生命是什么(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:王立铭

出版社:人民邮电出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

生命是什么

生命是什么试读:

前言

这是一本带你了解生命科学、和你一起理解地球生命和人类智慧的书。

在我看来,在人类所有的科学领域中,生命科学是最谦卑、也是最自负的一门科学。

说它谦卑,是因为几乎所有的生物学发现都在提醒我们:生命和智慧其实只是演化的产物。

我们居住的地球形成于 46 亿年前的星云涌动,最早的地球生命诞生于 40 亿年前的一系列化学反应,我们整个人类世界和全部人类文明都来自一场跨越 40 亿年时间的伟大冒险,我们生活中习以为常的一切,我们身上的优势和弱点,我们引以为豪的智慧,都是这场伟大冒险的产品。面对生物学规律,我们必须保持谦卑。

说它自负,是因为现在的生命科学让地球人类站在了一个极其重要的历史拐点上。伴随着过去两千多年来人类对生命现象和人类智慧的深入探究,伴随着过去几十年来人类对生物学技术的持续开发,我们迎来了一个史无前例的机会,那就是可以借助生命科学的力量,主动参与到生命演化的过程中,从看客和产品,变成命运的指挥官和主人,去影响、改变甚至主导未来人类演化的方向。这是生命科学带给我们最大的自负和野心。

因此,不管是理解我们的过去,还是规划我们的未来,生命科学都是思想军火库里必不可少的武器。只有借助生命科学,我们才能真正看清我们是谁,从哪里来,向何处去。我们的过去:生命的无奈

回望过去,生命其实一直都是漫长演化历史中的看客和产品,是一场持续了 40 多亿年的无可奈何。今天我们拥有的一切,无论是我们的身体、智慧,还是人类的衰老、死亡,其实都是演化的产物。

首先,对于我们的身体,我们并没有绝对的话语权。

你可能听说过镰刀型贫血症这种病。这是一种很严重的遗传病,简单来说,就是人体负责生产血红蛋白的基因(HgB)上出现了一个微小的遗传变异,导致人体血管里的红细胞非常脆弱,很容易破碎,从而阻塞血管并影响很多器官的工作。如果没有精细的治疗和医疗维护,这些病人一般 40 岁出头就会死亡。直到现在,全世界每年都会有 10 万多人死于这种疾病,还有 4000 万人携带这种疾病的变异基因。你可能会问,既然这种遗传变异这么危险,为什么没有在生命演化过程中被淘汰掉呢?

其实,如果仔细观察世界范围内镰刀型贫血症突变基因的地理分布情况,就会发现这种病并没有平均散布在各个大陆上,在撒哈拉以南的非洲和南亚次大陆分布得非常集中。而且,它与世界范围内疟疾发病的地理分布有很高的重合度。为什么镰刀型贫血症和疟疾这两种看起来八竿子打不着的东西,地理分布居然很相似呢?

背后的原因特别耐人寻味。虽然镰刀型贫血症是一种很严重的疾病,但是导致这种疾病的基因突变居然也是有好处的——它可以帮助抵抗疟疾!我们知道,每个人体内都有两份 DNA 遗传物质,一份来自父亲,一份来自母亲。当两份 DNA 上的血红蛋白基因都出现变异时,人就会患病;如果只有一份血红蛋白基因出现了变异,生活就是完全正常的。而如果感染了疟疾,疟疾的真凶疟原虫进入人体后会入侵人的红细胞。这时候,那些携带了一份血红蛋白变异基因的红细胞就会显出脆弱的一面,更加容易破裂死亡,这样反而歪打正着地让疟原虫跟着死掉了,从而让这些人对疟疾有了一定程度的抵抗力。

在现代抗疟疾药物(特别是奎宁和青蒿素)发明之前,疟疾是一种非常可怕的疾病。亚历山大大帝很可能就是死于疟疾,康熙皇帝也差点因此而死。因此,在漫长的人类演化历史上,血红蛋白基因的突变虽然会导致严重的镰刀型贫血症,但是它是我们的祖先对抗疟疾的唯一武器。虽然这件武器“杀敌一千,自损八百”,但还是长期保留在了现代人的遗传物质中。

今天,对于疾病或健康,尽管有些因素我们已经能够自主控制,但是在最底层的生物学逻辑里,控制疾病或健康的,仍然是生物演化的历史。对于我们的身体,我们没有绝对的话语权。

其次,对于人类智慧的形成,我们也没有话语权。

虽然我们创造了灿烂的文明,产生了理性的思考,但这一切很难说是我们人类自己的功劳。

以人类语言为例。语言是复杂的人类社会最重要的基石之一。依靠语言,人类个体之间才可以高效率地交流经验和思想,才可能产生神话传说、政治思想和科学技术,才可能组成社会,建立国家。

