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为什么我们不会对外星生命感到陌生？

原文：https://www.quantamagazine.org/arik-kershenbaum-on-why-alien-life-may-be-like-life-on-earth-20210318/

在剑桥大学动物学系的介绍页面，阿里克·克森鲍姆列出了自己的几个研究方向：“狼和其它犬类”、“海豚和鲸鱼”——以及”外星生物”。虽然科学家们还未发现可供研究的外星生物，但克森鲍姆说，我们仍可对这些未知生物作出一些合理的论断。而在这些论断中，最重要的是这一条：它们也具有演化进程。

“动物为什么会做这些事而不是别的事，为什么它们是这个样子而不是别的样子，这些问题都要从生物演化谈起，”克森鲍姆主张，如同引力，演化也是自然的基本定律之一，对动植物的研究也同时为我们提供了一些关于地外宜居世界的有用信息。克森鲍姆的观点源于生物学中的“趋同演化”——在面临相似的环境压力时，不同世系的生物体会表现出相似的适应行为。在克森鲍姆的新书《星系动物学指南》中，他结合不同动物的适应方式以及自己的专业研究，为我们详细阐述了这个观点。

《量子杂志》最近通过视频采访了克森鲍姆，以下内容有适当的编辑与简化。

Q(uanta Magazine)：作为一个研究地球生物的动物学家，是什么促使你去写一本关于外星生物的书呢？

A(rik Kershenbaum)：当动物学家研究地球生命时，他们是在研究生命的机制及其发展历程。在地球上，演化理论广泛适用于各种不同的生命形式，那么我们就不免作出推想：或许演化理论也适用在宇宙的其它地方。这样看来，对外星生命的思考只是我关于地球动物研究的扩展罢了。假如我们发现了一座无人荒岛，那么，为了探究其中的生命，我们就需要借助从其他区域获得的生物演化知识，然后逐渐构造出一个合理的解释；而假如这个岛屿位于另一星球，我相信这个探索过程也是类似的：我们需要对这些生物的外形、行为以及演化作出猜测与解释。

Q：你说自然选择——演化背后的关键机制——是必然的，并且它适用于整个宇宙。为什么你对这个观点这么自信？

没有任何星球会凭空冒出复杂的生命体，它们必然是从相对简单的形式开始的。或许它们一直维持在这种简单的形式，这是有可能的，或许甚至在大多数宜居星球上都是这种情况。但假如生命最终达到了某种复杂的形式，这些复杂性唯一能够累加的方式，就是变异、对变异的选择或抛弃——而这正是经由自然选择的演化过程。

Q：你在书中提到的关键理论是“趋同演化”，什么是“趋同演化”，它为什么如此重要？

假如你看到两种不同动物有着共同特征——比如羽毛——你或许会认为它们由一个共同祖先演化而来：就像是带羽毛的恐龙与鸟类的关系一样。这是普通的演化，就像儿童会继承父母的某些特征。

但有时你会发现，某些有相似特征的动物似乎不太可能是共同祖先的后代。比如说鸟类和蝙蝠都有翅膀，但它们的共同祖先是将近3亿年前的类似蜥蜴的某种生物，它生活的年代要比恐龙早得多。这个祖先肯定没有翅膀，况且这个祖先的大部分后代，比如大象和鳄鱼(幸好)也没翅膀。所以这些翅膀肯定是不同后代独立演化出来的特征。

像翅膀这种特征，显而易见，它是因为实用性而被选择的。但有时候，两种生物之间的相似之处多到我们难以相信它们是完全不相关的物种，比如说不久前才灭绝的袋狼，看到它的外形，你很容易会以为它是犬科的某个特殊品系，但事实上它与袋鼠的关系要更近一些。袋狼的生活方式类似于土狼，所以它的许多特征也趋向于土狼。

Q：你的意思是，当两种生物处于类似的环境压力时，它们很有可能会表现出类似的适应策略。为什么你认为这个论断也适用于宇宙的其它地方呢？

让我们考虑一下最广为人知的趋同演化——“飞行”。假如你生活在一个有大气层的星球，甚至还有海洋(其中也许不是水而是其它的什么液体)，而当你想从星球中的一处出发，穿过这片液态海洋到达另一处时，方法就非常有限：要么跳过去、要么游过去，要么就——靠翅膀飞过去。这三种就是穿过一片液态介质的所有方法了。

在地球上，鸟类、蝙蝠、翼龙和昆虫各自独立演化出了飞行这一技能，而这几种生物都是依靠翅膀飞行。但显而易见，地球作为演化的共同场所不是它们有翅膀的原因，有利于飞行才是它们演化出翅膀的原因。所以，我们可以自信地说，这些约束条件(比如液体障碍)是演化出某种特性的原因，并且这种约束应该广泛的适用于整个宇宙。

