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對《基因熵》罔顧事實的批評

基因組衰退問題上里程碑意義的研究著作的作者對無根據批評的回應

作者:約翰.桑福德

我通常不會花時間去回復博客,但有些人要求我回應Scott Buchanan針對本人研究著作《基因熵》(genetic entropy)的批判1。由於我花不起時間耗在網路博客裡或因此被無數郵件「殺死」,因此這將是一次性的回復與澄清。

Scott冗長的文章絕不是出於客觀的評價,而是基於先入為主的、新達爾文主義信仰的、出於意識形態的攻擊。他對我研究中所提出的對進化過程的合理質疑完全不予考慮,可這些質疑中的很多看法甚至被我的同行遺傳學家所普遍承認。難道狂熱的進化論者就可以不誠實地承認現行進化理論中的已知問題嗎?接下去我將只簡單地談一下他的每一個論證。

Scott以如下順序給出他的觀點:

  1. 他首先聲稱我的書乃是故意欺騙,且我在本質上是一個撒謊者(可或許我其實是一個誠實的基督徒)。
  2. 接著他花了三張頁面表達他對我細緻引用和參考Kimura相關研究的惱怒——而這裡我是為了把突變效應的實際分佈給闡釋清楚。
  3. 他爭論道,儘管有益突變是罕見的,可它們並不像我所表示的那般稀少。既然有益突變很明顯地存在,且適應化也存在,於是他便想像「基本假設」(即關於人類只不過是隨機突變加自然選擇的產物的假設)必定顯然是正確的。
  4. 「基本假設」:

    人類只不過是隨機突變加自然選擇的產物的假設

  5. 斯科特還列舉了一系列充滿漏洞的突變累計實驗,他相信這些證明了有益突變的超高頻率。
  6. 他指出基因複製可以導致實際的生物學效果。
  7. 他還指出,在長時期實驗研究中,我們一般看不到可測量的衰退。他爭辯說,如果我真的正確,則在最近的幾千年裡,所有短生命週期的生物(細菌、老鼠等)應該已經滅絕了。既然我們沒有看到明顯的基因衰退發生,則「基本假設」必定正確。
  8. 斯科特提出,由於人類的壽命在最近幾個世紀裡增加了,這證明了人類的基因沒有退化降解。
  9. 他辯論道,克勞(Crow)所做出的關於人類基因組目前正以每代1-2%2的速率退化的結論 ,並不意味著克勞本人就不再相信「基本假設」。
  10. 他亦爭辯道,協同上位效應(synergistic epistasis3)至少在某種程度上確實發生,並引用了認為協同上位效應有助於消除突變的一些人的觀點。
  11. 基於上述原因,他對於我書本附錄中所引用的所有論文一概拒絕接受——可在這些論文裡,來自群體遺傳學領域的領軍科學家都承認「基本假設」的所有根本性問題。

對我而言,斯科特的論證次序就錯了。因為他先從無關緊要的議題開始,並且最後對最為關鍵的問題卻企圖輕描淡寫蒙混過關。因此,接下來我將以和他相反的順序一一答覆他的論點。

10. 其它遺傳學家怎麼說:

讓我們先從我專著的最後部分(附錄1)談起,我在附錄裡引用的論文乃是群體遺傳學領域中的旗幟人物的研究。斯科特說這是對無知讀者的資訊矇騙的最高潮,可這種指責荒謬絕倫,因為我不過是引用了承認我書主要論點的該領域的領軍人物。在這部分的前言中,我已經非常謹慎,沒有暗示這些科學家可能認同我個人的觀點。但我也指出,他們非常明確地全部承認我著作中所論述的關於「基本假設」的重大問題,即關於生物通過突變與自然選擇而得以進化的主要問題!

