【未解之谜】挑战进化论的微生物界

大家好，我是扶摇。欢迎和我一起探索未解之谜。

今天带大家参观一下微观世界吧。

先来给大家介绍一个单细胞生物，就是中学的时候在显微镜下观察过的草履虫。大家都不陌生吧？

草履虫的肚里干坤

这种肉眼看不到的小生物虽然只有一个细胞，但却麻雀虽小，五脏俱全。体内两个细胞核一个控制新陈代谢和生长；另一个负责遗传和生殖。体表的表膜负责呼吸机能，食物则是利用口边的纤毛捕来，再用体内产生的酵素进行消化吸收。遍布全身的绒毛还可以像腿一样帮草履虫自由移动身体，也就是具有运动的功能。

在课本中，草履虫被定义为原生生物，是作为最低级、最原始、最简单的一类生物来介绍的。它所属的原生生物出现在18.5 亿年前的元古宙时代，可以说非常古老了。然而这种通体只有一个细胞的原始生命却已经具备一个高级生命的所有生命活动，就是运动、消化、呼吸和繁殖。

而比草履虫更为原始、更低级的细菌一样有着复杂的系统。在现在普遍接受的生命演化历程表中，细菌最起码33亿年前就出现了。跟草履虫一样，细菌也是单细胞生物，不过它们更微小，连细胞核都没有。然而细菌一样能实现新陈代谢、个体繁殖和运动等生命的基本功能。

细菌的大长腿──鞭毛

来给大家介绍一下细菌的运动功能吧。大家都知道细菌虽然比尘埃还微小，但是传播速度非常快。那细菌是靠什么跑得这么快的呢？告诉大家，没什么秘密，靠的就是一条大长腿，长在细菌细胞表面的细长细长的蛋白质分子，学名叫做鞭毛。

细菌鞭毛是螺旋状的细丝，每根细丝的基部带有一个可以顺时针或逆时针转动的旋转马达带动细菌以螺旋状的运动轨迹前行。这种马达是一种细菌体内的蛋白，非常小，大小只能以奈米来计算，然而它的结构却跟汽车发动机差不了多少，定子、转子、主轴、轴瓦、连动杆、调节与制动系统等部件一个都不少。而且控制精准，每秒钟能旋转300─2400圈，而在这样的高速下居然还能在四分之一圈内刹车并且调转方向。性能好得都快赶上外星人的飞碟了。

鞭毛不但旋转速度快，奔跑能力也快得惊人。常见的细菌鞭毛1秒钟可以跑出自己身长60倍─100倍的距离。这是个什么概念呢？咱们来跟陆地上跑得最快的动物猎豹做个比较吧。猎豹体长1米2左右，奔跑速度最快可达到每小时100公里左右。那么一只身长1米2的细菌在鞭毛的驱使下能跑多快呢？简单作个计算，就是一小时260─430公里，能把猎豹远远甩在后面。

如果一开始我不告诉你咱们这里介绍的是细菌的一个小零部件，而是一款概念型超级跑车，您会不会相信呢？事实上，细菌鞭毛被认为是自然界中最高效、最精密的分子引擎和奈米机器，也是最复杂的蛋白质机器之一。而由于它高度的复杂性，鞭毛马达一直是微生物学、生物化学、生物物理和结构生物学研究的难点，因为关于鞭毛是如何从简到繁进化而来的这个问题，按照达尔文进化论根本没法解释。

为什么呢？你看鞭毛发动机总共有50个部件，由差不多有30种不同的蛋白质分子构成，这些必须按照内部特定的机制一起系统协调地工作，大家各司其职又相互合作，才能正常运转。这就像一只瑞士手表，缺少任何一个零件，就无法正常运转，它只能是按照严格工序被制造和安装起来的，不可能是自发随机演化而来。

这么说吧，如果埋在深山里的铁矿石能在大自然的某个偶然因素下自发冶炼成铁，然后铁块们又能自动切割加工成精密的零部件，再然后呢，机缘巧合之下螺丝自动能找上螺帽，齿轮能自动咬合，各个零部件自动归位，组装成一个电动马达。如果这可以实现的话，那么理论上讲，细菌鞭毛也能从没有生命、杂乱的无机化合物中演化出来。

LUCA──生命的共同祖先？

如果细菌鞭毛还不足以令人震撼的话，咱们不妨再来看一下比细菌更原始的生命吧。目前普遍接受的假说是，注意，只是假说，科学界目前还没有定论，这个假说是说，地球在大爆炸中形成后，慢慢冷却成为一个宜居星球。简单的有机化合物在这期间就合成可自我复制、自我组装、自我催化的分子，直至细胞膜的出现，这就开始有生命了。

这种生命称为最后普通的共同祖先（The last universal common ancestor，LUCA）。根据维基百科介绍，LUCA估计是生活在约40亿年前的单细胞生物，生活在靠近海底岩浆流的深海喷口的高温水域中。为什么说是估计呢？因为到目前为止，科学界还没有可靠的化石可以让我们一睹LUCA的芳容。所以LUCA目前来讲，只存在于科学家们的想像之中。

然而，就算只是概念型的生命，科学家们也都认为，LUCA产生的时候就已经有数百个基因编码了。因为要完成自我复制和自我组装，也就是繁殖和生长这两样生命必需的功能，一定要有一套掌控遗传密码的细胞结构，比如信使RNA、转运RNA、核糖体等，然后按DNA编码组建蛋白质。这些蛋白质包括可以进行无氧呼吸的酶，还有复制遗传物质的DNA聚合酶等等。