Q：那么这种观点可以为我们提供多大程度的理解呢？正如你所说的，生物体飞行需要借助翅膀，但翅膀也分为许多种类，比如蜜蜂、麻雀和蝙蝠之间的翅膀就完全不同。

是的，蝙蝠和蜜蜂的翅膀不同，但这种不同只是细节上的不同，而非原则上的不同。我们可以把这两种翅膀都概况为由一个固定结构所支撑的膜，而它们所提供的升力都来自于气流对膜的作用。事实上，这两种翅膀间最大的差别来自它们的使用方法。像蝙蝠那样扇动翅膀并不能为小型昆虫提供足够的升力，它们需要以极高的速率拍打翅膀(嗡嗡嗡)，以至于在前行与后退时都产生升力，这是蝙蝠和鸟类做不到的。

所以，不要被地球物种的多样性遮蔽了双眼，事实上我们可以对自己的预测抱有更多自信。因为我们可以清楚地看出，这些演化成果与约束条件之间的紧密关联。不错，鸟类与蝙蝠有不同的翅膀，但这些翅膀都实现了同一个目标——利用空气动力学飞行——而它们的差异则是来自于各自所受的物理限制(身体结构)。

演化历史的巧合(甚至是宇宙尺度上的巧合)也会对动物外形产生影响。我们有四肢，是因为4亿年前上岸的祖先有四个鱼鳍，假如历史有所不同，今天的我们或许就有6条甚至8条肢体。地球与其它星球上的生物外形肯定会有所差别，但与此同时，我们所受的环境约束为演化留出非常少的自由发挥空间，所以这种差异不会大到无法想象的地步。

Q：著名的演化理论家史蒂芬·古尔德曾经提出“生命倒带重放”的观点，他认为假如给生命一个重新演化的机会，结果将会有所不同，比如有可能“智人”这一物种就不再存在了。而你的上述说法似乎表明，即使我们无法得到某个确定的结果，但可以肯定某种形式的“创新”会一次次的重复出现？

完全正确，古尔德和剑桥大学的莫里斯曾有过争论：生命倒带重放的结果是完全不同，还是完全一致？但很显然，正确的答案应当是：结果将会有所不同，但基本一致。那些保持一致的东西就是受到物理法则或是演化规律限制的东西。

演化过程受到数学规则的约束。我在书中探讨了社会性的演化，社会性源于演化规律的特性，它与物理法则的关系不大。这类事物是演化后果，但同时也作为其它过程的约束条件。无论你为生命倒带多少次，约束条件一直都在。

Q：是什么约束或是压力促使地球生物中社会性的演化，以及我们如何期望这种演化也会发生在其它地方？

生物之间的交流合作在地球上非常普遍，这些行为粗看起来或许有些奇特，为什么两个独立的有机体会合作呢？但在仔细思考后，我们就能明白，生物之所以相互合作，是因为它们能从这种行为中获得益处。

这种获益规则能够套用在任何星球的生物上，其它星球的生物完全可能因为互惠的原因而相互合作。但我们也知道，地球上的大多数社会关系都是基于血缘的相关。我们喂养孩子，帮助父母，与兄弟姐妹交往，所有这些都写在了进化论的基础之中。我们的性格和行为经由基因一代代传递，而假如基因使我们乐于与亲属合作，我们就能从中获益，而与此相关的基因也越有可能传递给下一代。

但其中的问题在于，我们不清楚外星生物是否也有某种类似基因的东西，或许基于基因的社会性并不像其它生物约束那么普遍。假如外星生物间的(亲缘)关系是完全不同的，那么他们间的社会行为也将会是完全不同的。

Q：你此前的大多数工作都集中在动物交流方面，研究对象是狼、海豚这类动物，这些工作对你的想法有哪些帮助？我们是否可以从地球动物出发，总结出某种特定的规律，并将此应用于外星生物(不论它们智能与否)呢？

有时，不同动物间的相似之处非常明显。当我结束海豚的研究项目，转而研究狼群交流的时候，这种熟悉感就时常伴随着我。

使用一种数学上称为“时频谱”变换把这两种动物的声音可视化，你就会注意到，除去尺度不同(海豚的叫声频率更高，波长更短)，它们几乎是一致的。当我把一段海豚的叫声减慢，它听起来就像是狼的叫声！这是两种完全不同的声音，但它们却有类似的底层结构，为什么？

嗯，答案并不难找。狼与海豚的叫声都是为了在一个不确定的环境中进行长距离的信息传达，而使用不同的音调是保持信息完整性的有效方法。同样的事情会发生在其它星球上吗？我觉得非常有可能。

