第八章 失踪的部件

“我不是说我们已经弄清了案件的真相，远非如此。但当我们查出了那个失踪哑铃的下落后⋯⋯”

“那个哑铃！” “哦！华生。你是否仍未弄清，这个案件的关键就在于那个失踪的哑铃？好啦，好啦，你也不

用感到丧气。在我们之间来说，我以为无论是麦克探长还是那位杰出的地方侦探，他们都还没有抓住这个事件的主要价值。一个哑铃，华生，请你想想看一个运动员只用一个哑铃会怎样。你可为自己勾画一幅图画，看看这种片面的运动会带来什么结果，最直接的危险是脊椎骨弯曲。糟糕呀，华生，真糟糕！”

从某一方面来说，眼睛特别易于认识。眼睛与相机是如此的相似以致使人们纳闷为什么没有发生过侵犯专利的诉讼纠纷。两者都有暗盒、镜头、可变光阑以及感光表面。再往深层看当然就可看出两者之间在设计上的一些各自专有的明显的不同。眼睛后面的感光区实际上与胶卷并不太相似。这一点以及有关眼睛的其它很多东西尚没有为人们所完全认识。但是眼睛由一些协同工作的相当确定的部件组成，这一点是眼睛特别易于认识之处。就像我们在第六章中讨论过的那样，一些真正有效能的机械部件通常是通过相互协同工作而发挥效能的，眼睛的这些部件也同样如此。

有关眼睛，一个不太清楚的地方就是：既然整个机器只有在所有部件均到位并工作时才能工作，那么，眼睛的组成部件是怎样进化而来的呢？这是达尔文喜爱接受的那类挑战。

这个问题不是眼睛所独有。有机物中充满了这样的机制。这种外表已事先设计好的特征是生物的一个重要特征。这是一种相当普遍的观点。（请回想一下科尔里奇给生命下的定义。这个定义就是：生命是“一个整体，这个整体是所有各个部分的先决条件”。）

然而，各个组成部件之间的错综复杂的合作又如何能够一小步一小步地进化呢？

我们首先可以看到的一件事就是：一个有机物中一个结构通常具有几种不同的功能。例如，一个动物的颌除了用来进食之外还可以有好几种其它用途，如搏斗、叼幼小动物等。这些功能显然不是一次发现的，其中有些功能必定是后来才发现。既然老的结构可以发现具有新的用途，那么一些老的需要也应该可以被后来进化而成的结构满足。

偶然发现新的工作方式的机会很多，这种工作方式以已经存在的两种或两种以上的结构为基础。例如，猫通过皮外衣保暖的方式也许只有在有办法使皮外衣保持干净的情况下才是一种好方式。没有人会说猫的舌头本来就是为了保持皮毛的干净而进化的。但舌头是因为被证明对皮保温系统同样有用而成为这一系统的一个不可或缺的部分。现在猫的舌头已为了保持皮毛干净的目的而有所改进，但它依然是食品处理系统的一部分，仍然发挥它的古老的作用。当然，舌头还有其它用途。有些动物用它散热，有些则用它说话， 如此等等。这一点在生化组织的所有层次，从器官到分子，都是非常典型的。有机物的有些组成部件具有很多功能，这些功能不可能都是最初就有的功能。有些组成部件相互依存的方式也不可能最初就有，但现在这些方式却已成为必不可少的东西。

事实上，即使像大肠杆菌那种所谓简单的有机物，它们也都是一些体系庞大、错综复杂的企业，在这些企业里，子系统偶然形成新的组合而产生新的功能的余地很大。由一组新的子系统组合而形成的新的工作方式取代老的工作方式的事时常发生，这似乎是一种必然发生的现象。这样一来，自相矛盾的合作就会出现。

