《进化论虚妄吗》 ·方舟子· 第三章 是的，我们来自同一个祖先 －－现代生物学的进化证据 一般人可能会认为，我们仅仅是从古生物化石得出生物是进化的这个结论的。微言显然是这么想的，他以为只要挑出几个化石标本，胡乱批驳一通，就推翻了进化论，未免太天真了。即使没有古生物标本，我们也可以根据对现存生物的比较研究，得出生物是进化的结论．这些研究，主要地来自生物地理学、生物分类学、比较解剖学、比较胚胎学、比较免疫学、生物化学、细胞生物学和分子生物学．在第二章“为什么要有进化论？”我们已介绍了达尔文最早是从生物地理学得出生物进化的结论的，这一章我们来看看其它学科的进化证据，重点放在分子生物学，因为我认为它为进化论提供了最重要的证据和研究模型。 　　古生物学的证据我将在以后各章详细介绍。 　　　　　　　　一、生物分类学的证据 　　现存生物有几百万种，不对它们分门别类根本无法研究。生物分类学的创建人是十八世纪的瑞典人林奈，他确定了种名采用双名法：第一个是拉丁名词，表示属名，第二个是拉丁形容词，表示种。形态相似的种组成属，属组成目，目组成纲，纲组成界。以后由于用进化论研究分类的需要，海克尔在属与目之间增加科，在纲与界之间增加门。这就是沿用至今的分类级别，每一级别又都可以有“超”、“亚”等附庸。 　　为了直观地显示各种生物在分类上的关系，分类学家一直在尝试画出关系图表。林奈最初是用地图一样的图表，发现根本无法画好。以后的分类学家开始用直线来画，把生物界画成从最低等生物一直到人的一条长链。比如，他们认为两栖类比鱼类高等，爬行类比两栖类高等，哺乳类又比爬行类高等，所以可以画成： 　　　　鱼类－＞两栖类－＞爬行类－＞哺乳类 　　但是鸟类怎么办？它们显然要比爬行类高等，但也不见得就比哺乳类都低等，没办法，只好在爬行类上面分支，画出鸟类一脉。把这样的分类关系图画得越多、越细，分支也就越多，最后就成为一株树。我们看到一株树，就知道它是由树根长出，不断生长、分支的；我们看到一株分类树，很自然地就应该想到生物都是从同一祖先传下来，不断地进化、分化，种类越来越多的。 　　但是林奈的时代还不知道生物是进化的，为了解释生物既相似又不同，他发明了“原型说”，直到今天，神创论者对生物分类的唯一解释也就是三百年前的原型说。原型说认为，上帝是用一种原型造一大类生物，再用不同的原型造不同小类的生物，比如，上帝都用“脊椎动物”这个原型（或者说蓝图）造爬行类和哺乳类，所以两类动物有一些共同的特征；然后上帝再分别用“爬行动物”和“哺乳动物”这两个原型造爬行类和哺乳类，所以两者又有不同的特征。可以用集合图来表示如下： |-----------------------------------------------| | |----------------| | | 脊椎动物 | 爬行动物 | | | |----------------| | | | | |----------------| | | | 哺乳动物 | | | |----------------| | |-----------------------------------------------| 　　也就是说爬行类和哺乳类是脊椎动物集下两个独立的子集。可是按这种说法，哺乳动物中的每一种动物都应该跟爬行动物离得一样远或一样近，不能有的哺乳动物比别的哺乳动物更靠近爬行动物。事实正好相反，哺乳动物中的原兽类具有一些类似爬行动物的特征（比如卵生，有泄殖腔，体温不恒定），为真兽类所无。也就是说哺乳类这个集合与爬行类这个集合有某种关系，但既不交叉又不兼并，已无法用集合（原型）表示，它们只能是具有血缘关系，唯一的表示法只能是： 爬行类 真兽类 | | | |------原兽类 | | |---------------------| | 古代爬行类 　　一个小分支（原兽类）的生出点越靠近大分支（哺乳类）的下端，就越可能保留主干（古代爬行类）的特征，也就越可能与另一个大分支（爬行类）相似。对这种分类关系的唯一合理解释只能是进化论。 

