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

在劍橋大學(xué)動(dòng)物學(xué)系的介紹頁(yè)面，阿里克·克森鮑姆列出了自己的幾個(gè)研究方向：“狼和其它犬類(lèi)”、“海豚和鯨魚(yú)”——以及”外星生物”。雖然科學(xué)家們還未發(fā)現可供研究的外星生物，但克森鮑姆說(shuō)，我們仍可對這些未知生物作出一些合理的論斷。而在這些論斷中，最重要的是這一條：它們也具有演化進(jìn)程。

“動(dòng)物為什么會(huì )做這些事而不是別的事，為什么它們是這個(gè)樣子而不是別的樣子，這些問(wèn)題都要從生物演化談起，”克森鮑姆主張，如同引力，演化也是自然的基本定律之一，對動(dòng)植物的研究也同時(shí)為我們提供了一些關(guān)于地外宜居世界的有用信息?？松U姆的觀(guān)點(diǎn)源于生物學(xué)中的“趨同演化”——在面臨相似的環(huán)境壓力時(shí)，不同世系的生物體會(huì )表現出相似的適應行為。在克森鮑姆的新書(shū)《星系動(dòng)物學(xué)指南》中，他結合不同動(dòng)物的適應方式以及自己的專(zhuān)業(yè)研究，為我們詳細闡述了這個(gè)觀(guān)點(diǎn)。

《量子雜志》最近通過(guò)視頻采訪(fǎng)了克森鮑姆，以下內容有適當的編輯與簡(jiǎn)化。

Q(uanta Magazine)：作為一個(gè)研究地球生物的動(dòng)物學(xué)家，是什么促使你去寫(xiě)一本關(guān)于外星生物的書(shū)呢？

A(rik Kershenbaum)：當動(dòng)物學(xué)家研究地球生命時(shí)，他們是在研究生命的機制及其發(fā)展歷程。在地球上，演化理論廣泛適用于各種不同的生命形式，那么我們就不免作出推想：或許演化理論也適用在宇宙的其它地方。這樣看來(lái)，對外星生命的思考只是我關(guān)于地球動(dòng)物研究的擴展罷了。假如我們發(fā)現了一座無(wú)人荒島，那么，為了探究其中的生命，我們就需要借助從其他區域獲得的生物演化知識，然后逐漸構造出一個(gè)合理的解釋?zhuān)欢偃邕@個(gè)島嶼位于另一星球，我相信這個(gè)探索過(guò)程也是類(lèi)似的：我們需要對這些生物的外形、行為以及演化作出猜測與解釋。

Q：你說(shuō)自然選擇——演化背后的關(guān)鍵機制——是必然的，并且它適用于整個(gè)宇宙。為什么你對這個(gè)觀(guān)點(diǎn)這么自信？

沒(méi)有任何星球會(huì )憑空冒出復雜的生命體，它們必然是從相對簡(jiǎn)單的形式開(kāi)始的?；蛟S它們一直維持在這種簡(jiǎn)單的形式，這是有可能的，或許甚至在大多數宜居星球上都是這種情況。但假如生命最終達到了某種復雜的形式，這些復雜性唯一能夠累加的方式，就是變異、對變異的選擇或拋棄——而這正是經(jīng)由自然選擇的演化過(guò)程。

Q：你在書(shū)中提到的關(guān)鍵理論是“趨同演化”，什么是“趨同演化”，它為什么如此重要？

假如你看到兩種不同動(dòng)物有著(zhù)共同特征——比如羽毛——你或許會(huì )認為它們由一個(gè)共同祖先演化而來(lái)：就像是帶羽毛的恐龍與鳥(niǎo)類(lèi)的關(guān)系一樣。這是普通的演化，就像兒童會(huì )繼承父母的某些特征。

但有時(shí)你會(huì )發(fā)現，某些有相似特征的動(dòng)物似乎不太可能是共同祖先的后代。比如說(shuō)鳥(niǎo)類(lèi)和蝙蝠都有翅膀，但它們的共同祖先是將近3億年前的類(lèi)似蜥蜴的某種生物，它生活的年代要比恐龍早得多。這個(gè)祖先肯定沒(méi)有翅膀，況且這個(gè)祖先的大部分后代，比如大象和鱷魚(yú)(幸好)也沒(méi)翅膀。所以這些翅膀肯定是不同后代獨立演化出來(lái)的特征。

像翅膀這種特征，顯而易見(jiàn)，它是因為實(shí)用性而被選擇的。但有時(shí)候，兩種生物之間的相似之處多到我們難以相信它們是完全不相關(guān)的物種，比如說(shuō)不久前才滅絕的袋狼，看到它的外形，你很容易會(huì )以為它是犬科的某個(gè)特殊品系，但事實(shí)上它與袋鼠的關(guān)系要更近一些。袋狼的生活方式類(lèi)似于土狼，所以它的許多特征也趨向于土狼。

