Rosalind Franklin: a Forgotten Hero in the Unveiling of the Secret of Life

The following piece of writing focuses on the theme of outstanding women in different disciplines. It is for the school I worked at.

Rosalind Franklin played a pivotal role in unraveling the structure of DNA, a breakthrough that revolutionized our understanding of the chemistry of DNA and ultimately led to the discovery of the hereditary mechanism in all living organisms on Earth. 

Consequently, Franklin stands out as an exceptional figure in the fields of chemistry and biology, solidifying her status as a pioneering woman in these domains.

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Left: franklin; right: "Photo 51" from the X-ray diffraction of DNA crystal

Nowadays, James Watson and Francis Crick are widely celebrated as the “discoverers of the structure of DNA”. However, in his book “The Double Helix”, Watson mentioned Rosalind Franklin, a female contributor to this discovery. Some even accuse Watson and Crick of stealing this woman’s work. Who is Rosalind Franklin? Was her DNA research stolen?

James Watson and Francis Crick

Rosalind Franklin (1920 – 1958), born in London, exhibited great interest and talent in mathematics from her young age. She eventually worked as a researcher at King’s College, London, after receiving her PhD.

Scientists already knew at the time that DNA is the substance that stores genetic information. They didn’t know HOW it does so, nor its chemical structure. DNA is so small that it is invisible even under a light microscope. Its structure must be determined indirectly using a technique called X-ray crystallography. In this method, DNA was purified and crystallized (molecules regularly arranged). An invisible beam of X-ray is fired at the DNA crystal, causing the light rays to spread (diffract) and produce an image on a photographic film. 

* We can confirm the structure of DNA by comparing the image to the patterns predicted by various models.

*: You can carry our a similar process at home, by shooting a laser pointer through a very thin slit in a piece of paper. A diffraction pattern will be seen on a wall.

Diffraction of the laser from a laser point shining through a narrow slit in a paper

The principle of X-ray crystallography

Franklin produced “Photo 51”, the clearest X-ray image of DNA at the time. She immediately recognized that the DNA molecule should be somewhat helical. But she insisted on gathering more evidence before deciding on the structure.

However, Watson and Crick, who work on DNA at the University of Cambridge, wanted to confirm its structure as soon as possible. After several failures, they discovered the correct DNA structure: two helices intertwined - a double helix. It was later discovered that their conclusion was based largely on Photo 51 of Franklin, which was passed on to them by Franklin’s former colleagues after she left King’s College.

The DNA double helix (red and blue)

Soon after, the structure was published. When Franklin discovered this, she published the same DNA structure based on Photo 51 in the same journal issue. Her manuscripts later revealed that she had calculated the correct DNA structure before Watson and Crick did, but the prediction did not reach the two men.

The double helix has a significant impact on biology. It describes how genetic information is encoded and replicated. The information determines how an organism appears, functions, and reproduces. Unsurprisingly, Watson and Crick were awarded the Nobel Prize in Chemistry for their achievement. But not Franklin, because it is against the rules to award the Nobel Prize to a deceased person, and Franklin died of ovarian cancer before that. This is how Franklin became forgotten.

Did Watson and Crick steal Franklin’s work? And, perhaps more importantly, can the current scientific community do justice to every research contributor?

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Google translate + 微調：

現在，詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)被譽為「DNA結構的發現者」。然而，華森在他的《雙螺旋》一書中提到了這項發現的一位女性貢獻者-羅莎琳德·富蘭克林。有些人甚至指責華生和克里克竊取了這位女士的作品。富蘭克林是誰？她的DNA研究成果被偷了嗎？

羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin，1920-1958）出生於倫敦，從小就表現出對數學的濃厚興趣和天賦。獲得博士學位後，她最終在倫敦國王學院擔任研究員。

當時科學家已經知道DNA是儲存遺傳訊息的物質。他們不知道它是如何做到這一點的，也不知道它的化學結構。DNA非常小，即使在光學顯微鏡下也看不見。當時必須使用X射線晶體學技術間接確定其結構。在此方法中，DNA被純化並結晶（分子規則地排列）。一束不可見的X射線射向DNA晶體，導致光線擴散（繞射）並在膠片上產生影像。*我們可以透過將影像與各種模型預測的模式進行比較來確認DNA的結構。

*：您可以在家中進行類似的過程，方法是將雷射筆穿過一張紙上的非常細的縫隙。在牆上可以看到繞射圖案。

富蘭克林製作了“照片51”，這是當時最清晰的DNA的X光影像。她立即意識到DNA分子應該是螺旋狀的。但她堅持在決定結構之前收集更多證據。

然而，在劍橋大學研究DNA的華生和克里克希望盡快確認其結構。經過幾次失敗後，他們發現了正確的DNA結構：兩個螺旋交織在一起 - 雙螺旋。後來發現，他們的結論很大程度上是基於富蘭克林的照片51，這張照片是富蘭克林離開國王學院後，由她的前同事傳給他們的。

不久之後，該結構就被公佈了。當富蘭克林發現這一點時，她在同一期期刊上發表了基於照片51的相同DNA結構。她的手稿後來透露，她在華生和克里克之前計算出正確的DNA結構，但這項預測並沒有傳達給這兩個人。

雙螺旋對生物學有重大影響。它協助描述遺傳訊息如何被編碼和複製。這些資訊決定了生物的外觀、它們如何作用和繁殖。毫不奇怪，沃森和克里克因其成就而獲得諾貝爾化學獎。但富蘭克林則不然，因為將諾貝爾獎授予已故的人是違反規定的，而富蘭克林在此之前就死於卵巢癌。富蘭克林就是這樣被遺忘的。

華森和克里克竊取了富蘭克林的成果嗎？也許更重要的是，當前的科學界能否公平對待每一位研究貢獻者？

投稿星島 - 塑膠問題已解決？麥皮蟲真的是答案？

 

[基礎醫學] 疫苗正是增強免疫力 - 疫苗的作用機制

(資訊主要來自世界衛生組織介紹疫苗作用之文件[1])