　　正因为生物是进化的，所以有时候物种界限显得很模糊。比如夏威夷有两种属于同一属的果蝇，它们太相似了，以至于鉴定哪种是哪种要靠对群体的统计，唯一合理解释是这两种果蝇从同一祖先那里分支出来不久，所以彼此之间还差别不大。对此神创论也没法给出合理的解释：你能想象上帝在造这两种果蝇时，一会用这张原型的某一部分，一会用另一张原型的某一部分，把两张原型随机组合起来使用？世上有这么糊涂的设计师吗？ 　　以上对原型说（有时候也被称为“共同设计说”）的分析也同样适用于以下的其它证据，实际上，比较解剖学、比较胚胎学、比较免疫学、和分子生物学中对不同物种的比较，都是生物分类学的深化，都可以应用在生物分类上。 二、比较解剖学的证据 早在一五五五年，贝仑Pierre Belon就对人和鸟的骨胳系统做了比较，发现人和鸟尽管在外形上极为不同，骨骼组成却非常相似，这可能是历史上的第一次比较解剖学的研究。当然，我们并不是因此说人是从鸟变来的（或相反），我们只是说，人和鸟是亲戚，都是一个祖先的后代，这一点，也适用于以下的讨论。 一个许多人都知道的例子是脊椎动物的前肢的比较，用于劳动的人手、用于奔跑的马腿、用于走路的猫腿、用于游泳的鲸“鳍”、用于飞翔的蝙蝠的翅膀甚至于鸟的翅膀，它们的外形是如此的迥异，功能是如此的不同，但是剔除皮毛、肌肉之后，呈现在我们眼前的骨架却又是如此相似！实际上，它们的骨架和蜥蜴、青蛙的前肢也是相似的，对此最好的解释是从同一祖先变化而来的，由于适应环境的需要，改变了外形，但是骨子里却没有变多少。如果它们是由上帝分别创造出来的，根本没必要让不同的外形却有相同的结构，如果让一个工程师来设计这些前肢，他完全可以去除一些对其它物种必需对这个物种却是个累赘、退化得只剩一点痕迹的骨头．我们相信我们已在化石中找到了这些脊椎动物的共同祖先，它是一种鳍里有骨头的鱼(Crossopterygian fish)，而且这些骨头的组成与所有的陆地脊椎动物都很相似。 在上面我已提到了退化了的前肢骨．在许多生物都存在著一些退化了的器官，它们是生物进化的令人信服的证据。比如鲸，它的后肢已经消失了，但它的后肢骨并没有消失，我们还可以在它的尾部找到已不起作用的盆骨和股骨。甚至在一些蛇类中，我们也可以找到盆骨和股骨的残余．这使我们相信，鲸是由陆地四足动物进化来的，蛇是由蜥蜴进化来的。 我们人类，已完全退化了的器官也不少，尾骨、转耳肌、阑尾、瞬膜〔第三眼睑〕等等都是完全退化、不起作用的器官，它们除了让我们记住我们的祖先曾经象猴一样有尾巴，象兔子一样转动耳朵，象草食动物一样有发达的盲肠，象青蛙一样眨眼睛，还能有别的什么合理解释吗？（有时候，某个退化器官也会被发现有某种小功能，那或者是从前功能的残余，或者是全新的功能，相当于废物利用）。 你说人和万物都是由上帝创造的，请告诉我，他为什么要造出这些废物？莫非象有的教徒所宣称的那样，上帝造出这些废物是为了愚弄科学家，考验我们对他的忠诚？ 1994.12.7. 　　　　　　　　　　三、比较胚胎学的证据 　　如果把鱼、青蛙、龟、鸡、猪、兔和人的各个时期的胚胎放在一起，我们会发现它们存在着不同程度的相似性，关系越亲密（比如都是哺乳类），则相似的程度越高。这些脊椎动物－－不管是用鳃呼吸的鱼类和两栖类（幼体），还是用肺呼吸的爬行类、鸟类、哺乳类－－在胚胎发育的早期都出现了鳃裂，不仅外形象鱼，而且内脏也象鱼：有动脉弓，心脏只有两腔等等。对这个现象的唯一合理的解释，就是这些脊椎动物都是由鱼进化来的，它们的祖先的特征在胚胎发育过程中重演了。海克尔在上个世纪末甚至因此提出了“生物重演律”，认为胚胎发育过程实际上是物种进化过程的浓缩，胚胎在短时间内忠实地重复了祖先几亿、几十亿年的进化过程。他预言：对胚胎发育过程的深入研究将使我们掌握物种的进化过程的细节。但是，以后的研究表明胚胎并非在严格地重演进化过程，生物重演律被放弃了；然而，胚胎在发育过程中重演祖先的某些特征，却是不争的事实，也是生物进化的富有说服力的直观的证据。神创论者以为现代胚胎学抛弃了生物重演律就等于抛弃了进化论，那是有意混淆旧理论与不变的事实。 

