神創造生命的偉大 DNA 的非凡四維設計 │ Dr. Robert Carter

 

電影焦點：基因組的複雜性

卡特博士於 1992 年獲得喬治亞理工學院應用生物學學士學位。

隨後，他在高中教授了四年生物學、化學、物理學和電子學，

之後前往邁阿密大學攻讀海洋生物學博士學位。

2003年，他成功完成了這個項目，論文題目為「刺胞動物螢光蛋白」。

在邁阿密期間，他研究了珊瑚和其他無脊椎動物的色素遺傳學，設計並建造了加勒比珊瑚的水產養殖設施，進行了 500 多次水肺潛水，其中許多是在夜間進行，並將他的研究的衍生產品（一種獲得專利的螢光蛋白）授權給一家生物技術公司。

他目前是喬治亞州亞特蘭大 CMI-USA 的高級科學家和演講者。

有關卡特博士的更多，請訪問https://bit.ly/342HUnF。

羅布，當我們談論生命的多樣性時，確實存在著多樣性

這個池子裡的生物。

這個小小的觸控池裡充滿了令人驚奇的東西。

因此，從創世紀範式來看，這些種類中的每一個都是

創造的，但它們之間還是有一些相似之處。

相似與不同，這就是我們在整個生活領域所看到的。

相似之處和不同之處。

那麼是什麼使得它們不同呢？

嗯，從基因上來說，它們非常相似。

它們具有相同的生物化學性質。他們

有很多——它們有大部分共同的基因。但

發育基因，它們被稱為 Hox 基因，它們在

動物在發育過程中。它們是由單一細胞發育而來的，就像你和我一樣

做。我們——就像我的左手和右手是一個人的鏡像一樣

另一個原因是，我體內的基因

模式、順序和時間，以至於當我長大的時候

臂芽，我的手彈出來，它們看起來幾乎一樣。對這些人來說，

有一些 Hox 基因，其中一個建立了五重對稱，另一個

他們建立了十重對稱，再者，他們製作了這種又長又瘦的動物。

這些主計算機程式具有巨大的下游效應。

它們以這些令人驚奇的方式控制胚胎的發育。

所以

就像我們有一些創造多樣性的項目，但

一個主程式——幾乎就像一個作業系統。

絕對地。以及一個操作

系統——實際上，科學家已經比較了一個簡單的作業系統

細菌到Linux作業系統。

這是非常非常複雜的。

非常複雜，

但當我們仔細觀察，就會發現生活中有很多電腦編程，那又怎麼樣呢

我們看到的是，就像我們的作業系統一樣，生活也有一些主宰

模組，然後有一些控制所有輸出的中層程式——我們

稱為蛋白質、糖和作用。

他們有電腦系統

你的作業系統控制著很多中階管理人員──你知道嗎

對音效卡執行此操作，對視訊卡執行此操作，控制所有輸出。

但有趣的是，當我們觀察生活的結構時，你會發現

最佳設計。高級程式較少，對中間程式的控制較少

級別程序，控制更多的輸出。我們的電腦程式

頭重腳輕。我們這裡有很多東西，控制著下面的東西

因為我們並不像上帝那麼聰明。

所以你說的是，當我們看

從分子或遺傳學角度來看，我們發現的是

這是一個非常迷人的設計。

絕對地。

而且，當你談論

標準範式，標準進化故事，我們遇到了偉大的

當我們接觸到這些 hox 基因、這些主程式模組時，就會遇到困難。

因為是的，你可以拍下這樣的海星，你可以改變它的大小

稍微改變一下顏色，但如果你想得到那種

海星變成一個完全不同的生物，你不需要調整這些

你必須調整高階作業系統，這通常

造成下游災難。我想如果你——如果你

編寫電腦程式吧？你可以改變輸出中的 1 或 0，並且

也許現在螢幕上的字母是藍色的而不是白色的。有什麼大不了的。但如果

您想隨機更改核心作業系統嗎？

有多少變化

可能不造成災難嗎？我的意思是，幾乎所有的改變都會毀掉

整個系統。

從電腦科學家的角度來看，我可以告訴你，我們稱之為

系統軟體有時。這是整個

系統。如果那裡出現問題，整個系統就會崩潰。

當有人想改變這一點時，有多少人要考慮多久

對基本程式做一個簡單的改變？

這很艱難，

因為一旦你開始擺弄那個作業系統，就擺弄那個系統

軟體，你必須非常小心，因為你會打亂整個事情。

是的。這就是我們在生活中看到的。

但我們聽到的是，在傳統的

範式，傳統故事告訴我們，正是這些隨機變化

導致了這一切。

當然。 19 世紀時，人們的生活