摘要

傳染病由病原體感染造成，病原體包括細菌和病毒等。疫苗(vaccines)為滅活(inactivated)或減毒(attenuated)的病原體、其毒素或表面蛋白，其有效成份為病原體或其毒素表面的一些分子，又稱為「抗原」(antigens)。疫苗能有效令人體產生免疫力，是預防傳染病的安全方法。抗原進入適合的人的身體後，免疫系統會「辨認」它及對之產生「記憶」，此後如真有該病原體進入身體，免疫系統就能迅速地對它反應和將之消滅，避免其對身體造成進一步傷害。疫苗非人工合成，一般效力十分持久且副作用低。


人類免疫系統的運作

所有傳染病，如普通和流行性感冒、霍亂和瘧疾，都是由病原體(pathogens)感染人體造成的。這些病原體包括細菌(bacteria)、病毒(viruses)、原蟲(protozoa)、真菌(fungi)和朊病毒(prions)。不同的傳染病由不同的病原體造成，如霍亂由霍亂弧菌造成，瘧疾由瘧疾原蟲造成。[2] 所以，現代醫學根治傳染病的方法，就是消滅病人體內之病原體；這包括讓病人使用抗生素、抗病毒藥，或是讓人注射或服用疫苗預防傳染病。抗生素和疫苗作用上最大的分別是，抗生素會直接攻擊病原體，而疫苗是利用人本身的免疫系統來防禦病原體。

人體的免疫系統利用細胞表面的分子，分辨細胞是否屬於身體；對於非身體的細胞，免疫系統會將之「排斥」(這也是血型的原理)。病原體的表面分子，會引起免疫系統的反應(immune response)，這些分子被稱為「抗原」(antigens)(圖一)，不同的病原體有不同種類的抗原。

圖一、抗原和抗體的結合[10]

人體的「淋巴細胞」(lymphocytes)是免疫系統的一部份，它們是血液中的一類白血球；它們會識別抗原，其方法是透過抗原和淋巴細胞上的受體分子的結合。分子結合後，淋巴細胞會分裂、變化和進行兩個過程：一是消滅病原體；二是變成「記憶細胞」，防範將來同一種病原體。這些淋巴細胞消滅病原體的方法有二，一是直接分泌毒素破壞病原體，二是製造一種可和抗原結合的分子，稱為「抗體」(antibodies)。(圖一)因分子的特殊結構，一種抗體只能和某種抗原結合，以免錯誤攻擊身體細胞，所以免疫反應有其特殊性(specificity)。[3]


疫苗是甚麼?

雖然免疫系統可防範病原體，但如果本身沒有相對的「記憶細胞」，免疫反應會比較慢，規模也比較小，以至痊癒前身體已受了病原體很大的傷害(表現於各種症狀和後遺症)，甚或不能痊癒以至病人死亡。相反，如果身體本身已經有相對的記憶細胞，在遇上該種病原體時，免疫系統就會迅速和大規模地反應，製造更大量的，相對的抗體和淋巴細胞，迅速地消滅病原體，而這基本上不會造成甚麼症狀。首次遇上抗原引起的免疫反應，叫做「首次反應」(primary response)，再次遇上同一抗原引起的免疫反應，叫做「二次反應」(secondary response)。(圖二)

圖二、首次和二次免疫反應[11]

醫藥專家為一種病原體製作疫苗(vaccines)，目的其實是取得病原體或其毒素表面的「抗原」。疫苗為滅活(inactivated)或減毒(attenuated)的病原體、其毒素或表面蛋白，由於不能如病原體自我複製，疫苗對人的傷害已大大減低。疫苗經注射或服食進入身體後，會引起首次反應，讓免疫系統產生對該病原體的記憶(細胞)，當中可能有輕微的症狀如發熱；此後再有同類病原體進入身體，免疫系統的二次反應就會迅速消滅病原體。疫苗造成的免疫力，可維持數年至終身。[4]

如上述，因免疫反應有特殊性，所以需為每種病原體製作疫苗，如麻疹病毒有麻疹病毒的疫苗，乙型肝炎病毒也有其疫苗。疫苗製作方法，通常是透過把病原體打進培養用的細胞，如雞蛋或分離的人類細胞，之後病原體會從培養的細胞分離出來。工作人員會對複製出來的病原體進行破壞(滅活或減毒)，但保留抗原的完整。最後按需要加入穩定劑和防腐劑，製成疫苗。[5]


疫苗對人類之貢獻

疫苗利用和強化人體自然的防禦機制，對人造成長久的保護，已經多年科學之驗證為有效。因此，歷史上許多原本沒有有效治療方法的可怕傳染病，都因為疫苗的普及而絕跡，如天花(smallpox)、小兒麻痺症(polio)和痲疹(measles) (圖三)。[6]

圖三、因疫苗消失之疾病

數據顯示在美國的痲疹案例數目，因其疫苗之引入而銳減(圖四)。[7]

圖四、痲疹因疫苗消失

你要接種疫苗嗎?

如上述，現代醫學對付病原體之法，不外乎抗生素、抗病毒藥或是疫苗。然而，因為要造成首次反應，許多疫苗只有在病發之前注射才有用。有些傳染病現時只有疫苗，而沒有有效的抗生素和抗病毒藥，如天花在患上七日後就沒有有效的療法，其死亡率可達三成；即使有有效之療法，其後遺症可以很嚴重且影響終身，如小兒麻痺症可造成終生殘疾。

接種疫苗所產生的大部分副作用都是輕微且短暫的，也不一定發生。常見的，包括注射部位疼痛、腫脹和發紅，低燒、發抖、疲勞、頭痛、肌肉和關節疼痛。一種嚴重的疫苗副作用是過敏反應，可危及生命；然而，它也非常罕見，發生率在百萬分之一以內 ，而且許多是可以治療的。[8]

所以，閣下或家中之兒童接種疫苗與否，應考慮接種和不接種疫苗兩者的風險，不應只看疫苗的可能副作用。對於嚴重疾病，如不接種疫苗該人士將面對很大風險；所以除非身體狀況不合，如對疫苗有嚴重過敏反應，都該接種疫苗。所以香港政府衞生署轄下各母嬰健康院，都為初生至五歲兒童接種疫苗，衞生署也會派員到小學為學童在不同階段接種疫苗，以預防結核病、小兒麻痺症、乙型肝炎、白喉、百日咳、破傷風、肺炎球菌感染、水痘、麻疹、流行性腮腺炎及德國麻疹共十一種傳染病。[9] 在決定接種疫苗前，請咨詢醫護人員意見。


