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[科技前沿]外星人大猜想:星球成分决定生命进化模式

  宇宙中的进化终点在哪里?是超级生物,还是超级机器?各种幻想与探索,都在引领我们去探寻终极的人类命运。这是最新的探索宇宙的电影《普罗米修斯》剧照。
  地球上的生命书
  人类史上首次,我们知道了宇宙遍布的行星,怪异超过了我们的想象。行星有可能定居有外星生命,但是这些生物会是何种模样呢?
  哈佛大学古生物学家安德鲁?诺尔毕生都在研究超乎我们最疯狂想象的生物。看看他研究的标本,你不仅很难想象生命会存在于另一个星球,而且很难想象其中有些生命已经存在于这个星球上了。有谁想得到有过恐龙这样的东西?
  在过去8年里,安德鲁担当了航天局的火星漫游者任务。他能够从其岩石中读出行星的历史:“我们往往认为地球就是我们今天所见到的周围的事物,但是地质记录所告诉我们的一件事,是一直存在着一系列的地球。我们所看到的身边的地球,所有的植物、动物、大气层的成分,都已经是最终成员了,它们处于已经 发生了40多亿年长期变迁的最后阶段。”一块形成于35亿年前的石头全是铁矿物,铁必须得通过海水来运送,它唯一能够在缺氧的海水里做到这一点,而此类石 头遍布全球,表明它存在的近40亿年里,我们的大气层几乎没有氧气,就是说地球对我们一直是有毒的。


  现在,还有些事情有点出乎意料,就在我们往深里看地球的历史时,会看到这块石头实际上是6.35亿年前的冰川沉积物,此类石头确实形成在此时的整个地球上,它表明冰川曾到达了赤道的海平面。事实上,大部分地球都覆盖着冰,有时也成为雪球地球。这各种地球——炎热的、寒冷的、或多或少的氧气——基本上就是异域世界。因此,对于安德鲁来说,探索外星人是何等模样的最佳点,就在我们自己的化石记录中。
  在三叶虫身上,你会看到有接缝的分段身子,有接缝的分段肢体,看上去像是虾或是昆虫。生物学家称这些地球史上的生命形式的重复性为“会聚”。一个行之有效的形状会一而再、再而三地重复。7000万年前,海洋里有过大蜥蜴,如今已经绝种了。在过去2.5亿年间陆地上的脊椎动物一再重复侵入海洋,每次它们如此做时,都会产生出巨大的海洋怪物——在我们的有生之年里,看到的是鲸鱼。
  如果过去的地球一直就如围绕其他恒星的行星那么异样,那么外星人就是你在电影里所见到的:蜥蜴有两只眼睛、两条胳膊、两条腿——大差不离。“我看过大量的50年代以来的老的怪物电影,专门从物理学角度去看。”芝加哥大学的教授迈克尔?拉巴贝拉是一位生物力学专家,他试图预测外星人是如何行走、飞翔和游水的。
  观察动物运动的基本规律,你看到运动的最小公分母:鲎这样的东西爬上海滩产卵,翼龙则在天上飞翔,我们与这些动物所分享的特征之一,就是杠杆式的骨架。杠杆成功的布局,如将四肢与坚硬骨骼连接起来,一次又一次表现在化石记录中。
  迈克尔期盼在别的世界里也能看到它们。是我们骨骼那样的羟磷灰石所构成,还是这种动物的甲壳素所构成,或者是碳纳米管构成,一旦规则容易到了足以让自然选择成为偶尔发现,就会一而再、再而三地演化。在这个星球上,独立演化在不同时期至少有6次。有充分理由相信,它们普遍适用于任何星球的任何生态 系统。连接肢体的躯干动作如杠杆,这是对外星人的很恰当的基本解剖,但我们能否更进一步想象它们真实的形态呢?


  在19世纪,查尔斯?达尔文保留了一系列的笔记,记载了动物的形状如何进化去适应它们所处的环境。其他星球上的生命之书会是什么样子?不管是否有覆盖全球的海洋,环境中的生态、大气的密度都将在历史上形成巨大的差异,从而构成了生物体的形状。这就是为什么要了解外星人的模样,我们就必须更多地了解它们所在的星球。
  在“超级地球”上过日子
  2009年,航天局发射了最新型太空望远镜——“开普勒”,目的不是为了拍照,而是侦测遥远恒星亮度上的细微变化。其目标从我们这里一直延伸出去有3000光年远,是银河系我们所在的旋臂上的一片区域。哈佛大学教授迪米塔?萨瑟罗夫是开普勒首席科学家之一:“开普勒望远镜发现比地球还小的行星的优势就是凌日法,就是行星在其轨道上,在恒星的面前经过,它的阴影造成星光有一点点昏暗,这样一来我们就知道有行星的存在了。”到开普勒完成使命时。迪米塔预计它将会发现约100颗地球大小的行星。然而它所寻找的大量的行星几乎与我们的世界毫无共同之处。
  开普勒已经有了一宝箱的怪异行星,比如开普勒-10号星,它坚如钢铁;在6颗行星组成的开普勒-11星系里,其中的一两颗是水行星,一片汪洋; 接下来我们的行星,几乎是浓密的大充气球或发泡塑料;或许最有趣的开普勒发现是约300倍的超大尺寸版本的地球——是一颗岩石构成的行星,但要重上5倍。 想象一下,外星人可能会在那里慢跑、游泳、骑行??