該領域的這些專家為我著作的所有主要論點提供了強力支援……

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  1. 人類的基因現在依然在持續衰退嗎?根據穆勒(Muller)、聶耳(Neal),、康桌壽(Kondrashov)、拿遲曼和克洛維爾(Nachman/Crowell)、沃克和凱特利(Walker/Keightley)、Crow(克勞)、林奇(Lynch)及其團隊、豪威爾(Howell), 樓偉(Loewe)以及我本人(已付印)的相關論文,人類的基因確實在持續衰退。斯科特認為這個概念很愚蠢,並且否定克勞的論文(每代1-2%的基因降解率)。然而康桌壽,該領域的專家(進化論者),也向我建言道,幾乎每一個他所認識的人類遺傳學家都同意人類的基因正在發生降解和衰退。而最為明確的發現是2010年林奇在《美國國家科學院雜誌》(PNAS)上發表的論文4 ,該論文認為人類的適合度每代下降3-5%。我個人認為突變對於適合度的平均效應比林奇的數字要小許多。因此,我認為人類衰敗的速率比他所提出的要緩慢得多——但我們都認為人類的基因狀況是在下降,而不是上升。難道斯科特還能找到堅持人類基因不在退化降解的夠資格的遺傳學家嗎?人類基因現在是否正在降解衰敗這個問題沒有爭論的餘地。斯科特在這個問題上100%地錯誤,而且完全不瞭解相關研究。

  2. 是否存在因無法選擇的輕微有害的突變而造成的遺傳負荷持續增加的問題?根據穆勒、康桌壽、樓偉等許多人的說法,確實如此。群體遺傳學家幾乎全部承認,有相當一部分的有害突變由於效應微弱而無法被自然選擇篩除。問題是,這些突變在全部突變中占多大比例?我研究這個問題已經有7年左右了。我和我團隊的數值類比顯示,對於高等生物來說,有高達90%的有害突變無法被自然選擇剔除(已付印)。而我已把手稿寄送斯科特,但看來他並沒有閱讀過。他能把這個理論問題解釋掉嗎?

  3. 太田博士對於基因衰退有何看法?太田朋子博士是木村的高足,曾與木村聯名發表多篇論文。我們知道太田博士被譽為群體遺傳學的皇后,現今還是美國文理學院的名譽院士、美國國家科學院的外籍院士。她在近中性突變(near-neutral mutation)研究上是世界權威。我的一位聯名作者飛去日本就我們的論文手稿與其討論了幾天。我們的數值模擬研究清楚地表明,近中性有害突變基本上無法被自然選擇篩選,並且導致基因損害的持續線性累積。她承認我們的數值模擬看起來正確,我們的結論也似乎正確。這清楚地反應了一個深層的進化問題(而這也是康桌壽在其論文「何以人類沒有滅絕100遍」中所陳述的矛盾5。)當她被問到關於協同上位效應(synergistic epistasis)的問題時,她即刻承認協同上位效應只會使進化論的困難更大,而不是緩解,正如我在書中所做的論證。我們的數值模擬已經確認了協同上位效應無法減緩突變累積,並且還會加速基因衰退(已付印)。我相信太田博士樂見我在這裡澄清,她是一個忠實的達爾文主義者,依然相信「基本假設」,並且厭惡我的著作的主題。

  4. 其他的引文:我建議斯科特看看我在附錄中的其它引述——很明顯,群體遺傳學的領軍科學家長久以來已經承認,用突變與自然選擇作為宏觀進化的機制(即「基本假設」)存在重大理論問題——斯科特又為何要故意否定這些呢?

9.協同上位效應

斯科特花了很多時間推銷協同上位效應(Synergistic Epistasis)。他沒有認識到的是,群體遺傳學家幾乎都知道,大多數的突變交互作用的方式要麼是加法式的,要麼是乘法式的。

如果有兩個突變發生,且每個突變導致生物機體的適合度下降10%,則總體適合度或者下降20%(加法性交互作用),或者少於20%(乘法性交互作用),或者超過20%(協同上位效應)。協同上位效應如果發生的話,基因衰敗顯然會更快!一般地,進化論者求助於協同上位效應的唯一原因,是想論證多重基因損害會以某種方式促成更有效的選擇。(現在我們能夠清楚地顯示,即便協同上位效應是常見的情況,這也會使得基因衰敗的情況更糟)。而群體遺傳學的理論基礎,就是認定基因交互作用的主要方式是加法性或乘法性。假若協同上位效應是常態(其實它只是稀少的例外),那麼迄今為止的群體遺傳學領域的絕大多數論文都作廢了!協同上位效應的情況首先必須是一個常態,才能去設想它可能會強化自然選擇。

