Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (璀璨星河), 信区: Astronomy
标  题: 第三章　凸眼怪物和小绿人
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年04月22日11:52:16 星期二), 站内信件


　“它是生命，吉姆，但不是我们所知道的那种生命。”
　　　　　　　　　　　　　——引自《星际迷航》

　　让我们设想宇宙中充满了生命。暂且假设怀疑论者的想法
是错的，生命之花在银河系乃至其他星系处处盛开。那么外星
生物会是什么样子呢？

　　对这个问题有两种不同的观点。一部分人认为在外星世界
里，物种的数目与地球上大致相当，但是占统治地位的生物与
我们人类看起来完全不同。另一种推理是，外星世界中有着大
量不同的物种，但真正进化到能够创造一个文明的生物则应具
有和人类大致相同的形态。

　　两方阵营的论据都相当复杂，关键在于对进化生物学的不
同诠释，以及关于宇宙范围内进化方式的互相对立的观点。

　　我们已经知道，自从1859年达尔文的《物种起源》出版后
自然选择的进化理论开始流行起来。这是一部堪与爱因斯坦的
相对论、立体派或勋伯格（Schoenberg） 的十二音阶体系媲美
的作品。就和所有划时代的革命性发现一样，进化论被当时的
许多人误解。甚至时至今日，它仍为不少人曲解。

　　19世纪后半叶，当达尔文的密友赫胥黎（Thomas Huxley，
（绰号“达尔文的斗犬”）竭力宣传进化论时，传媒和大众都
完全错误地接受“人是由猴子变来的”这样的观点。这是对一
种缜密的理论的粗滥而错误的解释。时至今天，不少人仍持有
如此荒谬的想法，此外，还有一些更诱人的误解掺杂进来。

　　最近在某科普杂志刊登的一篇关于其他行星上的生命的文
章中，我惊讶地看到它说在另一颗行星上产生和我们相同的基
因序列的机遇是5×(10的16 557 000次方)，即5后面跟着1600多
万个零。这无疑是个大得难以想象的数字，它意味着在其他星
球上出现与地球生命相仿的生命是极有可能的（扫校者注：中
译本原文如此，疑为作者或译者笔误，产生相同基因序列的机
遇应当是1/(5后面跟1600多万个0)， 也就是说在其它星球上产
生与我们相仿的生命是极其没有可能的。从下文看，作者也是
这个意思）。而事实上，这种说法是彻底错误的，它没有将进
化的因素考虑进去。

　　诚然，在一个没有进化的宇宙中，要产生与智人相似的生
命形式是不大可能的。不过，由于基因随着环境而进化、变异，
所以倘若地外环境与地球并非截然不同的话，那么在有生命的
行星上的生物基因经过长时期的进化，产生与地球上相似的生
命是完全有可能的。

　　但是，达尔文进化论的重要性远不止如此。它并不是简单
地描述生命形式的发展，或高等生物如何从低等生物进化而来；
它是生命的发动机。不管那些宗教顽固派怎么说，没有进化也
就没有生命。

　　进化的机制究竟是什么呢？它如何影响着关于外星生命特
征的种种争论？进化的结果是否会产生凸眼怪（bug-eyed monsters
常简称为“BEM”），有没有小绿人（“LGM”），或是其他
什么闻所未闻的东西？

　　进化过程是在不经意间发生的，冷酷无情的。这是岩石的
核心，是生存的恶梦，是在陷井底的恐怖，是那种将你在清晨
4 点惊醒的恐惧。通过自然选择而进化，是所有物种从较不完
善的形态转变为更能适应环境的形态的过程。这个过程是由逆
境、环境的改变、以及竞争来驱动的（由此而产生了另一个被
大大曲解的观点——“适者生存”）。生物所遭遇的逆境越多，
进化的速度也越快。

　　我所以说达尔文进化论——或者说自然选择进化是冷酷而
又不经意的，是因为这只是一种机制：进化过程中的种种变化
都是没有导向管理的，并没有什么神在谋划或在幕后操纵着这
一切。

　　达尔文进化论不需要神，这是一个在遗传层次上运作的自
我延续过程。越能适应环境的物种，生存和繁衍的机会就越大。
通过有性繁殖，它们将遗传物质传给子孙后代。至关重要的是，
这些遗传物质也通过复制过程而重新组合并且有可能发生变异。
变异后的这些特征（与那些按照原样复制的部分一起）在后代
的身上体现出来。接受到更为适应环境的遗传信息的后代，又
有更多的机会生存繁衍。如此一代代遗传下去，这些物种变得
越来越适应环境。突变纯粹是偶发的，它塑造新物种。与此同
时，那些获得不利的遗传信息的试验品则将被历史无情地抛弃。

　　这种机制几乎是一种普适的真理。我这么说确是冒了被指
责为沙文主义者的风险，但根据我在上一章提及的碳的独特性，
通过自然选择而进化的机制是一条基本法则，没有理由说它不
适用于整个宇宙。正像前面我已说过的，按我们目前的认识，
没有进化过程就没有生命（原注：即使是再奇怪的生命形式，
比方说，假设有智慧型气体生命存在，它也必须经历进化的过
程。也许是从另一种不那么适应环境的气体形态进化到更为适
宜的状态）。

　　那么，这种简单的机制又是如何影响了我们的外观或是使
一头鲸区别于一只金丝雀的呢？

　　发育生物学是一门专门研究地球上的生命如何从几十亿年
前的简单形态发展到今天我们所见的这些动植物的学科。它是
一门融合了进化生物学、古生物学和遗传学的综合性学科。

　　发育生物学家从两个基础出发着手研究。其中一条途径称
作“进化生物学”，研究各种现代动物的种种结构，它们被称
为动物的“体构”——我们今天所看到的不同类型的动物所共
有的基本类型。有了这些之后，就可以通过计算机模型来追溯
这些基本体构的起源。

