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殊不简单的平叶

作者:戴维.卡奇普尔 (David Catchpoole)
译者:卢慧明(Candice Loh)
文章来源:Journal of Creation 19(1):8, April 2006

Photo by Arpad Nagy-Bagoly, Fotolia.com Flat leaves

平的叶子无所不在,为什么?在特定份量的材料,平的形状有最大的面积,而平叶能够吸收最多的太阳能。阳光是光合作用的关键,制造植物生长所需要的碳水化合物(淀粉和糖)。

看似平淡无奇的「平」,仔细观察之下,原来并不简单。植物生理学家指出:「制造平叶比制造卷叶困难得多,因为叶子中间部分的生长必须与叶子边缘的生长协调。」1

事实上,平叶的产生是经过一个非常小心控制的生长过程,研究人员发现,基因控制着平叶的生长过程。2

那么,假如叶子生长出现不协调(例如,植物发生基因突变)会怎样?这样的植物长出的不是平叶,而是卷叶——远离理想的「零曲率」(平)。例如,当叶边附近的细胞长得比中间的慢,叶子最后会长成杯状(正高斯曲线,positive Gaussian curvature)。相反,当叶边附近的细胞长得比中间的快,叶子会弯曲成马鞍形状(负高斯曲线,negative Gaussian curvature),并有波纹叶边。

叶子的零曲率原来非同小可,皆因产生负曲率或正曲率的机会远高于零曲率,研究人员指出:

Normal and mutant leaves
假如叶子的波浪是弱凸面(叶A)的话,就会形成零曲率的椭圆形叶子。但在发生基因突变的叶子,凹面波浪(叶B)使叶边继续生长,形成负曲率的阔叶。
资料来源:Nath et al., 2003, fig.4(E) ref. 2.
「尽管『平』常被视为理所当然,但产生平面的机会不大,因为相比零曲率,一个结构有更多方法去产生负曲率或正曲率。」2

让我们细看花卉植物「金鱼草」(snapdragon)的叶子生长,显示出制造平叶所必需的精确控制。随着金鱼草长出新叶子,叶子透过细胞分裂长大(每个细胞分裂成两个新细胞,每个新细胞又分裂成两个新细胞,如此类推)。在正常的叶子(平叶),叶尖的细胞比叶子基部的细胞早停止分裂并成熟。

研究显示,金鱼草有一个「波浪」(wave)由叶尖传送到叶子基部,使叶子细胞停止分裂并分化为成熟的叶子细胞。波浪的时间安排和形状,决定了叶子的形状和曲率。正常叶子的波浪是凸面(convex),从而在距离叶尖的部分,叶边的细胞比叶子中间的细胞早停止分裂,最后形成零曲率的椭圆形叶子(叶A)。

然而,在有某种基因突变的金鱼草,叶子的「波浪」是凹面(concave),而且这种叶子长得比正常叶子慢。叶子中间的细胞比叶边的细胞早停止分裂,叶边则继续生长,最后形成负曲率的阔叶(叶B)。

昆虫的薄膜翅膀也有同一的问题。明显地,昆虫薄膜翅膀的生长率是经过严格控制。正如基因突变会造成叶子起皱,昆虫翅膀的基因突变亦会造成翅膀起皱。但对昆虫来说,平的翅膀更加重要,因为在飞行空气动力学上,「平」是必要条件。

考虑到涉及制造平叶的所有条件,假如产生平面的或然率为低,2那么,平叶究竟从何而来?新达尔文主义者会求助于微小的基因突变和物竞天择,然而,「平」是需要各部分细胞生长率的高度协调,所以不可能仅以道金斯(Richard Dawkins)的累积选择(cumulative selection)来解释。但如果「平」的发生不是因为或然率或累积选择,根据逻辑要求,智慧设计是唯一余下的选择,正如罗马书1章18至32节所表明。

参考文献

  1. McConnell, J.R. and Barton, M.K., Leaf development takes shape, Science 299(5611):1328–1329, 2003. 回上一頁.
  2. Nath, U., Crawford, BCW., Carpenter, R. and Coen, E., Genetic control of surface curvature, Science 299(5611):1404–1407, 2003. 回上一頁.