  戴安娜?瓦伦西亚是首批剖析这些“超级地球”的地质学家之一,为了了解“超级地球”是否能够存在生命,戴安娜瞄准推动岩石行星的基本地质引擎、 板块构造。行星坚硬外壳运动的推手是其地下高温粘稠的半融化岩石,其活动宛如一罐冒泡的蜂蜜。这个实验向我们表现了大致的情况:地幔是一种非常粘稠的液体,两种液体对温度都很敏感,打开加热模拟地球的引擎,会看到在其表面以下的活动:翻滚、往各个方向活动。随着温度的提升,它在地幔中形成了对流体,这引 发了表面板块的移动,触发了火山和地震。此种从我们星球内部到大气层的物质循环,对生命的进化一直是至关重要的。
  多亏了这个过程,地球的表面温度没有摇摆得很厉害,数十亿年里一直就围绕着液态水。“超级地球”更大,内部更热,就意味着更多的火山喷发、更多的地震,但同时,星球有了更加稳定的温度。在“超级地球”上,因为对流要快得多,这种循环的影响可能也快得多,或许是数量级的加快,于是我们就可以推测,那已经具有了复杂生命进化的可能。来想想“超级地球”将会如何应对抹去了恐龙的陨星的撞击的——在地球上,这个事件引发了全球性严冬,招致了那些冷血巨无霸的灭亡,然而在更大的星球上,能够更好地控制其温度,恐龙或许能幸免于难,有机会进化出更大的大脑。
  但是,生活在巨大版本的地球上有一个严重的缺陷:地球的核心是一个旋转的液态金属球,产生出强大的磁场,磁场偏转了从太阳发出的危险辐射流,构成了对这里的所有生命的保护盾。戴安娜的模型预测,“超级地球”或许就没有这样的力场,其内部压力太大,这些行星极有可能没有熔核,因此,你如果作为生物 在一颗没有磁场的行星上,就会一直遭受高能粒子的轰击,它们会与你的细胞发生作用,引发突变。因此,你就得更加机灵,作为一个有机体去适应这样的环境。何种外星人能够存活在浸泡在辐射里的“超级地球”上呢?


  它将需要有一个保护壳,或许搀和了铅之类的重金属;它将会有强大的肢体和锋利的爪子,使其在强烈的辐射爆发期间能在地上挖洞。最为重要的是,它将需要有效的基因修复机制,来修复对其细胞不可避免的辐射伤害。纯属幻想?或许不是。类似的生命形式在地球上也有,虽然小许多。它叫水熊虫,存活在滚烫的高辐射地区。岩质“超级地球”的居民有可能看上去与它惊人的类似。
  像风筝一样活着?
  地球上,进化产生了生命的千变万化:动物潜行水中,翱翔天空,芸芸众生或滑,或爬,或走,或跑??如果其他星球上的生命遵循我们这里的生命进化模式,会有什么其他令人费解的特色出现呢?
  在剑桥市麻省理工学院,天体物理学家萨拉?西格和生物化学家威廉?贝恩斯开始想象这些遥远的星球会是何种模样。日外行星与日外型星系的发现,让我们一次又一次的惊讶,因为通通与我们不同。大多数科幻小说假设外星人会四处奔走。它们需要呼吸空气,它们登上飞船,它们与船长共餐。如果看某些日外行星的环境,这些都是不可能发生的。
  最近,萨拉和威廉一直在研究GJ1214B,一颗40光年外的行星,是地球大小的两倍还多,显示出有大气层的迹象。他俩正致力于发现GJ1214B下方会是何种情况。现在,无法完全肯定这个星球成分是什么,但它有可能是颗水行星,有水蒸气。根据它的温度,其液态水具有水蒸气,二者之间的清晰界限可能并不存在。有何种生命可能会出现在一个滚烫的蒸汽世界里?在地球上,开水和蒸汽的环境会加害几乎所有的生命。但是我们正努力去想象一个外星 世界,在那里,这就是正常的环境。模拟想象一个星球,它一片汪洋,却是热得要命。这个海洋里会有生命存在吗?能有化学作用吗?如果能,会是何种样子?DNA这样的分子不会存活在这样的环境中,但威廉认为,更为耐热的遗传物质将有可能进化出来。