在自然情況下,我們知道所有可能的基因互動方式都發生在複雜的基因組裡,包括協同上位效應。群體遺傳學家通常很少考慮協同上位效應,但除了一件事——即拿來作為基因衰退現象的最後的救命稻草。但是仔細研究表明,即便協同上位效應是基因互動的主要方式而不是稀少的例外,這也只會讓基因衰敗的問題變得更為嚴重——這點我在書中已經指出了,而太田也得出了類似的結論。我們所做的大量數值模擬研究都表明了這一點(已付印)。

8. 克勞依舊相信進化論

斯科特又花了很多時間顯示,儘管克勞本人相信人類正在以每代1-2%的幅度發生衰退,他還是信仰進化論的——這是肯定的,我在書中早就清楚地說過了。

7.人類的平均壽命最近在增加

近幾個世紀裡確實如此,這是很顯然的——但這可不是因為進化的原因,而是得益於改善了的飲食條件、衛生狀況、以及現代醫學。我們找到了避免嬰兒死亡的方法,並延長了中年性疾病患者的預期壽命,因此平均壽命增加了。然而最長壽命可沒有增加,這乃是很淺明的道理。6

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6. 基因熵效應在自然界裡和實驗室裡並不明顯

大多數實驗確實沒有顯示明顯的衰敗。然而斯科特必須認識到,(即便在年輕地球時間表裡,)任何一個今天還存活的物種,其衰變必定是緩慢的,否則它們早就滅絕了。我在《基因熵》一書中給出的三個降解曲線都顯示,當基因退化到一定程度時,其降解的速率會大大放緩。如果一類生物在今天依然活著,並且已經存在了數千年,其降解退化的速率必定極慢(在大多數情況中慢到無法測量)。因此基因衰敗很顯然不會在大多數實驗室裡清楚呈現。

至於斯科特論證所使用的病毒與細菌的問題,此類微生物的基因降解必定很慢,因為每個基因組的突變率低,加之選擇不斷發生且選擇強度高。縱是這樣的條件下,我們已經發表的論文,表明了RNA病毒明顯地表現出基因衰退7。另外一個使得病毒和細菌可以抵抗基因熵的原因是它們可以休眠數千年。這意味著即便活躍的菌株在一千年之後就滅絕,新的菌株也可以從自然休眠地不斷被重新釋放到環境中。

至於老鼠,我們的數值研究顯示,老鼠之類的物種會比那些長壽哺乳動物更能夠抵抗基因衰退的影響,從而使得其種群的壽命延長——因為它們每代的基因突變率低,而且它們受到選擇篩選的週期更為頻繁。因此,由於基因衰退而導致滅絕的動物,首先會是體型較大、壽命較長的動物8。即便假設物種並沒有發生衰退,那麼我們還是有一個物種維護的問題。仔細的分析研究顯示,突變/自然選擇不可能提供所需的維護。

5. 基因複製具有生物學效果

確實如此——但這和我們的研究有什麼關係?如同在打字或學生論文中偶爾出現的重複——基本上全部是有害的,有益的極為罕見。但極少的有益複製完全無法抵消太多的有害複製的累積,更何況還有所有其他突變的蓄積。9