|--------------- 长臂猿 | |------------------------| |---------- 猩猩 | | | | |----| |----- 大猩猩 | | | ----------------| |----|----- 黑猩猩 | | | |----- 人 | |---------------------------------------- 旧世界猴类 |----|----|----|----|----|----|----|----| 45 40 30 25 20 15 10 5 0百万年前 　　这个结果，与通过古生物化石或形态比较绘出的亲缘关系树符合得很好，只不过在具体分支的时间这种细节上有出入。比如，它推测人与黑猩猩、大猩猩的分支时间是大约五百万年前，比从化石估计出来的结果要晚。 　　不仅血清蛋白质，其它的蛋白质也可以用做抗原进行类似的研究，甚至可以从化石（不早于两百万年前）中提取胶原蛋白作抗原，与现代物种的胶原蛋白作比较。用这种方法，我们确定了现代非洲象、亚洲象与已灭绝的猛犸象、柱牙象分支的时间，证实了象与各种海牛、儒艮（美人鱼）乃至蹄兔的近亲关系。 1994.12.10. 　　　　　　　　五、分子生物学的证据 　　现存的生物物种已知的有几百万种，粗略地可分为细菌、植物、动物几大界。在前面我们已介绍了对于同一界的生物，比如动物，虽然外形多种多样，在器官、组织水平上却是相似的。如果我们深入到细胞、分子水平，就会发现所有的生物的构成都相当的一致，界限变得相当的模糊。 　　已知所有的生物（界于生物与非生物之间的病毒除外）都是由细胞组成的，细菌的细胞较原始，没有细胞核和细胞器，称为原核细胞，具有细胞核和细胞器的细胞则称为真核细胞。同为真核细胞的动物细胞和植物细胞也是非常相似的，都有细胞膜、细胞核和线粒体、溶酶体、核糖体等细胞器，不过植物细胞还有细胞壁、叶绿体和液泡。组成细胞的生物大分子有核酸、蛋白质、多糖和脂类四种，这些生物大分子的成分在所有的生物中也是一致的：核酸都由嘌呤和嘧啶组成，蛋白质都有氨基酸组成，多糖都有单糖组成，脂类则由甘油和脂肪酸组成。 　　这是生物结构在分子水平上的一致性。生命现象在分子水平上也是一致的。所有的生物（包括病毒）都用核酸作为遗传物质，而且除了一些病毒用ＲＮＡ，其他的生物都用ＤＮＡ。所有的遗传物质都按碱基配对的原则进行半保留复制。核酸用于转译蛋白质的遗传密码在所有的生物中也完全一致。所有的生物都只用２０种氨基酸合成蛋白质，而且尽管在自然界中，氨基酸有左手和右手两种构型，我们人工合成的氨基酸也是左手和右手构型各占一半，然而所有的生物都只采用左手构型的氨基酸合成蛋白质。在用单糖合成多糖时，则只采用右手构型的单糖。生物为什么对生物小分子的构型如此挑剔又如此一致？除了它们来自于同一祖先，都继承了共同祖先的这一特性外，没有别的合理解释。除了遗传，生命的另一重要特征是新陈代谢。在分子水平上，所有生物的新陈代谢也表现了很大程度的一致性。几乎所有的细胞，都采用相同的十个步骤把糖原酵解成丙酮酸，而且每一步骤都由相同的酶催化。所有的真核细胞都通过三羧酸循环释放能量。 　　生命结构和生命现象在本质上的一致性，证明了所有的生物都来自同一祖先这一论断；而生命结构和生命现象在表面上的多样性，证明了所有的生物都经过进化而来。这就是现代生物学的结论。 　　对于生物在本质上的一致性现象，我们认为“共同的祖先”是唯一合理的科学结论。但是神创论者会辩解说，不对，还可以解释成是上帝对生命采用了共同的设计。这种共同设计说乍一听还有点道理，仔细一追究则漏洞百出，它既无法解释上帝为什么让外形和生存环境截然不同的的海豚与人要比外形和生存环境很相似的海豚与鲨鱼在结构上更相似，更无法解释在早期的地层中只有简单生物的化石而到晚期的地层复杂生物的化石才出现（除非说上帝一直在用同一蓝图不停地创造新物种－－神创论者显然不这么认为。）。为了让读者进一步理解共同祖先说与共同设计说的是非对错，我们举一些分子生物学的例子。 

　　生物既同源又分化，既一致又多样，比较各个物种的相似性和差异性，我们可以推测它们在进化上的位置，确定各物种亲缘关系的亲疏，从而绘出亲缘关系树（学名叫“种系发生树”）。这方面的工作，以前主要是同过古生物化石的研究和形态比较进行的，现在，我们已完全可以在分子水平上，通过比较蛋白质的氨基酸序列和基因的核苷酸序列，来描绘种系发生树。现代生物学对进化的研究，不仅在总体上肯定了传统生物学的结果（这是进化论之所以