很簡單，當他們不知道細胞內發生了什麼事時，他們不知道

遺傳學有多複雜，你可以想像各種各樣的事情。我的意思是你可以

想像一個細胞變成正方形，或圓形，或改變顏色，或長出

尖刺，或者一根頭髮。沒問題。但現在我們知道了背後到底發生了什麼

場景，故事變得更加複雜。你看，生活越複雜

進化論的可能性就越小。它只有在生命存在的情況下才能發揮作用

真的真的很簡單，但生活並不簡單。

我們經歷了一場革命

在過去的十年或十五年裡，我們對生命的理解

急劇上升，標準範式解釋生活的能力卻急劇下降。

這就是黑盒子的概念──達爾文其實看不到裡面的東西

所以他認為很簡單。但你說的是，現在我們

發現它極其複雜。

是的。而且各個層面都很複雜。從結構上來說，

它很複雜，功能上也很複雜，生物化學複雜得令人難以置信，

遺傳學是──我們對遺傳學的理解只會越來越複雜

隨著時間的推移。

我們正在研究遺傳學，現在發現了什麼？什麼是 -

我們現在看到的事物是不是 50 年前所沒有看到的？

嗯，50

幾年前，他們有一個簡單的想法，就是你有一個基因，一個基因決定一個

蛋白質。這已經被打破了。我們現在知道基因

參與製造數十種甚至數百種蛋白質，以及不同的

基因片段在不同時間用於不同的蛋白質

細胞週期，生命中的不同時期，不同的條件，不同的

細胞，你體內的大多數細胞，它們產生的蛋白質與其他細胞相似

細胞——但它們是不同的。所以你的腦細胞其實會產生不同的

比肝細胞產生的蛋白質更多。

那麼這怎麼可能呢？

我的意思是，他們是怎麼做到的？

這是動態規劃。你有一個

基因，這部分用在這裡，或在那裡，或在那裡，還有

DNA 中的微小程序可控制何時、何地和如何

使用那一塊。但就在最近，我讀了一篇關於實際轉變的論文

基因中的信息。如果你從第一封信開始讀，你可以讀出來

此資訊。如果你開始讀第二封信，你就會得到一個完全

不同的訊息。這究竟是怎麼演變成這樣的？我的意思是，如果你

想想，嗯，如果你讀一個故事，也許你正在讀一個故事在說話

關於一些虛張聲勢的海盜。如果你從第二個字母開始，

這是一個巧克力曲奇餅乾的食譜。

我們不能寫這個。我們——我們不可能

可以智慧地將多個層次的資訊編程到同一個

故事。這就是我們在生活中看到的。如果我們不能明智地做到這一點，那就不是

將會隨機發生。

我們正在談論一些超越

就複雜性而言，想像。即使從

我們用軟體做過很多事情，我們也用軟體做過一些很棒的事情

軟體.但這似乎與您談論的內容相差甚遠。

我喜歡說基因組是四維的。在軟體中，我們寫入

程式碼行。

正確的。

在數學中，我們學到了線是

一維物體。它只是有長度。所以你可以

一個計算機程序，只需從左到右書寫數百萬個字元。

現在在我們的螢幕上，我們輸入回車符，這樣我們就可以讀取它，

但計算機不知道這一點，它會忽略回車符。這只是一個

線。嗯，DNA 是一條線。

因此，在 DNA 的簡單概念中，我們有一條線

其中所包含的資訊。但事情沒那麼簡單，因為這段 DNA

製造出一種蛋白質，它來到這裡並粘附在這段 DNA 上

在這裡，它可以打開或關閉一個基因。

天哪，就像

自修改程式碼。

噢，情況比那更糟。

因為這裡的 DNA 片段只是 RNA，它

並幹擾這個基因的 RNA，它們黏在一起，互相干擾，

彼此衝突，他們打開事情，他們關閉事情，如果

如果你想畫出來你需要一張紙——一張很大的

你必須讀出一張紙上所有的 DNA 字母——全部三十億個

我計算出大約 850 本聖經可以作為一個人類基因組，然後

你必須從一個部分畫線或箭頭，因為這

一部分關閉這部分，這部分乾擾這部分，這部分增強

這個，這是一個巨大的二維互動網路。這就是你

有一個二維基因組。

聽起來——我的意思是，讓我阻止你

一秒鐘，因為想想這件事真是太神奇了，因為我

從電腦程式的角度來看，它是相當靜態的。我的意思是，

有說明，但你談論的是一個程序

重新編程。它正在修改自己的指令。

然後我們把它帶入第四維度。

哦好的。

因為——第三維度首先。基因組

還可以折疊成三維形狀。這是 3D，第三維