　　另一条途径是“遗传追溯”，这种方法包括分析遗传物质
经历漫长时期所发生的变化。遗传特征当然是决定生命的本质
和差异的关键因素，我们也许可以有办法追溯遗传物质在同种
和不同种生物之间如何变化。通过这种方法，生物学家可以得
出两个或更多个现代物种的共同祖先的特征，再以相同的方法
一层层递推上去，直至建立物种“谱系树”。

　　这两种方法都不很直截了当。生理特征的追溯方法不但需
要强有力的计算机模型，有赖于大量从古生物学和考古学的发
现中获得的参数和信息，了解功能与结构的关系，而且还要进
一步了解动物的生理特征与环境之间的联系。遗传追溯方法的
问题则在于不同的基因，亦如不同的物种那样，进化的速度并
非相同。进化过程的途径更是含有大量分支，这种错综复杂的
情况常常将研究者引入死胡同，使逻辑推理陷入僵局。尽管如
此，发育生物学家们还是逐渐勾画出了生命在地球上的演化进
程，并有可能由此了解生命在其他星球上的发展情况。

　　在前面一章里，我们已经看到地球上的生命是在约38.5亿
年前出现的。虽说关于无生命物质如何转变到我们所说的“活
的”生命仍是争论的焦点，但是很显然，自那个转折点后，生
命开始了繁衍和进化的历程。不过，如果你认为这是一个简单
的线性进化过程，那就大错特错了。

　　直至 5.3 亿年前，地球上最复杂的生物也只有水藻那样的
水平，甚至水藻都还是刚刚出现的。在地球上能找到生命的最
初的28.5亿年中，只存在单细胞生物，例如细菌。到10亿年前，
水藻作为首例简单的多细胞生物出现在地球上。后来，大约在
5.5 亿年前，也就是地质学家所说的新元古代， 一批复杂一些
（相对于今天仍很原始）的生物崭露头角。它们可能是类似于
今天的海腮、原始蠕虫、水母还有蛞蝓之类的动物。它们都留
下了模糊的化石和痕迹。

　　不过，又过了大约2000万到2500万年，地球上的生物进化
发生了翻天覆地的变化。在整个新元古代时期，地球上都只有
相对较少的几种“体构”，但突然间一切都变了。如果我们将
5.5亿年前的化石与5.2亿年前的化石作一番比较， 就会发现地
球上生物种类和数量的巨大差异。

　　这种突然的变化被称为寒武纪大爆发，地球上动物生命活
动的一次突然迸发（这是一个连接约始于40亿年前的前寒武纪
时期和持续至约 5 亿年前的寒武纪的过渡时期）。如果在此之
前有外星来客造访我们的地球，它们除了细菌外只怕很难再发
现其他的生命迹象了（细菌繁盛的状况倒有可能和今天的一样）。
但如果它们是在寒武纪末，也就是在寒武纪大爆发之后来到这
里，就会看到大量不同的生物。正是这些原始动物——包括几
乎所有已知的带壳的无脊椎动物（贝类、蜗牛和节肢动物）的
出现，才会导致现代脊椎动物——当然包括人类——的产生。

　　在寒武纪大爆发（这一阶段也许只持续了几百万年）结束
的时候，所有生物的基本结构（即地球上所有动物的体构）都
已建立完毕。从此以后的所有进化步骤（包括我们认为最激动
人心的变化——一些动物离开海洋，开始在陆地上生活）都只
是在寒武纪大爆发确立的基本动物类型上进行精雕细刻的变化
而已。

　　根据这些基础构架，目前地球上已经形成了37种不同的体
构，它们构成了生物分类学藉以为据的整个动物阶层。利用这
37种体构，大自然已经产生了大量不同的动物，从蜈蚣一直到
爱因斯坦。（原注：生物学家利用这样的系统把动物和植物归
入包容度越来越大的等级式分类之中。非常相近的物种归为一
个“属”。特征和起源相近的属归为一个“科”。科到“目”，
目到“纲”．纲到“门”或“部”，最后，门或部又合为“界”。）

　　虽说从外观上来看，地球上不同的动物之间存有很大的差
异，但从遗传的水平上来分析就会发现惊人的一致性。诚然，
地球上所有的生命都是以碳为基础，而且均依靠DNA来传递遗
传密码，但我所说的一致性远不止这一些。遗传学家发现，几
乎所有的生命体在它们的核心部分都有一组“调节基因”。这
些基因决定了生物的基本体构。由于许多种群的动物具有共同
的祖先，这些外表大不相同的动物——比方说乌贼、斑马和苍
蝇——便有着非常相似的遗传密码。

　　大多数动物是从一个单细胞——受精卵或是“合子”开始
的。随后，这个细胞分裂，复制，制造出有特殊用途一形成器
官、腺体、皮肤、肌肉和骨骼的各种蛋白质。不过，在每个生
物的核心部分都有一组共同的控制蛋白质形成的基因。由其控
制形成的蛋白质又和其他基因相互作用生成更多的蛋白质，如
此继续下去就成为所谓的“基因级联”。随着这个过程的不断
进行，基因变得越来越各司其职，与我们这颗行星上几乎所有
的生物最核心的共同基因的差别也越来越大。

　　胚胎发育中最简单的指令是确定自身的体轴——哪一头成
为尾部，哪一头又将成为头部，哪一边是背面，哪一边是正面。
这条指令是从基因级联中心的一组基因中得到的，它是所有物
种共有的特征的例证。从级联的这个位置往下一些是决定躯干
之外是否长出一个头的基因和控制肢体发育生长的基因。这段
基因在像魟和马如此相异的动物之间会有所不同，但倘若是马
和羊，甚至马和苍蝇之间则相当接近，只是在级联的再下面一
些才是明显不同的动物之间的区分地带。甚至鸟的翅膀和哺乳
动物的前肢部分据信都由同一组调节基因控制。