正确的
必要条件），而且使进化论的研究更精确，达到了定量化的程度。 　　如果我们要在分子水平上比较现存物种的亲缘关系，最好找一种在各个物种中都同时存在的蛋白质或基因。基因测序技术是最近十来年才有了重大突破，在此之前，我们只能先比较蛋白质序列。１９６７年，细胞色素ｃ的序列比较被选择作为分子生物学在进化论上的最初应用。细胞色素ｃ是参予细胞呼吸的重要蛋白质，在所有的需氧细胞中都存在。至今已有许多物种的细胞色素ｃ的序列被测定，我们在此只选择一些代表性物种，与人的细胞色素ｃ序列（共１０４个氨基酸）相比，其序列的差异百分比如下： 　　黑猩猩：０　　　　罗猴：１　　　　兔：９　　　　鸡：１３ 　　响尾蛇：１３　　　牛蛙：１７　　　金枪鱼：２０　果蝇：２７ 　　小麦：３８　　　　酵母菌：４１　　紫红螺旋菌：６５ 　　（注：酵母菌是真核生物，螺旋菌是原核生物即细菌。） 　　粗粗地一看，就已觉得跟进化论的预测符合得很好，比如，进化论认为人与猩猩、猴子最亲，它们的序列差异也确实最小；与酵母菌、细菌最疏，所以差异最大。如果我们由蛋白质序列反推基因序列，再由基因序列的不同算出各个物种的亲疏差异（“最小突变距离”），我们可以很精确地绘出这些物种的种系发生树（亲缘关系树），其结果，与原先通过古生物学、解剖比较学得到的符合得很好，只是更加精确了，定量化了。这样，进化论就被分子生物学所验证。 　　但是，有一个问题值得讨论一下，因为懂得一点分子生物学的神创论者往往对此大作文章。 　　根据进化论，哺乳动物的进化路线是： 　　　原核生物－＞单细胞真核生物－＞无脊椎动物－＞鱼类－＞两栖类－＞爬行类－＞哺乳类 　　那么，酵母菌、果蝇等等的序列应该比人的更靠近细菌吧？把这些物种的细胞色素ｃ序列与细菌的相比，结果似乎“出乎意料”： 　　酵母菌：６９　　　果蝇：６５　　　　金枪鱼：６５ 　　牛蛙：６５　　　　响尾蛇：８４　　　人：６５ 　　奇怪，怎么都跟细菌离得一样远甚至更远？ 　　另外，既然爬行类在进化路线上介于两栖类与哺乳类之间，那么蛇的序列就该是介于牛蛙和人的序列之间的“过渡型”序列吧？但是比较了它们的氨基酸序列的组成后，否定了这种“预测”。 　　于是对分子生物学一知半解的神创论者便宣称分子生物学的研究否定了进化论。（不知微言的“三论”会不会论到这一点。若没论到，他的神创论水平可就太不高明了。） 　　事实又是如何呢？ 　　实际问题的解答很简单：在哺乳类进化的同时，其它的生物并没有保持不变，也在不断地进化，现代的爬行类早不是几亿年前的爬行类，现在的两栖类也早已不是几亿年前的两栖类，在几亿年间，它们的蛋白质不知已突变了多少次，怎么能指望现代的爬行类、两栖类的蛋白质序列比哺乳类的更靠近细菌（其实细菌也在不停地进化），又怎么能“预测”现代的爬行类的蛋白质序列还是两栖类和哺乳类之间的过渡型？进化论的真正预测是：如果哺乳类是在两亿多年前由某种爬行类进化来的，那么当时哺乳类和爬行类的蛋白质或基因序列的差异性一定会小于现代的哺乳类和爬行类。这种预测好象无法验证，其实不然，聚合酶链反应（ＰＣＲ）技术的发明使我们已能够从古生物化石中提取ＤＮＡ大量扩增，这几年来一直有人在作这方面的实验，试图建立一门“分子古生物学”，只不过得到的数据很零散，还不足以说明问题。这些人，想建立“分子古生物学”的目的并非想证实或否证进化论。时至今天，还有几个真正从事现代生物学研究的人觉得进化论需要证实？更有谁会狂妄到想去推翻进化论？ 

　　而所有生物一直在进化的根本原因，是因为作为遗传物质的核酸在复制过程中会自己发生突变，这种突变是随机的、自发的，与环境的变化无关（当然，核酸还会被诱变），因此每一种基因以及蛋白质都按一定的速率在发生突变，这种现象，被称为“分子钟”现象。实际上，有了分子钟这个概念，不仅可以明白为什么爬行类的序列不比哺乳类更靠近细菌，而且可以让我们推算各个物种分支的时间。值得一提的是，分子钟的概念早在１９６２年就已提出，并非是针对细胞色素ｃ序列“难题”的事后诸葛的解释。 　　正因为所有的生物都同时在进化，使得今天的各个物种－－打个不很确切的比方－－是兄弟、堂兄弟、族兄弟关系，而不是父子、祖孙关系。