其實就是形狀。那麼，這個 DNA 球裡面埋藏著什麼基因呢？

他們不活躍。它們被關掉了。暴露的基因是

被使用過。所以無論是誰編寫了這條繩子，它都知道，當它折疊起來時，

哪些基因將在什麼時候可用。

你是說當這個

指令集折起來，它會創建一整套新的指令嗎？

是的，絕對是如此。第一維中的信息，也就是那條線性字串，

以這樣的方式組織，當它折疊到三維時，

它仍然有效。

噢，太棒了。

但它是如此 - 令人驚訝的是

當他們第一次對人類基因組進行定序時，一些科學家坐下來，他們

我本來會這麼做的。他們說好吧，讓我們看看已知的基因

用於生化途徑。它們可能會連續轉換十個基因

把這個變成這裡的某樣東西。好吧，如果我能編程的話，我就會把它們黏在

在基因組中彼此相鄰。

於是他們看了看，他們就在旁邊

彼此。它們是隨機的。他們說這些基因用於不同的

染色體，它們是向後的，它們是向前的，它們只是 - 他們說，看看所有的

進化的證據。這只是垃圾。數百萬年來的隨機變化，

把這些東西隨意地堆放在一起，簡直就是胡鬧。

我們已經聽過很多次這種說法了。

我們已經聽說了這一切。

它是垃圾 DNA。

是的，但後來有人認為

如何從三維角度觀察基因組。首先他們意識到

基因組呈分形圖案折疊，非常漂亮。但它是分形的

不會打結的圖案，所以它會折疊起來，然後當他們想出

基因的位置，一起使用的基因彼此相鄰

在三維空間中，即使它們位於不同的染色體上。當染色體折疊時，

它們把這兩個基因放在一起，通常，這個基因簇

就在核孔旁邊。所以當上帝編程這些基因時，他知道

當他必須打開所有這些基因時，他需要它們以三維形式

彼此相鄰的空間，因此整個生化途徑可以

打開後，小東西被複製到RNA中，RNA從外面出來

細胞核變成蛋白質，

瞧。

這太棒了。

好的，所以你已經

這讓我大吃一驚，但你說還有另一個維度。

哦是的，第四維度是時間。

這是如何實現的？

基因組的形狀會隨著時間而改變。記得我說過基因—一些基因

埋葬了嗎？

是的。

有些已經被揭露了？嗯，有時你需要這些埋藏的基因，

因此，在不同的發育階段，或睡眠與清醒，或者

壓力與無壓力，或者在你之後——也許你吃了對你不好的東西

你，你的肝臟會說我可以排除毒素。現在你的耳垂，它們沒有

關心。他們不知道該怎麼做，但是你的肝臟說我知道該怎麼做。

肝臟中的染色體將改變形狀，並暴露出新的蛋白質基因，使

複製它，建立一個可以殺死毒素的全新蛋白質，當它

不再需要時，它們會再次變形並退縮。

哦，我的天啊。

所以你說的是，我們可以從一個非常簡單的角度來看這個問題

並提出了「垃圾 DNA」這個說法——

是的。

-然後我們甚至可以在它折疊的時候觀察它，儘管這很複雜，然後說，哦，它仍然

裡面有一些奇怪的東西。但你說，如果不使用，我們可能會

認識它的重要性。

沒錯，但有些訊息

基因組中的結構就像建築物中的鷹架。

這一段 DNA 之所以在這裡，是因為當它落入三個

維度上，需要這兩個基因彼此相鄰。所以這個

這裡的拉伸可能沒有與之相關的功能性蛋白質，但它仍然

有一個功能，它非常重要。因此，大多數所謂的垃圾 DNA 已被

納入功能類別，只是方式與標準不同

範式預測。這很有趣，因為越神奇，

事物越複雜，標準範式就越難解釋它。

三維 DNA 球在第四維度上發生了變化，但

相互作用網絡在其第二維度上，它們會發生變化，因為這個基因

關閉，這會影響這邊的這個，這個不再說話

那邊有一個，但情況更糟——甚至比那還要複雜。這是

第一維，那個線性弦？程序發生改變。那-計算機

軟體人員不喜歡動態重寫自身的程式。你

會發生各種災難，但我們已經知道，在人類的大腦中，

腦細胞與其他腦細胞的基因組不同。還有這些小

DNA 片段 - 它們實際上形成一個圓圈，然後彈出來，

它們漂浮在基因組的其他地方，並粘在

在那裡，它們打開基因，然後關閉基因。現在我們有不同的

不同腦細胞中的 DNA 片段，決定著什麼類型的腦細胞

它將變成。

但是我們的肝細胞也有不同的基因組。有一個

肝臟中發生大量染色體重複。因為如果你需要

一條生化途徑，其中許多都會複製這些蛋白質

基因。但不同的肝細胞有不同的拷貝

