這是“生命三部曲”系列的最後一篇，讓我們仰望星空，展望未來。

文 | 袁越

銀河系裏到底有沒有外星人？這當然是一個沒有正確答案的問題，但這並不妨礙我們試着從最基本的科學事實出發，推算一下這件事的可能性。

01

首先定義一下什麼是生命。一般認爲，生命最本質的特徵就是它會主動地從外部吸收能量，維持自己的熵值，並把這個本事傳遞下去。

截止到目前爲止，符合這個標準的東西只在地球上被發現過。從科研的角度來看，這說明該項研究只獲得了一個數據點（Datum），連這個英文單詞的複數形式（Data）都沒法用！

地球是目前已知的唯一有生命的星球

因此，常規的科研方法無效，只能通過研究地球這一個數據點，總結出生命的一些普遍規律，然後再倒推回去。

首先，目前公認地球生命大約出現在40億年前。雖然這個數值有好幾億年的誤差，但考慮到地球本身只有45億年的歷史，這說明在地球這樣的環境裏，生命的出現是一箇中等概率事件，可能性不低。其次，地球生命出現之後，有大約20億年的時間都處在原核生物時期，細胞結構簡單，多細胞生物更是不可能出現。之前那篇文章給出了這件事的真正原因，那就是原核細胞必須進化出線粒體才能變爲真核細胞，而線粒體的誕生是一個古細菌和一個細菌共生的結果，這樣的事情在20億年的時間裏只發生過一次，說明真核生物的出現是個極小概率事件。第三，真核細胞誕生後，生命形態仍然沒有發生根本的改變，就這樣又過了10多億年，到了距今大約5.5億年前，發生了著名的寒武紀大爆發，生物物種突然大幅增加，今天地球上的絕大部分物種都是從那個時候纔開始第一次出現在地球上的。可惜的是，寒武紀大爆發的原因至今仍然不甚明確，有待研究。

寒武紀大爆發示意圖

下一個大事件是發生在6500萬年前的小行星撞擊地球事件，直接把當時地球上最具統治力的恐龍滅絕掉了，哺乳動物這才終於有了出頭之日。接下來的一個大事件出現在大約700萬年前，人類祖先和靈長類動物分道揚鑣，並一路進化至大約20萬年前，這才首次出現了可以被稱之爲“高等智慧生物”的現代智人，這說明現代智人的出現同樣是一個極小概率事件。

恐龍滅絕示意圖

現代智人只用了20萬年的時間就從石器時代進化到了太空時代，甚至登上了月球，這說明只要進化出了智人，移民外星球就將會是一個大概率事件。但爲什麼我們至今仍然沒有收到外星人發出的信號呢？這就要從地球說起了。

02

讓我們花點時間討論一下地球生命的誕生。

首先，讓我們來看看有機物的形成。

上一篇文章提到過的米勒-尤里實驗證明有機化合物的出現是一個大概率事件，從無機物可以很容易地合成出有機物，不需要任何神祕力量的參與。

有機化合物和無機化合物之間最本質的區別就是前者雖然基礎構架簡單，但種類卻異常豐富，具有極強的延展性，只有這樣才能讓生命任意構建自己的世界，滿足生命過程的各種需求，所以生命都應該是由有機物組成的。

要想滿足有機化合物的這個特徵，需要有個善於連接其他原子的核心原子。碳原子能夠形成4個化學鍵，是自然界最喜歡“交朋友”的原子，非常符合要求。硅原子雖然也可以形成4個化學鍵，但卻無法像碳那樣形成二價鍵甚至三價鍵，這個特性使得碳原子可以兩兩結合，形成一條以碳原子爲骨架的結構穩定的長鏈。這條鏈甚至可以首尾相連形成閉環，這就進一步增加了碳基分子的多樣性，硅基分子則沒有這個能力。

幾種常見的有機化合物分子式

碳原子還有一個優點，那就是碳和其他原子相結合所需要的能量比硅原子要小得多，僅僅依靠閃電所提供的能量就足以形成化學鍵了，這一點在缺乏催化劑的地球“原始湯”中是一個很關鍵的優勢。

因爲以上原因，宇宙中的生命應該都是“碳基”的，硅基生命很難存在。正因爲如此，地球這才選擇了僅佔地殼總質量0.05%的碳原子作爲組建生命的原材料，而不是含量至少比碳多100倍的硅。其次，讓我們來看看生命所需的另一個關鍵物質——水。