要了解这是怎么一回事则请看下面这个非常简化的模型，这是一个用石头搭成的弓形结构：

如果你被告知这个弓形结构是用一批相互之间的形状只有些许改变的石头搭成而且是用一次搭上一块石头的方法搭成的，那么这个弓形结构也许看起来就是一个自相矛盾的结构。

怎样才能逐步建成一个弓形建筑呢？

答案是搭一个支撑脚手架。在上面所说的情况中你也许会用石头垒成一个脚手架。首先你会将石头一块一块往上垒，垒成一道墙。

然后你就会抽去其中一些石头，从而留下这个“自相矛盾”的弓形结构。除了用垒脚手架的方式外是否还有其它的方式？对于人们发现的有机物的子系统相互依靠的结构、即几个子系统中每一个均与其它子系统相互靠在一起的结构，我们可以做这样的解释：即这种结构中早先本来还有一些部件但现在却失踪了。但除了这种解释外是否还有别的解释，组成成分之间的协作在任何地方均没有在中央生化系统中紧密。现在我们抽出一个分子，任何一个分子，来分析这种协作之紧密，例如我们可以抽出一个丁氨二酸分子。丁氨二酸是 20 种蛋白氨基酸之一，因此实际上这种分子是每种酶都需要的组成成分。细胞中每一个化学反应都需有丁氨二酸的存在，这就是说细胞合成每一个分子都离不开这种分子。此外，这种分子还可用来作为其它所有种类的分子合成所需的材料之一，例如它可作为合成核苷酸字母部件的材料。核苷酸字母部件无疑是非常重要的物质。抽出一个其它分子，即中央内核中的任何一种分子，分析的结果会同样如此。如果你问这种分子有何用处，你会立即获得好几个答案。然后，当你分析这种分子的间接影响时，你就会发现，每一个分子均在这方面或那方面为其它所有分子所必需。

由此可见，这是一种比弓形结构要复杂得多的结构，因为这种结构中的每一块“石头”不仅仅是和另两块相连而且和许多块相连。这是一种多面的弓形结构，而且面越多越无法改变。这种结构中的任何东西都不能触动，否则整个大厦就会倒塌。在了解了中央生化系统的这种相互依存的结构之后， 对于这个系统现在为什么会这样固定以及为何如此长时间保持固定这一问题也就一点也不难理解了。现在比较难解的问题是：这种如此复杂的弓形结构是如何通过一块石头接一块石头的方法进化而来？

请想象一下，要造出合成蛋臼分子所需的所有机器需要经过多长时间的进化。请想想看，要获得如此极为复杂的结果需要经过多少次挑选和摒弃。密码的进化只是这个问题的一部分，尽管是最难理解的部分之一。请设想一下，一个一致的密码以什么为先决条件。另外，还可设想一下，任何像我们的中央生化系统这样的东西在什么情况下才能进化。这种东西是如此复杂而又如此固定，且这种固定似乎是如此地不可避免，而现在又是如此地不可缺少。不管当时的情况会如何，有一点可以肯定，它和现在会很不相同。

可以肯定，当时会有建“脚手架”的材料存在。目前生化系统中众多的

组成部件在能够相互倚靠在一起之前必须先靠在其它别的物质上。

我们曾提及这种观点，现在又经常不断地回到这种观点，这种观点就是： 在进化的早期阶段，即在我们所知的生命出现之前，地球上存在其它种类的进化系统，即那些实际上发明我们的中央生化系统的其它有机物。

但人们是否能够想象出控制从一个老系统传到一个新系统所用的任何方式呢？即便能够，我们不是又面临一个以前就遇到过的同样的难题吗？对前一个问题的答案是肯定的，对后一个问题的答案则是否定的。让我们从第一个问题开始。

长绳

第二章论述的主要观点是：进化可以说是由对遗传信息的阐述和发挥组成。应该承认，要使进化成为可能，遗传信息必须具有某种效力。它们必须以硬件形式表现出来，即它们必须能够导致具有共同表型的一类有机物产生。但所有这些严格地说只是论点的下一个部分，即信息首先出现是因为只有这种信息才能长期生存，只有它们才能使演替线之间具有长期的连续性， 只有它们才被认为可以进化。

演替线并不是单纤丝。一代一代相传的是一组信息，即一串基因。因此， 产生进化的是连成一串一串的基因，而这些基因串不仅可以通过串中基因本身的修改，而且改变还可以通过增加或减少基因而发生变化。

一长条连成一线的有机物就像一根长绳索，这根绳索的纤维部分重叠， 就像大部分绳索一样。但这根绳索的任何纤维却都不必从绳索的一头一直延伸至另一头。在这根有机物绳索中，基因来、基因去，新的基因不断取代旧的基因。

如果一种有机物的所有基因都用同一种物质制造，而这些基因也用同一种方式活动，那么我敢说这样的有机物具有管理上的明显优势。在这种情况下，一旦你能获得一种像蛋白质的物质作为原料，你就可以从这种原料中合成几乎任何东西。如此一来，这种复杂的简单也就具有了意义。按照这种情况，目前我们就只有一种生命形态可供观察，而这种生命形态的有机体则都是同质的。这种观点无疑只是一种附带的看法。我们可以看出为什么这是一个不错的观点，但同时也知道这种观点有可能使我们走入歧途。一组基因可以演替，但这种演替原则上却并不要求制造基因的遗传物质完全一样，也不要求基因的活动方式全都一样。它所需要的是这些基因结合在一起可生产出一种具有共同表现型的生物体群。而这就是基因演替的全部所需。

鉴此，有机物的中央生化系统则可通过一种简单的方式使自己不断更新。这种方式就是逐步接替。一根在一头为大麻纤维的绳索可逐渐改造成为一根只有波罗麻纤维的绳索，改造的方式是大麻纤维逐渐减少直至消失而波罗麻纤维却逐渐增加直至完全取代大麻纤维。同样，一列基于一种遗传物质的有机物可通过遣传接替逐渐变成一列基于另一种完全不同的遗传物质的有机物。