         图 7 动物调节基因示意图

　　这整个过程源于一段真正古老的DNA序列。这段据信在地
球动物出现之前就已存在的DNA被称为“同源框”。换句话说，
这段DNA序列（大量高度复杂的碱基对集合）早在前寒武纪就
已经产生了。过去几年里，在遗传学的这一领域进行了大量研
究，其注意力主要放在一组包含“同源框”DNA序列的所谓“
同源框基因”上。这组基因通常成簇地聚集在动物染色体中，
所以又叫“同源框基因簇”。

　　近来，科学家对同源框基因簇的研究带来了一些令人吃惊
的结果。他们发现这些基因很可能是其所在的生命主体的模板
——一簇中基因的排列方法与动物体内由它们控制的那个部位
处于胚胎期时的排列方式一模一样）。

　　遗传学家和进化生物学家利用同源框基因簇来帮助解释在
寒武纪大爆发之前不同的物种如何共有同一祖先，随后又通过
怎样的进化途径发展到今天的模样。举个例子来说，科学家们
可以证明老鼠和苍蝇在大爆发之前有着共同祖先，因为老鼠和
苍蝇所带有的启动眼睛生长的基因如此相似，甚至可以在胚胎
时期将其互换而没有任何不良后果。当然，更为复杂的那些用
于控制眼睛类型的特化基因就不能成功地交换了，因为这样的
基因是它们共同的祖先经历寒武纪大爆发后演化出来的不同分
支。

　　很明显，两个物种越是相近，遗传的可比较性就越大，它
们共同的调节基因或核心基因也越多。当我们考虑灵长类时，
这一点就显得尤为突出，人类和黑猩猩的基因结构只有1/100
的差别。

图 8 同源框基因簇中的基因排列与从中发现这些基因
的胚胎解剖结构之对比

　　那么，这些知识又如何同其他行星上生命形态的可能特征
——外空生物学的研究范畴联系起来呢？

　　答案就在我们已经讨论过的基本事实中：我们所认识的所
有生命形式均以碳为基础。碳及其产生的化合物居于“生命分
子”——DNA的核心地位，而DNA则是遗传的关键，它产生了
地球上各种不同的生物。可能会有人争辩说，也许有某种DNA
替代物，它可以比DNA做得更好。乍听之下，这似乎有些道理，
而且假如在另一个星球上果真发生的话，那就会有一系列不同
的遗传物质，从而产生完全不同的整个外星生物群。它们仍是
以碳为基础的生命形式，但是由于它们的遗传结构建立在不同
的分子集合上，它们最终就可能以我们从未想象过的形态出现。
然而，这样的景象真的会出现吗？

　　有一种最近几年才开始真正兴起的思想叫做“趋同性”。
这种想法来自生物学到工程学等等许多不同的领域。简化地表
达就是：“同一个问题可以有许多完全不同的起点，但只会产
生为数不多的答案。”

　　以日常生活中的汽车为例。在这个简单例子中，问题是如
何在合理的价位上制造一辆高效的汽车，它能将一组人以合理
的速度比较舒适地从A地运至B地。假如某个人从未见到过现代
汽车，那么他认为可以有许多方法来实现这一想法还情有可原，
但事实并非如此。当然，表面上看，现在有一系列不同样子的
车辆（与动物界相比，这就相当于“体构”），例如客车、轿
车、巴士，还有货车。不过它们之间的差异相对来说是相当表
面的，如装饰性设计，大小和形状上的细微改进。从基本结构
上看；它们都有金属结构的门、轮胎、车顶、车厢、方向盘和
汽油箱，都使用燃料，都有供人乘坐的前后座，而且沿着公路
行驶。

　　如果我们要建造一座工厂来生产在世界各地的公路上行驶
的各种汽车，那么它一定会是一个巨大而复杂的工厂（类似地
球上制造生物的生态系统），但它只需要制造几种基本的零部
件，整个制造过程中会用到许多相同的构件（和生物各部分的
发育由调节基因来控制一样）。最为重要的是，我们人类已经
通过制造各种大同小异的车辆把这一问题解决了。

　　同样，大自然在处理它面临的问题时，也会从几个不同角
度入手，而且总是选择最有效率的途径——因此有一种想法认
为外星世界的生物有可能使用其他复杂分子，而不是DNA，然
而，也有一种观点认为DNA是最佳选择。依靠DNA，大自然可
以在解决复制生产的同时又借助自然选择完成进化过程。而自
然选择则有赖于代代之间遗传物质的变异来完成。宇宙中可能
只有一套能完成这些功能的机制，而地球上大自然的这套运作
系统历经数十亿年的实验已经达到了这样的“完美境界”。

　　因此，如果我们假定DNA是完成遗传信息传递工作的最佳
分子，所得出的结论就是任何有生命的行星上都有一小群共同
的祖先，它们会进化成一大批适应周围环境的生物。但是，那
个环境会是什么样的？它又会怎样影响外星种族的特性呢？

　　前面我已经提到，在地球上许多极端的环境一放射性废料，
海床底下几千英尺，热泉和南极冰冻的荒原都没能阻挡住强悍
的细菌。这就是为什么单纯从生物化学的角度来讲，细菌是我
们目前所知道的最成功的生物。在某些细菌能够繁茂生长的严
酷条件下，一些比较高级的动物是无法从单细胞生物进化形成
的。