生命爲什麼需要水呢？這個問題有兩個答案：第一，液態水是個萬能溶劑，大部分有機或者無機分子都可以溶於水中，這就相當於爲不同分子提供了一個見面和碰撞的機會，這是形成新物質的前提條件。

第二，水的冰點很低，沸點又很高，因此水分子能夠在很大的溫度範圍內（0-100°C）保持液態，這一點是宇宙間絕大部分常見物質都無法做到的。事實上，按照地球現在的溫度，只有水能夠長期保持液體狀態，如果換成別的分子，要麼全部凍成了固體，要麼全部化成了蒸汽，生命是無法出現的。

除了碳和水之外，地球生命的形成還需要活躍的地質活動，比如火山或者板塊移動。地球是少數具備這個特點的行星，箇中原因請看下文。

03

接下來，讓我們從宇宙的起源開始，探討一下地球生命誕生所需的基本條件究竟如何才能被滿足。

首先，宇宙誕生於138億年前發生的大爆炸（Big Bang）。大爆炸之後很長一段時間裏，宇宙中只有氫和氦這兩種最簡單的元素，所以生命是不可能誕生的，缺乏必需的原材料。之後，由於引力的作用，氫和氦原子開始聚集，密度逐漸增加，內部溫度也開始上升，終於形成了第一批恆星。恆星內部的溫度和壓力都非常大，引發了核聚變，質子和中子開始相互結合，形成了比氦更大的原子，也就是鋰鈹硼碳氮氧氟氖等等等等，天文學家們習慣性地將這些大於氦原子的元素統稱爲“金屬”。

大爆炸想象圖

恆星是有壽命的。隨着恆星生命的結束，其內部的“金屬”通過各種方式散佈到宇宙中成爲宇宙塵埃，被下一個星系俘獲。這個過程一再重複，“金屬”的種類不斷增加，又出現了鈉鎂鋁鵬鵬硫氯氬鉀鈣等等等等原子量更大的元素，其含量也逐漸增加，宇宙開始變得複雜起來，爲生命的出現做好了物質準備。

以上說的是宇宙的基本演化模式，接下來再說說銀河系。

銀河系示意圖

銀河系誕生於130億年前，那時的宇宙還很年輕，銀河系裏只有氫和氦，不可能有生命。太陽是45億年前誕生的，也就是說太陽是在大爆炸發生後的93億年之後纔出現的。但即使如此，太陽系裏仍然含有高達71%的氫和27%的氦，其餘的“金屬”只佔2%，這說明“金屬”的產生和富集是一個相當緩慢的過程。地球就是由這2%的“金屬”物質組成的，所以地球纔會是個固體。比太陽年輕的恆星系裏的“重金屬”太少了，少到無法形成固體星球，所以即使銀河系裏有生命，地球生命也應該是較早出現的那一個。換句話說，即使銀河系裏有外星人，他們的發展階段也應該和我們差不太多。

現在的銀河系是一個飛碟狀的圓盤，包含大約1000億顆恆星，直徑約10萬光年。太陽距離銀河系中心2.7萬光年，屬於中間偏遠一點點的位置。研究表明，距離銀河系中心越近，星系的密度就越高，“金屬”的含量也越高，類地球行星出現的可能性也就越大。但因爲中心區包含的老恆星要多一些，所以那裏有更多的超新星，宇宙射線強度特別大，對生命極不友好。

另外，銀河系中心區平均每隔100萬年-1億年就會來一次伽馬射線大爆發，每次爆發都會把周圍一大片區域裏的所有生命全部殺死，所以即使中心區的行星出現了生命，也沒有足夠的時間進化成高等生物。

與此相反，距離銀河系中心越遠，星系的密度就越小，“金屬”的含量就越低，也就越不可能形成像地球這樣的固體行星，而是隻會形成像木星那樣的氣態行星，誕生生命的可能性就非常低了。

因此，澳大利亞科學家查爾斯·林尼惠弗（Charles Lineweaver）等人提出了“銀河系適宜居住帶”這個概念。根據他們的計算，這條“生命帶”距離銀河系中心大約2.3萬-3萬光年，大致相當於銀河系半徑的7%，其中含有的恆星只佔銀河系恆星總數的不到5%。