主要參考

[1] Siegrist, C. A. (2008). Vaccine immunology. Vaccines, 5, 1725. http://www.who.int/immunization/documents/Elsevier_Vaccine_immunology.pdf

Vaccine. (2018, February 5). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 05:13, February 23, 2018, from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vaccine&oldid=824096578

How Vaccines Work
https://www.historyofvaccines.org/content/how-vaccines-work


其他參考

[2] 衞生署 衞生防護中心 - 傳染病. https://www.chp.gov.hk/tc/healthtopics/24/index.html

[3] Lymphocyte. https://en.wikipedia.org/wiki/Lymphocyte

[4] Efficacy and effectiveness. http://www.immune.org.nz/vaccines/efficiency-effectiveness

[5] Vaccine. https://en.wikipedia.org/wiki/Vaccine#Production

[6] Vaccine Infographic. https://www.behance.net/gallery/2878481/Vaccine-Infographic

[7] CDC/MMWR Summary of Notifiable Diseases, United States, 1993; CDC/MMWR Summary of Notifiable Diseases, United States, 2008.

[8] Vaccine side effects - NHS.UK. https://www.nhs.uk/conditions/vaccinations/reporting-side-effects/

[9] 衞生防護中心 - 疫苗接種計劃一覽. https://www.chp.gov.hk/tc/features/18870.html

[10] Antibody action | Becky Boone | Flickr. https://www.flickr.com/photos/97216967@N04/9703845595

[11] Biology, Animal Structure and Function, The Immune System, Adaptive Immune Response | OER Common. https://www.oercommons.org/courseware/module/15155/student/?task=4

舊文：智能設計的審判日

這是一場理智和狂熱的鬥爭.
這是一場科學和偽科學的鬥爭.
這是一場人類尋找真理的漫長鬥爭…



2005年12月20日, 在美國賓夕凡尼亞州多一個區域多佛(Dover), 一宗對人類的教育, 生命和科學發展都具有深遠意義的官司終於落幕. 如果我們單純閱讀主審法官John E. Jones III的判詞其中一段, 可能會以為Jones是在大學上了一課科學哲學課:

    …我們發現智能設計在三個不同層次都告"失敗"，而任何其中一個都足以排除智能設計是一門科學。他們是：(1)智能設計違反了用了數百年之久的科學原則，引用及允許超自然的因素; (2)智能設計的中心思想--"(大自然的)不可縮減的複雜性"，只是重用一個1980年在神創論中提出的有缺陷,不合邏輯及做作的二元說. (3) 智能設計對演化論的負面攻擊，已經(在庭上)被科學界一一駁斥。


原文: “We find that ID (Intelligent Design) fails on three different levels, any one of which is sufficient to preclude a determination that ID is science. They are: (1) ID violates the centuries-old ground rules of science by invoking and permitting supernatural causation; (2) the argument of irreducible complexity, central to ID, employs the same flawed and illogical contrived dualism that doomed creation science in the 1980's; and (3) ID's negative attacks on evolution have been refuted by the scientific community." (page 64, [1]).

這宗官司事源在多佛高校(Dover High School)內, 一班中學理事會會員主張在學校的生物課引入智能設計, 引起一眾老師和家長的不滿, 認為主張違反美國憲法. 他們以一位家長Tammy Kitzmiller為首, 對多佛高校進行訴訟. 案件交美國賓夕凡尼亞州區域法院(?)(U.S. District Court for the Middle District of Pennsylvania)審理. 這次對質又稱" Kitzmiller vs. Dover".

控方的主要理由, 是理事會勒令教師在教導演化的時候, 必須在上課之前向學生朗讀一段預先準備的聲明:

    按照賓夕法尼亞州的學術標準，學生必須了解達爾文的進化論，並最終採取標準化考試，其中進化論必須是一個評考部分。
    達爾文的理論是一個尚在測試中的理論。理論是不是事實。沒有證據的地方就是理論的"空隙"。理論是指一個久經時間考驗，統一了廣泛的意見的解釋。
    智能設計是另一個生命的起源的解釋，它不同於達爾文的看法。如果學生想探索這個看法，以了解智能設計其實涉及甚麼，可以參考《Of Pandas and People》。
    我們鼓勵學生對任何理論保持開放態度。校方將對生命的起源的討論, 留給個別學生和他們的家人。作為一個遵守標準的區份，課堂教學的重點將在於為學生在將來的評估上作好準備。"


原文: “The Pennsylvania Academic Standards require students to learn about Darwin's theory of evolution and eventually to take a standardized test of which evolution is a part.
Because Darwin's Theory is a theory, it is still being tested as new evidence is discovered. The Theory is not a fact. Gaps in the Theory exist for which there is no evidence. A theory is defined as a well-tested explanation that unifies a broad range of observations.
Intelligent design is an explanation of the origin of life that differs from Darwin's view. The reference book, Of Pandas and People is available for students to see if they would like to explore this view in an effort to gain an understanding of what intelligent design actually involves.
As is true with any theory, students are encouraged to keep an open mind. The school leaves the discussion of the origins of life to individual students and their families. As a standards-driven district, class instruction focuses upon preparing students to achieve proficiency on standards-based assessments."
(http://www.pbs.org/wgbh/nova/id/boardvsteachers.html)

三名理事會會員反對是次校方的舉動, 並以辭職表達不滿. 所有生物科教師都拒絕接受理事會的命令, 最後聲明要交予行政人員朗讀.