　　这就给外星世界要发展出高等生命形式定下了环境限制。
首先，环境温度要在 0℃～约40℃之间（太热的话，酶将不能
工作并发生变性）。其次，周围环境中不能充满强烈的射线，
它会摧毁生化物质，并阻止许多细胞赖以生长和活动的化学反
应。气压范围倒不是什么大问题，不过我们在后面会看到它对
最终的生命形态有着巨大的影响。最后，不用说，大气成分必
须由适当比例的氧、氮、水蒸气和二氧化碳组成，这样才能产
生基于DNA分子的动植物群。

　　除了以上这些基本因素之外，还有一些决定着高级生命能
否在外星世界产生的关键条件。我已经描述过，在 5.3 亿年前
的一次大爆发——寒武纪大爆发之后，地球上开始出现大量复
杂的生物，在此之前，地球上最复杂的生命也只是一些像原始
水藻那样的简单多细胞生物。寒武纪大爆发之前这近乎荒芜的
33亿年大致占据了生命史的90%呢。 是什么力量引发了这次大
爆发？是什么将生命推入了一个全新阶段，同时开启了带来今
天这个勃勃生机的地球的进程呢？

　　实际上，没有人能回答这个问题。但可以毫不夸张他说，
这个问题的答案是决定其他世界上的生命会是什么样子的最重
要的因素。

　　有两种对抗的理论可以帮助解释 5.3 亿年前地球上发生过
的事情。第一种理论就是时间是公正的，大自然在尝试了大量
不同的进化机制后，最终走上了正轨，这并不是说大自然具有
“看透未来”的能力，或者有某种计划在“指引”这一切发展
到产生像人类这样占统治地位的物种——自然选择并不按某种
计划进行，它是一种由成功结果所驱动同时被随机事件所冲击
的过程。在某种意义上，毋宁说，这种对寒武纪大爆发的解释
与“趋同”思想是相辅相成的——大自然自己找到了迷宫的出
路。这个过程耗时整整30亿年，但最后终于成功了。

　　这种解释对于那些相信在我们这个小小的世界以外也有生
命的人来说是一种安慰。如果这个过程能够自发地在地球上发
生，那么它完全有可能是某种基本过程的一例——一种生命复
杂到一定程度的必然结果，一个激发生命进入下一阶段的转折
点。

　　与之相佐的意见总的说来比较悲观。这观点认为，寒武纪
大爆发是由于某些未知的异常事态引起的。发生的原由从彗星
或巨大的小行星与地球相撞一直到地球中氧含量的急剧变化，
不一而足。

　　根据目前所知的情况，像太阳系中其他的行星一样，地球
也曾遭受过陨星、彗星和小行星的轰击，所以当时完全有可能
发生过此类事件，由此引发寒武纪大爆发。这样的冲击足以打
乱地球上原有的生态系统并给予生物进化以全新的动力。

　　同样，大气条件变化的可能性也不能排除。大气中氧含量
百分比的增加几乎必然会引起地面上生命活动的剧增，它也可
以解释为什么在如此短暂的时间内会出现大量新的生命形态。

　　如果在这双方中有一方的观点是正确的，也就意味着下述
两者之一：一是这些事件确实在一定程度上促进了生命的繁荣，
但没有它们一切也照样会发展到今天的状态；另一种情况是这
些全球性的剧变确实发生过，并且是寒武纪大爆发的唯一导火
线。要是果真如此，这后一种可能性就意味着高级的生命形式，
即那些有机会进化到能够创造文明和技术的生物，在宇宙中远
不如我们想象中的那么普遍。

　　了解了较为悲观的观点之后，让我们再次回到积极的观点
上来，假设地球上寒武纪大爆发的产生是由于一种自然的机制，
一种生命发展到一定水平就会发生的情况。那么，高等生命会
遵循怎样的可能路线发展下去呢？其他行星上的演化途径是否
会引向与我们在地球上见到的生物相类似的生命？还是有着完
全不同的生命旅程呢？

　　在这个问题上，再一次产生了意见分歧。一部分人认为同
形同性，地外生物可能会与地球生命走类似的路线，而另一部
分人则深信在遥远的，也许是几千光年之外的行星上会进化出
与地球上的哺乳动物相似的生物乃是非常荒唐可笑的事。不仅
如此，外星生物学的权威人士，生物学家科恩（ Jack Cohen ）
曾说：“我们很容易被引到这条推理之路上去，认为外星生物
的进化路线与地球上的相似。假如一不留意，它还会领着你得
出外星人也都开福特车这样的结论。”

　　那么，我们究竟可以推出什么样的结论呢？哪些论断是可
以充分相信的，哪些又是完全不可预测的呢？

　　首先，我们可以肯定外星生命形式是建立在碳的基础上的，
而且可以相当肯定，它也运用类似DNA那样的物质建立生化机
制以维持生命运作。然后，我们可以从关于进化方式的两种不
同观点中作一个抉择。我们可以假设面对生物的“生存斗争”
这样的问题有许多解决之道，这样就会产生几乎无限多种不同
类型的动物，其中包括不符合我们目前对生命所下的定义的生
物。另一种选择是接受趋同观念，并假定它是一种普适的机制，
那么依据生命的种种必要条件就只会产生有限的几种结果。
（原注：对这种观点的支持来源于先前提过的一个事实：在地
球上只有37种不同的体构，我们所知道的数以百万计的物种都
在这37种之内，没有理由说在其他世界上不是这样。）

　　假如我们赞同趋同是普适的，那么接着就要考虑生命进化
到高级形式所需的环境以及进化的方式。在一颗特定的行星上，
环境不能过于严酷，否则将不能形成多细胞生物。另一方面，
这个环境也要提供挑战以促进自然选择机制和生物的进化。我
想强调一下，在本书中我会着重考虑那些我们人类有机会与之
交流的生命形式。这并不是说那种生命也得身穿细条直纹布的
衣服并且用英语进行交谈，不过它确实在一定程度上限定了那
种高级生物发展进化的环境条件。我们还必须假定任何能够孕
育文明的行星都有着和地球气温相若的温度和并不大强烈的有
害辐射。

