從地質學探索生物的演化

台灣大學海洋研究所  陳民本教授


一、「科學」與「科學主義」

  1. 「科學」的定義
  2. 「科學精神」
  3. 「存疑主義」

二、認識「進化論」

  1. 達爾文的「物種起源」
  2. 「進化論」的證據
  3. 「進化論」的再思

三、認識地球與我們的生存環境

  1. 大氣層簡介
  2. 認識海洋和地球
  3. 環境變遷

四、海洋微化石之「演化」

  1. 海洋微化石簡介
  2. 海洋地層
  3. 球菌藻之「演化」

五、結論

參考書:許靖華:大滅絕「天下出版社」
陳民本:大自然的見證「宇宙光出版社」
劉大衛:自然科學與信仰「雅歌出版社」
孫克勤:達爾文物種原始經義「省立博物館」
Bilal U. Haq & Anne Boersma : Introducation to Marine Micropaleontology ELSEVIER


 

一、前言:

    「進化論」是不是「科學」﹖首先要從「科學」與「科學主義」來思考。「科學」是什麼﹖「Science」 這一英文字是從拉丁文的 "Scio "這一個字來的,它原文的意義是" I know ",就是" 知識 "。因此,「科學」就是對自然界的一種認知。不過,「科學」有幾個特性:第一、重演性; 第二、條件性;第三、可感性。康德說:「觀念沒有事實的根據,乃是虛無的; 感官所得的數據而無觀念,乃屬盲目的。悟性不能見,感官不能思,二者聯合乃成知識。」

    科學家觀察自然界的現象,是想要去了解大自然怎麼會有這樣的現象?因此在我們認識大自然之前,科學家對於理論的塑造,可能塑成不同的胚型,這些胚型就是假說(Hypothesis)。假說,經過實驗證實,與已知事實相符合,才可被視為理論(Theory)。理論經過了時間的

    考驗,與以後所發現的事實亦不衝突,便可視為定律(Law)。牛頓發現的萬有引力,可以解釋日動和地動等這些說法,因此,有廣泛範圍可應用的定律,便可視為原則(Principle)。所以,科學的最終極的理想,是要找出一個最基本的原則。科學上、解釋一些現象,都是利用『因果原則Principle of causality』,有相同的原因,產生相同的結果。奧地利學者Carl Popper認為科學的定義是:

  1. 受自然律引導而來;

  2. 用來解釋自然律;

  3. 可以用經驗來證實;

  4. 能被否定;

    Francis Bacon認為科學研究的方法應該有下列這三個特點:

  1. 憑經驗的(empirical)

  2. 客觀的(objective);

  3. 合理的(reasonal)。

    這是培根(Bacon)所提出的三個觀念,現今的科學是由這個理念發展出來的。目前的科學界承認對憑經驗的、客觀的、合理的,無法準確的下定義,但仍然相信,它們是有意義的概念:

「經驗的數據來自於一外在的自然世界」。

「客觀/主觀」是一種程度的問題。

「合理」是無法定義的。

    不過,要求具有正確性、一致性、廣大性、簡單性、促進性,仍然是對的。什麼都要講證據,這就是所謂的「科學主義」。胡適的「演化論與存疑主義」中就認為認為科學主義就是存疑主義;這一種科學精神,是嚴格的不信任一切不具有事實証據的東西。東海大學物理系劉大衛教授的「科學家也信上帝」一文中特別提到:科學是建立在兩個最基本假設,第一:大自然是有秩序的,即所謂的自然律;第二:自然定律是人類所能瞭解的,若我們僅相信自然有定律,但這定律並非人類所能了解,那仍是枉然。自然有所謂的自然律,但這個自然律,必須我們能了解才有用。在這裡面,科學是有這兩個假設。因此,科學家們要做什麼呢﹖科學家最重要的工作是觀察和解釋,解釋就是將觀察中所得到的意義描述出來,這就是科學家所做的事情。牛頓在40歲之前,花了許多時間在物理、數學上面,有很大的成果;40歲以後,花了很多時間去研究聖經,他寫了很多解經的書。他說「我不知道別人對我是如何看法,但在我自己看來,我好像一個在海灘上玩耍的小孩,偶爾拾得一個比較光滑的石子或比較美麗的貝殼而引以為樂,至於那真理的大海卻攏在我的面苧,而我不去發掘它。」