控方認為這段聲明不應該被朗讀, 因為:
1. 智能設計不是科學理論
2. 智能設計直接源於宗教
3. 因為(1)和(2), 在生物課上提倡智能設計違反美國《政教分離》的憲法

辯方和他們的義務基督教律師樓Thomas More Law Center則堅稱:
1. 智能設計是一個科學理論
2. 智能設計不是源於宗教
3. 教導智能設計使學生對科學有持平的理解

控辯相方分別請來了專家證人, 以支持自己的論點:

控方:
Kenneth R. Miller – 細胞生物學家
Kevin Padian – 古生物學家
Robert Pennock,
Barbara Forrest – 科學哲學家
John Haught – 神學家
Brian Alters – 教育教授
所有控方的專家證人都是義務出庭作證的.

辯方:
Michael Behe – 生化學家
Scott Minnich – 微生物學家
John Angus Campbell – 通訊學教授
Richard M. Carpenter – 教育教授
William A. Dembski,
Warren A. Nord,
Stephen Meyer – 哲學家
Steve Fuller – 社會學家
所有辯方的專家證人都是以時資薪, 而最後只有4位辯方專家證人出庭作證 (Behe, Minnich, Meyer和Fuller). [2, 3]

訴訟於9月26日開始, 整個過程維持了6個星期. Jones知道訴訟的重要命題是智能設計是否科學. 於是乎法庭變成了一場演化論者和智能設計論者的爭論, 法官, 律師, 記者和老師都上了一課可能是人生中最長的生物課.

其實智能設計是否科學在科學界早有定論. 事實上, 神創論在此之前已經敗訴兩次. 現在, 他們只是把爭論再搬上法庭而來而已, 而反對智能設計為科學的人, 委實要多謝寫下了《政教分離》的遠大國家發展方向的美國開國元老, 否則這場真理之爭不可能被如此受傳媒和國家重視.

控方認為:
1. 智能設計沒有實質證據支持
2. 智能設計不能被驗證, 也不能被反證
3. 智能設計甚至沒有內容
4. 現代的智能設計涉及抄襲當年的創造科學(creation science; 1980s)

在庭上, 辯方專家證人如Behe企圖評擊演化論的原理和證據, 然後將證據據為自有, 並以智能設計解釋. 但是這些聲稱一一被控方駁斥, 他們提出相關的科學成果, 並進一步暴露了辯方專家證人的無知和智能設計的空虛內容. 控方指出智能設計只是反演化論, 而所有看來科學未能解釋的均被他們解釋作智能設計. 這裡我舉出一個最顯明的例子.

Behe認為一些細菌用來活動的鞭狀體(flagellum)只可能是整個出現而不是演化而來, 因為"半個鞭狀體沒有用處", 鞭狀體的"不可縮減的複雜性"(irreducible complexity)使它"必須"是由超自然智能設計而來.

細菌鞭狀體細菌鞭狀體

其實, 這些都是神創論者一向的陳腔濫調 – 先駁斥演化論, 指出"不可縮減的複雜性" (“半個xx沒有用處"), 然後聲稱剩下來唯一可能的只有自己的解釋 – 神的創造.

這種"現在沒有解釋的就是神蹟"的原始思維令我想起電影《上帝也瘋狂》中的一個搞笑故事: 一天非洲人歷蘇撿到一個從飛機上掉下來的可樂瓶, 他從來未看過這樣晶瑩剔透的東西, 心想這可樂瓶一定是神明賜予的禮物, 於是開始五體投地敬拜起來. 可怕是這種思想時至今日依然陰魂不散.

這些主張的基礎之後被控方證人Miller一一擊破. 首先, 鞭狀體的"不可縮減的複雜性"不成立, 因為科學家已經知道另外一個極相似但較簡單的類鞭狀體結構 – 一些細菌用來注射毒素的一種微型針筒 (Injectisome [4]). 這些微型針筒的蛋白質結構顯然是鞭狀體的一部份; 兩者的功能雖然截然不同, 但是這些微型針筒絕對是具功能. Behe的"不可縮減的複雜性"原來還可以縮減, 令智能設計者在知識討論上節節敗退.

另外, 智能設計引入超自然個體, 所以它不能被科學方法驗證, 也不能被科學方法證明為虛假. 當科學從來是可由自然驗證的假定開始, 智能設計當然連科學假定也不是.

然而, Behe依然堅稱智能設計為科學, 並開始把一般解說和科學混淆起來; 當控方律師問, 如果智能設計為科學, 那麼Behe是否應該以同一邏輯認為星相學也是一門科學的時候, 身為科學家的Behe竟然承認起來. 這個敗北使Behe身為專家證人的誠信度銳減, 因為連法官可能也比他清楚甚麼是科學.

最後, 控方在審判上的向智能設計發出致命一擊: 他們發現智能設計的"內容"是從80年代提出的創造"科學"(creation science)搬字過紙而來的. 當年創造科學提倡的二元論, 即一切生物不是進化而來就是創造出來; 創造科學的內容和宣傳也充滿基督教色彩; 而由始至終創造科學也沒有自己的理據. 因此, 創造科學在當年因為不合邏輯而被美國最高法院裁定不能在學校教導 [5].

支持智能設計純粹是創造科學的複製品的證物中, 以以下一個可能涉及抄襲的例子最為明顯:

    Creation means that the various forms of life began abruptly through the agency of an intelligent creator with their distinctive features already intact: Fish with fins and scales, birds with feathers, beaks and wings, etc.

(Biology and Creation, 1986)

    Intelligent design means that various forms of life began abruptly through an intelligent agency, with their distinctive features already intact: Fish with fins and scales, birds with feathers, beaks and wings, etc.