　　试着猜一猜，那会是怎样的一种大气呢？也许你很容易想
到，任何适宜高级生命形式的行星都必须富含氧，而且氧和二
氧化碳的比例也要合理。这是因为我们在地球上生活在一个平
衡的生态系统中，在这里植物需要二氧化碳进行光合作用，尔
后产生氧。所有的动物都需要氧，它通过血液循环传送到周身
的每一个细胞，参与细胞中几乎所有的生化反应。但是，有没
有可能存在某种使用其他气体的成功的生态系统呢？

　　假若我们认为外星生命生化机制的核心也是DNA（很难想
象还有其他的替代品），那么利用氧气之外的其他气体的这种
呼吸系统就会产生问题。

　　第一个问题在于该行星上势必要有一个利用氧和二氧化碳
之外的其他气体、与地球完全不同但又充分完整的生态系统。
这是因为没有任何外星生物能在一颗行星上不与其他生物相互
作用而独立演化或生存。换句话说，它们自身也必须是生态系
统的一部分，当然，任何生态系统都必须包括气体循环，就像
地球上由氧气－二氧化碳形成的气体循环一样。这样的外星生
态系统必将会积累起一些与地球上的动植物相似的生物。有一
种可能的替代方案是通过动物和岩石的气体交换形成的某种生
态系统。在这个系统中，某些形式的岩石可以采用类似植物那
样的方式，经过某种类似光合作用的过程，吸收一种气体并产
生另一种气体，与外界形成气体交换。

　　第二个问题在于：也许外星动物像地球上的动物一样呼吸，
只是呼吸的混合气体的成分比例有所不同而已。但是，基于DNA
的生物有没有可能呼吸其他的气体呢？面对这样的情况，我们
仅有的经验是来自人（或任何动物）吸入有毒气体（如一氧化
碳）后的反应。我们的身体系统只能接受少量的其他气体，否
则细胞就会坏死，引起巨大的痛苦，然后窒息死亡。

　　当然，这可能是一种极不恰当的比拟，因为任何能在那样
的环境中进化出来的，能够利用这些气体并将之用于自身生化
过程的生命当然都可以自然地呼吸这种气体，比如：二氧化碳
或氨气。即便如此，最早触发进化过程的含有DNA的原始模板
一定也是通过某种非同寻常的生化过程才产生了这样的生命。
存在如此不同的机制的可能性相当小。大多数生物化学家相信：
基于和我们差不多的化学物质的细胞不能接受像氮气、氢气或
氰化氢之类的气体，事实上，除了氧气之外的所有气体都是不
可能的。

　　现在，让我们看一看其他的环境因素。大气压力和引力场
会对生命产生怎样的影响呢？

　　在大气压力相对较高的行星上，智慧生命有可能演变成与
我们人类完全不同的模样。由于呼吸的气体压力不同，气体进
入它们的循环系统（如果它们有的话）的势能也就大不相同，
所以呼吸系统的布局也会与人类的大相径庭。但是，大自然会
再一次找到对付这种环境的方法并给予它们相应的补偿。

　　相对而言，引力因素引起的问题恐怕更多一些。一个外星
世界的引力场大小在一定程度上决定了生活在该星球上的生物
的身体结构和大小之间的关系。在相对狭窄的范围内，地球上
的哺乳动物大小相差并不大——没有200英尺（约60米） 长的
爬行动物，也没有昆虫般大小的哺乳动物。但是，在比地球大
许多的行星上，例如在引力是地球的20倍或几百倍的行星上，
情况又会如何呢？（原注：这本身是一个非常复杂的问题，由
于种种原因，比地球大许多倍的固态行星是不存在的）。再者，
在一颗引力很小的行星上又是怎样一番景象呢？

　　在这样的行星上无疑会产生比地球上多数哺乳动物都要大
或小的生物，但是这里也同样有问题。巨大的动物需要巨大的
心脏来供应身体正常运作所需的血液，而巨大的心脏又需要巨
大的肺来予以支持。依据我们对地球动物的了解，这些器官的
大小并没有一定的限制，但要演化出一种占统治地位并能创造
文明的物种，就要有一个不仅仅用于维持身体基本功能的较大
的脑。这样的脑自然需要更大的头颅和更多的血液来给细胞供
氧，如此一来，又要增大心脏和肺的尺寸。这种问题同样还会
出现在诸如身体各部分的比例、机动性和效率等会在高度竞争
的环境中限制动物成功进化的因素中。

　　作为一种反对意见，有人说恐龙要远远比人类更为成功，
因为恐龙生存了上亿年之久，而人类历史至今才区区 100 万年。
这绝对是胡言乱语。一种生命形式成功与否，即使从纯生物学
的角度来看，也不是取决于时间的长短，而是应该通过衡量该
物种在生态系统中的地位来决定。人类是迄今为止仅有的建立
了文明，并从宏观上控制环境的生物，而且我们的科学技术不
久还会让我们这些脆弱的动物更有效地去控制环境。同时，我
们也是唯一能按照自己的意愿离开这个世界的地球动物（尽管
目前这种选择的自由还相当有限）。

　　虽然有一些严格的条件限制，但是高度和体积这些因素倒
并不会排除一种动物发展某种文明的可能性。“我们”和“它
们”之间的这类差距只是表面的，科恩将其称为“狭隘特征”。
至于另一个世界的生态系统中是否会出现多一双肢体或长有第
三只眼睛的生命形式，确实是一个易于引起争论的话题。如果
第三只眼睛或额外的一双肢体带来的益处确实值得由此附加一
系列的要求，如增加体重，需要更多的血液和发展时间（进化
时间和胚胎成长时间都会增加）等，那么这是有可能在与我们
所处环境不同的某个地方发生的。反之，如果不能负荷伴随而
来的种种条件，大自然就不会选择这样的进化途径。