  他开始想象,能量有可能填写GJ1214B的生命之书。“这颗行星的大气层主要是水,那就是水蒸气,它会非常密集,温度很高。因此,你一路往下,你会看到漂浮的植物、会飞的植物??有一系列生物食用那些植物。生物就像是飞鱼或水鸟,这取决于你怎么看待它了。它们能够翱翔,或畅游在这个区域里。这里仿佛一片大海,地球的海洋产生出了各种生物,然而深海之王是巨大的滤食动物——鲸。GJ1214B可能也有它们,虽然它更大,水更多,人类无法生存在此地,但生命能找到生路吗?我们还不知道。”
  科学中有许多重要的东西,其中最为重要的一个是想象力。因此,至今让人着迷不已的是,在日外行星上,物理和化学规律中,一切皆有可能。我们想象的任何东西都将存在于某处。
  出现了水,于是你就能找到生命——那就是天体生物学家想说的话。然而若是没有水呢?若是行星笼罩在毒气里,生命的基本构件是不是完全不同于我们这里呢?它们也能够存活吗?生命是顽强的,地球上的角角落落,从最冷的大海深处,到沸腾的火山裂隙,生命都能找到繁衍之道,不过外行星的条件可能更极端。我们发现了火与冰的世界、永久黑夜的世界、狂风大作、经久不息的世界,何种外星人能够生活在这些地狱般的地方呢?


  格利泽581B漂浮在距离地球20光年远的天秤座里,它是我们发现有可能有外星生命的少量行星中的一颗。它的红色母星发出的热量,只有太阳的一半,但因为它旋转得很慢,其一侧要比另一侧热很多。它的岩质地面狂风大作,是放风筝的好地方。
  生物力学专家迈克尔?拉巴贝拉认为格利泽581B上的稠密大气层将其表面笼罩成一片漆黑,所以生命得攀升寻找亮光。他猜想有风筝状的植物攀爬至乌云上方,来得到日常所需的太阳能。“这些风筝植物必须能够进入大气层的较高地方,以获得足够的采光,它们这样做是为了利用大气层中的切变。”迈克尔的风筝需要两股力量,停留在高空并保持稳定:有风升起风筝,有锚使其避免一直往上升。外星风筝植物的动作差不多是同样的道理。所以,假设这种特殊的植物上升的一面在绳索的一头,而在绳索的另一头,有东西具有降落伞的功能,来产生拽力。因为风随着海拔发生变化,它们的行动表现出不同的速度。于是有了升力来保持风筝的上升。它被拽拉在减速伞上,但它保持着绳索的拉力,整个系统是稳定的。


  听起来不大可能?迈克尔却并不这么认为。多年来对地球生物的研究使他相信,生命会进化到适应各种环境。进化会通过很奇怪的途径来达到目的。不仅如此,迈克尔?拉巴贝拉推测,它可能有一个欣欣向荣的生态系统,有猎手与猎物。
  有何种猎食者会在此进化呢?空中猎手——薄薄的蝙蝠状翅膀,却能够像信天翁那样翱翔数日,他叫它“蝙蝠-天翁”。因为大气层相对浑浊,这种动物就必须要能够以最小的付出来长途跋涉,以找到它们的猎物。它们就有了长长的、相对狭窄的翅膀,因此更具有效率。它具有相对其身体较大的展翅面积——在地球 上,信天翁利用一种叫做动态滑翔的技术来旅行数千英里,几乎不煽动翅膀。在长途滑翔中,“蝙蝠-天翁”也会节省能量,依靠气流携带它前行。
  但现在,在一个终日不见阳光的世界里,这个猎手又是如何发现其猎物的呢?一个办法就是竖起耳朵静听,等待着猎物发出声音。另一个办法就是你弄出声音,听回音——就是我们所说的声纳,就是发出声波,然后等待反射。就像对着墙壁抛掷网球,我们可以有很多信息来自球回弹时的反应,所以,把球掷出与它回来之间的延迟,告诉我们目标有多远,如果它回来快于我将它扔出去,那么目标正迎头而来,如果它是往另一个方向去的,那它回来就会慢些。如果你在寻找猎物,这是个绝妙的主意,当然,除非你的猎物也能够侦测声音。
  “蝙蝠-天翁”将是一个有效的杀手,所以它的猎物就需要培育有效的防御。威廉?贝恩斯想象出一种动物,类似于一种硬壳海洋生物,它早在数亿年前就已经在地球上进化了——鹦鹉螺,对于猎手来说它是天然的猎物,它有三重防御机制:首先,它有壳,其次是如果用声纳来捕猎它,那么你就要发展出很好的耳朵,才能听到声纳,一旦你听到声纳的回音,你就会奔向它。它具有一个射流推进系统,这样就能够在紧急情况下将自己往前射出去,这些家伙能够将自己射过大气 层,“嗖”的一下,速度极快。所以,到了紧要关头,它们就喷射到一边,逃脱虎口。但是尽管有了这些防御,“蝙蝠-天翁”仍将是可怕的对手。鹦鹉螺不会一直逃之夭夭的,它命悬一线,始终有顶级的猎食者——它是最稀有的动物,但它并不是你想狭路相逢的家伙。