在地球上数百万种动物中,人类的语言是独一无二的。虽然不少动物也发展出了语言,也能传递简单的信息,但是只有人类语言才发展出了语法。所谓语法,就是把各种单词按照一定规则、随心所欲地拼接在一起的能力。然而,人类这种独特的语言功能可不是自己努力学习的成果。

有不少证据显示,人类基因组上一个名为 FOXP2 的基因很可能和人类语言的形成息息相关。如果这个基因出了毛病,人就无法灵敏地控制自己的舌头和嘴唇,无法说出清晰的语句,即便说得出话,也基本是词汇的无意义堆积,没有正确的语法。那么,这么重要的基因,在分子层面,是不是人类和其他动物有着特别明显的区别呢?可惜没有。和我们的近亲黑猩猩相比,人类的 FOXP2 基因仅仅存在极其微小的突变。所以,人类拥有独特的语言能力是一个意外。

而且,演化生物学的模拟分析显示,人类特有的 FOXP2 基因大概出现在距今 10 万~20 万年前。这可能恰恰是现代人出现在非洲大陆、打败所有的人类亲戚、走出非洲的时间。根据这些线索,生物学家估计,人类特有的 FOXP2 基因与人类出现语言机能、形成人类社会和人类文明存在着紧密的联系。

再比如我们的学习能力,我们的爱情,我们对同类的关心爱护,我们的自尊心和责任感……这些我们引以为荣的智慧火花,也都不是人类凭空创造出来的。它们的背后其实是冷冰冰的生物学规则,是漫长演化历史进程中的塑造。

所以,人类之所以成为今天的人类,不是因为人类多么奋发图强,多么聪明勤奋,仅仅是因为几十万年前一些偶然的遗传变异,才让我们从一大堆猿猴和人类亲戚里脱颖而出,君临天下。

最后,在衰老和死亡这个终极问题上,我们更加没有话语权。

我们都厌恶死亡,但是死亡是我们每个人生命的必然终点。而且生物演化不排斥死亡,甚至在某些条件下,它会主动选择让我们死亡。

比如,如果一个遗传变异能够帮助生物在年轻的时候更好地发育、成熟、求偶、交配、繁殖,那么这个生物就会被自然选择所青睐,更容易在严酷的生存竞争中存活下来。哪怕在之后的岁月里,这个遗传变异会让这个生物很快地生病、衰老和死亡,也无所谓,毕竟它传宗接代的使命在此之前就已经完成了。

一个经典的例子是男性的睾酮。这是人体里一种特别重要的雄性激素,它的功能非常重要。男性器官的形成、精子的发育、生殖能力、肌肉力量、反应速度……这些都和睾酮有关系。打个不太严谨的比方,我们常说一个男人看起来有没有“男子气概”,这件事和他体内睾酮的多少就有很大关系。所以,那些在年轻的时候充满战斗力和交配欲望的男性,就会被自然选择所青睐,就更容易留下自己的后代。

然而,睾酮可算不上什么好东西,它和人类许多疾病都有着密切的关系。男性的睾酮含量越高,得癌症的概率就越大。特别是前列腺癌,这是男性发病第二多的癌症。也有证据显示,睾酮的水平和人类寿命是成反比的。这个能让年轻男性充满男子气概的东西,也能让他迅速衰老和死亡。

所以,对于生存还是死亡这个大问题,选择权也不在我们手里。我们来过,我们生活过,我们又衰老和死亡,这一切都是生命演化历史造就的必然归宿。

无论是我们引以为豪的身体、智慧、文明,还是我们深恶痛绝的疾病、衰老和死亡,归根结底都是 40 多亿年演化的结果。生命只是看客和产品,从来都不是自己的主人。在自然法则面前,生命科学只能保持谦卑,一点点小心地揭开大自然的密码本,偷看几眼生命的设计图。

而当我们掌握了生命科学,了解了更多自然和生命的秘密之后,就会本能地想要追求更长的寿命和更高的生命质量,想要改变演化的进程和方向,做自己生命的主人。我们的未来:生命的主人

放眼未来,随着人类对生命活动的理解越来越深,随着生物技术突飞猛进的发展,人类开始尝试运用生命科学这一有力的武器,逆转生命演化的巨轮,从演化的看客和产品,真正变身为生命的主人。

首先,基因编辑技术的发展,让我们有可能主动掌控自己的身体。

我们继续以镰刀型贫血症为例。这种疾病是人体内血红蛋白基因出现了区区一个位点的微小变异导致的。这个微小变异以牺牲一部分人的健康为代价,换来了更多人对疟疾的天然抵抗力。这是漫长的生命演化过程对人类身体的塑造,也是留给人类的苦难(和财富)。

