生物体中的设计(ATP合酶发动机)

 ATP synthase

作者: Jonathan Sarfati  翻译:至愚     原文见http://creation.com/design-in-living-organisms-motors-atp-synthase

在我们的日常经验中,通常能够看出某物是经设计而来的,主要的根据是它含有大量的信息。任何一种组织结构的信息含量,就是要制造这种结构所需要的最短程序的字节数。这意味着重复的结构,例如晶体,具有低信息内函。 它的制造仅需设定少数几个位置,然后 “照样重复”。一个晶体和酶或DNA之间的差异,就像不同的书卷。一本书中只印着简单重复的“ABCD ,而另一本是莎士比亚的著作。

在实际操作中,信息包括对机器运作所需要的多个部件的规定。通常,去掉一个部件就毁坏了整台机器。生物化学家迈克尔•比希,在他的书《达尔文的黑匣子》中称这是“不可简化的复杂性”。[1] 他举一个非常简单的机械为例——捕鼠夹:有平板、固定杆、弹簧、夹子、抓扣,这几样都必须放在合适的位置,缺一不可。比希书的主旨是:许多生物体中的结构呈现“不可简化的复杂性”,远远超出了捕鼠夹或任何人造机器。

发动机:个案研究

发动机具有“不可简化的复杂性”,因为它们需要许多部件一起工作。例如,电动马达需要电源,固定定子,旋动转子,一个换向器或滑环。

所需的零件越多,这台机器就越难做得小。微型化是计算机行业的一个重要环节,人类最好的才智在不断地为此工作。虽然微型发动机很有用,比如说,用于解除动脉的阻塞和清洗血液,但所需部件的数目使得它很难小于一定尺寸。即便如此,聪明的科学家还一直在努力将它们越做越小。[2]

然而,生物体的设计已经远远超出了我们最艰苦努力的结果。细菌使用鞭毛自我驱动,纤细的鞭毛丝由一个真正的旋转马达推动。 这种马达只有一个病毒大小,远小于任何人造马达,然而,它可以每秒钟旋转1000次以上。[3]

但是,这个小得难以想象的微型马达并非神的创造中最微小的。19973月野地博之(Hiroyuki Noji)等发表的一篇论文中,他们直接观察到F1-ATP合成酶的旋转(该酶是ATP合成酶的一个亚基)。[4][5]  此前保罗•博耶(Paul Boyer)等人已提出这就是该酶的运作机制。[6]  约翰•沃克(John Walker)的团队用X射线衍射技术作出的结构测定也支持这一学说。[7] 在野地等人发表了文章几个月后,博耶和沃克因他们的发现,分享了1997年诺贝尔化学奖的二分之一。[8]

F1-ATP酶马达包含九个部分,由5种不同的蛋白质组成,其数量比为3a:3b:1g:1d:1e在牛的线粒体中,5种蛋白质各含有51048227214650个氨基酸,F1总分子量为371,000F1-ATP酶呈扁球状,约10纳米宽, 8纳米高。它是如此之小,1017F1-ATP酶合起来只有针头那么大。已证明,F1-ATP酶要像马达一样旋转,以制造ATPATP(三磷酸腺苷)是一种化学物质,它是生命的能量通货[9]  此马达产生一个对它自身来说极大的转矩(旋转力)。在野地等的实验中,F1-ATP酶带动着一种纤维蛋白(肌动蛋白)旋转,该纤维蛋白的长度是F1-ATP酶的100倍。此外,当F1-ATP酶载着重物运行时,它还可能会切换到低档,如所有精心设计的马达一样。

