个数字当成已现有知识所能推算出最合理的时间。

11 生命的温床 生命从哪里出现？明显的答案－ 生命从地球上出现－ 不是每个人都接受，有一部份是因为时间不对。上面讨论的证据指出，从无生命的地球所能提供的材料看来，生物的共同祖先有机会出现的时间最多只有2亿年。虽然跟地球上整体生物的历史比起来，这段时间相形之下很短，但是以绝对的角度来看仍是一段很长的时间。如果我们把整个基督徒时代－2千年 － 用1英吋来代表，生命有机会出现的时间就有1.5英哩那么长。

12 不过还是有人认为这段时间太短，不足以让细菌细胞这样复杂的东西发展出来。此看法要回溯到一个以前的信念，大部份科学家已经不这样认为了，那就是生命起源的过程非常缓慢，可能漫长到我们的星球无法负荷。有人提出生命是从外层空间来到地球，这种想法正是其中一个原因。 生命源自外层空间的可能性已经被拿出来讨论过许多次了。这理论出现时是世纪之交，得到诺贝尔化学奖的瑞典科学家阿瑞尼士（Svante Arrhenius）以近乎神秘的激情捍卫这项理论，他发明了「胚种论」(panspermia)这个词，表示生命的种子在宇宙里到处都有，不断掉落到地球上。

13 最近这个理论由两位科学家修改并大力鼓吹，一位是著名的英国天文学家霍伊尔(Fred Hoyle)，另一位则是他的同事，来自斯里兰卡的天文学家维克拉马辛(Chandra Wickramasinghe)，他主张病毒和细菌会一直从彗星的尾部产生，并随着彗星的尘埃粒子掉到地球上。根据两位科学家所言，其中有些会致病的病毒和细菌可能引起大规模的传染病，大大改变了人类历史。

14 他们甚至讨论到，人类之所以会演化出鼻子，是因为雨水可能被太空病菌污染，而如果直接吸入被污染的雨水就会生病。还有一项理论叫作「定向胚种论」（directed panspermia），提出的人是发现双螺旋的克里克(Francis Crick)以及很早就开始研究前生命时期化学的欧加尔(Leslie Orgel)。这两位科学家生于英国，现在在加州拉荷雅的沙克生物学研究院，他们认为第一个来到地球的细菌是由遥远的文明用宇宙飞船送过来的。

15 支持胚种论的科学家里有如此名士，我们很难不先看看这个理论到底怎么说就直接否决它。反对胚种论的人说，生物不可能承受得了外层空间的强烈辐射。不过这种说法是有争议的。支持胚种论的人说生命不可能是从地球上诞生，因为时间不够。他们基于哪一点考虑而认为2亿年不够生命发展出来，并不是很清楚。真正的问题在于有没有足够扎实的证据让我们可以做这种猜测。宇宙飞船和送出宇宙飞船的遥远文明并没有什么证据。彗星和其他天体，例如陨石，就不一样了。这些天体的确含有某些有机分子跟生物体内的相同。

16 然而，大多数研究者认为这些物质是由「外面」的简单化学反应所制造，不是生物制造的。至于那种生物的存在，目前为止还没有任何令人信服的征象，甚至连令人觉得可能有这回事的征象也没有。
公平起见，在生命起源的争议解决之前，我们先不要下定论。但按照常识、也为了省事，我们接下来的讨论最好先忽略这个争议。最重要的原因是，即便我们同意地球上的生命来自外层空间，仍然要回答它怎么起源的问题。因此，我要假设生命就是在现在所处的这个地方诞生的：地球。

17 出现生命的机率 生命怎么出现的？如果我们可以回到过去，让事情在同样的环境中重演，生命还会出现吗？如果其他行星上面有一模一样的环境，那里会出现生命吗？要是会的话，会出现我们所知的这样生命，还是别种生命？这些问题科学目前都还无法回答。我们有的各式各样的理论，因作者的科学专精、哲学观点、意识型态倾向而有各种风貌。甚至有两门理论大胆宣称生命起源不是科学能够探究的合理问题。