澳大利亞科學家查爾斯·林尼惠弗

太陽位於這條生命帶的中心，屬於這50億顆有可能誕生生命的恆星之一，但這並不等於說這50億顆恆星的行星都有可能誕生生命，還有很多附加因素必須考慮在內。

04

最後再來說說地球。

因爲某個尚未知曉的原因，太陽系的幾大行星全都在近似圓形的軌道上運動，和太陽之間的距離相對穩定，這在恆星系當中是很不常見的。大部分恆星系內的行星軌道都是橢圓形的，或者是雜亂無章的，這就導致每顆行星上的氣候隨時在變，而且變化幅度巨大，生命是不會喜歡那樣的環境的。

太陽系示意圖

除此之外，地球更是一顆極其幸運的行星。首先是地球和太陽的距離正合適，太近了會太熱，太遠了會太冷，都沒法誕生生命。其次，地球有一顆相對體積非常大的衛星，這就是月球。如果沒有月球引力的穩定作用，地球的自轉軸會發生大幅度變化，導致地球氣候劇變。要知道，目前地球的自轉軸變化幅度很小，但也足以導致地球階段性地出現冰期了，生命肯定不會喜歡生活在一個冰凍星球上。第三，地球內部含有大量含鐵的液態岩漿，再加上地球的自轉速度極快，這就產生了一個很強的磁場，如果沒有磁場，宇宙射線就會直接照到地表，我們誰都活不成。第四，地球的地殼很薄，板塊運動極爲活躍，導致地心內部的營養物質和金屬不斷地翻上來。如果沒有這個循環，生命很可能不會出現。即使僥倖出現了生命，也很快就會把地表的營養耗光，而且我們也不會擁有金屬工具。另外，板塊運動導致的火山噴發是碳循環的重要一環，如果沒有火山，碳循環就無法進行，地球溫度很快就會失控，我們也就活不成了。以上這4個條件都是誕生高等生命必不可少的，缺一不可。這些條件之所以在地球上正好全都具備，主要的功臣就是月球。在太陽系形成初期，地球和一個火星那麼大的行星相撞，這就是地球自轉速度爲什麼那麼快的原因。那次相撞導致重金屬留在了地球上，最終變成炙熱的岩漿。輕一點的物質則被拋了出去，形成了月球，這就是月球的體積爲什麼那麼大，以及地球的地殼爲什麼那麼薄的原因。

月球形成過程的想象圖

這種級別的行星相撞事件發生的概率肯定是非常低的，目前沒有在其他星系中觀察到任何可能的跡象，地球是唯一的“幸運兒”。

由此看來，地球上之所以能產生生命，並堅持到進化出了高等智慧生物，實在是一件極爲幸運的事情。

05

綜上所述，銀河系裏出現高等智慧生物的可能性近乎爲零，我們很可能是銀河系裏唯一的一羣孤獨的智者。銀河系之外有沒有智慧生物呢？那就不好說了，畢竟宇宙幾乎可以說是無限大的，再小的概率乘以無窮大，其結果也是可能大於一的。問題在於，即使宇宙中還有外星人，我們也很難碰得上，因爲宇宙實在是太大了！如果宇宙和地球遵循同一套物理定律的話（我們只能這麼假定，否則就沒法討論了），那麼即使某個星系裏存在外星人，他們也不太可能旅行到太陽系來找我們玩，我們之間的距離已經大到超過現有物理定律所允許的範圍了。總之，在可預見的將來，我們是不太可能找到外星人的。地球人只有團結起來，依靠自己的智慧和創造力去應對未來可能出現的各種危機，讓人類這個物種儘可能長地延續下去。

說到創造力，生命纔是宇宙間最偉大的創造。宇宙創造生命的過程很值得我們學習借鑑，很多學者都這麼做過了。

比如，美國進化生物學家斯圖爾特·考夫曼（Stuart Kauffman）曾經於2002年提出了一個名爲“相鄰可能”（Adjacent Possible）的理論，大意是說，任何複雜生命都不可能從簡單生命直接進化而來，而是隻能一點一點地改變，每一次只能進化到和原來相鄰的某個地方，比如從氨基酸只能先進化到多肽，然後才能進化出蛋白質。

美國進化生物學家斯圖爾特·考夫曼

美國曆史學家史蒂文·約翰遜（Steven Johnson）在《好主意來自何處》（Where Good Ideas Come From）一書中借用了考夫曼的觀點，提出任何創造過程也都遵循這一原則，所有偉大的創造都是由無數個簡單創意一點一點累積而成的，每一個新的事物和想法都和此前已有的舊事物或者舊想法非常相似，每次只能進步那麼一點點，不可能一下子跳躍太多。