　　虽说“我们”和“它们”之间的差别可能并不太大，但是
究竟有多大呢？如果一个可能产生文明的环境与我们在地球上
经历的环境相差不大，是否真的就可以设想外星人也都开福特
牌汽车呢？

　　的确，有些人把人类发展的轨迹发挥到了极点，他们认为
能够进化到形成文明的生命形式极有可能与我们人类非常相似
——它们看起来很像我们（或者说我们看起来很像它们）。这
样的说法真有科学根据吗？举个例子来说——我们是否需要更
多的腿呢？持上述立场的人一定会给出否定的答案。但假如外
星世界上不停地刮着狂风呢？反对意见也许是那不可能，因为
植物难以在那样的环境下出现，所以不会存在这种生态系统。
那么，我们是否需要两个脑袋呢？我们身上的器官大多是成双
的，但是对于同样大小的心脏来说，两个脑袋需要更多的血液
供应，反而不如一个较大的脑高效。另一方面，趋同性也不会
允许这样的生物出现，它总是强化最有效率的解决方案——一
个两足动物有一个头远比有两个笨拙的头来得强。只要看看我
们自己所处的这个世界就不难明白这种说法的正确性——毕竟，
你在清醒的状态下看见过几个长着两个头的动物从面前走过呢？

　　到目前为止，我始终将注意力放在那些可能的外星生命的
身体特征上——它们的生化系统特征及其对生物外观形态的影
响。但是如果我们真的认为在遥远的世界上有文明种族存在，
我们能对它们的大脑和心智做什么样的预测呢？

　　面对这样的外星生物学问题，我们甚至连进行先前那样的
生理学论证所需的概念框架也没有，这是因为除了少数几例特
殊物种之外，在地球上具有任何形式的有意识的社会交流或具
有知性（而不只是单纯的智能）的唯一生物就是人。我们人类
是这颗行星上唯一留下记载的动物，发展了可记载的文字语言
——不论是梵文还是现代英语——并以此创建了以交换为基础
的文明，更重要的是，我们对自己在这个世界中的位置有认识、
有计划，而且将它一代一代地传下去。

　　到这里首先要提出的一个问题就是：人类究竟有什么与众
不同之处，使之有别于地球上的其他物种呢？如果找到了这个
问题的答案，我们就有可能更多地了解地外生命的本质。

　　我们人类和其他物种的区别在于一种被粗略他说成“智慧”
的东西，但它的定义有些含糊。什么是智慧？我们人类是否真
的比其他二些动物（比如海豚）来得聪明呢？

　　这里最为重要的因素之一是脑的大小。我们人类有巨大的
脑。如果把它像书的封面一样展开的话， 足足有4张A4纸的大
小。相比之下，猩猩的脑就只有1张A4纸的大小； 猴脑约略正
好和名信片大小相当；老鼠的脑一般比邮票还要略小一点。不
过，起决定作用的因素并不限于脑的大小。海豚也有很大的脑，
却未能发展出一个文明。科学家相信海豚的脑容量几乎都被用
来管理和协调它那复杂的声纳系统了。

　　毫无疑问，一个相对较大的脑是生物发展成为某个生态系
统的主宰者和它所处的世界的“统治者”的先决条件。这么说
的原因是，只有拥有一个较大的脑才有可能发展出像语言这般
复杂的技能，而语言恰恰是文明和社会发展的基本要求（但不
是唯一要求）。（原注：有人认为外星人可能不是用语言而是
用某种形式的传心术来交流，但这仍需要较大的脑。）

　　在人类历史上，大约150万～250万年前，有过一次脑容量
“突然”激增4倍的现象。 在这个转折点之前，早先人类祖先
的脑容量和黑猩猩的相差无几。虽然究竟是什么促成了如此快
速的发展目前仍然是个谜，但它标志着人类进化史中的又一重
大飞跃。最有可能的一种解释是，人类祖先在当时面临着非常
严峻的生存挑战。最有可能的生存挑战莫过于最近的一次冰期，
第四纪冰期对许多物种来说都起到了“过滤器”的作用，包括
人类。

　　大自然中每每有符合古谚“每一次从死神手中逃脱都令你
更加强大”的例子，早期的直立人（第一个智人的直接祖先）
看来从寒冷的气候中学到了不少东西。生物学家的研究结果表
明，陆地上智力较强的动物都是杂食性的。他们认为这是因为
杂食动物应口味需要去寻找更多食物来源的缘故。努力寻找新
的食物资源的过程本身也是一种学习，它使这些动物发展出不
同于单纯肉食或草食动物的特别技能。冰期是生存的严酷挑战，
它同样也刺激了人类脑容量的增大。那些生存下来的强者学会
了如何在这剧烈变化的环境中寻找和利用新的资源，它们渐渐
发展出群体技能、建立交流、产生语言并最终迈出了通向文明
的第一步。

　　有了语言就产生了我们所谓的“智能”。如果将“智能”
定义为交流和处理思想的能力，那么句法的出现就是人类发展
史上的一大飞跃了。依靠它，我们才能将无意义的声音（音素）
组织起来形成“有意义”的言语。这种能力使我们能组织句子，
交流抽象的概念，制定和创建社会法则、禁忌和等级制度。语
言的出现的的确确是社会文明的基石。