18 两门理论提出的原因迥异，不过其基础都是根植于一种看法，即生命这个现象自然出现的机率非常低。创造论者说这个机率太低了，除非相信神直接干预，否则我们连最简单的生物如何出现都无法舛解释。较理性者反对这种说法，因为机率随时都让不太可能发生的事情发生。然而正是因为这样，这些不太可能发生的事情是机率的产物，是独一无二的，无法复制，因此不能用科学去探究。我要用桥牌游戏来解释这种观点。

19 桥牌是4名玩家用52张扑克牌进行的游戏，扑克牌里面有黑桃牌、红心牌、方块牌、梅花牌各13张。洗牌之后，一一照顺序发给玩家。假定你拿到13张黑桃牌。毫无疑问，你会觉得运气实在好得太夸张了；没错，因为拿到13张黑桃牌的机率是6,350亿分之一。即使一大群桥牌玩家日以继夜地玩好几个世纪，13张黑桃可能一次也不会出现。据我所知，在桥牌年会的记录中的确从来没这种事。因为机率把这么惊人的礼物第一个送给了你，所以你马上会变成世界知名的人物。每一个桥牌专栏和每一本桥牌书都会有你的名字。

20 真的，而且这都是可以理解的，除了一件事情之外：其他任何种类的手牌组合出现的机率和13张黑桃完全相同--- 6350亿分之一。不过，其他组合大部份没有耀眼到会被写进历史。
要注意在我估计的时候没有把其他人的手牌考虑进去。如果要估计整副牌组的分配，机率会变成五穰(5x1028)分之一。如果世界上活过的所有人类一辈子每天只是打桥牌，不做其他任何事情，今天晚上在你的桥牌俱乐部里面发出的任何牌组以前曾经出现过的机率还是非常低。可是每个在俱乐部里面打桥牌的人都不会在每次发牌的时候说自己目睹了一项发生机率很低的事件。

21 上述例子说明了一项单纯的事实，虽然我们往往没注意到，亦即随时随地都有不太可能发生的单一事件发生，但是没有人会注意到，除非这件事情本身有其特别之处。有人说，生命的出现也许就是这样的事件，运气好得夸张，就像打桥牌的时候拿到13张黑桃，可是并不违反机率法则。 果真如此，我们想用科学词汇来解释生命起源就是浪费时间。有些知名的学者就抱持这种看法。其中甚至有人将这种观点推至逻辑上的结论，即生命是发生机率极低的事件，不管我们喜欢哪种 世界观，里面都没有生命出现的空间。

22 就算几亿个行星跟地球有相同历史好了：甚至就算大爆炸发生了几亿次，诞生了几亿个跟我们的宇宙好了。那些地方还是不会有生命。生命之所以出现是自然的异象、世界的恶作剧。已知的莫诺是伟大的法国生物学家，套句他说的话：「宇宙不会孕育出生命。」 这句话的哲学意涵相当深远，我后面再说明。目前，我只想检验一下机率论证在科学上是否有效。如果我们讨论的是单一事件，那么这逻辑是无懈可撃。可是生命的出现不可能是单一事件。

23 霍伊尔曾经用一个比喻来说明这不可能，他要我们设想龙卷风吹过一个垃圾场，碰巧把里面的材料组装成一架波音747。活细胞的材料一下就自己组合起来的可能性比波音747自己奇迹就组合起来的机率低太多了---如果要比的话。 只有奇迹才可以这样发生，而奇迹就定义上而言，落在科学探究的界限之外。奇迹是最后一招，用在我们完全无法以理性解释事情的时候 ---这个情况又刚好是难以明辨的，因为可能要等我有更新的知识才能理性解释，过去很多案例确是如此。

24 不过我们对生命起源的探索距离这个地步还很远。在这领域里面富启发性的事实和想法不断出现---几乎令人消受不起了。
波音747的制造过程分成非常多步骤。首先要将原料精炼或合成，然后打造各个不同的部份。再将各部份组合起来，做出引擎、机身、主翼、襟翼、起落架、电路…等等零件。最后要将这些零件组合起来。建构一个活细胞要采取的步骤不同，但是原则一样。因为成品十分复杂。所以必定要用上许多步骤，其过程通常是模块化的。

