“外星人”为啥长得都跟人差不多？| 今日有书

从《异形》系列横空出世至今，科幻作家和好莱坞美工俨然已经创立了“外星生物学”，他们竭尽所能设想外星生命是什么样子，但看来看去，我们发现他们设想的外星生物其实总让我们觉得似曾相识，好像就在地球哪旮沓有这东西。《异形》系列里的外星生命类似于恐龙类爬行动物；《降临》《星际觉醒》里的类似于章鱼式的头足纲动物；《异星战场》里的类似于蛛形的节肢动物；更多的则以《E.T》为蓝本，是跟人类类似的灵长目动物………

（图片来源：veer）

为什么会这个样子，难道是那些科幻小说家的想象力太贫乏了？

我们先不去谴责科幻小说家的想象力，而是看看下面几条最基本的科学事实，我们就明白，如果科幻小说家不想放飞自我，把作品写成神魔小说，他就必须遵守一些限制，于是“外星生命”其实也奇怪不到哪去。

再花哨的外星人

也逃不出门捷列夫的手心

外星生物和地球上的生物一样，也要受到我们这个宇宙中自然规律的制约。

当然，按照一些科学家的想法，我们的宇宙不是唯一的，其他的宇宙有别的元素、粒子和物质，不同的物理和化学定律，它们就不可能形成我们宇宙中的生命。

（图片来源：veer）

所谓六合之外，存而不论，就单说我们的宇宙吧，无论它有多大，起作用的物理和化学定律在这个宇宙的各个地方都是一样的，外星生命也因此必须受以下两个规律的制约：

（1）我们宇宙中的所有的常规物质（暗物质以外的物质），包括生命物质，都是基本粒子（电子、质子和中子）按照同样的物理原则形成元素周期表中的近100种化学元素组成的。无论我们探测的星系多么遥远，光谱所显示的化学元素都跳不出元素周期表的范围。所以外星生命和地球上的生命一样，也必须由元素周期表中的元素组成，像电影《黑豹》里从天外坠落的“振金”这种法力无边的元素是不可能存在的。

（2）这些元素也按照同样的物理和化学定律形成原子和分子并且进行化学反应。无论我们探测多么遥远的星云，里面的化学物质都可以用同样的化学规律进行解释，并且在地球上实验室中的模拟条件下被生产出来。无论在我们这个宇宙的哪个“角落”，只要化学反应的条件相同，反应形成的产物也是一样的。

外星人很可能也是“水做的”骨肉

为什么呢？首先是因为在我们的宇宙中，水几乎无处不在，水在宇宙中简直太多了！恒星中的热核反应会形成大量的氧，使氧成为氢和氦以外最丰富的物质。所以氢和氧的结合自然会形成大量的水，而且几乎无处不在。

水的特性也使它特别适合作为生命中化学反应的介质。水分子是极性分子，可以溶解宇宙中自然形成的很多化合物，可以活跃地参与各种化学反应。水分子虽小，沸点却很高，要100摄氏度才会变成气体，而甲烷在-161度以上就气化了，这么容易变成气体的物质，很难作为生物的体液，你想想人类如果体液的成分主要是甲烷，那我们都没办法在地球上生存。

水还有另一个神奇的特性，就是在4摄氏度时密度最高，低于4摄氏度时密度反而降低。水的这个特性使得海洋和湖泊在结冰时，冰浮在水面，液态水反而在冰层下。这就可以保护冰层以下的生物不会被冻在冰里。如果水的密度随温度降低而降低，海洋湖泊就会从底部冻起，最后使整个水体冻透，里面的生物也难以生存了。我们之所以对木卫二、土卫二这些卫星抱有巨大希望，不就是因为它们的冰壳下面有深海吗。

从这些事实出发，可以认为外星生命应该也以水为介质。科学家在提出“宜居带”的概念时，也是以液态水的存在为标准。

目前关于土卫六的生命探测是最火热的话题之一，科学家也的确设想和制造了丙烯腈、氰化氢等物质，有可能构成生命大分子。这就使到处流淌着甲烷的土卫六或许能够成为另一种生命形态的摇篮。但是土卫六上极低的温度使得化学反应不可能快速进行，难以支撑活跃的生命活动。即使这样的生命真能形成，其新陈代谢也会是极其缓慢的，很可能停留在单细胞生物的阶段。