  与超级智能机器竞赛?
  冷酷的环境滋生冷酷的生命形式,地球经过了数亿年,数十亿种生物为求生竞争,但最终,突变让一种动物成为了星球上至高无上的猎食者。那个突变,就是人的大脑。在太空中某处,外星演化也应该将人类打造成至少如我们这样聪慧,只是外星人究竟是何模样呢?答案可能对地球生命是个坏消息。
  过去50年里,搜寻外星智能(SETI),试图捕捉到任何一丝来自外星世界的信息,对于赛斯?肖斯坦克,这位SETI资深天文学家来说,它就是搜寻我们遥远的宇宙图像,搜寻具有与我们一样聪慧大脑的物种。
  人类不是地球上最大、最快或最敏捷的动物,但人类是最聪慧的,我们的大脑置我们于生命的顶部,但是,依然有很多改进的余地。我们总认为自己是万物之灵,因为从生命之初到人类经过了40亿年的进化。要是去问恐龙同样的问题:“你是否会认为自己是万物之灵呢?”它们会说,“没错!”——如果它们能开口说话的话,它们会认为这就是进化的终点。我们同样也错了。


  那么,进化下一步会将我们带往何处呢?哪里有可能已经出现了外星文明了呢?赛斯认为我们需要看一下电脑来寻求答案。从上世纪70年代起,软盘是铁定的标准,这个速度在处理指令的电脑上,已经提高了10万多倍。如今,花上1000美元,你能够买到的电脑,其思维能力,至少是一只蜥蜴的计算能力了。但是到了2020年或2025年,1000美元能卖给你的笔记本,将会与人脑有相同的计算能力。人工大脑的智商,正在历史性的转眼间从0到200,在一个可能领先我们500年的文明中,如果沿着类似的轨迹,会发展成什么样呢?我们恪守达尔文的进化论,机器却不会。这意味着如果你要开发思维机器,它将会自我提升得非常非常快。
  1948年,数学家约翰?冯?诺依曼料定机器会非常聪慧,它能够复制自我,每个副本都可以对原先的设计进行改进,就好比大自然在不断改进其设计。但是这种机器的进化将会发生得比生物进化快许多。在比我们这里发达的星球上,机器是否可能会是最智慧的生命形式,甚至是占据统治地位的生命形式?我们首次接触的会不会是超级智能机器间的竞赛呢?


  你只能听到至少聪慧如我们的物种的声音,那么,它们在50到100年里有可能处于我们相同的发展水平吗?相当渺茫,它们有可能在上万、数百万甚至更多年领先于我们。在一些遥远的行星上,生命之书可能已不再包括任何生命形式了。如果机械生命已足够强大,那么就已不再限制它能够变得有多大和多复杂了。或许它们已自我改组了,以至于它们能够在许多物种成员中,分享思想负担了。好比是计算机的分部处理——外星人为什么要满足于局限在刚好能够装进它们头 脑的那种智能呢?
  外星进化,可以产生出充满生机的机器星球,脉动着数十亿个外星人头脑所组合起来的智慧,如果如此发达的生命存在,那我们怎么会认出它呢?外星人会当朋友欢迎我们吗?还是视我们为威胁呢?抑或视地球为征服之地呢?显然我们已经进入了探索与发现的新纪元。
  外星人究竟是何模样?我们想象力的极限在哪里?外星人的真正面目可能会无视我们的科学猜测,但我们的努力不会白费,即使我们所得到的所有细节都是错误的,我们关于外星生命的永恒好奇、我们对它们的持久恐惧,全都出自同一个源头:寻求了解我们在宇宙的生命大家族里所处的位置——知道了这一点,我们就会知道人类的命运。


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2015-07-29 19:10:40  

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2017-4-30 7:12:37
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