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[转帖]生命的演化

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生命的演化



主讲:法兰西斯可.瓦瑞拉



路易基.路易西



演化的主要观念是如何形成的?



事物的起源对于西方人是很重要的问题。身体或大脑如何变成这样?何处是开端?我们已经听过一种开端一个人由出生到成年的发展。不过,有一个问题:使精子游泳去找卵子的这种智慧其来源是什么?或者,我的大脑怎会知道将我的双眼安排得如此巧妙,使我看起东西来会有三度空间感?若问事物如何成为现今的状态,也就是关心到生物演化的基本问题。这就是我今晨要讨论的题目。不过首先我们需要对进化的历史,以及主要观念的形成稍加认识。



进化是关系到事物如何演变为现今的样子、具有现今的运作方式。找寻其来源是西方久远以来所关心的事,是自希腊时代就很著名的课题。我们不谈整个历史的发展,但从进化成为一门我们所认为的科学开始自查理士.达尔文CharlesDarwin于一八五九年出版他的书《物种源始TheOriginofSpecies》起,我们以此特定的生日标示近代演化理论的开端。



很不幸地,达尔文的论着因广泛流行的关系而遭到曲解,人们随便而不深入地谈论他的学说。我觉得追本溯源精确地探讨一下,他究竟从哪里开始,确实是很重要的。达尔文是活在一个大家对多样的动物世界之研究,非常感兴趣的年代。当时的人和我们一样,看到鱼在水里游而不会淹死、马有强壮的腿、鸟可以抓紧树枝不跌落,颇令他们着迷。所有这些似乎都妙不可言,而且达尔文时代的人也为生命的种类繁多,却能相容并蓄,大感惊异。达尔文也像当时许多其它人一般环游世界,并且对于所见之多采多姿的动物生活,记述详尽的笔记。



在此期间,他说服自己相信一件他同时代的人尚不清楚的事这还是一项观察,尚不成其为理论。他说:「生命的多样化或许可以此种方式去理解:设想每一物种比它的上一代改变少许,而每一代的些微变化产生了不同的物种。」譬如,他在南美洲看到许多燕雀类的鸟,而他发现领域相邻的鸟群比较相像他想,那表示它们可能在不很久远以前有共同的祖先;非常不同的动物,则表示它们在更久以前有共同的祖先。



遗传修正



简而言之,他规画出一新观念:动物的进化可能藉遗传修正modificationbydescent而行之。这在对于观察所作的描述上是了不起的创新,虽然仅只简单的叙述,但却非常重要。我还要对它多谈一谈。



如果你翻开达尔文的书找里面的图,你找不到像鸟、乌龟、或恐龙之类的图。书里只有唯一一张像一株传承树的图。譬如我们可以想象佛法的传承树(注)。主要的根源是纪元前五世纪的释迦牟尼佛;然后依序是暹罗、越南,或锡兰的上座部佛学的起源;然后又有印度的大乘佛学,那似乎因回教的入侵而中断;然后又有西藏佛教的起源,分为旧译派OldTranslationschool与新译派NewTranslationschool;由于一步步小幅度的修改,我们看到现今二十世纪各种派别的法教,但是都来自共同的佛祖。



遗传修正说明两件事,其一是解释生物界的多样性,其二是提出共同祖先的概念。这一点对达尔文极为重要,但必须将之与使他成为真正的西方科学英雄的另一观念分开。困难的问题在于,是什么机制促成这一小步接一小步的持续变化。譬如,很明显的,由释迦牟尼佛创始的佛教历史,可能演变成各种不同的形态。它如何成为今日所见的形态呢?这是达尔文苦思经年的问题。传说,有一天他坐在马车里正在读一本书,当年英国的道路不像今日这么好,马车颠得很厉害,以致他手上的书摔到半空中去了。就在那当儿,他说:「当然,自然淘汰naturalselection嘛!」(笑声)我们现在来看他这话是什么意思(我们喜欢这些关于伟大灵感触发一刻的故事。如各位所知的,牛顿是在苹果掉到他头上时发现了万有引力定律)。



这里的重要之处是,自然淘汰与遗传修正不相同。自然淘汰是产生遗传修正的一个很好的机制。我要强调那是「一个」好机制,因为这是达尔文的看法,他不是说那是唯一的或充分的,这点达尔文自己川变歀。