(Of Pandas and People, 2005)

說到這裡, 相信有良知的人都會認同智能設計是換湯不換藥, 是不誠實和浪費公共資源的行為. 於是乎, 法官Jones做了一個最容易的判決 – 宣告控方勝訴. 因為智能設計不是科學並源於宗教, 所以在科學課提倡智能設計是把宗教強加於學生身上, 違反了美國憲法. 法官在判決時還指出:

    對智能設計政策投贊成票的理事會成員虧待了多佛地區的市民。諷刺的是, 這幾個人如此在市民中堅定和自豪地宣揚他們的宗教信念，但又一次一次的以謊言掩飾他們推動智能設計的真正目的…

(第 136–138頁, [1])

原文:
“The citizens of the Dover area were poorly served by the members of the Board who voted for the ID Policy. It is ironic that several of these individuals, who so staunchly and proudly touted their religious convictions in public, would time and again lie to cover their tracks and disguise the real purpose behind the ID Policy…" (pages 136–138, [1])

法官頒令:
1. 學校必須全數支付控辯雙方在案件所有法律費用, 合共約1百萬美元
2. 學校必須撤換所有理事會會員
3. 多佛區內所有公校永不可教授智能設計為科學

然而, 雖然智能設計敗訴, 神創論教育被判違反憲法, 神創論者爭取學術地位的決心並沒有止息. 是次訴訟後, Jones聲稱不斷收到恐嚇信, 使他和他的家人必須時常受到保護. 在是次戰場外的地方, 智能設計 – 即是反演化論 – 一次又一次地被保守信徒喚回. 在美國, 一所反演化論, 反無神論, 帶有宗教色彩的名叫Discovery Institute的機構, 在2005年發表以下聲明:

    學生也應該能夠了解對於生命起源的化學解說的長處和短處。關於生命的起源,我們有新的科學證據為舊理論帶來一線曙光。


原文:
“Students should also be able to learn about the scientific strengths and weaknesses of chemical origin-of-life scenarios. New scientific evidence has shed new light on old theories about the origin of life."
(摘自"Students Should Learn the Weak Points of Evolutionary Theory, Too". http://www.discovery.org/a/2527)

時至今日, 世上許多地方, 還經常有人認為智能設計(=神創論=創造科學)是和演化論平起平坐的理論, 企圖把智能設計引入中學科學教程. 這些人永遠不會屈服於任何判決, 因為他們以一本遠古經典的一字一句為絕對真理, 儘管有許多他們的弟兄姊妹其實已經步向現代化的宗教.

朋友, 你以為真的和你無關? 請你看看一所香港基督教中學的圖書館目錄:

於此容我引用一句Steve Edinger的說話:

    神創論就像一隻吸血鬼，每一次你覺得它實實在在是死了，又會有人把這該死的東西再次拉出來。


“Creationism is like a vampire, and every time you think the thing is finally dead, someone pulls the damned stake out again."[6]

自負, 固執和無知是三頭互生的惡魔: 自負導致無知, 它們一起助燃固執, 令人排斥一切異見, 進而使人更加無知. 一個無知的人可以被原諒, 但一個同時固執和無知的人永遠不會被原諒. 唯有基於客觀理據相信事物,又以客觀理據說服別人, 人類才可能超越自身的限界, 從思想的籠牢中得到真正的解脫.

(建議觀看相關記錄片Judgment Day: Intelligent Design on Trial [7])

參考:
[1] Full text of Judge Jones' ruling, dated December 20, 2005. http://www.pamd.uscourts.gov/kitzmiller/kitzmiller_342.pdf
[2] NCSE Kitzmiller v. Dover Legal Documents Archive. http://www2.ncseweb.org/kvd/
[3] Eugenie C. Scott. Creation Science Lite: "Intelligent Design" as the New" Anti-Evolutionism. Scientists Confront Creationism: Intelligent Design and Beyond. p. 59. Andrew J. Petto, Laurie R. Godfrey. W. W. Norton (January 7, 2008).
[4] Cornelis, G. R. (2006). "The type III secretion injectisome." Nat Rev Microbiol 4(11): 811-25.
[5] Edwards v. Aguillard . Case on teaching creationism in schools. http://caselaw.lp.findlaw.com/scripts/getcase.pl?navby=CASE&court=US&vol=482&page=578
[6] Scott (1996): Close Ohio House Vote Scuttles "Evidence Against Evolution" Bill by Eugenie C. Scott http://www.ncseweb.org/resources/articles/4200_46_scott_1996_close_ohio__4_24_2006.asp
[7] NOVA | Intelligent Design on Trial | PBS. http://www.pbs.org/wgbh/nova/id/program.html
[8] Discovery Institute website. http://www.discovery.org/

書評 - 退化原來是進化：智齒、盲腸、副乳……留在你身上的演化痕跡

有否留意自己體內有些奇特的結構？細小而危險的「盲腸」作用為何？「心漏病」為什麼如此普遍？為何大孩子會被稱「腦筍未生埋」？為什麼我們有智齒？我們真是赤裸無毛的嗎？

對絶大多數人來說，尤其不相信演化論(即進化論)的人，「人類演化自其他生物」這個概念十分抽象陌生，難以想象，甚至只是科學家才有的信仰。然而，在芸芸眾多演化的證據當中，有一類證據特別顯而易見，叫人對演化無可置疑，在閱讀一本書的時間後足以由懷疑變為肯定演化，它們就是退化器官(vestigial organs)。

本書深入淺出描寫各種人類退化器官的來源，配合圖解，對一些身體部份的演化來源加以解說。例如：

- 著名的闌尾(一般誤作盲腸)演化自我們哺乳類祖先較大的闌尾，其功用也由消化植物纖維，變成沒有明顯的功用。

- 人類心臟的兩心室兩心房，演化自魚類祖先的一心室一心房，所謂心漏病(心室/心房間隔缺損)其實是一種不正常的返祖現象，令胎兒心臟發展不常。

- 人類其實和其他猿類(ape)一樣，渾身都長滿毛，只消仔細一看，就可看見皮上的短毛，由皮下肌肉控制，在寒冷和受驚時豎直毛髮，企圖發揮在祖先身上才有的功能。

演化不能由零創造新的器官，只能修改現有的部份，在一些情況下造成奇特的，甚至違反常理的結構。整天在找演化的證據，原來就充滿我們自己的身體。透過認識這些奇特器官的演化，我們更加了解自己，找到我們和魚類、兩棲類和爬行類的聯繫，親身窺探萬物同源的事實，體驗達爾文當初發現這大自然奧秘的興奮。

自然是甚麼？

科學是對自然(nature)的研究。但是，自然是甚麼？這是我在上中一科學課上和學生討論的頭一個話題。

在常識中，大眾媒體中，人們經常把世上的事物分成「人造」(manmade)和「天然」(natural)兩種：食物中有充滿化學劑的「人造食物」和沒有化學劑的「天然食品」；地區有人造的「城市」和天然的「郊野」；景觀有「自然景觀」和「人造景觀」。彷彿世上就真的有一些事物不是屬於自然的一樣，那些事物，正是和人類活動有關的。人類好像有一個印章，可以把「自然的」變成「非自然的」。