但是在今天,人类居然可以拿起手术刀,主动参与生命演化的进程了。在最近十几年时间里,一类名为“基因编辑”的技术取得了突飞猛进的发展。该技术的核心在于,能够在生物庞大的基因组信息中精准寻找到出现问题的 DNA 位点,然后把错误的位点剪切,再替换成正确的位点。

可以想象,有了这把“上帝的手术刀”,人类就可以在受精卵里精确地修改镰刀型贫血症的致病基因,让婴儿完全摆脱这种疾病的困扰,让这个基因突变从此在这个家族里消失。这个小婴儿及其未来所有的子孙后代,就可以永久地走上另一条演化道路了。

虽然这件事难度很大,目前仍面临很多技术问题,还没有真正地推向实际应用,但是很多研究已经充分证明了该技术的可行性。比如,2015 年,中山大学的黄军就实验室利用一种名为 CRISPR/Cas9 的全新基因编辑技术,在人类胚胎中尝试进行了人类血红蛋白基因的修饰。这项研究一经问世就引发了全球范围内的巨大争议和热烈讨论。毕竟,这可能是人类历史上第一次主动而且有目的地修改人类自身的遗传物质,永久性地改变生物演化历史的进程!

所以,人类已经不再满足于仅仅做演化历史的看客和产品了,我们已经可以亲自走上手术台,运用神话传说里只有上帝才拥有的力量,创造我们自己的演化历史了!

沿着这个逻辑推演下去,如果可以对人体遗传物质进行随心所欲的修改和设计,那么人类未来就有可能有针对性地设计自己的下一代,让他 / 她智力超群,貌美如花,永远赢在起跑线上。那么,这样会不会破坏人类千姿百态的多样性,让世界从此千篇一律呢?有钱人和特权阶级会不会利用这项技术,率先改造自己的子女,实现财富和地位的遗传,甚至造成永久性的社会撕裂和不平等?更可怕的是,会不会有人将这项技术开发成武器,毁灭敌人的遗传物质,制造地球末日呢?但是无论如何,基因编辑技术是人类开始主导演化进程的第一次尝试。

其次,人类开始利用生物学技术破解智慧的秘密,主导智慧演化的进程。

我们知道,语言能力是人类智慧的重要组成部分,而这很可能源自 10 万~20 万年前的一次偶然的基因突变。从那时起,我们成为了语言天才,并且凭借这项独门绝技建造了人类社会,创造了独一无二的人类智慧和伟大文明。

而今天,神经生物学家已经不再满足于被动地接受这个结果,开始主动破解智慧的秘密了。我们正在逐渐理解大脑的工作原理,并且尝试主动影响大脑的运转,让人类学得更快,记忆力更强,更有智慧。

比如,2013 年,美国麻省理工学院的科学家就做了这样的尝试。他们通过解析小鼠大脑中特定区域的活动规律,从中获得了记忆的存储信息。然后,他们通过随心所欲地改变神经细胞的活动,就可以擦除这段记忆,甚至人工虚拟出记忆,让老鼠产生身临其境的幻觉。

此外,还有人试图利用计算机芯片来改变和创造记忆。2015 年,美国南加州大学的神经科学家尝试在人脑中植入芯片,采集大脑神经细胞的活动信息,然后利用计算机从中提取出信息,再转换为记忆,重新植入大脑。换句话说,他们已经试图人工创造出学习和记忆的过程了。

这些技术最早会用于治病救人,帮助病人恢复正常的大脑功能。但是相信未来这些技术一定会逐渐应用于健康人和普通人。那么人类将可以直接在人脑中虚拟现实、移植记忆、拷贝知识、创造智慧。这也就意味着,人类将会迎来利用生物学技术主导智慧演化的全新历史。

最后,现代生物学技术可以让我们更接近生命的真相,甚至改变人类的终极宿命。

在过去数十年里,生物学家在衰老问题的研究上倾注了大量的心血。如今,科学家通过改变遗传基因和生活环境,可以让实验室里的生物活得更长久、更健康。

研究证明,有些方法能有效延长动物的寿命,比如节食。少吃能让动物活得更长久,衰老更慢。这可能是通过影响胰岛素相关的生物信号来影响动物衰老过程的。胰岛素是一种重要的激素,它和糖尿病有关,也是治疗糖尿病的药物。因此,有生物学家设想:治疗糖尿病的药物是不是可以帮助人们延缓衰老、延长寿命?如今,世界各地都有很多这样的临床试验。