因此，从来没有哪一个进化论者会绘出这样的亲缘关系图： 　　细菌－酵母菌－果蝇－金枪鱼－牛蛙－响尾蛇－人 　　虽然神创论者一直想让人们对进化论形成这种印象，今天人们也还把“人是由（现代）猴子变来的”这句话挂在嘴上，而实际上，自从上个世纪末海克尔绘出第一个种系发生树以来，我们对现存物种的亲缘关系一直是这么（或类似）描绘的： （只定性不定量，定量需要复杂的计算） |------------------------------------------------------细菌 | ------| |--------------------------------------------酵母菌 | | |---------| |-----------------------------------果蝇 | | |--------| |--------------------------金枪鱼 | | |--------| |---------------------牛蛙 | | |----| |----------------响尾蛇 | | |----| | |----------------人 　　如果用其它的蛋白质研究，也可以得出相似的结果。比如本实验室正在研究一种蛋白因子，它对ＤＮＡ转录ＲＮＡ有重要的功能。它是几年前首次在人体细胞中被发现并克隆出它的基因的，由于转录是一切细胞都具有的重要的生命现象，因此我们（根据进化论）预测它在别的生物中也应该存在。果然，几年后这种因子在大鼠、蛙、果蝇和酵母菌中被陆续发现并克隆。把这些序列与人的比较，差异程度（百分比）如下： 　　大鼠：３　　蛙：２７　　果蝇：５１　　酵母菌：７３ 　　它跟细菌的一种转录因子也有局部的相似性。 　　如果我们据此画出种系发生树，是： |------------------------------------------------------细菌 | -------| |---------------------------------------------酵母菌 | | |--------| |-----------------------------------果蝇 | | |---------| |---------------------------蛙 | | |-------| |------------------大鼠 | | |--------| | |------------------人 (Just for those molecular biology majors: this factor is RAP30, thesmall subunit of general transcription factor TFIIF, and the baterialfactor is sigma70. ) 　　我们可以发现，其结果与用细胞色素ｃ画出来的符合得很好。） 　　比较蛋白质序列，不仅仅可以确定一些大类群的亲缘关系，而且可以非常细致地比较一个类群内各物种的亲缘关系。比如比较各种哺乳类的细胞色素ｃ序列，可以绘出这样的亲缘关系树： 绵羊 　　　　　　 　 猴 鼠 | 　　人\ | | / \ \------|------|------|------|---------/ \牛 / | |* \ * 猪 猿/ 兔 / \ \ / / \ | 狗 袋鼠 马 　　如果是比较血红蛋白贝塔链，则得到这样的结果： 　　　　　　　 猴 鼠 狗 猪 牛 　　人\ | | * | * | / \------|------|------|---|---|--|--|----/ / | | | \ 猿/ 兔 袋鼠 马 \ 绵羊 　　虽然有四处不同（用＊标出），但总体上符合得很好。这些不同可以当作实验误差。即使把这些不同考虑在内，如果这十一种物种没有任何的亲缘关系的话，随机组合产生这两幅关系树的机率是二十万分之一。这才仅仅比较了两种蛋白质，实际上至今比较过的蛋白质都产生了类似的关系树，其没有亲缘关系的机率更是低得近于零了，或者，用微言的话说，低得“超出人类的想象”。