什么是自然淘汰?达尔文对此所作的解释,与我们今日所了解的相同。其观念如下:假设你有某些数量的个体,可以想成是狗或鸟,在个体之间存有差异,这些差异有的可由父母传给子女。此点导至进化理论之重要观念遗传性差异之观念,特质可以遗传,产生多样的变化。单说个体之间有差异不够。达尔文当时所见的关键在于,这种差异可以传下去,可以在后代身上重复。这种遗传性差异,同时也受环境因素的影响。



环境因素发生作用的一个好例子,就是当行星上的温度突然发生巨大变化的时候。天气变得异常寒冷而进入冰河时期,那时某些个体比较耐寒,例如它们比较胖或有较厚的皮毛,如果那些耐寒的因子是遗传性的,那么在下一代中间,带有耐寒因子之个体的后代,将占新生代总数的较大部分,因为会有较多具有那些特质的个体存活并繁衍,而将其特质传递给后代。因此,环境的压力自然地选择特定的个体,产生遗传的修改。我们现在有了机制,知道它如何作用,环境因素在各种特性中加以挑选。自然淘汰一词,在人们的脑中有各式各样的联想,但是就一遗传生物学家的观点来看,它有非常精确的意义。其意义即是:被选择的是遗传性差异,并且那不是由一代理人来选,而是由环境的状况来选,这就是达尔文在马车中的灵感。



达尔文在年少时曾有很长一段时间在农场中渡过。许多农夫都用马与狗做家畜的配种实验。狗是很好的例子。如果选两支狗来配种,很容易观察所产生的各种特性。一个人可能喜欢某支小狗,所以选它来配。若由人负责做选择,这整个事情很容易理解。达尔文却认识到并不需要人来选择,达尔文将显而易见的事环境设下的限制与他对于遗传性差异的知识相结合,此二条件合成遗传修正的机制。因此遗传修正不再单只是描述,它成为实际理论的解释,因为它如今也包括了实际运作之机制的叙述在内。



图16是一真正传承树的实例。图中确实显示出,当一个人实际去检视动物遗留下的化石时特别是海洋中的有壳软体动物,它们留下非常清晰的化石记录他会发现与达尔文所说完全相符的事。虽然达尔文当时并没有如此丰富的证据,现在已完全被证实,如果你追溯这些化石的形状一段长时间,你会看到化石形状变化的图形很像一株传承树。生物学家为这一群群稍有类似的贝壳各取了科名。譬如,我们可以在不同的位置看到,有些本来跟其它强势的大科比起来很小的科,后来却因为某种事故发生,使其它各科统统被消灭,而它成为唯一幸存的一科。这一科即是经自然所选择的。



所以遗传修正是以自然淘汰解释的,而与自然淘汰密切相系的观念是:会有连续不断重大的环境变化,促使一物种的某些特点或整个物种较其它特点更受欢迎、更为可取。我在这里必须相当坦率地说,虽然大多数生物学家深信自然淘汰是进化上有效的机制,但还并不清楚它是否可以解释每一案例,更不确定它能否用来预测。暂时我只是绘出达尔文眼中的图画而已。



适应



我等一下会谈到目前自然淘汰所受到的批评,但是我必须先介绍与自然淘汰相伴的另一观念,那就是自然淘汰永远产生一个对环境最理想或良好的适应。适应是以一有机体能够成功地繁衍后代之程度来衡量,这是微妙但很重要的一点。一般我们谈到适应,意思是指鱼可以游而马可以跑。这并非进化理论上的意义。进化理论所说一适应良好的植物或动物,是指它可以留下许多后代,或是它的后代确定可以存活,二者之一即是。如果一物种没有后代,那物种以后即将消失。因此,一者,这动物有许多后代使它们有延续传承的好机会;或者,只有少数后代,但却受到很好的保护,确定可以生存下来。人类是使用第二种策略的,昆虫则是采第一种策略。任一方式均可确保后代的延续,而那即是适应能力的度量。



到此为止,我们已经将故事说到一九一或一九二年代了。那时人们开始问一个问题:在遗传差异背后的机制是什么?某些特性如何一代代传下去?人们开始探索遗传,终于发现在一新生命的产生过程中,在精子使卵子受精时,细胞核里有特异的元素染色体



chromosomes存在。每一细胞中有固定数目的染色体,它们在下一个新细胞正要生成之前,将自己复制一分。这就是父母可将带有遗传差异的东西传递给后代的机制。



达赖喇嘛:DNA(被认为是携带遗传暗码的主要物质)与染色体是怎样的关系?