还有一种方法是换血。人们在 70 年前就发现,如果把年轻动物的血液输入老年动物体内,就能实现“返老还童”——老年动物的毛发会重新泛起光泽,心脏血管的机能也会重新焕发生机。只要能够找到其中的生物学机理,人类就可以利用同样的方法实现长生不老了。

所以,虽然衰老和死亡看起来是人类无法抗拒的最终宿命,但是借助现代生物学技术,人类已经开始慢慢接近这个终极宿命的真相,甚至有可能改变这种宿命了。

因此,无论是身体、智慧,还是生死,今天,我们确实已经站在了人类历史的拐点上。曾经的我们在演化历史的长河中随波逐流,是无数个机缘巧合造就了今天独一无二的我们和灿烂辉煌的人类文明;而未来的我们,虽然仅知晓生命秘密的冰山一角,但是已经开始跃跃欲试,试图操控智慧和愚笨、健康和疾病,甚至衰老和死亡,试图取代自然选择,成为自身命运的主宰者!

此时此刻,我们比以往任何时候都更需要了解生命科学,更需要深刻地理解地球生命和人类智慧。也许,这些生物技术在短时间内还只能出现在科学新闻或者科幻电影里,但是很可能在一两代人的时间内就会变成现实。届时,我们人类将要亲手打开的,是阿拉丁的神灯,还是潘多拉的魔盒?不管是欢欣鼓舞还是忧心忡忡,是恐慌畏惧还是心如止水,我们都应该在头脑中装备好生物学的研究方法和思维模型,从而更好地应对即将到来的未来。用生物学思维理解生命

地球上的生命现象和活动纷繁复杂,千差万别。理解生命最大的难题,很可能是尺度问题。

首先,生命在空间尺度上存在着巨大的差异。例如,对于地球上最大的生命蓝鲸来说,它的尺寸是用“米”或者“十米”来计量的,蓝鲸的一条舌头就有人类制造的卡车那么大;而对于人眼看不见的单细胞生物来说,它们的尺寸是用“微米”来计量的。这两者之间相差了差不多七个数量级。

其次,移动距离的衡量尺度也有着天差地别。比如,有一种叫北极燕鸥的小鸟,每年都要在地球的北极和南极之间飞一个来回,一生之中飞翔的距离长达数百万千米,足够在地球和月球之间往返三次。相反,有很多生物从出生到死亡所发生变化的距离几乎为零。比如,很多苔藓植物一生能够生长的高度也不过是毫米数量级。这两者之间差了十几个数量级。

除了空间尺度和移动距离的尺度之外,还有很多生命现象的度量尺度,比如个体的数量、繁殖能力、寿命、智力等,在不同的地球生命之间都有着天壤之别。

这些尺度上的巨大差别带来了天然的难题——当我们在讨论地球生命现象的时候,我们该怎么框定讨论范围?该如何搞清楚具体讨论的对象到底是什么?我们能不能真的确定,在这些尺度迥异的地球生命之间,有着共同的物质和科学基础,遵循同样的生物学原理?如果在每一种特殊的生命和特别的生命活动背后都有特殊的道理,那么我们的研讨可能就会失去方向。

因此,我们需要掌握一种思维方式,在地球生命演化的自然历史框架下,跨越尺度的鸿沟,剥开生命现象复杂的外壳,探索地球生命现象的本质,找寻塑造地球生命和人类智慧的核心要素。

我们知道,现今所有的地球生命都是通过漫长的自然选择和生存竞争逐渐演化而来的,不管是植物还是动物,是细菌还是真菌,回溯几十亿年,我们都共享一个祖先。有人还给这个祖先起了个名字,叫 LUCA,意思是现今地球生命的最后共同祖先。当然,LUCA 是一种假想中的生物,在今天的地球上并没有。但是对现今地球生命体内广泛存在的基因和遗传信息进行分析、归类和溯源,就可以大致猜测出我们的共同祖先具有什么样的基因,可能具备什么样的生命特征。

那么反过来,我们就可以用生物学思维来理解今天的地球生命。它们全部脱胎于同一种共同祖先,经过了几十亿年的演化,在丰富多变的地球环境中反复选择,形成了不同的生存和繁殖策略,最终构成了五花八门、丰富多彩的地球生物世界。也就是说,今天每一种地球生命的体内都蕴藏着来自古老祖先的遗传信息,都记录着过去几十亿年来地球气候环境变迁的历史,以及对生物特征的修饰和筛选。每个活着的地球生命都是一部鲜活的地球自然历史。把这段自然历史的要点解析出来,我们就能找到地球生命现象的底层逻辑和普遍规律。