硅基生物？

别开玩笑了，吐口水都会杀死它们

外星生命很可能也是以碳为基础的。

生命需要的复杂大分子以储存遗传信息和催化多种化学反应。而复杂分子需要稳定的“骨架”，问题是什么元素才能形成这样的骨架。周期表内目前有118种化学元素，只有硼、碳、硅三种元素，能形成长链。

硼原子可以彼此相连或者通过氢原子相连，形成笼状的骨架，上面再连上氢原子，形成硼烷，但是这样的分子构造简单且封闭，数量也有限，不大可能成为组成生命的分子，也不见于地球上的生物体中。于是剩下可以考虑的就只有碳和硅。

（图片来源：图书插图）

硅能彼此相连形成长链，链上再连上氢原子形成硅烷，还能结合其他元素形成功能基团，所以有人推测有些外星上的生命可能是以硅为基础的。但是硅—氢化合物在水中容易水解，所以这样的生命不能用水为化学反应的介质。再考虑到水在宇宙中几乎无处不在的情形，以硅为基础的生命出现的可能性不大。否则在宇宙中穿梭，碰上点湿气就要化成片汤，那也太脆弱了。

碳原子最适合作为生物大分子的骨架。地球上的生命分子就是最好的例子。碳也是宇宙中含量第4高的元素。在星际尘埃中发现的各种化合物，大部分是含碳或者以碳为骨架的分子。例如糖类、氨基酸、脂肪酸、嘌呤和嘧啶。在其他星球上原始生命形成时，这些化合物，由于含量丰富，自然也容易被当作生命分子中的首选。

（图片来源：图书插图）

由于这些原因，外星生命有极大可能也是以碳为基础的。当然以碳为基础的生命不一定要采用现在地球上生命的模式。比如遗传物质就不一定是DNA或RNA，执行催化功能的分子（酶）也不一定是蛋白质。但是具有类似功能的生物大分子很可能也是以碳为骨架的。

能量体生命？你是在谈科学，还是神学

生物体内部的物质组成和外部无生命的环境的物质组成有极大的不同。要形成生命，最基本的条件就是要把生物体的内容物与外界环境分开。换句话说，最初的外星生命也应当是以细胞的形式出现的。

所谓细胞，其实就是用一层“皮”，把生命体和外界隔开。

在地球上，这是通过细胞膜来实现的。如果外星生命也是在水环境中形成的，类似的细胞膜也是需要的。

例如2001年，美国航空航天局（NASA）和加州大学桑塔·克鲁兹分校（UC Santa Cruz）的科学家合作，模拟太空中的状况，按照星际冰中物质的比例，混合了水、甲醇、氨、一氧化碳，在类似星际空间的温度下用紫外线照射这个混合物，生成了一些油状物，将其再放到水中时，它们就会形成囊泡，直径10~50 微米，正好是真核细胞的大小。这个结果说明，在太空中形成的有机物可以自发在水中形成囊泡结构，这就使得原始细胞的形成成为可能。

出于同样的原理，外星生物要变得更大，也应该走地球上多细胞生物的道路，而不是单个细胞自身变大。也就是说，大型的外星生物的身体也应该是由细胞组成的。多细胞意味着生物体有内环境。位于身体内部的细胞也必须有某种方式获得所需物质的供应，某种形式的输送系统是必要的。

也许有人会说，外星人不一定是有身体的啊，可能只是以能量的形式存在，或者是更高维度的存在……没有形体的生命，或者说没有物质性的精神，如果你说外星生命是这样婶的……我觉得这已经进入哲学，甚至是神学的范畴，而不是生物学和科学的讨论范围。

外星生命很可能也会利用光能

生命活动是靠能量来驱动的。虽然各种星球上有各种能量形式，例如放射性同位素的衰变、磁场、物体移动的动能、热能，但这些能量形式都难以被生物所利用。能够被生物利用的，只有化学能和恒星的辐射能（包括光能）。

