达尔文的生命树

整本《物种起源》，只有一个图表。这图表是显示后代渐变的分支模式。达尔文将生命演化的历史比喻为一棵树，根部代表共同的祖先，其上的枝叶代表各种渐变的后代。达尔文称它为“伟大的生命树”。 这是最常见的进化论圣像。但是，生物学的证据已使这个圣像面目全非了。

前文提到的“寒武纪生命大爆炸”，因1980年代发现的另外两处的寒武纪化石群而更加令人瞩目。一处是格林兰北部的西里斯帕斯特（Sirius Passet）化石群，另一处是中国云南的澄江化石群。“寒武纪生命大爆炸”的特点是突发性和广泛性；更重要的是，在寒武纪，多数现存的动物的纲和门已经出现了 ，同时还有一些现已灭绝的动物们。虽然，在寒武纪以前的地层中，也发现过生物化石，如单细胞生物的化石，叠层石（Stromatolites，行光合作用的细菌和它们的沉积物在浅海留下的痕迹），痕生化石（trace fossils，多细胞动物在海地留下的爬痕），甚至还发现了小壳动物化石群（small shelly fauna），和澳州南部的埃迪卡拉生物群（Ediacaran）。但是，古生物学家认为，在这些化石和寒武纪的化石群之间，没有任何长期的、渐进演化的连接。也就是说，多数的动物门和纲，从一开始就有了，没有显示任何进化的过程。这对达尔文的进化理论是极严峻的挑战。形象的说法是，“寒武纪生命大爆炸”把达尔文的生命树颠倒过来了。

面对这一挑战，进化论者仍坚称寒武纪的动物有共同祖先，只是因为地层的记录保存不完全，或因为寒武纪动物群的祖先是个体小的软体生物，没有化石保留下来。但是，这种辩称显然是无力的，并不为多数古生物学家所赞同。

现在已经找到了许多保存良好的前寒武纪晚期和寒武纪的地层。这些资料说服了古生物学家：如果寒武纪动物群有祖先、它们又被保存下来了的话，现在应该找到它们的化石了。华伦泰和埃文（James Valentine & Douglas Erwin）说：“我们现有的寒武纪地层的剖面（我们已有很多）与其他在相等的时段、相似的的沉积环境中形成的较近代的地层剖面相比，，基本是同样完整了。”“大爆炸是真有其事，而且大到一个程度，是不可能被化石记录的瑕疵所掩盖的。”[16] 化石质量的普查表明，虽然较老的地层的化石没有年轻的地层保存得那么好，但已经够好了。2000年，英国地质学家班腾（M. J. Benton）等人说，“早期的化石记录显然并不完全，但它已足够显示生命历史的痕迹了。”[17]

至于说寒武纪动物的祖先可能因为是体小的软体生物、不易形成化石的说法，最多只是一个猜测，并无事实依据。事实是，寒武纪以前的单细胞生物的微型化石都能保存下来；而且，埃迪卡拉动物群几乎全是软体动物，但它们的化石保存十分精细、完好，有时连内脏、肠道和肌肉都保存下来了。面对这些事实，人们有什么理由说寒武纪动物群有祖先、仅仅是没有保存下来而已呢？

上述两个理由站不住脚以后，进化论者又把化解“寒武纪生命大爆炸”的希望寄托在“分子系统发育”（molecular phylogeny）上。系统发育（phylogeny）是指物种进化的历史过程。这种进化过程，过去主要从解剖学、生理学的特征的相似性推理而得。分子生物学兴起后，系统发育就开始从DNA和蛋白质的比较来研究，并称之为“分子系统发育”。按照进化论的观点，基因突变是随时间积累的，生物之间的 DNA差异的量可以作一个“分子钟”（molecular clock），推想在许多年前，它们的DNA或蛋白质是完全相同的。早期的分子系统发育主要靠分析蛋白质，但测定蛋白质的氨基酸顺序要花很长的时间。当DNA的核苷酸顺序的快速测定方法成功后，一般就用DNA序列的比较来研究系统发育。自1980年核糖体（ribosomes）的RNA (rRNA) 的DNA的密码被解开以后，rRNA为分子系统发育提供了很多资料。

要分析寒武纪化石的DNA已不可能，分子生物学家用比较现存的动物的DNA序列、确立分子钟的方法来推测系统发育，绘制系统发育树（phylogenic trees）。然而，分子系统发育的工作并没得到预期的结果。首先，威尔斯指出：“比较DNA的顺序在理论上很简单，但在操作上却很复杂。因为事实上一小段DNA就可能有千万个单元，要将它们排列起来作对比，需要很高的技巧，不同的排列方法可能得到迥然不同的结论。”[18]