染色體。我們已經知道在老鼠胚胎中，

有一個跳躍基因，一個垃圾DNA片段，一個古老的病毒感染，

標準範式說，這是胡說八道。這不是真的，因為這個

小片段 DNA 必須切除自身，然後在小鼠胚胎中跳躍以

打開基因和關閉基因，如果你停用那一小段 DNA，

你得不到發展。它停了。所以在滑鼠中它是必需的，它是

可能類似的事情，也可能發生在我們身上。動態規劃，全部

三個層次的變化在第四層次，時間。

Rob，到目前為止

超越我們所知的一切，即使在我們最複雜的軟體系統中，它 -

幾乎無法想像有人會看到這個並說

一切都是偶然發生的。

是的，這只會帶給上帝榮耀，因為

事物越複雜，就越不可能用自然、簡單的方法來解釋

突變過程。我們意識到上帝遠高於我們

智能，我們不會像那樣對計算機進行編程，因為我們沒有那麼聰明。

但他按照他的形象創造了我們。我們擅長複製事物。我預測 -

未來的計算機將會有所不同，因為我們

基因組中的學習。

我們以前也這樣做過，而且我們當時正在討論

之前關於人類如何觀察鳥類的飛行並研究它們

空氣動力學，由此我們得以製造飛機。但這是

我現在很難相信你所說的，我們甚至可以

接近複製。

還沒有，以我們目前擁有的任何技術都還不行。我們

目前僅限於矽晶片，而且非常原始

與上帝直接設計到生命中的技術相比。

羅布，這裡的複雜性令人難以想像。甚至很難得到你的

留心觀察。然而傳統範式會告訴我們，所有這些

這是數十億年來隨機過程的結果。但這很難

想像一下，那可能會發生。

越來越難以想像，基於

我們正在研究的，但所有不同層次的生命——我的意思是，基因組，你

不可能一次建成一個這樣的事物。你需要它來發揮作用，

在其所有相互關聯的四維複雜性中。這不是你能做的事情

透過自然選擇，一次一個字母。

一切都必須在那裡。

是的，在

就像我們談論這裡的珊瑚礁環境時一樣，

如果你沒有這些相互關聯的拼圖碎片，你就沒有

生態系統，如果你移除一個

其中有幾個非常重要的因素。他們必須在一起，否則

不會發生。

所以我們不只有這種內在的依賴，這種互利共生，

說到基因層面，現在我們甚至讓它變得更複雜，比如說

在更高層次上也存在著同樣的互利共生。

是的。事實上整個

世界存在互利共生。想一想。地球上的一切都取決於

光合作用。一切都依賴植物吸收陽光，儲存陽光

糖分子中的能量。如果這個不存在，其他一切都不會存在。

所以我們在某種程度上又回到了這個概念——整個創造

本身就是建立在相互關係之上的。一切都是相互關聯的，

我們甚至無法看到和思考的部分之間的關係

關於。

然而我們不斷發現——

我們正在發現它們。

有些人會在此時轉向蓋亞，或宇宙存在

有意識的，或者活著的。它沒有成功，因為他們仍然對此有吸引力

傳統的數百萬年範式，他們仍在努力建立它

步步。但事實並非如此。高科技不可能一步一步建成

步。培育出像海星這樣的東西需要技術的飛躍——

正確的。

——從無到有。

羅布，你在這裡說的是，不可能想像

所有這些都可能只是透過一系列緩慢的過程發生的

數十億年。

這正是我要說的。

當我們談論細胞時，我們必須談論技術。當我們談論

說了技術，就不得不說智能。當我們審視相互

細胞內發生的一切相互依存，我們意識到

這樣的系統不是透過一步一步來實現的

明智的過程。有些事物必須存在，否則生命就無法存在。

它們是內在的、重要的、貫穿整個生命過程的。一定不是

逐步建立起來，但整個系統已經建立，開始運轉，然後上帝放手了，

它在那裡起作用。

羅布，那我必須問你這個問題。我們被指控，

通常，在這裡只需要憑著信念一躍而起，相信創世紀範式。

您認為這對您的信仰來說是一種信仰的飛躍嗎？

當然有

任何科學都涉及信仰的一個面向。我相信我的救贖主耶穌

基督。我信仰上帝。但同時，當我看著

世界，我的世界與我所讀到的關於上帝和關於創造的東西相適應

在聖經裡。我並沒有遇到巨大的科學衝突。我不會轉身

不要介意。我和我的同事正在思考這些事情

思考這些問題，現在的處境非常好，

因為現在，憑藉著我們正在開發的技術，以及

我們正在經歷的理解，它只是指向

我們的創造者。