ATP合成酶的还包括固定在膜上的FO亚基,后者是一个质子(氢离子)通道。FO中的质子流为F1-ATP酶提供动力。质子推动ATP酶的轮状结构就像水推动水车一样,但其具体细节仍在研究中。旋转改变了该酶的三个活性位点的构型,使得每个位点都可将ADP(二磷酸腺酣)与无机磷酸连接以形成ATP。其他大多数酶都需要能量将亚单位联接,但ATP合酶不同,它使用能量将亚单位联在酶上,然后把新形成得ATP分子甩掉。ATP与合酶分离时,需要花很多的能量。       注:F1FO这两个名称有历史因素。F1出自 “碎片1 (Fragment 1)”。 FO的名称(写作一个大写字母O,不是零)是由于它和寡霉素(Oligomycin)结合。寡霉素是一种抗生素,可以阻断FO质子通道以杀死细菌。     ATP合酶是线粒体、叶绿体、和细菌内能量转化的核心酶(在线粒体中,它被镶嵌于内膜折叠形成的嵴上)。因此,ATP合酶可能是地球上最普遍的蛋白质。由于生命都需要能量,而所有的生命都使用ATP作为能量通货(我们每人每天合成和消耗的ATP占我们体重的一半!),在该发动机功能齐备之前,生命不可能进化出来。自然选择根据定义就是繁殖差异,因此需要从自我繁殖的实体开始。即使有人能想象出一系列渐进的步骤以爬上“无望之巅”,自然选择也不会为生命赋予这种攀登的能力。     《自然》杂志中有一篇文章恰当地冠名为“创造的真正发动机”。不幸的是,尽管有着精美玲珑设计的证据,许多科学家(包括《自然》的编辑)仍迷信突变和自然选择能产生这样的机器。

有什么证据能说服进化论者

英国著名的进化论者JBS霍尔丹在1949年声称,进化永远不可能产生“各种机制,譬如车轮和磁铁,这些部件在相当完善之前是无用的”。[10] 因此,根据他的见解,如果生物体中有这些机器,就可证明进化论是错误的。这些分子马达确实符合霍尔丹的一个标准。此外,靠磁感器导航的海龟[11]和君主蝴蝶[12]符合霍尔丹的另一个标准。我不知道,如果霍尔丹能活着看到这些发现,他的心是否会改变。许多进化论者从哲学上预先排除了智能设计,尽管证据铺天盖地,也许不会有什么作用。

参考文献


[1] Behe, M.J., 1996. Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution, The Free Press, New York. Reviewed by Ury, T.H., 1997. Journal of Creation 11(3):283–291.

[2] Hogan, H., 1996. Invasion of the micromachines. New Scientist 150(2036):28–33.

[3]比希在著作中有细致的描述(注1)。

[4] Hiroyuki Noji et al., 1997. Direct observation of the rotation of F1-ATPase. Nature 386(6622):299–302. Comment by Block, S. Real engines of creation. Same issue, pp. 217–219.

[5] Wu, C., 1997. Molecular motor spins out energy for cells. Science News 151(12):173.

[6] Boyer, P., 1993. Biochim. Biophys. Acta 1140:215–250.

[7] Abrahams, J.P. et al., 1994. Structure at 2.8 Å resolution of F1-ATPase from bovine heart mitochondria. Nature 370(6491):621–628. Comment by Cross, R.L. Our primary source of ATP. Same issue, pp. 594–595.

[8] Service, R.F., 1997. Awards for High-Energy Molecules and Cool Atoms. Science 278(5338):578–579. 第三位获奖者是丹麦Aarhus大学的Jens Skou。四十年前他首次发现一个将物质(钾和钠)运过细胞膜的酶,这是所有细胞中的一个重要功能。

[9] ATP(三磷酸腺苷)是高能化和物,它释放能量时丢失一个磷酸基,成为ADP(二磷酸腺苷)。

[10]Dewar, D., Davies, L.M. and Haldane, J.B.S., 1949. Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar and L.M. Davies vs. J.B.S. Haldane, Watts & Co. Ltd / Paternoster Press, London, p. 90.

[11] Sarfati, J.D., 1997. Turtles can read magnetic maps.

[12]Poirier, J.H., 1997. The Magnificent Migrating Monarch. Creation 20(1):28–31. 但是君主蝶只用地球磁场确定大方向,其飞行中主要靠太阳的位置来导航。

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