然而，科學家在「人造」的實驗室工作，為的卻是研究自然的運作；在非自然的地方研究自然，這不是有點奇怪嗎？

人造物和自然物的區別

在城市中生活的我們，吃的住的坐的都有人工成份。由簡單一支包含人體工學的筆，到複雜的汽車、飛機、電腦，都經過人類的設計和計算。許多物料，如塑膠、玻璃、金屬，都沒法在大自然中找到。人們說，這些事物是人造的，和大自然中的山水花草樹木不同。

但對化學有認識的人，只要仔細思考一下都會知道，這些所謂「人造物料」，都是來由大自然的。塑膠製自石油，石油是海洋生命殘留物在地下的高温和壓力下，經過幾千萬年形成的；玻璃和地上的沙石的成份基本上一樣，是氧化硅；金屬是從礦石提煉出來的。甚至是碳纖維 -- 一種完全「人造」的物料，其碳原子都是來自自然。人類從來都沒有無中生有的能力，都是依賴大自然的給予。

智能是人類獨有的嗎?

但有些人可能會反駁：「沒錯，材料是來自自然的，但是它們要經過人的智慧思考整合，才可成為精巧的人造物。這和自然而成的天然物大大不同。」

這看似無懈可撃的辯解，其前提是：人類的智能不是大自然的一部份 -- 所以人類智能的衍生物也必定不是大自然的一部份。

然而，智能是人類獨有的特徵嗎？我們研究其他動物，發現：黑猩猩具有運算和使用工具的能力，紅毛猩猩懂得用長杆作槍捕魚，海裡的海豚也有高度智能，一種和我們十分不同的動物 -- 章魚，有思考問題和扭開瓶子的能力。各種生命為了生存在演化中也產生了智能，這全是大自然自然汰擇的結果。

智能，原本就是自然的一部份，所以其衍生物 – 包括人造物，也必定是自然的一部份。

人類的起源

人類自稱萬物之靈，大多認為人有最高的智能，理應遠超越於其他物種之上。有人甚至認為，我們是上帝最鍾愛的傑作，有上帝的形象，是萬物之首以及管理員，在宇宙中有十分特殊的地位。他們甚至說，我們居住的行星是為了給予人類所需而設的，天上的星星是為了給人們看而存在的，美麗花朵的存在，是因為了給人看。

這一切似乎來得理所當然，也給予人類無限的快慰不知幾多千年 -- 直到人類肯謙虛地重新審視我們的起源。而人類用的方法，就是科學。

透過科學和由觀察而來的證據，我們知道，地球是宇宙誕生後經過數十億年，由恒星內部製造的各種原子，在一次混亂的太陽系形成過程中，跌跌撞撞的拼湊成的。所有在上面的生命都是由同一個單細胞生物，經過數十億年演化而成，而其中的機制沒有目的，我們的存在是因為機遇和環境，因為我們的祖先都成功生存和繁殖；他們都適應了他們的環境，以及建造了城市和創立了農業，改變了環境。地球看起來很適合我們居住，不是因為地球適應了我們，而是因為我們適應了地球。

我們成功，不代表我們有何獨特之處。可以十分肯定的是，如果豬演化成最有智慧的生物，牠們也會認為牠們是萬物之靈，有十分特殊的地位。而上帝的形象就會是豬的模樣。所以，既然萬物之靈之說只是一廂情願的主觀，就不能用來支持人造和自然之間的區別了。

結語

在以上的論述中，我們看見根據科學的發現，人類只是自然其中一個產物，當然是自然的一部份。人造和自然的區別，似乎只是我們因為無知和自大而產生的錯覺。從這例子，我們看見，科學並不只是創造知識的機制，也為我們提供一個以事實(fact)為根據的自然觀，協助我們在宇宙中找尋人類的位置，實實在在的影響著我們的價值觀，影響我們決定和將來。科學告訴我們，我們是自然的一部份，不能自以為在凌駕著它，應該學會了解它，對之心存敬畏，在其中找尋長久的生存之道。

We are not APART FROM nature; we are A PART OF nature.

拆穿「上帝比例」1 : 1.618

常有人宣稱大自然充滿黃金比例，更有許多人以此來大做文章，原來當中有許多宣稱根本是無中生有，純屬造謠。

數學既為量化、客觀化自然觀察的一個工具，也被大部份人認為是大自然背後的隱藏規律。人類能利用公式表達自然中量與量的關係，例如質能互換公式(E=mc^2) 和牛頓第二定律(F=ma)。科學和數學的完美結合，告訴我們現在的宇宙是有序的，這相信沒有多少人反對。

有些人喜歡將「數學是大自然背後的隱藏規律」推至極限，其中一個說法是大自然潛藏了許多固定的模式，是人類未能了解的。當中的表表者莫過於黃金比例(golden ratio)~ 1 : 1.6180339887...了。

最容易得出黃金比例的方法乃是透過黃金分割(golden section)：將一條有固定長度的線分割成兩部份，較長部份長度是a，較短部份長度是b，如果a : b = (a+b) : a，那麼這個比例就是黃金比例。利用這個定義，我們可以計算黃金比例的值[12]。

「大自然中的黃金比例」

坊間最為人熟悉的自然中的黃金比例包括：

1. 「向日葵花中心的種子根據黃金比例排列」。想像由花的中心一點放一粒種子，貼近中心再放另一粒，成一角度。由此一角度順時針轉約0.618個圓(即360 x 0.618 = 222.48度)，又貼近中心放一粒，不斷重複，就可以重現向日葵籽的密鋪排列方式。而0.618 : 1 = 1 : 1.618 正正是黃金比例。在以下網頁內的flash app，可試試利用不同角度排列向日葵籽：

http://www.mathsisfun.com/numbers/nature-golden-ratio-fibonacci.html

(最右邊的種子根據黃金比例分佈)