也许,当我们这场思想旅行结束的时候,所有的细节(例如分子、生物以及各种生命活动的名称)都没有在你脑海里留下深刻的印象。但是我期待,不管你从事什么职业,有没有生物学的知识储备,都能够从一个全新的维度来理解地球生命的本质,来理解地球生命如何产生,如何变化,如何繁盛至今。我相信,在这个历史性的时刻,我们讨论的很多问题和逻辑,在人类社会中,在我们的日常生活中,都能找到隐隐约约的对应。我也非常期待,这会帮助你更好地理解我们到底是谁,从何而来,又向何处去。序曲地球人和外星人

在地球之外,是否还有别的生物生存繁衍?是否也有和地球人类一样的智慧生命,在万里之外眺望着我们?

从月宫里的嫦娥,到火星上的“运河”,人类从古到今都不缺乏仰望星空、神游于凡俗之外的幻想家。对于外星生命的样貌,自然也有各种各样奇妙的想象。外星人科幻的开山之作当属科幻大师赫伯 • 乔治 • 威尔斯(Herbert George Wells)的《世界大战》(The War of the Worlds)。在这部小说中,来自火星的外星人长着一个硕大无比的脑袋,没有手脚,依靠两排长长的触须行走。而在大导演斯皮尔伯格的想象中,大脑袋、长脖子、小身体的外星人 E.T. 长得又丑又萌,只有一双巨大的眼睛流露出善意。在大多数科幻作品里,为了方便读者想象,外星人往往以类似地球人类的样貌出现。但是从能自动脱水卷成一个小卷儿的三体人,到能够与树木直接形成神经网络的阿凡达,我们还是能看到各种关于外星人样貌的神奇想象。

在我看来,对外星人的想象可能源自人类内心一种特别的孤独感。我们习惯生活在热闹的人群中,喜欢那种邻家鸡犬声、海内存知己的感觉。伴随着地理大发现和信息的全球流通,地球成了地球村,人类开始成为一个血脉相连的整体。作为一个群体概念出现的地球人类,当然也希望有自己的邻居和知己。而我们追寻的目光,必然在地球之外,在茫茫夜空,在宇宙深处。

1968 年,在阿波罗 8 号飞船离开地球、飞向月球的航程中,几位宇航员第一次亲眼目睹了我们这颗蓝色星球的全貌(见图 1)。于是在天文尺度上,全人类瞬间连接成了一个有机的整体,而那种孤独感可能也同时达到了顶峰:在这茫茫星海里,是否还有我们的同类和朋友?图 1 著名的“地出”照片,拍摄于 1968 年 12 月 24 日平安夜,摄影师是正在月球轨道航行的阿波罗 8 号的宇航员。在这张照片里,我们蔚蓝色的母亲星球刚刚跃升过月球的“地平线”。许多人看到这张照片的第一感觉都是孤独,一种镶嵌在黑天鹅绒般的深邃宇宙背景中的孤独。甚至有人说,这张照片是世界性环境保护运动的发令枪和催化剂,因为它让我们看到自己的母亲星球是如此美丽、脆弱和孤独

那么,地球人类真的有邻居吗?如果有的话,他们在哪儿?

事实上,考虑到整个宇宙的时空尺度,我们可能需要极强的人类“沙文主义”情怀,才会不惮于认定地球人类是宇宙中唯一的智慧生物。从空间上说,地球人类所处的太阳系,不过是直径 10 万光年的银河系边缘一个黯淡的小小恒星系。在银河系里,类似太阳的恒星就有上千亿颗,围绕它们做椭圆运动的行星更是难以计数。而银河系及其所在的拥有上千个银河系的室女座超星系团,放在半径 460 亿光年的整个可观测宇宙中,同样显得平淡无奇。从时间上说,我们身处的宇宙从大爆炸至今已经走过了 138 亿年的漫长岁月。地球人类从诞生至今不过区区二三十万年,无比辉煌的恐龙时代也不过一两亿年,宇宙的寿命里足够兴起又湮灭数不清的生命奇迹。在这样一个年2224龄超过百亿年、恒星如恒河沙数(一种估计是 10 到 10 颗恒星)的宇宙,生命产生的概率哪怕只有亿万分之一,生命之花也应该早已盛开在天涯海角了。

但是如此想来,我们马上会碰到一个逻辑上的难题——他们在哪儿?

