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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, the
small subunit of general transcription factor TFIIF, and the baterial
factor 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”。

　　蛋白质氨基酸序列的改变，或者说蛋白质突变，是由基因突变引起的。但是并
非所有的基因突变都能引起蛋白质突变。绝大多数的氨基酸是由两种以上的遗传密
码转译的，比如精氨酸的遗传密码是ＡＧＡ和ＡＧＧ，如果基因仅仅是从ＡＧＡ突
变为ＡＧＧ，就不引起蛋白质的突变，称为无义突变。因为无义突变没法从蛋白质
序列测出，所以直接比较基因序列比比较蛋白质序列更精确地反映了各个物种的异
同。比如，人和黑猩猩的绝大多数蛋白质的序列完全一样，靠比较蛋白质序列无法
知道它们的差异。如果比较基因序列，则人和黑猩猩有大约１％的差异。基因序列
的比较与蛋白质序列的比较相似，在此不再介绍。

　　每一种基因都有一定的突变率，也就是说，每一种基因都有自己的一个分子钟
；这样，用不同的基因绘出的种系发生树在细节上就略有不同。为了解决这个问题
，最好能比较全部的基因（“基因组”）序列。但是，我们已知基因组序列的物种
很少，都是低等生物；高等生物方面，对人、鸡、水稻等基因组的测序目前正在全
面展开，远未完全。这是花费了大量的人力、物力和财力的浩大的工程，对于大多
数的物种显然不能都来这样一套工程，只能挑几个重要的物种搞搞。那么，在知道
基因组序列之前，是不是就无法比较不同物种的基因组序列的异同呢？不是的，我
们可以用ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交技术来比较。

　　大家知道，在自然状态下ＤＮＡ是靠碱基互补配对结合在一起的双链。加热到
一定温度后，碱基配对被破坏，双链就分开变成两条单链，这个温度叫解链温度。
冷却以后，ＤＮＡ单链又会互相结合成为双链。两条单链结合成双链时，并不需要
完全互补配对，允许有一定程度的错配，只不过这样的双链较不稳定，打开它的解
链温度较低。错配率越高，解链温度越低，也就是说，我们可以由解链温度计算错
配率。ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交技术就是利用ＤＮＡ的这种特性，把两个物种的总体Ｄ
ＮＡ混在一起，加高温让它们全部解链，再冷却让它们相互之间形成杂交双链，然
后测出杂交双链的解链温度，由此计算两个物种的差异程度，进而推算它们分支的
地理时间。

　　利用ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交技术，可以绘出高等灵长类的种系发生树如下：

|----------------------------------------------------旧世界猴类
|
-----| |--------------------------------------长臂猿
| |
|-------------| |--------------------------猩猩
| |
|-----------| |----------------人
| |
|---------| |------普通黑猩猩
| |
|---------|
|
|------矮小黑猩猩
|
|--------|--------|--------|---|----|---------|---------|
30 25 20 15 | 10 5 0百万年前
|
参照点

　　请大家把这个图跟第三节用比较免疫学得到的图作个比较，就会发现它们相符
得非常好；而且，在当时我们还无法推测人和黑猩猩分支的时间，现在可以了。在
根据序列差异推算分支的地理时间时，我们必须根据化石纪录选一个参照点。在上
图我们选了１３百万年前猩猩的分支时间为参照点，由此推算出人和黑猩猩的分支
时间是７百万年前；如果用２５百万年前旧世界猴类与猿类的分支时间为参照点，
则整幅图都要往右挪，人和黑猩猩的分支时间是５百万年前。总之，人和黑猩猩的
分支时间上限是七百万年前，下限是五百万年前，这是分子生物学对人类起源的结
论。这个实验被不同的人用不同的方法做过，结果都一致。