4.突變累積實驗顯示了極高的有益突變率

所謂的突變累積實驗,對於理解有害突變的蓄積並沒有多少幫助。因為這樣的實驗其實不是研究實際的突變,而僅僅是研究菌株的表現——所謂的「突變」只是推測。我檢查過這一類的論文,沒有發現其中有一例對實際突變的記錄。所有的觀察都是針對菌株的表現差異。至於表現型差異的原因,文章並沒有排除非遺傳因素,比如後生效應(epigenetic effect)或菌群中噬菌體病毒數目的增減。更關鍵的是,由於絕對多數突變的效應極為微弱,並不導致明顯的表現型,而這些實驗只著眼於表現型上的重大改變,所以幾乎所有的突變都是觀察不到的。這樣的實驗只能觀察到高影響性的突變,這是一種抽樣偏差,不能代表實際突變譜。而且,無論實驗人員如何努力去排除自然選擇,具有重大影響的有害突變在這樣的試驗中總會被剔除——因此,實驗嚴重偏向於只觀察到具有高度影響的有益突變。基音熵問題的核心是低度影響的有害突變,而這在此類試驗中根本無法檢測到這些突變。故而此類實驗與我們對基因衰退的討論實在是風馬牛不相及。最後一點,在這樣的實驗裡,適合度的定義總是極其狹隘的(例如在給定的培養物中能生存)——對於簡單的、單維的性徵來說,任何影響這個性徵的遺傳變化都有可能是有益的(在單維的體系中,任何改變的效應只有上和下兩個方向,可這與現實世界裡生物性徵的複雜網路大相徑庭,現實世界裡的適合度其實極其多維化)。

3. 有益突變究竟有多罕見?

flickr.com/visulogik (CC by 2.5)9164-rusty-car

按照斯科特的說法,我似乎不承認有益突變的存在,但我在中書公開承認有益突變是有的。然而我也堅持認為,包括我在內的幾乎所有遺傳學家都認同,有益突變相對于有害突變必定是極為罕見的。因此關鍵的問題乃是,究竟有多罕見?

基因組是生命賴以存在的遺傳特質。特質顯然有其內在的特異性。這意味著遺傳特質的隨機變化,其後果必然是資訊破壞。這一點在ENCODE的結果發表之後已經變得特別清楚:我們的基因組中幾乎沒有垃圾DNA10。ENCODE專案還揭示:大多數核苷酸參與多重的重疊編碼——這就意味著,不在某種水準上帶來有害效應的有益突變,少到不存在(我正在撰寫一篇有關這個問題的論文)。而我們的數值模擬(出版過程中)表明,除非有益突變極多,否則它們不足以補償有害突變的積累。這裡的要點是,自然選擇只能剔除最糟的有害突變,只能放大最強的有益突變。這意味著損害的累積很難觀察到(好比汽車的銹蝕),而適應性的提高則很容易觀察到(例如對抗生素的耐藥性)。如此,即便斯科特給我們列舉1000例通過有益的點突變(point mutation)而導致的適應性改變,他仍然沒有觸碰到最關鍵的問題——資訊淨增還是淨減。適應性改變顯示了相對于環境的基因微調,但不能解釋生命內部驚人的工作機制,而對於解釋基因組(起源)的奧秘還沒有觸及皮毛。

以人類為例,人類中哪裡有有益的突變?而有害的突變有詳實記錄的就成千上萬,以孟德爾遺傳學的方式在人類的基因庫中代代累積,儘管存在著針對這些突變的強大選擇壓力。然而這些容易觀察到的有害突還只是冰山一角,絕大多數的有害突變根本不會導致清晰的表現型。可觀察到的出生缺陷也有很高的頻率,而且看上去全部是有害的——且再一次,這依舊只是冰山一角。那為什麼沒有觀察到有益的先天性異常呢?這不是因為正面改變不容易識別。人類中假如確實有那麼多有益突變發生,選擇會非常有效地放大這些突變。有益突變應該處處湧現,應該比遺傳病常見得多!可它們在哪裡呢?歐洲成年人對乳糖的耐受能力可能是由於乳糖酶啟動子被破壞;非洲一些人對於瘧疾的抵抗力是由於血紅蛋白的損壞;有20%的西歐人對於人類免疫缺陷病毒(HIV)抵抗力得益於一個趨化因數受體的破壞。有益突變會發生,但通常它們都是喪失功能的突變,即便如此,這些還是極為罕見。

斯科特又用林斯基(Lenski)的長期細菌實驗大作文章,可這些結果其實反而支持我的論點。雖然出現了非常輕微的適應性改變(在給定的培養基上生長速度的優化),但是細菌的基因組卻收縮了(功能性基因組減小了)。顯然,生長加快主要是通過基因降解而實現的。許多原本有用的基因因為在那個環境中不需要而丟失了。一旦轉移到天然環境中,那些高度退化的細菌會立即死亡。