Q：那么语言呢？智慧外星生物也会需要这种能力吗？

假设你所说的这种智慧生物有能力建造一架宇宙飞船或是射电望远镜——某种极其复杂的工程。为了完成这种项目，他们就需要有与其他个体交流合作的能力。他们将会需要一种交流系统，以此来传达足够多的概念性内容，并且这个系统的灵活性必须足够高，甚至它几乎需要有无穷的灵活性，嗯，以上就是对于语言的定义。

人类语言足够复杂，但也没有达到过于复杂的地步。在人类或是动物的交流中，我们可以看到处于复杂与简单之间的平衡。在搜寻地外文明计划(SETI)中，最有希望的项目是对地外信号中语言线索的统计分析，因为似乎很可能有一些类似这样的限制因素(比如对概念的传达、复杂与简易的平衡)在宇宙各处的智能交流中发挥作用。

Q：你在书里写道：“哲学始于惊奇，艺术源于社交，文学来自闲谈。所有这些几乎都无可避免的从我们，或是从与我们有类似技能的外星生物那里产生。”这听起来似乎假定了外星生物与人类非常相似。

或许大部分宜居星球都处于维持简单生命体的状态。我们假设在某个星球上居住有我们能够称之为智慧生物的东西，没有生物单纯会因为智慧是个“很酷”的特性而演化出智慧的，它们的祖先必定从这种智慧中获得了某种益处。如果这种生物达到了能够制造射电望远镜的阶段，那么显然他们就已经通过了从好奇心中获益、从交流中获益的阶段。

Q：可是似乎很难想象哲学或是艺术能给智慧生物带来哪些生存优势。认知语言学家史蒂芬·平克曾有个出名的论断，他认为音乐源于一次意外，音乐自身并没有任何生存优势。那么，我们是否有可能发现这么一种外星生物，他们拥有高科技的东西——像是火箭和望远镜——但却没有发展出哲学、艺术或是文学？

有可能，但可能性不大。那些我们视为理所应当的特点——比如好奇、交流、语言——它们不是以建造射电望远镜为目的而演化出来的。这些特征的演化是为了支持我们的社会性，早在利用它们撰写科学论文之前，我们的祖先曾围着篝火唱歌跳舞，讲述故事传说。

思考一种抛弃了——甚至完全没有发展出——哲学与艺术的文明是种诱人的体验。但要知道，这种智慧生物也是从无科技的物种演化而来的，而假如它们最终达成了我们如今所拥有的科技水平，那它们必然也经历了人类经历的所有阶段：比如族群之间的互动，信息与观点的交流等等。科技未发展的外星文明也会唱歌、跳舞、讲述故事，因为这些行为都导向相同的目的。

Q：许多科学家对基于趋同演化的论证保持怀疑态度，尤其是考虑到智能这种特性时。我们看到，人类、海豚和章鱼各自具有某种程度的智能，但回溯历史，这三类物种在数亿年前都有一个共同的祖先。你如何回应这种看法？

我们考虑一下人类和章鱼，两者的共同祖先生活在大约8亿年前，这个祖先长相类似一个小史莱姆，而这个史莱姆的后代几乎包含如今地球上的所有的动物。然而，为什么这所有生物当中，拥有智慧的却寥寥无几呢？

答案在于，人和章鱼的智慧是各自独立演化出来的，智慧并非遗传自祖先。共同的祖先演化出鸟类和蝙蝠，但这个祖先的后代不全是能够飞行的，它们中的许多都没有翅膀，翅膀源于后代独立的演化。只因我们有共同祖先，就把我们所拥有的特性归于这个祖先，这是不对的。

Q：如你所见，搜寻地外文明计划如今已逐渐被认可为天文学的一个分支，并且我们也在尝试利用机器控制的宇宙飞船探索太阳系，从火星上，甚至从像土卫二这种卫星上探寻生命的痕迹。那么，你所从事的研究能够为这些搜寻地外生命的活动——无论是简单生命还是智慧生命——提供哪些启发呢？

到现在为止，我的研究还未派上用场，因为我们还处在寻找外星生命活动场所的路上。而一旦我们找到了这类环境，我们就要开始思考它们的演化轨迹了。

举个例子，你或许还记得在金星上发现磷化氢的新闻，让我们假设这个发现是真实的，并且它的确是生命的痕迹。那么我们的后续疑问就是：这种生命是如何演化的？假设我们在金星大气的适宜温区找到了这种漂浮状态的微生物，那么它们是如何到达这个区域的？它们是如何演化出生命的复杂性的？我们或许很快就能发展出远程探测其它星球生命迹象的技术，可是，仅仅探测到生命迹象并不能回答有关它们生存环境的任何疑问，无法得知它们如何发展至此，以及如何与星球上的其它生物和非生物环境互动。更重要的是，探测本身无法告诉我们这些生物的演化过程。这是地外生物学家需要开始思考的东西。

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