瓦瑞拉:染色体在显微镜下看来像一条相当大而蜷曲的蠕虫。如果将显微镜的放大倍数提高来做更深入的分析,你会发现染色体如同两种成分形成的网路,某些蛋白质与核酸,包括DNA脱氧核糖核酸)。DNA是染色体中非常密集的线状物。如果我将任何动物身上一个细胞里的DNA取出来,将它拉直,它会有好几公里长。这条线被紧紧地塞在微小的染色体里面。



新综合



一直到一九五年,DNA才被发现是主要的遗传物质,但在一九二年,人们就已知道遗传的传送少不了染色体。其后,我们的知识精微到了DNA的层次,再之后,甚至达到更精微的分子大小的层次。无论如何,这里一方面是达尔文的自然淘汰论,另方面是遗传机制的研究。在一九三或四年代,生物学家认为这二者足以合成一连贯的进化理论,并将之称为新综合(Thenewsynthesis,遗传学与进化生物学之综合),有时也被称为新达尔文主义neoDarwinism。新综合是在大家颇以为傲的姿态下被宣布出来。我自己也因生物学界的胜利气氛感到异常振奋,人们忙着实际找寻许多有趣的结果。



有了新综合,作研究的人倍感信心十足,以为整个生命现象都可以依据一共同的生命树来解释。譬如我们知道一条鱼与一匹马之间的关系,比跟其它各物种更密切。它们在传承上彼此间比与阿米巴间密切得多,而阿米巴当然跟植物比跟鱼更密切。我们可以画一棵像溪流自山上流泻似的树,画上所有我们曾观察到的差异,一点点地,我们就可以重建通到山顶的路,而山顶当然就是生命的起源。



达赖喇嘛:也许这并不是个深奥的问题,但是既然生物学家似乎在追溯生命的起源,而照科学的说法,最开始是空无一物的虚空,你们如何解释生命的起源或绽现,或不论你们怎样称它?一旦这行星已经存在,有了一个环境,生命的开端就容易解释了。但是如果没有环境……在这行星或这银河形成之前,生命一定已经存在了。



瓦瑞拉:科学家的推论方式恰好是相反的方向。我们有一传承、生命与环境。从那开始,我们往后追溯,然后我们可以由地质的记录观察到某一点,那时只有环境,只有行星存在。我们观察到在大约五十亿年前,那时不存在任何形式的生命,只有这个星球。于是科学家说,生命必是从那时开始!



亚伦.华莱士(翻译):达赖喇嘛阁下说是在这星球还没真正存在之前。



瓦瑞拉:那时对科学家来说显然是没有生命存在的。生命之开始,有其必要的条件,因此论点是定然有某些条件。这些条件必得由更早存在的东西产生,而那时只有银河、或太阳、或超新星supernova,或天文学家所说的任何东西。我非常高兴您有此一问,因为这是个很合乎逻辑的问题,而且正是我要请分子专ersonName ProductID="家路易西" w:st="on">家路易西ersonName>博士来为我们讲解的主题。在生命开始之前只存有环境某种分子状态。经过不久有了生命。科学家如何检视生命起源的问题?主要的一点是要对分子有更深刻的了解。我现在请路易基为我们作简要的说明。





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分子的演化



路易基.路易西:我要讨论的问题是:分子是什么,它们与生命以及我们讨论到的其它议题有何种关联?我先从各位都知道的事物讲起:我们都知道有原子与分子,而原子是所有物质的基本成分。原子有一百多种,譬如氧、氢、氮、碳、锌、钠等等。所有这些原子都依特定的法则结合而成稳定的聚合体,那即是所称的分子。分子是构成化学物质的组成成分,而纯物质都是由单独一种分子组成。譬如一水分子是由二氢原子与一氧原子组成、一氢分子是由二氢原子组成等等。