进化早期存在遗传接替这一概念并没有简单地将生命的起源这一问题转移，因为最早的那种遗传控制系统当然不会有也不可能有那种自相矛盾的造成种种麻烦的“弓形”组织结构。最早的遗传控制系统是一种一个部件一个部件垒起来的“脚手架”式的结构。因此，对有关生命起源的探索首先成为

一项寻找那些失踪部件的工作，从那些最初的部件开始。接下来我们将讨论什么呢？

构 图

人们并不需要遇见过某种人才能在脑海中形成这种人的形象，特别是当人们知道他们是哪里人以及有何成就时尤其如此。我们的最终祖先就有点像这种情况。我们至少非常怀疑，在进化树根部的最早的有机物也许就是我们的最终祖先。

（从第一章）我们可以做如下假定：

1. 我们的最终祖先是地球的产物，即它是由地球提供的成分造出来的。根据定义我们还知道

2. 它可以通过自然选择进化。这应该是一个很好的线索，因为这样的

   系统必定有非常独特的特性，这些特性与第二章中对任何有机物的抽象描述相符。从本章我们则可得出另外两点假定，即

3. 我们的最终祖先的子系统不是紧紧地相互倚靠在一起（即没有形成

   弓形结构），此外

4. 遗传接替为过渡到我们所知的那种“弓形结构”系统提供了手段。

   有了遗传接替，我们的最终祖先就可能从有机物的不同物质中产生。这

样也好，因为我们已经推断（在第六章）现代中央生化系统中的关键的微型组成部件中至少有一种，即核苷酸，不可能在最初的有机物中存在。从上一章也可得知，核苷酸似乎在很长一段时间内都不可能存在。但是，那些最初的有机物与现存的有机物之间在化学上的区别又如何呢？假使我们可以推测它们之间有很大的区别，那么我们是否有理由认为它们实际上也会如此呢？最初的生化物质和现在的生化物质有很大的不同，这一点目前至少是人

们的一种很深的猜疑。这种猜疑来自于对那些“低技术”和“高技术”设计方法之间的区别的分析。现在我将澄清这里使用的“低技术”和“高技术” 等名词的概念。

棍子和石头是最典型的“低技术”工具，它们主要用来作为武器、支撑物、生火的工具等等。即使是矛，假如它只是一根经过改进的棍子，它仍然属于“低技术”之列。一个引火盒，如果其设计仍然没有超出那种用两块石头敲打而生出火花的原理，也仍然属于“低技术”产品。问题多多少少成了： 因为机器正在安装，什么时候它才能开始运转呢？即使存在着一些非常简单的能够做工的机器，其设计原理也是一种“低技术”。由此可见，最初的有机物也一定属于“低技术”之列。

“高技术”设计原理则大不一样。这里的设计原理是将各种各样的不同的组成部件（例如汽车的引擎活塞、橡胶轮胎、火花塞、装有高度易燃液体的罐等等）组合在一起并使它们协同工作，从而产生一种综合功能。那么， 这种“高技术”组成成分中任何一种或它们之间的简单组合是否具有这种综合功能？如果将这些组成成分去掉一部分后再组装起来，它们是否还能产生这种综合功能？这些问题现在已与我们所要讨论的问题无关。这里唯一的标准是效率。唯一的问题是：一俟全部组装完毕机器能否工作。

根据我们的经验，“高技术”机器的效率总的来说要高于“低技术”机器，即便是精心设计的“低技术”机器也是如此。当你想到要造出一台与原

始机器类似的机器在设计上所受到的限制时，你对上面所说就不会感到不可理解。当突破与功能无关的限制之后，机器设计者几乎都会选择“高技术”。他们会选择那种规定机器只有全部部件组装完毕后通常才能工作的设计。就像本章已讨论的那样，进化也能达到“高技术”设计，有办法实现这种设什

（记住拱形结构和绳索）。

经验还告诉我们，“高技术”机器通常是用与它们所对应的“低技术” 机器不同的材料造出来的。这一点也不难理解。这种不同是由设计原理的不同所决定的。“高技术”机器的各个部件之间的分工比那种只有一两个部件的原始的“低技术”机器的分工要细得多，因此“高技术”机器的任何部件都不需完成“低技术”机器部件所需完成的工作。这时，部分就以那个复杂整体为先决条件。各个部件都是根据协作的目的而制造。这样造出的部件自然就与“低技术”机器部件不同了。例如，计算器显然不是用和算盘所需的同样的材料制造。同样，用制造弓箭所需的材料无法造出机枪。（请读者试举六七个其它例子。）

制造那些最初的“低技术”有机物成分在设计上受到的限制与制造当代“高技术”机器中相互紧紧连锁的部件所受到的设计限制会有不同。因此我们又可形成三点猜测；