Q：你的意思是，當兩種生物處于類(lèi)似的環(huán)境壓力時(shí)，它們很有可能會(huì )表現出類(lèi)似的適應策略。為什么你認為這個(gè)論斷也適用于宇宙的其它地方呢？

讓我們考慮一下最廣為人知的趨同演化——“飛行”。假如你生活在一個(gè)有大氣層的星球，甚至還有海洋(其中也許不是水而是其它的什么液體)，而當你想從星球中的一處出發(fā)，穿過(guò)這片液態(tài)海洋到達另一處時(shí)，方法就非常有限：要么跳過(guò)去、要么游過(guò)去，要么就——靠翅膀飛過(guò)去。這三種就是穿過(guò)一片液態(tài)介質(zhì)的所有方法了。

在地球上，鳥(niǎo)類(lèi)、蝙蝠、翼龍和昆蟲(chóng)各自獨立演化出了飛行這一技能，而這幾種生物都是依靠翅膀飛行。但顯而易見(jiàn)，地球作為演化的共同場(chǎng)所不是它們有翅膀的原因，有利于飛行才是它們演化出翅膀的原因。所以，我們可以自信地說(shuō)，這些約束條件(比如液體障礙)是演化出某種特性的原因，并且這種約束應該廣泛的適用于整個(gè)宇宙。

Q：那么這種觀(guān)點(diǎn)可以為我們提供多大程度的理解呢？正如你所說(shuō)的，生物體飛行需要借助翅膀，但翅膀也分為許多種類(lèi)，比如蜜蜂、麻雀和蝙蝠之間的翅膀就完全不同。

是的，蝙蝠和蜜蜂的翅膀不同，但這種不同只是細節上的不同，而非原則上的不同。我們可以把這兩種翅膀都概況為由一個(gè)固定結構所支撐的膜，而它們所提供的升力都來(lái)自于氣流對膜的作用。事實(shí)上，這兩種翅膀間最大的差別來(lái)自它們的使用方法。像蝙蝠那樣扇動(dòng)翅膀并不能為小型昆蟲(chóng)提供足夠的升力，它們需要以極高的速率拍打翅膀(嗡嗡嗡)，以至于在前行與后退時(shí)都產(chǎn)生升力，這是蝙蝠和鳥(niǎo)類(lèi)做不到的。

所以，不要被地球物種的多樣性遮蔽了雙眼，事實(shí)上我們可以對自己的預測抱有更多自信。因為我們可以清楚地看出，這些演化成果與約束條件之間的緊密關(guān)聯(lián)。不錯，鳥(niǎo)類(lèi)與蝙蝠有不同的翅膀，但這些翅膀都實(shí)現了同一個(gè)目標——利用空氣動(dòng)力學(xué)飛行——而它們的差異則是來(lái)自于各自所受的物理限制(身體結構)。

演化歷史的巧合(甚至是宇宙尺度上的巧合)也會(huì )對動(dòng)物外形產(chǎn)生影響。我們有四肢，是因為4億年前上岸的祖先有四個(gè)魚(yú)鰭，假如歷史有所不同，今天的我們或許就有6條甚至8條肢體。地球與其它星球上的生物外形肯定會(huì )有所差別，但與此同時(shí)，我們所受的環(huán)境約束為演化留出非常少的自由發(fā)揮空間，所以這種差異不會(huì )大到無(wú)法想象的地步。

Q：著(zhù)名的演化理論家史蒂芬·古爾德曾經(jīng)提出“生命倒帶重放”的觀(guān)點(diǎn)，他認為假如給生命一個(gè)重新演化的機會(huì )，結果將會(huì )有所不同，比如有可能“智人”這一物種就不再存在了。而你的上述說(shuō)法似乎表明，即使我們無(wú)法得到某個(gè)確定的結果，但可以肯定某種形式的“創(chuàng )新”會(huì )一次次的重復出現？

完全正確，古爾德和劍橋大學(xué)的莫里斯曾有過(guò)爭論：生命倒帶重放的結果是完全不同，還是完全一致？但很顯然，正確的答案應當是：結果將會(huì )有所不同，但基本一致。那些保持一致的東西就是受到物理法則或是演化規律限制的東西。

演化過(guò)程受到數學(xué)規則的約束。我在書(shū)中探討了社會(huì )性的演化，社會(huì )性源于演化規律的特性，它與物理法則的關(guān)系不大。這類(lèi)事物是演化后果，但同時(shí)也作為其它過(guò)程的約束條件。無(wú)論你為生命倒帶多少次，約束條件一直都在。