看來斯科特覺得只要有益變化發生(無論它們多麼稀少),「基本假設」就必定是正確的。同樣,他相信只要發生了有選擇的適應性變化(無論這些變化是多麼地微不足道),這就證明了所謂的基因突變與自然選擇真地可以是進化論的基石(即「基本假設」)。他似乎不明白,如果不經智慧設計,要產生基因組是多麼地困難。他看來也不明白,即使選擇過程能夠放大一小簇有益突變,但由於大量輕微有害的突變,群體中仍然會發生基因衰敗。他也沒有意識到,一個物種雖然可以針對其生存環境做出適應性的精細調整,但在很多其他方面仍然在退化。讓我把話說得更明白些,比如一部開了十年的汽車,它的方方面面都在退化。給它裝上新的雨刷,難道這部汽車就會停止退化了嗎?這的確是個改善,但這種改善不能逆轉無處不在的、系統性的崩壞。

from Genetic Entropy pages 31 and 32
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通過與其他的科學家的合作,我們在對於突變/選擇過程的數值模擬方面開發出最先進的軟體——「孟德爾的會計師」(Mendel's Accountant),推進了群體遺傳學領域的發展11。如果使用符合生物學現實的參數,該軟體無一例外地顯示基因衰敗。即便將有益突變率設置得很高,該軟體顯示基因衰退還是會發生。這有力地驗證了我的著作。「孟德爾的會計師」雖然不能告訴我們生命的真實歷史,但它能告訴我們,在今天的現實世界裡,自然選擇能夠做到什麼,不能做到什麼。

2. 木村的數據

我在書中引用了的木村論文中的一張圖,斯科特對此又頗多微詞。他聲稱我曲解了木村,其實是他曲解了我(我並沒有聲稱木村同意我的觀點)。但這是轉移焦點的做法,我要論證的核心不是木村,而是要確定突變效應的正確分佈。就有害突變而言,木村和大多數群體遺傳學家同意,突變效應基本上呈指數分佈。我書中的圖3c(基於木村的工作)描繪了有害突變的指數型分佈。大多數的有害突變是「近中性的」,因此無法選擇(實際中性)。但正如我所指出的,木村的圖示並不完整,因為退化的核心是有益突變和有害突變的比例。木村並沒有顯示有益突變的分佈,但這對於資訊淨增還是淨減的問題至關重要。當我畫出了有益突變的分佈後(我相信如果要木村畫的話,他畫出的應該和我的差不多),任何人都可以看到問題的所在——大多數的有益突變是不可選擇的(圖3d)。斯科特並沒有反對我關於突變效應分佈的描述——而這才是主要問題。斯科特應該很容易看出,大多數的突變都處在「非選擇」區內,而且幾乎全部是有害的。因此,即便在強力選擇下,「非選擇區」內的一切改變都只能導致退化。而在這個區間之外,明顯的有害突變會被剔除,而偶爾發生的罕見的高影響力有益突變會被放大(這可以解釋一些個別事例,如抗生素耐藥性)。

1.聖弗德是一個騙子

斯科特一遍又一遍地說我的專著全是故意撒謊,因此我本質上是一個騙子。他給出的理由有二:其一是有一些文獻他認為很重要,而我卻沒有引用,他便指責我隱藏和壓抑證據。其二是他認為像我這樣的人一定知道有益突變可以發生,自然選擇也可以發生,而且長期實驗沒有顯示迅速的基因退化——因此我就是故意不說出這些事,以欺騙無知讀者。他沒有考慮到以下的可能性:1. 有那麼多的相關論文,沒有引用幾個太正常不過了;2. 在哪些論文更重要這個問題上,我並不認同他的看法——因為他所列舉的論文只談到了最為表面的情況,如有益變化發生、選擇發生、適應性改變——任何一個高中生都聽說過這些——然而我和我團隊的研究,正是在先承認了這些明顯的事之後才做出的。

斯科特在網上發表這些話之前,我曾和他簡短通信過——我已經試著向他解釋,他的批評為何是不正確的,以及他為如何曲解了我,可我發現他不要聽。後來我又寄給他一系列尚未出版的文稿——這些文稿深入而明確地答覆了他的反對意見!現在再讀他的文章,可以看出他壓根沒讀我的稿件——那可都是些很嚴格的科研論文!我也可以從他目前的辯駁中,看出他也沒有正經地去讀我的書。如果斯科特既扭曲我的著作又扭曲了我的人格,那麼在我和他之間,究竟誰有品德問題?