1950 年,著名的物理学家、原子反应堆之父恩利克 • 费米(Enrico Fermi)在一次闲聊中,提出了一个直白简单的问题:“(如果确实存在外星人的话)他们在哪儿?(Where are they?)”这个简单提问背后的思想是很深刻的。首先,考虑到宇宙的空间尺度和天文数字般的行星数量,存在生命的星球应该数量极其庞大;其次,宇宙的年龄又是如此古老,足以允许生命演化出智慧,并驾驶着他们各自的交通工具往来穿梭(毕竟地球人类从走出非洲故乡,到制造出能飞出太阳系的飞行器,只用了区区五六万年)。因此,我们地球人类应该每天都看得到外星人的航天器往来穿梭,有数不清的外星使者前来表达善意或是宣布战争才对啊!

当然,费米的提问也可以反过来理解:既然我们不能每天都看到 E.T. 的来访,那么是不是能够反推出其实外星生命(或者至少是智慧生命)并不存在,地球人实实在在就是浩瀚宇宙里的生命奇迹呢?

费米悖论陆续衍生出了许多有趣的科学和哲学思考。有从正面进行解读的,认为费米悖论确实证明了地球人类是宇宙中独一无二的存在:宇宙中要么压根儿就不存在其他生命,要么其他生命还没有演化到地球人类这样的智慧水平,要么某些生命虽然曾经辉煌过但是早已在历史中烟消云散。也有从反面进行解读的,认为费米悖论并不能说明外星人不存在,反而可能说明地球人太愚蠢了。可能是由于短短几万年的地球文明还没有足够的时间等到来自外星文明的信息;可能是因为人类太过落后,压根儿就不知道怎么去检测外星文明的信息,更不知道怎么发射信息;也可能是因为其他高级文明很巧妙地隐藏甚至孤立了自己;等等。这个开放性的问题后来成了许多科幻作品的背景,包括读者熟悉的刘慈欣的《三体》。在《三体》中,大刘对费米悖论的解释是,大量的外星智慧生命确实存在,但是由于文明间的生存竞争和交流障碍,所有高级文明都很好地隐藏着自己。

费米悖论的一个著名衍生品就是美国康奈尔大学的天文学家弗兰克 • 德雷克(Frank Drake)于 1961 年提出的德雷克公式:银河系中可能和我们建立交流的外星文明的数量(当然,我们现在对它究竟是几一无所知);银河系内部的恒星生成速率;银河系内部的恒星当中,有行星系或者可能形成行

星系的比例;对于每个有行星的恒星,其拥有宜居环境的(类地)行星的平均数量;上述行星中,确实有生命存在的行星的比例;上述行星中,出现智能和文明的行星的比例;上述行星中,拥有运用科技手段向外太空进行广

播的比例;上述行星中,向外太空进行传播的时间总量。这个概念性的公式总结了影响智慧生命之间交流的各种

因素,例如恒星数量、恒星是否有行星、生命出现的可能性,

等等。严格来说,德雷克公式的目的倒不在于真正计算外星

智慧生命的可能性和数量,而在于从逻辑上探讨什么东西影

响了我们和外星智慧生命的交流。许多人(包括德雷克本人

在内)都对公式的各个参数做过估计,得到的最终计算值

N 的预测范围极广,从仅有万亿分之一个到数百万个。顺便

八卦一下,德雷克公式又叫绿岸(Green Bank)公式,是

不是很熟悉?我们有足够理由相信,大刘《三体》中的“红

岸基地”应该是在向它致敬。

费米的提问实际上也催生了许多搜索外星智慧生命甚至试图与之交流的努力。1960 年,弗兰克 • 德雷克将射电天文望远镜对准了两颗看起来类似太阳的恒星——天苑四和天仓五,并在 21 厘米波长频段上记录了数百个小时的电磁波信号。这项探索性研究被命名为奥兹玛计划(Project Ozma),令人毫不意外地一无所获,但它孕育了此后延续数十年、至今有成千上万名全球科学家参与的搜寻地外文明计划(search for extraterrestrial intelligence,SETI)。随着技术的发展,在可预见的未来,地球人类将会有能力同时持续监听千万颗量级的恒星信号,极大地提高发现外星智慧生命的能力。

当然,整个 SETI 计划都基于一个简单但并不显然的假设:那些外星智慧生命(如果真的存在的话)必须积极地、持续地用大功率向全宇宙发射一些容易被破译的无线电信号。从上面的讨论就能看到,这个假设是很有问题的:如果那些文明还没有能力发射高功率的无线电信号呢?如果他们的信号我们无法理解呢?如果他们故意隐藏自己不发射信号呢?因此,把找寻地外智慧生命的希望完全寄托在 SETI 或者类似的项目上是不明智的。