二、科學證據:

    Eddington也說過:「近代科學好似一個漁夫,在河中捕魚,漁夫就科學家,魚網是科學方法,河是實際世界,漁網的網有兩吋大,他撈上來的魚可以歸納,也可以推演,但不能說河裡沒有小於二吋的魚。科學也不能在科學方法探究不著之處,謂不存在。」這是第一個要有的觀念。其次、科學家對自然現象,如電、磁、動、超導體等難能用數學方式來精確描述,但說不出它們何以存在的原因。科學家只知Natural Processes,而不知Initial Causes。科學只是真理的味道,而不是真理,真理惟有真理的創造者啟示,才是真理。

    Time雜誌一九九五年十二月四日的封面上面寫著〝Evolution's Big Bang,意即在演化上的大爆炸。演化上面什麼樣子的大爆炸呢﹖就是在寒武紀時,差不多在五億四千三百萬年到五億年三千萬年之間,有很多的生物突然間蹦出來,這些生物如果按照達爾文的說法需要經過很長的時間,才能演化出來。但是它們在很短的時間裡通通出來了,這是今天唸演化的人不能明白的。 

    科學上的証據可以分成五種:

    第一,有完全可知的證據,我們今天就是希望找到一個在科學上有完全可知的證據,比如說:地球是圓的,你若是不相信地球是圓的,那你坐個太空船到外面去看看,看到是圓的,拍照看也是圓的。 

    第二,證據足夠,但不易觀察,例如:相對論、板塊運動,這些都是有證據,但不容易觀察,板塊移動速率,舉個最簡單的例子,台灣的東邊的海岸山脈每年由南往北移動的速度是二到七公分,我們用GPS很精準去量是二到七公分。你不會發現它由南往北,你會發現它由西南往東北這個方向,這種速度是我們經過長期的、間接的方法算出來的。

   第三,是證據少,但能被接受。大爆炸說怎麼被大家接受呢﹖差不多一九六五年,Robert Wilson發現空中有微波,這個微波怎麼出現的呢﹖是地球自身的,不是外太空輻射的,找不出原因來,他們認為是大爆炸留下來的餘波,今天就因為那些餘波,我們大家就相信大爆炸說,你去找一個物理學家,他一定跟你說宇宙一開始是大爆炸,然後還有什麼證據呢﹖就是發現我們所有星球都是往外走,宇宙正在膨脹,那麼既然是膨脹,一定是濃縮在一點,然後爆炸膨脹。只有這樣的證據,就認為宇宙是大爆炸而來的。

    第四,證據很少,被質疑。像是進化論,證據不足,但大家以為是科學就相信,這個是很奇怪的事情。

    第五,證據多,但不知原因。比如說癌症,有些人晒太陽,美國人晒太陽容易生癌症,為什麼黃種人晒太陽不易生癌症呢﹖不曉得原因是什麼。

    許靖華院士是國家海洋科學研究中心的顧問,他在地質geology上十分有名,他發表過一篇文章一九八六年六月叫做Darwin's three mistakes。他說達爾文的三大錯誤:第一,他誤認生物的集體滅絕是地質紀錄上人為的不完全。第二,錯誤假設品種數量的增加會像單一個體一樣。第三,錯誤地以為生物品種滅絕的原因,僅是生物之間的相互作用。

 

三、「物種起源」說:

    達爾文是1809年2月12日和林肯同一天出生,他的父親是醫師,祖父是生物學家,他祖父就曾經研究過生物的演化,他父親是醫師就希望達爾文也當醫生,在他十七歲時,他父親送他到愛丁堡大學讀醫科。他一生有三個興趣,打臘、喜歡去抓甲蟲、抓金龜子及玩花草。他要是今天活著讀生物系最好。他畢業一八三一年的時候,英國海軍有個小臘犬號的船長,受了國家的命令,必須到南半球的各個經度去量時間,另外有一個任務是帶著生物學家去各個海島,去觀察生物的現象。達爾文的地質學觀念是來自查理士萊爾,當時是一個地質學上一個有名的學者,雖然非常年輕,但是他寫了一套書三大地質學原理,讓達爾文在船上看,所以達爾文很多思想是從他的思想來的。達爾文在看海洋地質,他看到珊瑚環礁,認為海水面會升降,今天證實是對的,所以我們不能說他在研究方面沒有貢獻他還是有一些貢獻。