　　你可能会间，在其他世界里是否也会有冰期这类事件？似
乎很有可能。尽管有种种这样那样的似乎振振有词的理论，却
没有人真正清楚为什么地球上会发生一系列的冰期，也不知道
它们在一颗行星的一生中是不是非常普通的自然过程。不过，
假设有相当百分比的行星会发生这类事件似乎是合乎情理的。
当然，对于其他世界中处于萌芽期的未来统治物种的发展来说，
冰期并不是唯一的选择——触发环境变化的其他原因可能还有
彗星或小行星的撞击、火山活动或太阳的短期不规则变化等（
一般来说，这些该不至于摧毁萌芽期的“优秀物种”）。

　　当生命在一个能支持它生存的行星上渐渐发展到出现统治
物种的地步时，可能就会面临一次（或几次）生存挑战，这些
严酷的磨炼推动它不断前进，直至产生文明。我们自然会想到，
外星文明是什么形式的呢？

　　这次我们可真的要进入毫无事实根据的臆测之中了，不过
还是能够得出几点粗略的纲要。我在前面已经说过，除了少数
几个特殊的物种之外，人类是这颗行星上唯一具有智慧和社会
交流的生物。为了要完成关于外星生物的思维方式和地外社会
运作方式的讨论，现在让我们来看一下那些特例。

　　许多人倾向于把海豚看作是一种非常聪明的动物。可以说
它们的确很聪明（根据某种定义）。但是它们所表现出的那种
智能与我们的颇有差异。它们的智能并没有指引它们创造出我
们所谓的“文明”或“社会”。这到底是为什么呢？

　　一个简单的原因使得海豚失去了和人类竞争的机会：它们
生活在一个令智慧动物很难建造任何设施的环境中。当然这是
由多方面的原因造成的。首先，与脑容量的增加相对应的需求
是身体分工的多样化。海豚没有用来操纵物品的手指，也没有
人类区别于地球上其他灵长类的一个重要特征——能与其他手
指对握的大拇指。海豚是非常出色的生物——进化了的生理结
构使它们能很好地适应环境，遗憾的是它们没能迈上通往文明
的道路。

　　与几乎所有地球上的生物相比，海豚的“语言”相对要复
杂许多，不过仍未突破起码的水平而导致社会发展。以海豚的
身体条件来看，它们无法建造出与地面上等同的水中世界；由
于没有文字，它们无法将学到的知识记录下来；不能开垦土地
进行耕种和饲养其他动物，也令它们始终处于食物短缺的危机
之中。最后还有一点，它们没能制造出武器，所以没有“创建
文明”的一种最重要过程——战争。归根到底，智慧的水生动
物失去了大多的有利条件，它们无法建立我们所理解的文明。

　　所以说，所有孕育生命的行星都要有足够的陆地让动物发
展，有适当比例的动植物来建立一个平衡的生态系统（原注：
尽管从理论上说，在完全被水覆盖的行星上也有可能存在某种
包含动物和水生植物（而不是土生植物）的特殊的生态系统）。
更进一步说，在一个完全被水覆盖的世界里，几乎可以肯定最
多也只能产生像地球上的鱼、简单的水生动植物那样的生物罢
了。

　　最后，还有一种可能被视为“智慧”的生物化学生命形态
叫做“集体生物”。地球上可被归入这一类的例子并不多见，
最著名的大概要算蜜蜂和蚂蚁了。蜜蜂和蚂蚁都是单个的生命，
但它们以巢或群的形式紧紧联系在一起。以蚂蚁为例，一窝蚂
蚁最多可以由2000万个个体组成。

　　蚂蚁和蜜蜂都可以算非常成功的物种。然而，尽管20世纪
70年代的好莱坞电影导演们为之竭力渲染，我们仍不能把它们
看作这颗行星的统治物种。这么说也许有些过于自负，不过它
可能是公正的（只有时间能够证明一切）；假如我们在另一个
世界上遇到一种由几百万个个体集合在一起组成的奇特生命形
式的话，我们是否会将它视为一个地外文明呢？

　　准确地说，这个问题应该是：会不会产生这样的文明呢？
由于我们对地球上的蚂蚁和蜜蜂的行为模式知之甚少，所以很
难得出一个结论性的答案，但我们不妨公正些假设，蚂蚁和蜜
蜂所以没有成为创造文明的超级物种的原因之一，是个体与个
体之间的信息交流还不够复杂。在我们这个特定的行星上，进
化的因素不利于出现这种类型的文明物种，但是，倘若在某个
地方具备合适的条件，它的出现也绝非完全不可能。

　　最后，在我们结束关于生化物质生命形式的讨论之前，再
考虑一下另一个问题。人类自身是否也正处在通往超级生物的
进化道路上呢？在第二章我已经提出“什么是生命？”的问题，
在那时我们已经看到过因特网被视为“有生命的”的可能性。
有没有可能当我们发展出复杂先进的“高科技网络”（以通信
和信息共享为中心的综合设施）时，我们自己也正在转变为超
级生物呢？这同样也是一个只有时间才能证明的问题。鉴于要
对其他世界上可能的生命形式下一个结论，我们有必要探讨一
下在其他世界上已发展起人工智能的可能性。

　　人工智能是时下的热门研究课题。全世界有许多计算机工
程师、程序员和纯粹数学家正在努力开发具有思考能力的系统。
因“弯勺”研究而闻名的伦敦大学国王学院数学教授泰勒（John
Tayler）对人脑的计算机模拟感到相当兴奋——他正在用这个系
统探究意识的含义（我们如何思考的物理学）。与此同时，DNA
结构的发现者之——克里克也正独立地运用复杂的数学模型来
协助发掘人的自我意识和心智的基础。

　　这种模拟系统被称为“神经网络”。其实是非常简单的模
型，用来展现大脑皮质（大脑表层有榴皱的部分）的各部分是
如何工作的———个用硅硬件模拟生命“湿件”的典型例子。
泰勒、克里克和其他人相信这条研究路线总有一天会导致像我
们一样能够自我学习的智能机器的出现。