25 照这样想的话，我们对机率的评估就要整个改变了。我们不只拿到一次13张黑桃，还连续好几次千次拿到13张黑桃！这绝对不可能，除非牌组本身就有问题。就世界上头一个活细胞的出现而言，牌组有问题代表的是建构细胞所需的步骤一定在当时的自然环境里面发生的机率很高。只要有些步骤发生的机率稍微低一些就会中断整个过程，不管此过程启动了多少次都一样，因为里面连续的步骤太多了。换言之，莫诺说错了，宇宙的确会孕育出生命---目前亦然。

26 对我而言，这个结论是逃不掉的。这结论架构在逻辑上，而不是架构在先验的哲学原则上。然而，这并不表示生命的出现过程是一系列严谨而无法动摇的步骤。更不代表世界上能够出现的生命只有一种。决定论的道路上仍然有保留空间给分化、其他选择、意外，甚至是混乱，正如雨滴流下山的方法有许多。一伙鹅卵石就足以改变涓涓细流的方向。另一方面，通往峡谷的深洞则会强制水流往单一方向。

27 没有先见之明 制造波音747的每一个步骤都是设想好的，根据最终目标的蓝图细节来设计和组织。制造第一个活细胞的时候不可能是这样。每一个步骤都必须有自己的意义，不只是为了接下来的步骤做准备。我们很难保持这样客观，因为我们已经知道结果了，也因为我们对生命的整个想法都充满了意图性。细胞显然已经设定好按照某些原则来发展，器官显然已经演化成要执行某些功能，生物体则要适应某些环境，所以几乎无法不想到设计这个字眼。

28 「生物貌似被设计出来」的想法启发了一整个学派的思考，他们认为生物是由终极因（FINAL CAUSES）所启动，此处「终极因」是按照亚里士多德的说法。此主义称为终极目的论（FINALISM），跟生机论（VITALISM）很接近，生机论认为生物是由生命元素所驱动。现在这两种看法都没什么人信服了。设计已经让位给天择。生命元素就像以太和燃素一样，是已经被人抛弃、埋葬的概念。生命愈来愈能用严格的物理定律和化学定律来解释。主命的起源一定也要用相似的方法描述。

29 生命发展的年代 历史是连续的进程，我们回顾历史的时候将其划分为各种时代 ---石器时代、青铜时代、铁器时代等等---每一个年代都以重大的技术革新为特色。生命的历史亦然，目前为止，生物的发展已经到了第六个阶段，每个阶段都比前一阶段更复杂(见下图)。

30 地球生命发展的七个年代 年代 时间 地球诞生 45.5亿年前 化学年代 讯息年代 40-38亿年前 原型细胞年代
地球诞生 亿年前 化学年代 讯息年代 亿年前 原型细胞年代 单细胞出现 亿年前 多细胞生物出现 7-6亿年前 心灵出现 600万年前 未知年代 现在 地球毁灭 50亿年代

31 首先是化学年代。数种生物的主要材料形成了，包括最初的核酸；主导原子与分子行为的定律掌控了一切。
然后是讯息年代，承载讯息的特殊分子开启了达尔文演化以及天择的过程，这是生物世界的特色。 生命史的第三阶段是原型细胞年代，出现了第一个生物单位，由生物膜包住，能够藉此获得某些重要特性。在这个年代的尾声，地球上所有生物的祖先出现了。

32 4.接着是单细胞年代，时间长达20亿年以上，分成两个时期。一是原核细胞时期，原核细胞演化成今日的细菌；一是真核细胞时期，真核细胞组织的程度高得多，在现今的世界当中即是称为原生生物的多种微生物。
5.真核细胞带来了多细胞生物年代，细胞以新的原则进行联结、分化、联结、合作。在这个年代当中出现了所有植物、真菌、动物，人类也包括在内。上述各群生物之中的物种可以按复杂程度阶层排列，每一阶层都有现存的生物为例。 6.最后，心灵年代的特色是它的社会与文化意涵，以及随之而来的道德责任。 全文完