Q：是什么約束或是壓力促使地球生物中社會(huì )性的演化，以及我們如何期望這種演化也會(huì )發(fā)生在其它地方？

生物之間的交流合作在地球上非常普遍，這些行為粗看起來(lái)或許有些奇特，為什么兩個(gè)獨立的有機體會(huì )合作呢？但在仔細思考后，我們就能明白，生物之所以相互合作，是因為它們能從這種行為中獲得益處。

這種獲益規則能夠套用在任何星球的生物上，其它星球的生物完全可能因為互惠的原因而相互合作。但我們也知道，地球上的大多數社會(huì )關(guān)系都是基于血緣的相關(guān)。我們喂養孩子，幫助父母，與兄弟姐妹交往，所有這些都寫(xiě)在了進(jìn)化論的基礎之中。我們的性格和行為經(jīng)由基因一代代傳遞，而假如基因使我們樂(lè )于與親屬合作，我們就能從中獲益，而與此相關(guān)的基因也越有可能傳遞給下一代。

但其中的問(wèn)題在于，我們不清楚外星生物是否也有某種類(lèi)似基因的東西，或許基于基因的社會(huì )性并不像其它生物約束那么普遍。假如外星生物間的(親緣)關(guān)系是完全不同的，那么他們間的社會(huì )行為也將會(huì )是完全不同的。

Q：你此前的大多數工作都集中在動(dòng)物交流方面，研究對象是狼、海豚這類(lèi)動(dòng)物，這些工作對你的想法有哪些幫助？我們是否可以從地球動(dòng)物出發(fā)，總結出某種特定的規律，并將此應用于外星生物(不論它們智能與否)呢？

有時(shí)，不同動(dòng)物間的相似之處非常明顯。當我結束海豚的研究項目，轉而研究狼群交流的時(shí)候，這種熟悉感就時(shí)常伴隨著(zhù)我。

使用一種數學(xué)上稱(chēng)為“時(shí)頻譜”變換把這兩種動(dòng)物的聲音可視化，你就會(huì )注意到，除去尺度不同(海豚的叫聲頻率更高，波長(cháng)更短)，它們幾乎是一致的。當我把一段海豚的叫聲減慢，它聽(tīng)起來(lái)就像是狼的叫聲！這是兩種完全不同的聲音，但它們卻有類(lèi)似的底層結構，為什么？

嗯，答案并不難找。狼與海豚的叫聲都是為了在一個(gè)不確定的環(huán)境中進(jìn)行長(cháng)距離的信息傳達，而使用不同的音調是保持信息完整性的有效方法。同樣的事情會(huì )發(fā)生在其它星球上嗎？我覺(jué)得非常有可能。

Q：那么語(yǔ)言呢？智慧外星生物也會(huì )需要這種能力嗎？

假設你所說(shuō)的這種智慧生物有能力建造一架宇宙飛船或是射電望遠鏡——某種極其復雜的工程。為了完成這種項目，他們就需要有與其他個(gè)體交流合作的能力。他們將會(huì )需要一種交流系統，以此來(lái)傳達足夠多的概念性?xún)热?，并且這個(gè)系統的靈活性必須足夠高，甚至它幾乎需要有無(wú)窮的靈活性，嗯，以上就是對于語(yǔ)言的定義。

人類(lèi)語(yǔ)言足夠復雜，但也沒(méi)有達到過(guò)于復雜的地步。在人類(lèi)或是動(dòng)物的交流中，我們可以看到處于復雜與簡(jiǎn)單之間的平衡。在搜尋地外文明計劃(SETI)中，最有希望的項目是對地外信號中語(yǔ)言線(xiàn)索的統計分析，因為似乎很可能有一些類(lèi)似這樣的限制因素(比如對概念的傳達、復雜與簡(jiǎn)易的平衡)在宇宙各處的智能交流中發(fā)揮作用。

Q：你在書(shū)里寫(xiě)道：“哲學(xué)始于驚奇，藝術(shù)源于社交，文學(xué)來(lái)自閑談。所有這些幾乎都無(wú)可避免的從我們，或是從與我們有類(lèi)似技能的外星生物那里產(chǎn)生?！边@聽(tīng)起來(lái)似乎假定了外星生物與人類(lèi)非常相似。

或許大部分宜居星球都處于維持簡(jiǎn)單生命體的狀態(tài)。我們假設在某個(gè)星球上居住有我們能夠稱(chēng)之為智慧生物的東西，沒(méi)有生物單純會(huì )因為智慧是個(gè)“很酷”的特性而演化出智慧的，它們的祖先必定從這種智慧中獲得了某種益處。如果這種生物達到了能夠制造射電望遠鏡的階段，那么顯然他們就已經(jīng)通過(guò)了從好奇心中獲益、從交流中獲益的階段。