    一八三一年十二月廿七日,他們離開了英國,穿過北大西洋到巴西,到了南美洲東岸,到了智利、祕魯,這裡有個小島,叫加拉巴哥群島,達爾文是一個真正的實驗主義者,他會觀察,譬如是這些鳥,如果是你觀察,你觀察到什麼﹖達爾文觀察到他們的相異點,他觀察到他們的嘴巴,這個嘴巴比較大一點,這個比較尖,這個更尖了,他發現嘴巴有大的有尖的,他接著觀察這個嘴巴大的和嘴巴尖的吃什麼﹖尖嘴巴的吃蟲子,大嘴巴吃樹葉,尖嘴巴的是吃蟲子,愈吃愈尖,大嘴巴的吃樹葉,愈吃愈大,他們原來的差異可能不是這麼大,因為生活環境的生態不同,使得他們型態改變,這是達爾文看到的第一個現象,生態的改變,會使他們的型態改變,這是達爾文觀察到的第一個現象。事實上他也只看到這一些,所以他回去以後,不敢把論文發表。

    達爾文一八三五年回去,他整理好了這些資料以後,一直到了一八五九年,他五十歲之時,有一個名叫「華萊士」的年青人,也寫了一篇相類似的文章。達爾文看了以後發現他們的觀念一致,所以他們就要他趕快發表,所以達爾文的「物種起源」是在一八五九年十一月廿四發表的。達爾文認為長頸鹿的脖子是因為生存競爭而變長的。其實,在達爾文之前五、六十年的拉馬克,就講過「用進廢退」,只是拉馬克那個時候,沒有實驗,全都是空想。他認為長頸鹿的脖子變長是因為他太愛吃,所以他把矮的樹吃完了,他就吃高的,脖子伸著伸著,就變長了。達爾文的物種起源「說」,不是「論」,還沒有完全被證實喔!結果今天大家就說,進化論被證實了,進化論是科學的。其實今天很多的證據,比如說:生物生理學上的證據,你說這樣子很像呀!一個大的頭,一個脊椎骨,一個尾巴,四肢腳,所以他們有一個祖先是一樣的,這種講法因著他們生理型態上的相同,說他們有共同的祖先,這是本末倒置的。因為必須達爾文的理論被證實了,才能拿來應用。「演化說」都還沒完全被證實,就說這個是它的證據,這是本末倒置了。

    化石告訴我們生物怎麼演變呢?陸上的動物化石實在是不容易找,陸上的動物化石,其代表性,一般估計只有3%,也就是說,一萬隻動物只能留下3%個化石。一般人以為始祖鳥是鳥類的祖先,是地球上的第一隻鳥,因為它的嘴巴內有牙齒,還有尾巴,尾巴內有脊椎骨,脊椎骨由尾椎一直延出去,所以就稱它為鳥的祖先。中國大陸最近發現兩種鳥,比始祖鳥還要老,一種叫遼寧鳥,一種叫孔夫子鳥。可是這兩種鳥跟普通鳥一模一樣,可是在地質年代上比始祖鳥還要老。所以,始祖鳥不是鳥的祖先。

    其次,進化樹是研究化石的人畫出來的,可是是誰在用﹖生物學上在用。化石不就是研究生物的演變嗎﹖其實,這有差別的,研究化石的人是研究古生物,古生物跟生物不一樣的,生物學上的同種,指的是在自然情況,不受外力干預,可以自然產生下一代叫做同種。研究化石的人是很主觀的,研究生物的人,說會交配會產生後代,就是同種,這是還算客觀。進化樹是主觀的古生物學家畫出的,裡面有許多枝節是無法肯定的。

 

