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殊不簡單的平葉

作者:戴維.卡奇普爾 (David Catchpoole)
译者:盧慧明(Candice Loh)
文章來源:Journal of Creation 19(1):8, April 2006

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

平的葉子無所不在,為什麼?在特定份量的材料,平的形狀有最大的面積,而平葉能夠吸收最多的太陽能。陽光是光合作用的關鍵,製造植物生長所需要的碳水化合物(澱粉和糖)。

看似平淡無奇的「平」,仔細觀察之下,原來並不簡單。植物生理學家指出:「製造平葉比製造捲葉困難得多,因為葉子中間部分的生長必須與葉子邊緣的生長協調。」1

事實上,平葉的產生是經過一個非常小心控制的生長過程,研究人員發現,基因控制着平葉的生長過程。2

那麼,假如葉子生長出現不協調(例如,植物發生基因突變)會怎樣?這樣的植物長出的不是平葉,而是捲葉——遠離理想的「零曲率」(平)。例如,當葉邊附近的細胞長得比中間的慢,葉子最後會長成杯狀(正高斯曲線,positive Gaussian curvature)。相反,當葉邊附近的細胞長得比中間的快,葉子會彎曲成馬鞍形狀(負高斯曲線,negative Gaussian curvature),並有波紋葉邊。

葉子的零曲率原來非同小可,皆因產生負曲率或正曲率的機會遠高於零曲率,研究人員指出:

Normal and mutant leaves
假如葉子的波浪是弱凸面(葉A)的話,就會形成零曲率的橢圓形葉子。但在發生基因突變的葉子,凹面波浪(葉B)使葉邊繼續生長,形成負曲率的闊葉。
资料来源:Nath et al., 2003, fig.4(E) ref. 2.
「儘管「平」常被視為理所當然,但產生平面的機會不大,因為相比零曲率,一個結構有更多方法去產生負曲率或正曲率。」2

讓我們細看花卉植物「金魚草」(snapdragon)的葉子生長,顯示出製造平葉所必需的精確控制。隨着金魚草長出新葉子,葉子透過細胞分裂長大(每個細胞分裂成兩個新細胞,每個新細胞又分裂成兩個新細胞,如此類推)。在正常的葉子(平葉),葉尖的細胞比葉子基部的細胞早停止分裂並成熟。

研究顯示,金魚草有一個「波浪」(wave)由葉尖傳送到葉子基部,使葉子細胞停止分裂並分化為成熟的葉子細胞。波浪的時間安排和形狀,決定了葉子的形狀和曲率。正常葉子的波浪是凸面(convex),從而在距離葉尖的部分,葉邊的細胞比葉子中間的細胞早停止分裂,最後形成零曲率的橢圓形葉子( 葉A)。

然而,在有某種基因突變的金魚草,葉子的「波浪」是凹面(concave),而且這種葉子長得比正常葉子慢。葉子中間的細胞比葉邊的細胞早停止分裂,葉邊則繼續生長,最後形成負曲率的闊葉( 葉B)。

昆蟲的薄膜翅膀也有同一的問題。明顯地,昆蟲薄膜翅膀的生長率是經過嚴格控制。正如基因突變會造成葉子起皺,昆蟲翅膀的基因突變亦會造成翅膀起皺。但對昆蟲來說,平的翅膀更加重要,因為在飛行空氣動力學上,「平」是必要條件。

考慮到涉及製造平葉的所有條件,假如產生平面的或然率為低,2那麼,平葉究竟從何而來?新達爾文主義者會求助於微小的基因突變和物競天擇,然而,「平」是需要各部分細胞生長率的高度協調,所以不可能僅以道金斯(Richard Dawkins)的累積選擇(cumulative selection)來解釋。但如果「平」的發生不是因為或然率或累積選擇,根據邏輯要求,智慧設計是唯一餘下的選擇,正如羅馬書1章18至32節所表明。

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.