到这里,我们已经可以提出很重要的一点:虽然水只是由氢与氧组成的,它的性质却无法由单独的氢与氧的性质导出或加以了解。当不同的原子结合成为一个分子时,会有其各组成原子都不具有的新分子特性出现。等一下在谈到「生命分子moleculesoflife」时,我们再回到这一点。



分子,以及特定的分子构成特定物质这种概念,对于广泛的现代科学范畴都非常重要。化学、生物化学、分子生物学,还有临床医学与农业,完全都是建基于此分子观念上:亦即是说,物质的性质视其本身的化学结构组成之分子决定。在我们日常生活中,周遭的化学药品也是或多或少直接根据此一观念所制成,诸如化妆品、香水、纺织品、塑胶及染料等。今日在所有这些领域中的进步,均与分子概念密不可分。



现在我要来谈与本次会议相干的几点。第一点是分子的动力性质与运动和改变有关的性质。让我用一杯水的例子来详细说明。许多人不知道真正水分子在这杯水中所占的体积非常有限,或许不到整个体积的百分之一。其馀的部分可看做是空间。其它液体也是如此,气体则更有过之。对于固体亦然,只是空间所占比例较小。



达赖喇嘛:水分子互相碰不到吗?



路易西:它们相隔一段距离互相作用,所以在它们中间有相当大的空间。



达赖喇嘛:但在空间中有空气粒子吗?还是纯粹的空间?



路易西:在纯水中,那是纯粹的空间。不过你可以说有一能量场。



华莱士:这是很有趣的一点,因为在佛教哲学中有许多这方面的讨论关于粒子间是否有空间,以及粒子如何相互作用。



路易西:因为有这大空间,水分子可以尽情活动。这就构成我提到的动力性质,这些分子不断地改变位置与动向。以这种方式来看,这杯水具有双重特性:它是静态的,永远一样,像我们在日常生活中认为的它就是如此;但是如果你考虑分子的运动,一杯水时刻都是不一样的。诸位不妨试作一比较,或视为一个隐喻:这很像我们在会议中讨论到的「自我」的观念,?就是说,具有连续性,却没有本具的真实的一种东西。对一个人来说也是如此:我们的身体一天天看来都是一样的,而事实上我们的细胞不断地在死亡、换新,因此我们每个人其实每天早上都是一个新人!



一般在化学与物理学中,我们时常遇到一些情况,其物理的实相可以用两种显然矛盾的方法来描述:一是动力的、一是静止的观点。你可以研究某一物体之性质,像水的密度与重量;或者你可以将糖加入水中测量糖融解所产生的热量。这些皆是平衡状态的性质用以描述一种平衡或视为相对静态之各种性质。但是你也可以观察其分子结构的细节,并测量这些急速运动之分子的速度与它们之间的相互作用,如此你的观点就不再是静止的,而是动力的了。静止与动力二观点是相辅相成的,并非一种错误而另一种正确。采取何种观点,只决定于观察者的立场。



分子不是活的。「生命分子」一词,意指构成活的有机体之结构的分子。什么是这些生命分子?许多教科书将分子分为两大类:无机分子与有机分子。譬如形成盐类像碳酸盐、硅酸盐、氯化钠等无机盐的分子是无机分子。有机分子则是那些主要由碳原子组成的分子,它们可以是合成的或天然的。构成生命组织的分子是有机分子,它们除了函碳之外,还函有另外三种元素:氮、氢与氧。其它元素(如磷及某些金属原子)所占之百分比则微乎其微。然而像碳或氮这种生命不可或缺的元素,就整个宇宙来说,却一点也不重要。如果一位原子化学家来测量我们宇宙的成分,他找到的几乎全都是氢。其馀的函量会少到无法测量出来(如果将整个宇宙均匀稀释的话)。



但是在我们地球上,有机分子却是缺不得的。最重要的分子是蛋白质与核酸,二者均是巨大的分子即很长的分子,由数千原子结成的长链。DNA形式的核酸与遗传有关。蛋白质则展现多种功能:例如蚕丝与羊毛是蛋白质;我们的皮肤、肌肉、头发,主要也是由蛋白质构成;血红素是在血液中携带氧的蛋白质;胰岛素一种贺尔蒙也是蛋白质;抗生素也是蛋白质;酵素也不例外,它们是负责我们身体以及所有活组织之化学转换的分子:诸如维生素的合成、食物的消化与糖的燃烧等等。