四、海洋中的浮游生物

    在海水裡面,有很多小生物。這些小生物,死了以後會保留在海底下,沈積下來,成為化石。海洋中海水的鹽度是千分之35。海水會不會結冰﹖當然會,把海水放到冷凍庫,它還是會結冰的,但是海裡面的海水會不會結冰﹖海裡面的海水不會結冰,因為海裡面的結冰溫度是零下1.8度,海水平均厚度是4000公尺,在海底下深層的,差不多在1000公尺以下,通常保持的溫度在兩度到三度。因此表層的水一到零度,就往下沈,底下的水就浮上來,一直這樣不停地攪拌,除非整層的海水全部冷到零下1.8度才會完全結冰。但不會這樣子,它會不停地垂直混合攪拌,所以水平的混合及垂直的混合,形成了冷流和暖流,你可以看到,這個是黑潮,這裡是墨西哥灣流,冷的這個上去再下來,叫做加利福尼亞洋流。聖嬰年指的就是說,這裡本來應該是冷水,但是冷水沒出現,這邊暖水一沖下來,變暖的了。變暖以後整個現象打亂了,整個大氣團打亂了。海水這樣子的混合,使得地球上的溫度高,很少超過攝氏四十度,低,很少低於零下四十度,使地球上的溫度介於正四十與負四十之間。海水裡面,有鹽分,所以海水會攪拌混合,適合居住。海水裡面有很多營養鹽,所以充滿了大大小小的各樣生物,這些生物死了以後,就變成化石,保留住海床上。一種生物,它在某一個時間出現,也會在某個時間消失。生物告訴你的資訊只有這樣。生物不會告訴你它怎麼演化的,它只會告訴你何時出現何時消失,這是古生物上的訊息。在生物演化裡面,有性生殖,無性生殖。可是,不同的生殖方式生出來的生物外表是不同的。今天我們看到的只是殼體,根本就是同一種生物,因為不同的生殖方式,產生不同的外表,我們卻把它說成不同的種,不同的生物。

 

五、微古生物顯示的「演化」

    從中生代到新生代,種與種之間的改變,可以觀察到;屬與屬之間的改變,就很少被觀察到。至於,科演化到另外一個科,跟本就沒看過。界、門、綱、目、科、屬、種的分類裡面,種與種的改變,有;屬與屬的改變,偶爾有。從科以上的變化在化石中就從來沒有過。。所以,生物不是這個樣子演化而來的。生物不是慢慢地從一種演化成另一種的。那麼生物怎麼來的呢﹖在一個大滅絕以後,突然百花齊放,新的生物產生了。這些新的生物怎麼產生呢﹖研究這方面的古生物學家,沒有答案。

    地球上的環境瞬息萬變,根本沒有機會讓我們的環境使生物適著生存。演化說與創造說,都不能用科學來證實或推翻,只是一種觀念或看法但是呢﹖在美國,1981年阿肯色洲通過一個法案,「公立學校可以用教進化論同樣時間教創造論」1982年美國自由公民聯盟控告阿肯色洲政府違憲,鬧到最後,1987年 7月19日美國高等法院 7:2票反對教創造論,我的看法是創造論進化論都不能教,因為都不是科學,如困今天要教進化論,那麼也該教創造論。     

 

六、「創造說」

    聖經上面說,自從造天地以來,神的永能和神性,是明明可知的,雖是眼不能見,但藉著所造之物就可以曉得,叫人無可推諉。我們知道神的永能和神性要藉所造之物,所以我們觀察大自然,從中認知神創造的奇妙,因此,什麼叫上帝,上帝就是創造者,在創世紀第一章第一節說,起初,上帝創造了天地,這裡告訴了我們,創造者創了空間、時間、生命,所以在剛才我們所講的很多例子裡面,都是在聖經創世紀第一章有的,你不相信我唸給你聽,「起初神創造天地,地是空虛混沌,淵面黑暗,神的靈運行在水面上」,看到沒有,水是最基本物質,「神說,要有光,就有了光」,光能把能源以輻射方式傳出去,所以「神看光是好的,就把光暗分開了」,「神說諸水之間要有空氣,將水分為上下,神就造出空氣,將空氣以下的水,空氣以上的水分開了」,空氣以下的水調整我們的環境,空氣以上的水供應我們需要,然後「神稱空氣為天」非常合理,第九節「神說,天下的水要聚在一處,使旱地露出來」,先有海,才有陸地的,「神稱旱地為地,水的聚處為海,神看著是好的」,廿節「神說,水要多多滋生有生命的物,要有雀鳥飛在地面以上,天空之中,神就造出大魚和水中所滋生各樣有生命的動物,各從其類,神看是好的」,廿二節「神就賜福給這一切,說,滋生繁多,充滿海中的水」,非常合理。

 


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