進化論(5) ~ 進化的概率

進化論(5) 

進化的概率

6-12-2018

概率的一個簡單例子是計算中獎的機会。比如說, 有五支籤, 其中只有一個有獎, 一個人去抽,中獎的機會是1/5。 若有5個人來抽, 其中肯定会有一個人抽到。剛去逝的英國天文物理学家史蒂芬霍金 (Stephen Hawking, 1942 ~ 2018), 就曾這麽說过, 雖然生命在大自然中隨機湊成的機会十分渺茫, 但在如此浩瀚的宇宙之中, 經过130億年的時間, 也不是不可能的! 就像中樂透獎的機会雖然不高, 但最後總是会有人中獎。

讓我们聽聽數学家们怎麼講。

首先, 就從组成生命最簡單的有機组合(building block) ~ 氨基酸 (Amino Acid)來看。氨基酸顧名思義, 它含有一個氨基(NH2)和一個酸(COOH), 中間的碳鏈含有四種不同的功能组合群(Functional groups)。

自然界中存在五百多種不同的氨基酸, 其中有20種氨基酸被發現用來组成遗傳基因密碼, 出現在 DNA 長鏈蛋白之中。

這類蛋白結構十分複雜, 但其中有一種結構比較簡單的叫酶蛋白(Enzyme)。它的三維結構大約是由200個氨基酸以特定的序列連接在一起組成的。

酶在有機体內促進各種生化反應, 具化工背景者知道, 它就是一種催化劑 (Catalyst), 本身不參與反應，却加速反應过程。酶在细胞之中促進代謝反應, 是維持生命的重要蛋白。此外它在複製DNA的过程中扮演着重要的角色, 它也協助体內分子傳送 (Molecule Transportation)。

我们就討論上述这20個蛋白酶, 它在自然界中"自發產生" (Spontaneous formed) 的機率到底有多少?

概率是計算隨機產生的機率, 如组成10 進位四位數的概率是: 10x10x10x10，或者10的4次方。同理, 排列成一特定序列由200個氨基酸组成的酶, 每一個位置都有20種可能性, 那機率是20的200次方之一! 或者1.6E260之一! 或小數點後約有260個零。

但, 有人說宇宙那麽大, 或者說充滿了氨基酸的星球可不是只有地球喔! 好吧! 地球上的生物有可能從其它星球飛來的。这可觀測得到(Visible) 的宇宙, 据天文学家統計, 約有10的24次方顆星球, 其中可居住(Inhabitable) 的星球約600億顆, 就算1千億 (10的12次方)顆。若这些星球上的氨基酸同時激烈地以每秒一次的速度進行排列组合, 在這情况下, 上述260個零也不过減少了12個零 (或者1.6E248之一)。

假設每顆星球都如地球一樣有10的51次方個原子, 而每個酶平均約含有200個原子, 故每秒可以合成約5e48 (或 5x10的48次方)個酶。若所有可見星球都也都充滿了各式各樣氨基酸, 都拼命在瞎踫亂撞, 那麽每秒產生5e48x1e24=5e 72個酶。這需要至少1.6e248/5e 12= 32 e175 秒才能合成一個正確的酶, 那是1e168年的時間。或1後面有168個零。如今宇宙年齡跟據專家估計只有130億年! 10個零而己!

進化論專家們, 你们不懂分子生物學也就算了, 這隨機合成生物最基本元件的酶, 其概率之低也似乎遠遠地召乎你们的想像! 你们除了那頑固的信念之外, 还剩下什麽呢?

Ref: Orign of life, probability of making protein.