Q：可是似乎很難想象哲學(xué)或是藝術(shù)能給智慧生物帶來(lái)哪些生存優(yōu)勢。認知語(yǔ)言學(xué)家史蒂芬·平克曾有個(gè)出名的論斷，他認為音樂(lè )源于一次意外，音樂(lè )自身并沒(méi)有任何生存優(yōu)勢。那么，我們是否有可能發(fā)現這么一種外星生物，他們擁有高科技的東西——像是火箭和望遠鏡——但卻沒(méi)有發(fā)展出哲學(xué)、藝術(shù)或是文學(xué)？

有可能，但可能性不大。那些我們視為理所應當的特點(diǎn)——比如好奇、交流、語(yǔ)言——它們不是以建造射電望遠鏡為目的而演化出來(lái)的。這些特征的演化是為了支持我們的社會(huì )性，早在利用它們撰寫(xiě)科學(xué)論文之前，我們的祖先曾圍著(zhù)篝火唱歌跳舞，講述故事傳說(shuō)。

思考一種拋棄了——甚至完全沒(méi)有發(fā)展出——哲學(xué)與藝術(shù)的文明是種誘人的體驗。但要知道，這種智慧生物也是從無(wú)科技的物種演化而來(lái)的，而假如它們最終達成了我們如今所擁有的科技水平，那它們必然也經(jīng)歷了人類(lèi)經(jīng)歷的所有階段：比如族群之間的互動(dòng)，信息與觀(guān)點(diǎn)的交流等等?？萍嘉窗l(fā)展的外星文明也會(huì )唱歌、跳舞、講述故事，因為這些行為都導向相同的目的。

Q：許多科學(xué)家對基于趨同演化的論證保持懷疑態(tài)度，尤其是考慮到智能這種特性時(shí)。我們看到，人類(lèi)、海豚和章魚(yú)各自具有某種程度的智能，但回溯歷史，這三類(lèi)物種在數億年前都有一個(gè)共同的祖先。你如何回應這種看法？

我們考慮一下人類(lèi)和章魚(yú)，兩者的共同祖先生活在大約8億年前，這個(gè)祖先長(cháng)相類(lèi)似一個(gè)小史萊姆，而這個(gè)史萊姆的后代幾乎包含如今地球上的所有的動(dòng)物。然而，為什么這所有生物當中，擁有智慧的卻寥寥無(wú)幾呢？

答案在于，人和章魚(yú)的智慧是各自獨立演化出來(lái)的，智慧并非遺傳自祖先。共同的祖先演化出鳥(niǎo)類(lèi)和蝙蝠，但這個(gè)祖先的后代不全是能夠飛行的，它們中的許多都沒(méi)有翅膀，翅膀源于后代獨立的演化。只因我們有共同祖先，就把我們所擁有的特性歸于這個(gè)祖先，這是不對的。

Q：如你所見(jiàn)，搜尋地外文明計劃如今已逐漸被認可為天文學(xué)的一個(gè)分支，并且我們也在嘗試利用機器控制的宇宙飛船探索太陽(yáng)系，從火星上，甚至從像土衛二這種衛星上探尋生命的痕跡。那么，你所從事的研究能夠為這些搜尋地外生命的活動(dòng)——無(wú)論是簡(jiǎn)單生命還是智慧生命——提供哪些啟發(fā)呢？

到現在為止，我的研究還未派上用場(chǎng)，因為我們還處在尋找外星生命活動(dòng)場(chǎng)所的路上。而一旦我們找到了這類(lèi)環(huán)境，我們就要開(kāi)始思考它們的演化軌跡了。

舉個(gè)例子，你或許還記得在金星上發(fā)現磷化氫的新聞，讓我們假設這個(gè)發(fā)現是真實(shí)的，并且它的確是生命的痕跡。那么我們的后續疑問(wèn)就是：這種生命是如何演化的？假設我們在金星大氣的適宜溫區找到了這種漂浮狀態(tài)的微生物，那么它們是如何到達這個(gè)區域的？它們是如何演化出生命的復雜性的？我們或許很快就能發(fā)展出遠程探測其它星球生命跡象的技術(shù)，可是，僅僅探測到生命跡象并不能回答有關(guān)它們生存環(huán)境的任何疑問(wèn)，無(wú)法得知它們如何發(fā)展至此，以及如何與星球上的其它生物和非生物環(huán)境互動(dòng)。更重要的是，探測本身無(wú)法告訴我們這些生物的演化過(guò)程。這是地外生物學(xué)家需要開(kāi)始思考的東西。