单单一族化合物(蛋白质),怎会具有如此多样的性质呢?我要在此加以解说,因为那是进化问题的重点所在。蛋白质由胺基酸aminoacids组成,是由它们连接在一起形成大分子的长链。



自然界中有二十种不同的胺基酸,亦即二十种不同的化学结构。那就好像二十个字母,你可以用它们造出几乎无限量的字。



让我们只做一个计算,假设你想知道用六十个字母可以造出多少个不同的字(亦即用六十个胺基酸残基可有多少种方式组成蛋白质,其实这不过是很小的蛋白质)。想象由六十个盒子连成一长串,每一盒中装有二十个字母中的任一个字母(胺基酸)。理论上共有10种可能性,这数字比整个宇宙的总原子数还大呢!



蛋白质的一个重要的一般性特征是,它们的折叠模式foldingpattern。每一蛋白质均在空间有一明确稳定的形状,我们称之为原有折叠构形。蛋白质必须折叠正确,才会有活动性,它在三度空间的形状攸关它生物性的活动。蛋白质表现它们生物的功能,因为它们能认出伙伴分子,而这种对三度空间形状的识别能力,是最重要的结构参数。



靠着这种识别机制,蛋白质的一部分经常是凹形的一个洞,而伙伴分子(对酵素来说是作用物)恰好嵌入凹处。事实上,这种形状的相互补足,对于生命的分子结构,以至于生命整体,都是非常重要的。那就像瓶颈与瓶塞、手与手套、钥匙与匙孔、雄性与雌性的生殖器官。在分子生物学中,有许多这类形状互补的探索。蛋白质只有在与其伙伴分子形状能像这般配得上时,才会发生作用。许多生物过程皆因此引发。



蛋白质与核酸第二种重要的生命分子在构造上如何连接?是经由基因相连。基因指明蛋白质的构造。对于每一蛋白质有一基因,亦即一线状之DNA结构。因此,当你的身体需要制造血红素时,相关的基因被激发,然后被复制事实上是以另一种核酸RNA(核糖核酸)复制,而非DNA这线性顺序的RNA,引起所需的线性顺序胺基酸之合成,亦即此例中的特种蛋白质血红素。



这一连串事件形成分子生物学的中心法则,依此法则,资讯自DNA有一线性通路流至蛋白质。DNA单元基因的构造决定蛋白质的构造,也间接决定它的折叠。如此,有一线性的因果链,从一个基因连接至三度空间的蛋白质折叠,以至于它的生物性活动。



达赖喇嘛:这对所有动物以及细菌都正确吗?



路易西:这在生化世界是具有所谓的普通性universality的。意思是指我们的,以及那些植物、微生物的细胞,全都遵守同一生物机制。不但如此,他们尚且具有相同的生命分子构造:DNA、RNA与蛋白质。而这些生命分子间的相互作用,在整个生物世界中均遵循同一机制。这是支持分子进化通论generaltheoryofmolecularevolution的强有力论据。依照通论,则所有活的构造都源自于同一祖先细胞。



我要指出的一点是,一旦你知道胺基酸是制造蛋白质的单元,而胺基酸又是由蛋白质产生的,描述生命事件的因果链不再是直线的了。DNA为产生蛋白质所必需,但你需要蛋白质(酵素形式者)来制造DNA。因此因果链不是直线的,而是圆形的,事实上还不只是圆形它是一复杂的、三度空间的、互相牵连的事件所形成的网,但是没有开始,因此无法指出这因果网的起点。这究竟是怎样发生的?法兰西斯可要处理这个问题,所以我再把发言权让给他。








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字体设太大了,看得老子头晕,麻烦搂主改下再来细看!

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以下是引用沧海笑在2006-6-14 23:37:00的发言:
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好象是这么回事哦.

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以下是引用沧海笑在2006-6-14 23:37:00的发言:
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原怕带眼睛的看不来,现在可以了吗
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以下是引用佛前青莲在2006-6-14 23:59:00的发言:


原怕带眼睛的看不来,现在可以了吗



可以了

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