為了這本專著,我付出了很多,我基本上放下了我的名譽和學術生涯,就是為了要說出我所認為的真相。我確信真正最大的謊言乃是「基本假設」。我現在依然確信,我可以說服任何不懷偏見的人——只要這個人肯聽:那套靠突變和選擇能夠導致進化的理論是站不住腳的。因此,我又為何要去撒謊呢?我是一個真誠的正統基督徒,我相信上帝的確會審判我,我也認為撒謊乃是很嚴重的犯罪。我在我的研究領域有突出成就,珍視作為一個誠實科學家的名節。然而,對我而言,作為一名基督徒的純全遠比自己在科學界的地位更為重要。因此我願意捍衛我所信仰的真理,儘管我知道攻擊被奉為至聖的「基本假設」會遭到誹謗和嘲諷。我為何要寫這樣一本書,既毀掉了自己在科學界的良好聲譽,又使我在上帝面前成為一個騙子?

我和斯科特通信一段時間之後,斯科特表示不會再回復了,並準備把我描述為一個故意撒謊的人。因此我對他最後的回復是,儘管我在某些論點上或許有技術上的錯誤,但我的書反映了我們所相信的真理。任何技術上可能出現的錯誤顯示我不過是人,但書中肯定沒有故意欺騙的成分。鑒於我們之前坦誠的交流,並且斯科特也自稱是屬耶穌的,我不認為他應該以這樣的方式誹謗一位元基督徒弟兄。我認為他應該道歉並收回這些人身攻擊。至於科學上的爭議,我要求他把我的回復作為附錄貼到他的攻擊性文章之後。

關於我的著作以及後續的研究在科學上的是非長短,我依然歡迎任何中肯和全面的分析。

約翰.桑福德

參考文獻及註解

  1. The original critical blog post can be found at letterstocreationists.wordpress.com/stan-4. 返回文章
  2. Crow, J., The high spontaneous mutation rate: Is it a health risk? Proceedings of the National Academy of Sciences 94(16):8380–8386,1997; pnas.org/content/94/16/8380.full. 返回文章
  3. 協同上位效應是一種理論,認為多個突變的聯合效應大於各個突變效應的總和。這對於有益突變顯然是好事,但對有害突變是壞消息。見 Doyle, S., The diminishing returns of beneficial mutations, Journal of Creation 25(3):8–10, 2011. 返回文章
  4. Lynch, M., Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation, Proceedings of the National Academy of Sciences 107(3):961–968, 2010. 返回文章
  5. Kondrashov, A., Contamination of the genome by very slightly deleterious mutations: why have we not died 100 times over? Journal of Theoretical Biology 175(4):583–594, 1995. 返回文章
  6. Carter, R., Genetic entropy and human lifespans: If the human genome is degrading, shouldn’t lifespans be getting shorter? 15 July 2012. 返回文章
  7. Carter, R. and Sanford, J., A new look at an old virus: patterns of mutation accumulation in the human H1N1 influenza virus since 1918, Theoretical Biology and Medical Modelling 9(42):1–19, 2012. 返回文章
  8. Carter, R., Genetic entropy and simple organisms: If genetic entropy is true, why do bacteria still exist? 25 October 2012. 返回文章
  9. Liu, Y. and Moran, D., Do new functions arise by gene duplication? Journal of Creation 20(2):82–89, 2006. 返回文章
  10. Williams, A., Astonishing DNA complexity uncovered, 20 June 2007, and Astonishing DNA complexity update, 3 July 2007. 返回文章
  11. Sanford, J. and Nelson, C., The Next Step in Understanding Population Dynamics: Comprehensive Numerical Simulation, Chapter 7 (pages 117–135) in: Carmen Fusté, M. (Ed.), Studies in Population Genetics, InTech, 2012. 返回文章

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