因此,2009 年升空、围绕太阳运行的开普勒空间望远镜(见图 2)用的就是完全不同的思路。该任务专注于寻找太阳系之外类似于地球的所谓“宜居”行星。它的逻辑是,我们先不谈外星人是不是会发来信息,看看是不是真能找到适合人类居住(因此也有可能适合类似地球生命的外星生命出现)的行星再说。等找到了这样的行星,我们再去有针对性地探测外星智慧生命。开普勒任务硕果累累,在几年时间内就发现了上千颗新行星;而主持开普勒任务的美国国家航空航天局(NASA)在过去几年里一次又一次地玩着发现了各种“另一个地球”的标题党游戏。当然,这些发现与其说解决了或者要解决费米悖论,不如说强化了费米悖论:一次任务就发现如此多的行星和类地行星,不就更能说明地球和地球人类在宇宙中其实并不特别,也并不孤单吗?图 2 开普勒空间望远镜的艺术想象。简单来说,当行星围绕恒星公转,恰好处于地球和该恒星之间时,就会部分地遮挡恒星的光信号。因此从地球上看,恒星的光信号就会出现周期性的波动,根据波动的频率和强弱可以推断出行星的公转周期、质量和半径等信息。同时,温度较低的行星在吸收恒星的光后会发射频率较低的信号,这个信息也可以帮助我们推断该行星的元素构成。2015 年 7 月,各大媒体都在热炒的所谓“第二个地球”,就是开普勒空间望远镜发现的新类地行星 Kepler-452B

如果把开普勒任务的逻辑推演到极致,就不得不引出另一个概念——“戴森球”(Dyson sphere)。1960 年,美国物理学家弗里曼 • 戴森(Freeman Dyson)在一篇学术论文中提出了一个想法:如果外星智慧生命演化到一定程度,行星本身的能量很可能已经不够用了,因此近乎必然地会试图利用整个恒星产生的能量。实际上人类已经在做了:在地球和太阳轨道运行的各种人造航天器都或多或少地需要利用太阳能。那么,当外星文明发达和扩张到一定程度,吸收和利用恒星能源的各种“人”造物体将会以极高的密度存在于恒星周围,在极端情况下甚至可以像一个“球”一样包裹住整个恒星(见图 3)。这样的所谓戴森球结构,可能会密集到足以像行星那样遮挡恒星的光线;与此同时,这些人造物体由于温度会大大低于恒星,因此在吸收恒星能量后会产生波长长得多的红外辐射。因此在戴森看来,利用这一点寻找戴森球,可以帮助我们定位那些遥远的高度文明的外星生命。图 3 一种幻想中的戴森球。戴森球还有不少有趣的变种,比如戴森环、戴森网、戴森云,等等。它们的基本逻辑是类似的:大量用于采集恒星能量的“人”造物体包围在恒星周围,产生了可以在万里之外被检测到的光谱变化。从某种意义上说,人类已经处于建设戴森球的最初级阶段,我们所制造的上千颗人造地球卫星和太阳系内的飞行器,都会采集太阳能并产生微弱的红外辐射

这听起来特别科幻,但是开普勒空间望远镜其实就是依靠这个指标来寻找和分析行星的。那么自然就会有科学家利用开普勒发回的数据来分析和寻找可能存在的戴森球了。实际上,在 2015 年,科学家在世界各地的天文爱好者的帮助下,真的从浩如烟海的开普勒数据中找到了这么一个可能的戴森球!这颗被命名为 KIC 8462852、距离我们 1480 光年的恒星,似乎总是被形状不规则、轨道高低不同、周期也不固定的许多物体环绕和遮挡着,这一现象看起来无法用任何已知的天文现象(例如行星、巨大的彗星、星际尘埃等)所解释。难道这是一个并未完工的戴森球?如此震撼的发现当然需要更多更细致的研究,在这一发现的启发下,SETI 利用阿伦射电望远镜阵列对 KIC 8462852 进行了 180 小时的无线电监听。就在你读到这本书的时候,全世界还有许多大型的望远镜在持续追踪着这个奇怪的天体(当然,即便不是戴森球,科学家也希望能更好地理解这个反常的天文现象)。不过,目前并没有发现什么可疑信号,但是发现 KIC 8462852 的故事至少说明寻找戴森球已经不完全是个科幻概念,人类已经实实在在地具备了这个能力。在这个思路的指引下,我们寻找外星智慧生命的视野将会极大地拓宽,因为我们可以抛开解码无线电信号,或是寻找类地行星的局限,直接通过观测恒星光谱就可以尝试寻找一个高度先进的外星文明了。