在这些蛋白构建的框架中，维持新陈代谢的消化系统和呼吸系统，还有能让生命世代延续的生殖系统就形成了。这三套系统必需从一开始就出现而且同时存在才能使一个个体成为活的生命。

而这，也是生命起源研究者面临的挑战，就是如何用演化的理论，也就是基因突变和随机事件这两大工具来解释这样一个复杂而又紧密联系的系统的产生。因为系统中每个部分都缺一不可，都是生命能正常产生的必要条件。

事实上，刚才提到的生命演化历程表，虽然现在被普遍接受，也用在了教科书里，不过其实这张表，包括它背后的生物演化论，在科学界还都只是作为假说存在的。对于生命到底是如何产生的，是不是真的按照进化论的思路是由简入繁演化的，科学界目前其实还没有定论。

不能简化的复杂性

所以，有不少科学家就针对这个问题对进化论进行了挑战。美国里海大学生物化学教授迈克‧贝赫（Michael J. Behe）就直接提出了这样一个概念：“不能简化的复杂性（Irreducible Complexity）”就是复杂系统不可简化，从一开始就必须高度复杂，不可能由更简单的系统逐渐进化而来。

这个开创性的概念是贝赫在他1996年出版的着作《达尔文的黑匣子：生物化学对进化论的挑战》（Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution）一书中提出来的。书中不但用细菌鞭毛做例子，也讨论了帮草履虫实现运动机能的纤毛，还有血液凝固、免疫系统的运作等等例子来证明生命系统的复杂性。

达尔文曾经在《物种起源》中总结说：“如果能够证明，确实有某种复杂的器官，它不可能是由无数次的、连续的、轻微的修改而形成，那么我的理论将彻底崩溃。但是我找不到这种情况。”（《物种起源》，1859年，第158页）。贝赫说，现在我找到这么多证据了，那你这个进化论还站得住脚吗？

达尔文自然是没法从棺材里爬出来应对啦。不过达尔文的拥护者们一个个都跳出来了，指责贝赫说他的理论逻辑上有重大的缺陷，他的书是“伪科学垃圾”。然而在重重包围之中，贝赫的书还是获得了商业上的成功，成为了畅销书，甚至还被评为20世纪百大非小说类书籍之一。这说明什么呢？不管科学界怎么吵吧，老百姓们对贝赫的理论还是认可的。

而且，贝赫也不是孤军作战。这不，法学教授菲利普‧约翰逊（Philip E. Johnson）也在1990年代出版了《审判达尔文》（Darwin on Trial）这本书，引经据典挑战进化论。

化石界的时空错乱

接下来，咱们来看一下化石方面的证据吧。

书中提到说，美国怀俄明州的大角羊盆地（BighornBasin）有埋藏了500万年连续不断的化石纪录，非常完整地记录了这段时间内哺乳动物在地球上出现并开始征服全球的情况。

古生物学家们一开始挺高兴的，以为肯定能找到这500万年中生物演化的确凿证据。然而随着发掘的进行，他们却越来越困惑。因为他们不但没找到任何化石可以清楚显示一种生物逐步转变为另一种生物，反而发现很多被认为是祖先的物种，竟然跟被认为是“后代”的物种同时存在。然而，根据进化论“适者生存”的理论，一种生物是因为不适应环境才被迫进化的。那么照此推理，当“后代”物种出现后，不适应环境的祖先们就会被淘汰，从这个世界上消失。所以它们是不可能跟后代们同框的。如果二者共存，要不就是时空错乱，要不就是进化论站不住脚。

而类似的挑战也出现在了生物界的共生现象中。现在在生物学普遍接受的内共生学说的创建人、美国生物学家琳‧马古利斯（Lynn Margulis）在她的《获得基因组》（Acquiring Genomes: A Theory of the Origins of Species）这本书中就介绍了一种有趣的共生现象。

有一种跟草履虫差不多原始的单细胞原生动物叫拟游仆虫。这种虫子是一种长度以微米计算的微生物。虫子的表面共生着一种细菌。当拟游仆虫感觉到有捕食者接近时，这些细菌就会放出暗箭射向敌人，保护虫子。这种武器是一种像弩箭一样的丝状蛋白质。研究人员在实验室发现细菌和虫子离开彼此都没法生存。他们试图把细菌从虫子身上分离出来进行单独培养，但都以失败告终。像这样的共生现象在原生物界比比皆是。

那么问题来了。如果生命真的是从更原始的生命一步步进化而来，那么这两个谁也离不开谁的生命在遇到彼此之前又是怎么生存的呢？如果它们遇到之后才开始合作，那么按照进化论基因随机突变的理论，这两个有着两套不同基因的生命是怎样各自随机突变，最后奇迹般地成为盟友的呢？又或者，它们本来就是同时被创造出来的呢？

今天的故事就讲到这里吧。在一个小小的人体细胞中就有几万到几十万个种类不同的蛋白质分子在DNA的控制下各司其职，总数量可以高达几千万个。细胞每隔几分钟到一小时就分裂一次，这种生产效率依赖于细胞内很多先进发达的“生产线”，就像是一个集智能化、信息化、数字化为一体的现代化大型工厂，有车间、生产设备、包装处、控制中心、通讯平台、运输系统、废料处理站等功能完备、分工明确的子系统。而人体的复杂程度还要超过细胞不知道多少倍。

那么您觉得我们人类，会是从单细胞的小虫子进化而来的吗？

未解之谜，我是扶摇。我们下回见。

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（责任编辑：李红）