　　神经生理学家们已经标识出大脑皮质中一块叫做“丘脑网
状核”的区域，它就像“守门员”一样控制着信号进出较高级
的思维区域。科学家运用复杂的电脑程序模拟了整个环境，而
且已经弄清楚“思想”的产生事实上是许多彼此冲撞的冲动、
驱策和记忆等争斗的结果。获胜的一方会立即将消息传遍整个
大脑皮质层，这也就是“思想”。通过使用神经网络，我们也
许可以把其中从“冲动”到“结论”的错综复杂的步骤一步步
分解开来，模拟整个“理解”的过程。

　　在人的大脑皮质中，思维是通过神经网络来实现的，神经
网络由大约60亿个“神经元”组成，并包含着不计其数的联系。
这些神经元排成6层，每层都有100多万列，每一列又有约1000
个细胞。以目前的模拟系统而言，计算机的处理单元要比它小
很多个数量级，但即便如此也已经能令它们对一些非常简单的
刺激作出反应。

　　举个例子来说，一个3 层的系统就可以学会辨认形状了（
比如符号“￡”）。用一种作用类似于视网膜的设备，图像就
能够对第一层的单元产生刺激。这些信号会在下一层被分析处
理，如果辨认出代表这个符号的二进制码就往输出层发出信号。
辨认成功意味着单元层与单元层之间的联系以电子学的方式得
以加强，下一次碰到同样的信号时作出反应的速度将会更快。
对于单独一个系统来说其用处是极为有限的，但是如果在并行
网络中强化这种联系，整个网络就会渐渐地“学”会些东西。

　　这正是我们人类的学习方法——一个并行联系的渐进过程。
这种方式也揭示了人类的思考过程和最复杂精密的计算机之间
的巨大差别。在人脑中，每一个思考步骤都同时并行联系着其
他几百万个信息，而几乎所有非试验性的计算机都是线性处理
信息的）只有当解决了一个问题之后（尽管速度非常快）才能
继续下一个。由于这种差异，人类的智慧和电脑的智能就有很
大的不同。这意味着小龙虾（英文为cray）远比克雷（Cray）巨
型计算机来得聪明。原因很简单：它能学习。一台线性运转的
机器永远也不会具有意识，但如果能有足够复杂的神经网络系
统，它们就有可能最终发展成为人工大脑。

　　那么，我们开发出真正的人工智能的可能性有多大呢？它
是不是宇宙中所有技术社会不可避免的进化趋势呢？

　　笛卡尔（Rene Descartes）曾写过一句非常著名的话“我思，
故我在”。但也有人指出他错了，正确的说法应该是“我在，
故我思”。这么说的理由是学习并非意识的全部。人类——也
许还包括这个行星上的其他某些动物——似乎已经远远超越了
这个界限。我们的脑已经变得如此复杂，以至于达到了一种心
理学上称为完形的形态，其复杂性已经达到所产生的结果大于
其各部分之总和的境地，这就是“自我意识”。

　　足够复杂的神经网络会不会具有这种半神秘的性质呢？如
果有的话，这种高度先进的复杂“生命体”会不会具有独立生
存的能力、甚至主宰原先创造它的生物化学物种呢？这一幕令
人联想起至少一千零一部科幻电影，它也许深深扎根于那种被
玛丽·雪莱（Mary Shelly）的小说《弗兰肯斯坦》 所激起的恐
惧之中。但是并没有什么理由可以令人怀疑一个历史悠久、技
术先进的文明会创造不出具有智慧、能独立思考，并可能取代
其创造者的生命形式。

　　也可以从另一个角度来看这个问题。在过去10年里，控制
论得到了惊人的发展。现在控制论专家和计算机工程师正在认
真讨论生产计算机化的人体器官替代物（既有外部的，也有内
部的），以及将脑中记忆的信息转存到芯片上去的可能性。这
些高新边缘技术从理论上为我们展现了一个不死的未来，我们
只要替换身上陈旧的器官或者干脆把整个人的思想移植到人造
躯体上就可以了。不管这种技术引起了多少伦理学问题，它的
可能性是永远存在的，而且说不定已经被某个领先我们数千年
的文明所采用。

　　这些就是未来技术评论家们所说的“非自然选择”——一
个物种发展到可以驾驭其自身的生物学进化并取代这种进化的
境地。几千年的时间与物种进化并建立起码的文明所需的时间
相比是微不足道的。我们现在所能设想的一切，很有可能已经
由将来可能遇到的外星访问者们实现了。

　　总而言之，无论我们对于外星生命的特质有什么看法，事
实真相只有在我们有朝一日切实接触了宇宙中的其他智慧生命
之后才会清楚。外星世界的可能环境是多种多样的，也许会有
各种奇异的生态系统和虽不寻常却颇为稳定的事件导致文明的
产生，异星智慧生命的外表和思想与我们也有可能极为不同。
不过，尽管在无尽的宇宙中可能有大量不同的生命形式，多数
文明的外星生物仍会是生物化学类型的，它们具有肢体、头部、
感觉器官和生殖系统，与我们人类的形式相差无几。

　　在本章开篇之时，我要求你们设想宇宙中充满了生命。但
是宇宙中当然也有可能没有其他的生命。也许我们真是唯一的；
也许我们是创造了文明的仅有的物种，是唯一拥有自我意识的
个体，是唯一从进化的沼泽中爬出来迈入太空的物种。这种可
能性有多大呢？在下一章中我们将就此进行一番讨论。我的问
题是：我们的文明是唯一先进的文明，抑或只是宇宙中不同时
期形成的数以百万计的群体中的一员？

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