在被动的寻找之外,人类更激进的尝试是干脆直接向太空广播,让“别人”听到或看到我们的存在。当然,这样我们需要解决的问题比被动地等待要多得多,地球人类目前的技术水平没办法对着全宇宙广播,因此需要挑选出极少一部分星体有针对性地发送信息。问题之一是我们怎么知道应该冲着哪些星星打招呼呢?而下一个问题就更麻烦了:我们怎么知道和“他们”说什么?要知道,即便是在同一个地球上生活、彼此分开不过短短几万年的人类,都已经发展出成百上千的语言类别,那么彼此远隔千万光年、所处环境截然不同的文明之间肯定有着巨大的交流障碍。

所以从某种意义上说,主动广播有点像行为艺术,与其说是要严肃地和外星智慧生命建立联系,倒不如说是在热热闹闹的现代生活里,给地球人类一个总结和反省的机会。

上点年纪的读者可能都记得著名的旅行者金唱片(见图 4)。1977 年,美国发射的两艘旅行者探测器(旅行者 1 号和旅行者 2 号)分别携带了一张镀金的唱片,里面记录了来自地球的声音和图像,有 55 种人类语言录制的问候语(包括了我们的普通话、粤语、闽南语和吴语),还有当时的美国总统和联合国秘书长的问候。难道我们还期待外星人能够理解巴赫的音乐有多美、什么是联合国、秘书长是干嘛的吗?图 4 旅行者金唱片的封面。图案上半部分提供了简单的解读唱片内信息的方法(例如左上部分就是介绍如何置放唱片针、转速多快,等等;右上部分介绍的是如何将唱片里的模拟信号转换为二进制信号,从而读出图片、音乐等信息)。下半部分的信息是太阳系在银河系中的位置(左下)和氢原子的能级转换时间(右下)。2013 年,旅行者 1 号历经 36 年 187 亿千米的远行,终于离开太阳系,进入人类从未涉足过的恒星际空间,带着全人类的光荣和梦想向银河系深处挺进。尽管电池失效的它再也不会向地球发回任何信号,但是想到在茫茫宇宙中还有这么一颗人类文明的小小种子,全人类都应该感到骄傲和温暖,并更加团结

其实,不管是思辨式的费米悖论和德雷克公式,还是实践中的 SETI 和各种主动广播,都还没有提供任何线索,能够哪怕稍微提示一下外星生命是否存在,更不要说外星智慧生命了。据悲观的估计,在我们这几代人的生命历程里,我们可能难以得到任何一点点有意义的线索。毕竟,前后几十年的光阴、直径一万多千米的地球,在大宇宙里实在是太微不足道了。

1974 年,位于加勒比海波多黎各的阿雷西博射电望远镜(见图 5)向两万五千光年以外的 M13 星系团发射了著名的“阿雷西博信息”,这条长约 210 比特、功率 1000 千瓦的信息描述了十进制、DNA 的化学构成、人类的外貌、太阳系的结构以及阿雷西博望远镜的样貌——这些信息浓缩了当时人类文明的最高成就。然而,即便微弱的信号真的能跨越两万五千光年的距离,即便 M13 星系团上真的有智慧生命解读了这条信息,即便他们当真充满善意地回复了地球人的呼叫,地球人类也还需要等待往复五万年才能听到他们的答复!要知道在五万年前,人类的祖先还在源源不断地走出非洲,现代中国人的祖先还在漫漫迁徙路上。那个时候,祖先无时无刻不面临着猛兽、疾病和自然灾害的威胁,应该还没有什么闲情逸致仰望星空或者钻研数字。又有谁能够估计,五万年后的人类相比今天的我们会有怎样的变化,当他们(万一)接收到了来自 M13 星系团的回答,会是怎样的心情?我们需要担心吗?我们应该感到高兴吗?我们真的可以找到同类,真的可以被其他文明所理解吗?图 5 阿雷西博射电望远镜,直径 350 米,曾经是全世界最大的射电望远镜,但是如今已经被中国正在建设的 500 米口径球面射电望远镜(FAST)超越

不管地球人类寻找同类的愿望有多么热切,在我们这一代人的短短几十年生命中,估计很难得到任何确定性的“有”或者“没有”的答案。既然很多时候我们只能被动等待外星生命的出现,那么我们倒不如反求诸己,先追问一下地球上的智慧生命——我们自身——到底是怎么来的,又是如何演变成今天这个样子的。这样的追问也许可以帮助我们更好地理解外星生命是否存在,如果真的存在,大致会是什么样子的。

带着这个目的,我们来讲讲人类的生命到底是什么以及人类智慧背后的生物学故事。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书

若在网站上没有找合适的书籍,可联系网站客服获取,各类电子版图书资料皆有。

客服微信:xzh432

登入/注册
卧槽~你还有脸回来
没有账号? 忘记密码?