古生物学家华伦泰等指出，“分子钟的准确性至少在动物门的分化水平上，还是一个大疑问”，因为“基于所选用的技术和所分析的分子”所得到的结果可以相差亿万年。[19] 其次，分析的分子越多，得到的结果越混乱。加州大学的分子生物学家雷克（James Lake）等人在1999年写道：“科学家开始分析各种生物的各种基因，他们所发现的生物进化的关系与单用rRNA分析所得到的生命树互相冲突。”[20] 法国科学家腓力比和傅特瑞（Herve Philippe & Patrick Forterre）说：“越来越多的分子序列被解码以后发现，除了大多数蛋白质系统发育彼此冲突以外，又与rRNA树冲突。”[21]

也就是说，不同的分子推导出不同的系统发育树。早年建立rRNA系统发育树的元老、伊利诺大学的生物学家伍西（Carl Woese）说：“如今有了这么多不同的蛋白质系统发育树，但还没有任何一个不自相矛盾的生物系统发育树产生出来。系统发育分析的矛盾在整个系统发育树中随处可见，从它的根到主要的枝干，在各组之间和之内，一直到各大基本组的成员内，都有矛盾。”[22] 生物学家林区（Michael Lynch）指出，“分析不同基因的结果，甚至用不同方法分析同样的基因，所得到的系统发育树都有很大的差异。要澄清各主要动物门之间的系统发育关系，是一个棘手的难题。”[23]

威尔斯写道：

即使各个分子的资料能综合分析，所得到的常常是一棵很古怪的树。1996年一项研究归纳了八十八个蛋白质的序列，结果将兔子并入了灵长类动物，而不是啮齿类。1998年一项分析了十三个属十九种动物的结论，将海胆归入了脊索动物；而同年另一项根据十二个蛋白质的分析结果认定，牛的近亲为鲸鱼而非马。分析不同分子所得到的彼此矛盾的系统发育树，以及有些分子分析所画出的古怪的树，为分子系统发育学带来了危机。[24]

对于这些互相矛盾的结果，有人认为是方法问题。比如，傅特瑞和腓力比认为，有些分子的序列进化特别快，以至经过一段较长的时间后，不再能保存系统发育的信息；如果只分析进化比较缓慢的序列，就可以提供一棵广泛通用的进化树。但另外一些人则认为不单是方法问题。比如，建立rRNA系统进化树的元老伍西就坚持认为，这些矛盾“经常出现，而且又有统计学的支持，显明它不容忽视，也不能用方法尚未完善的借口来推挡。”他认为，“现在是检查基本假设的时候了。”伍西建议放弃“最早的共同祖先是一个生物个体”的概念；他认为，这个最早的共同祖先“只是一个过程”，是在很复杂的浓汤中交换的遗传材料而已。他的结论是：“所以，最终的系统发育树的基部并不像一个活的树。”[25] 但是，威尔斯认为伍西的观点显然不合逻辑：“如果最终的共同祖先并不是一个生物，那称它为‘祖先’还有甚么意义呢？如果那浓汤才是我们的祖先，那么元素周期表和地球也可算为祖先了。”[26]

另外，生物学家杜力投（W. Ford Doolettle）在1999年则写道，“生命的历史并不能用一棵树来代表。”他认为，分子系统发育树的矛盾是由“基因横向传递”（lateral gene transfer）引起的。微生物学家都知道，细菌之间可以交换基因。因此，杜力投认为，细菌和早期的有核细胞之间的基因交换可以解释今天人们所看到的分子系统发育树的差异。但是，威尔斯评论道，如果杜力投的猜测是对的，那么，“早期生命的历史不再像一棵分支的树，而像一丛纠缠不清的灌木。”[27]

杜力投主张，不要再“鼓励生物学家把收集的资料硬塞进达尔文的模子里，这样可能更容易，而且从长远看更有贡献。”[28] 在2000年2月号《科学的美国人》的题为《连根拔生命树》（Uprooting the Tree of Life）的文章中，他说，“虽然我们不能猜想那最终的形式像甚么，但新的假设已不可或缺了。”[29]

然而，1999年美国国家科学院出版了另一本小册子，竟然不顾事实，继续鼓吹说：“当分析DNA…顺序的技术进步后，可以用基因来重新整理生物的进化史”；“分子生物学的证据大力支持了进化论，并且它还在不断发展中”。[30] 也许，小册子的作者没有注意到1999年前几年所发表的有关分子系统发育的文章；但是，在这小册子中，作者也绝口不提米勒 -- 尤里试验的问题，绝口不提寒武纪大爆炸（虽然它早在1995年就出现在《时代》周刊的封面上了）。这些都很难用“疏忽”来解释。有国家科学院的小册子的榜样，不少大学生物学的教科书也紧随其后，继续讲授进化的生命树。这给读者造成一个强烈的错觉，以为生命树有压倒性的证据，而且没有任何科学家对它表示怀疑。

对于达尔文的生命树的现状，威尔斯是这样总结的：

由此可见，像分支的树一样的进化模式与化石或分子的证据都不吻合。寒武纪大爆炸显明动物高层次的门类首先出现，将达尔文的生命树上下倒置。分子的证据非但没有挽救它，反而将它连根拔起了。然而，时至今日，生命树仍然高踞进化论圣像之首，只因为达尔文主义者宣布它已是事实。[31]