美國曆史學家史蒂文·約翰遜

這個規律甚至對宇宙也適用。如今宇宙中的各種元素都是由最初的氫元素融合而來，如今豐富多彩的有機大分子也是由簡單的含碳小分子相互連接而成，我們的世界之所以生機勃勃，原因就是各種不同物質的自由碰撞與組合，甚至生命也是這樣一步一步地試出來的。

“人造生命”（Artificial Life）系統的創始人，美國計算機科學家克里斯托弗·朗頓（Christopher Langton）從生命誕生的過程中得到啓發，提出了“液態網絡”的概念。他認爲創造力旺盛的地方一定處於“混沌的邊緣”，也就是介於嚴格秩序和徹底混亂之間的中間地帶。

美國計算機科學家克里斯托弗·朗頓

如果我們用物質三態來比喻的話，氣體是徹底混沌，新結構隨時出現但又隨時瓦解，固體是嚴格秩序，雖然結構穩定，但幾乎杜絕了新結構出現的可能性，液體介於兩者之間，只有液態網絡纔是“混沌的邊緣”，既能夠讓新鮮事物可以順利出現，又可以讓好的創新穩定下去，並將這個邊緣繼續擴大，以便進一步探索“相鄰可能”。這套理論很好地解釋了人類的創造力爲什麼會在最近這幾百年內出現了爆炸式的增長，相信任何一位研究過一點人類史的朋友對此都深有體會。英國物理學家戴維·多伊奇（David Deutsch）在《無窮的開始》（The Beginning of Infinity）一書中提出，這一爆炸式增長起源於歐洲17世紀開始的啓蒙運動，那場運動打破了教會對新思想的禁錮，同時也爲各種新想法的相互碰撞創造了有利條件，從此新知識的積累便開始了指數增長，人類迎來了智力上的大爆發。

英國物理學家戴維·多伊奇

換句話說，歐洲啓蒙運動創造出了一個全新的液態網絡，此後的發展無需事先設計便可以自發地運轉起來了。

多伊奇是個非常樂觀的人，他相信只要這個液態網絡能夠保持下去，人類的未來將充滿無窮多的可能性，這就是“無窮的開始”這個書名的真正含義。

結 語

馬古利斯之所以能夠提出線粒體的內共生學說，就是因爲她年輕時參與了美國的嬉皮士運動，意識到愛與寬容具有無窮的力量。這一劃時代的運動促使她改變了思路，意識到生命的複雜性不一定全都來自你死我活的生存競爭，反而更有可能來自彼此之間的相互合作，線粒體就是這種相互合作的一個經典案例。

如果你打心眼裏明白了宇宙是如何進化的，生命又是怎麼來的，不同物種彼此之間是怎樣一種關係，你就會認同馬古利斯的理念，相信世界萬物合爲一體，互相支撐，彼此榮耀。

—END—

生命三問（上）：生命是如何進化出來的？

生命三問（中）：爲什麼要有性？

“生命三問”主要參考資料

《Where Good Ideas Come From》- Steven Johnson

《Origin Story》-DavidChristian

《The Vital Questions：Why Is Life The Way It Is?》-Nick Lane

《Life Ascending》-Nick Lane

《The Beginning of Infinity》- David Deutsch

《Scientific American》-2018年第9期

《人類的終極問題》

作者：袁越

出版社：生活.讀書.新知三聯書店

出版時間：2019年9月

昨日，由中國圖書評論協會主辦的2019年度中國好書獎揭曉，《人類的終極問題》獲得人文社科類好書。

推薦理由：在古希臘時代，柏拉圖提出了“我是誰、從哪裏來、到哪裏去”這一哲學的命題。自此，忙碌的人類會時不時地停下腳步，在內心尋找這一問題的答案。在本書中，作者運用腦科學、生命科學、基因和生物學知識，書寫地球的編年史，解密人類的起源和創造力的源泉，藉以回應先哲的追問。作品視角獨特，見解獨到，是一本開闊視野，啓迪心智，兼具科學性與人文性的科普作品。

⊙文章版權歸《三聯生活週刊》所有，，轉載請聯繫後臺。

「 全球化：進或退 」