2. 「鸚鵡螺殼的切面成黃金螺旋」。鸚鵡螺(Chambered Nautilus)殼的生長方式，使牠可以一直保持以同一形狀，其秘密是殼內的螺旋形。我們可以利用一個1 : 1.618的長方形畫出鸚鵡螺殼的切面：在長方形內畫一條線，間出一個正方形空間，你會發現另外一邊是一個較小的1 : 1.618的長方形((1.618 - 1) : 1)。如此重複間出正方形，再在正方形內畫出弧線，就可連成一個名為「黃金螺旋」的形狀。

3. 「宇宙中的星系成黃金螺旋」。

4. 「巴特農神殿的建築設計根據黃金比例」。話說古希臘的巴特農神殿(Parthenon)有許多橫樑和支柱的比例都是1 : 1.618。

5. 「DNA雙螺旋結構的闊高比是黃金比例」。話說DNA轉一圈(360度)的高是3.4 nm，而直徑是2.1 nm，其比例約是1.619 : 1，接近黃金比例[5]。

6. 「乎合黃金比例的人身/面最漂亮」。這曾是達文西的主張，也在其作品「蒙娜麗莎」表現出來。

對黃金比例的崇拜

有不少人，除了尋找黃金比例的蹤影，甚至還產生了對黃金比例的崇拜。主張「科學和靈性結合」的The John Templeton Foundation以鸚鵡螺殼作標記[2]，馬灣公園也有個「金律廣場」，裡面有個巨型鸚鵡螺殼藝術品[3]。有些人認為黃金比例普遍的存在，是上帝存在，萬物來自創造的證據[4-6]。另外一些人則將之和神秘和古文明拉上關係[7,8]。

 

我曾經沒有質疑這些說法，但經過仔細考究，卻發現這些所謂「上帝比例」大都是穿鑿附會，屬於網上流言。這些錯誤可以歸為三類：(一)資料錯誤；(二)另有科學解釋；(三)判斷太主觀。以下是我對例子1-6的考究結果：

1. 「向日葵花中心的種子根據黃金比例排列」。這個例子中葵花籽的排列的確乎合黃金比例，但這不代表向日葵企圖「乎合」黃金比例。黃金比例是無理數(irrational number)當中最「無理的」-- 即最難用整數的分數求近似值[1]。葵花籽的排列因而不會成放射(e.g.用1/5)或螺旋狀(e.g.用圓周率pi)，可以用最少的空間放最多的籽。葵花籽的排列和細胞分裂的角度有關，當不同角度導致不同的空間使用率，根據物競天擇的原理，此角度差將趨向黃金比例，於是向日葵進化成今天的模樣。

2. 「鸚鵡螺殼的切面成黃金螺旋」。鸚鵡螺殼的螺旋十分有序，使鸚鵡螺可以利用一貫簡單方式由內而外生長。可惜，其切面並不是黃金螺旋，且看下圖就一清二楚：左邊的是黃金螺旋，右邊的是鸚鵡螺殼的切面。

設計The John Templeton Foundation標誌的人也許沒有發現，標誌本身已經暴露了這個問題：根本不像鸚鵡螺殼。其實，世上許多螺旋形都可保軟體動物的殼長大時維持同一形狀，它們被稱為「對數螺旋」(logarithmic spirals)，而黃金螺旋只是其中一種。

3, 4. 「宇宙中的星系成黃金螺旋」、「巴特農神殿的建築設計根據黃金比例」。這幾個純屬信口雌黃，根本沒有計算證明。數學家Keith Devlin無奈地回應：「當然，實際的測量並不支持『雅典巴特農神廟基於黃金比例』的傳言。事實上，整個講述希臘人和黃金比例的故事似乎都是毫無根據的。我們確實知道的是，歐幾里得在公元前300年左右寫的著名的書《元素》中，說明了如何計算它的值。」[9]。另外，在沒有計算機的古希臘，為什麼有整數的比例(e.g. 2:3)不用，要用一個極為難表達的無理數？

5. 「DNA雙螺旋結構的闊高比是黃金比例」。 DNA有三種形態：A, B和Z form，在不同的環境下DNA有不同的結構，所謂「闊高比」究竟指那一個形態？即使局限於水溶液中的B-form，其直徑也是2.2 - 2.6 nm而非2.1 nm，所以其比例是1 : 1.308 - 1.545，和黃金比例差很遠呢(偷偷減去了0.1 nm是為什麼？)。

6. 「乎合黃金比例的人身/面最漂亮」。我們知道美醜因人而異，因時(年紀、年代)而異，美學的標準並非永恆。究竟藝術家真是根據黃金比例繪畫，還是人們從名畫中找尋黃金比例？不合黃金比例的地方為何避而不談？你真的覺得蒙娜麗莎是美女嗎？此外，也沒有達文西留下的文字，說他曾用黃金比例畫《蒙娜麗莎》。

結語

黃金比例數學上的奇特性當然是存在的，例如其無理性以及和斐波納契數列(Fibonacci Series)的關係。但個人認為，人們崇拜黃金比例這個現象，比起黃金比例本身更加有趣。究竟是何人們總是喜歡在自然中找尋其他智慧或意圖呢？

有科學家認為這是基於人的本能：有個有趣的說法，當你看見前面一個草堆在動時，你最好把「有野獸在裡面」一拼考慮。大自然充滿各種捕食者，寧可迷信、多疑一點，過份理性反而會被吃掉。這些都是原始人類有神化自然事物(風、雷、海和火山)傾向的原因[10]。

另外，隨人類文明的發展我們留意的訊息也越來越多。儘管沒看見其他人，當我們看到一些類似和人有關的形狀(如人面和符號)，很自然就會注意，認為是有人弄上去的，我們甚至會聯想那個是甚麼人。「發現火星上的人面」正是這麼一會事[11]。

估計許多人(包括學者)還會利用錯誤的資料和論證，不斷重申黃金比例證明大自然中有規律。這種行徑乎合科學的精神嗎？我看不然。撇除不仔細查證資料，通常這些人列舉完「大自然中的黃金比例」，不加解釋只讚嘆「造物神奇」，然後草草完結文章。這和科學的精神完全是南轅北轍：科學的目的是去理解自然，去發問和嘗試給予解釋，如黃金比例果真俯拾皆是，那麼這的確是世上最有趣的問題之一，更應嘗試思考可能的解釋，而非含糊其詞，為之披上多一層神秘的面紗。

從有關黃金比例的謠言現象可見，崇拜神秘或製造神秘感根本無助找出世界的真像，反而助長了謠言的流行，學習科學的人不可不引以為戒。

主要參考：

Fibonacci Flim-Flam. http://www.lhup.edu/~dsimanek/pseudo/fibonacc.htm

其他參考：

[1] 向日葵和黃金比例. http://www.mathsisfun.com/numbers/nature-golden-ratio-fibonacci.html

[2] The John Templeton Foundation. http://www.templeton.org/

[3] 馬灣公園金律廣場. http://www.mawanpark.com/chn/golden_mean_plaza.php

[4] (Youtube影片) 1.618 Phi, The Golden Ratio, God Creator of Heaven and Earth. http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=0hvD5kLqjuw

[5] Golden ratio - CreationWiki, the encyclopedia of creation science. http://creationwiki.org/Golden_ratio

[6] Theology and implications related to Phi, the Golden Ratio. http://www.goldennumber.net/theology.htm

[7] Sacred Geometry. http://www.crystalinks.com/sg.html

[8] World Mysteries - Science Mysteries, Fibonacci Numbers and Golden section in Nature. http://www.world-mysteries.com/sci_17.htm

[9] "Certainly, the oft repeated assertion that the Parthenon in Athens is based on the golden ratio is not supported by actual measurements. In fact, the entire story about the Greeks and golden ratio seems to be without foundation. The one thing we know for sure is that Euclid, in his famous textbook Elements, written around 300 BC, showed how to calculate its value." Keith J. Devlin The Math Instinct: Why You're A Mathematical Genius (Along With Lobsters, Birds, Cats, And Dogs) New York: Thunder's Mouth Press, 2005, ISBN 1-56025-672-9

[10] On Superstition - James Randi Educational Foundation. http://www.randi.org/site/index.php/swift-blog/330-on-superstition-.html

[11] NASA - Unmasking the Face on Mars. http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast24may_1/

[12] 計算黃金比例. http://en.wikipedia.org/wiki/Golden_ratio#Calculation

「有雞先定有蛋先？」的科學答案

「有雞先定有蛋先？」可說是人類的一個千古迷題。這問題的難度在於根據我們的日常經驗，雞都是從蛋孵化出來的，而蛋都是母雞下的，若果只根據此要追溯本源，只會陷入無限回歸(infinite regression)。

當大家以為這個問題是沒有答案的時候，其實科學在150年前已經給了一個令人滿意，有證據的答案了。

根據基督日報，「美籍華裔科學家」吳宣倫曾在一所佛教學校回答這千古難題，令153名學生信基督教。
http://www.gospelherald.com.hk/template/news_view.htm?code=min&id=836

他的「智慧回答」是：

    「你們有沒有去過中國的市場買雞蛋？買蛋的人會把雞蛋照一照，他在照什麽呢？賣蛋的人就知道了，如果照到雞蛋裏一個黑點的話，他不會把這個蛋賣給你，因爲這個蛋可以孵出小雞。如果是先有蛋的話，代表只有一半機會能够孵出小雞，另一半機會不能孵小雞，所以先有蛋不好。但是如何先有雞呢？更差，更糟糕，因為要是公鷄的話不能生蛋，問題更大——」

對不起，浪費了大家時間，下面才是真正的回答：

    「不是先有雞也不是先有蛋，而是——先有一隻公鷄和一隻母雞。」這時候所有學生們都拍手叫好，說：「這個答案我們沒有聽過。」吳博士也非常幽默的對他們說：「我也是第一次聽。」

如果「先有一隻公鷄和一隻母雞」也不是「先有雞」，而一所中學裡的所有學生(上千人)和「美籍華裔科學家」都從來未聽過「先有雞」這個答案，而把它當作千古奇聞的話，那麼世界的教育也太失敗了。其實也難怪，吳宣倫自稱的專業是電子工程，當然是不知道公鷄和母雞都是雞了。

好了，那麼對於「有雞先定有蛋先？」，你的答案是
A. 先有雞，還是
B. 先有蛋？

那麼根據科學現時的理解，這個問題的答案是甚麼？我個人不喜歡直接告訴人答案，那麼就給你一些提示吧！

現時我們指的「雞」是數千年前從印度的原雞演化而來的。
http://scienceblogs.com/gregladen/2008/02/the_origin_of_the_chicken.php

雞是一種鳥類，鳥是由一類恐龍演化而成的(化石/DNA證據)：

而問題中的「蛋」是指雞的卵。恐龍、其祖先(另外一些)爬行類、爬行類祖先兩棲類和兩棲類的祖先魚類，一直是以產卵的形式繁殖的。

現在你想到了答案了嗎？給你三分鐘，才下去看看答案(不准偷看!)：

























































































答案是：既不是先有雞，也不是先有蛋。是同時有雞和蛋。

如果你有一部時光機可以讓你快速「回帶」觀察鳥類演化的情況，你先會看到雞漸漸的消失，剩下原雞，然後原雞漸漸沒了，只有其他像雞的鳥類，然後只有其他較原始的鳥類。

你會發現，你不能找到一條時間上的界線，說這之前沒有雞，之後一直都有雞，因為每一代的鳥都只和父母相差一點點。雞，和世界上所有其他物種一樣，都是逐漸出現(emerge)而不是突然出現的。

如果你在以上不同的時間像拍快照(snapshot)一樣記錄地球上所有鳥類的資料，你會發現只有幾種情況：

1. 有雞和雞蛋
2. 沒有雞也沒有雞蛋
3. 有些像雞的鳥和牠們的蛋

你不會找到一刻是只有雞而沒有雞蛋，又或者只有雞蛋而沒有雞。原因也是雞逐漸的出現，以及雞蛋的定義是「雞的卵」。所以，既不是先有雞，也不是先有蛋，而是雞和蛋是同時存在。