（图片来源：veer）

地球上最初的生物可能是通过海底热泉的氧化还原反应释放的化学能生存，但是海底热泉毕竟有限，还原物和氧化物的供应也有限，也不是随处都有。生物最稳定可靠，随处可得的能源，还是来自恒星的电磁辐射，而且能够接收这些辐射的能量的分子可以多种多样。在最初的生命形态出现后，能够进行光合作用的生物早晚会出现。地球上能够进行光合作用的蓝细菌是地球上最古老的生物之一，估计能够进行光合作用的外星生物也会在生命诞生后不久就出现。而且由于它们有稳定的能源供应，比用氧化还原反应获得能量的生物更有优越性，因而容易发展起来。

由于不同的恒星发出的电磁辐射光谱不同，用来吸收这些电磁波的色素分子构造也会不一样，因此进行光合作用的外星生物不一定是绿色的。假如那个星系的恒星主要发蓝光，那么外星植物很可能是红色或黄色。

猎人与猎物模式很可能也会存在

有了外星植物，那外星动物的产生也是大概率的。

由于适于进行光合作用的光辐射能量密度很低，通过光合作用积累有机物质的速度是很慢的。地球上的植物经过亿万年的演化，光合作用的效率已经达到极限，但也需要长时间的光照才能合成有限的有机物，例如每株小麦就需要几个月的光照，才能合成那十几粒麦粒。而异养的生物只是把别的生物现成的有机物拿来，这样积累有机物的速度就会快得多，也能够进行需要消耗大量能量的生命活动，包括神经活动。

异养是比自养更有效的生活方式。地球上生物的物种中，绝大部分是异养生物。如果在外星上光合作用能够大规模地进行，形成大量的有机物，就会给那些“拿现成”的外星生物提供了机会。在这种条件下，外星的异养生物（相当于地球上的动物）多半会出现，外星的智慧生物也会从这些异养生物中产生。

也可能遵循适者生存的演化

也许有人会说，会不会有一颗星球，非常幸运，只生长着植物，没有吃它们的动物呢。

如果外星生命的遗传物质不是一成不变，而是像地球上的DNA那样也会由于各种原因而逐渐改变的话，外星生命很可能也要遵循达尔文提出的演化规律，即遗传物质变化的后果会通过自然环境进行选择，能够适应环境条件变化的才能生存下来，不能适应的就被淘汰。

（图片来源：veer）

试想想，即便地球上没有动物，还是有那种靠寄生来生存的异养植物啊。外星生物演化的快慢取决于各个星球具体的条件。如果资源不是很丰富，环境的变化又极其缓慢，也许外星生物会长期停滞在比较低级的阶段上。特别是围绕红矮星旋转的行星，在这样的系统中生物演化的“动力”要比在地球上小得多，估计那里的生物演化也相对缓慢。地球从诞生之日起，经历了多少“惊心动魄”的事件，多次造成物种大规模的绝灭，同时也使地球上的生物不断演化，最后产生了人这样的智慧生物。

自然选择也包括生物之间对资源的竞争，因为生物也是自然的一部分。在地球上，捕食与避免被捕食是促使生物演化的强大动力，如果有异养的外星生物出现，外星生物也会有捕食者和被捕食者之间持续不断的斗争，促使双方都不断完善自己。斗争的行为也会最终进入遗传物质而被固定下来，以便每一代都能够以同样的行为行事。所以如果有外星“人”造访地球，他们对人类不一定是友好的。就像刘慈欣所说的“黑暗森林法则”那样。

也可能分雌雄两性

如果外星生物的遗传物质像地球上的DNA一样，也是不断变化的，那么他们也会遇到遗传物质是否能够共享的问题。在地球上，从病毒、细菌到人类，都通过各种方式共享同种或类似生物个体之间的遗传物质，以使遗传物质多样化，更好地适应环境的变化。有性生殖就是融合两个生物体的遗传物质，立即共享双方的遗传资源，是地球上多数生物，特别是高级生物的繁殖方式。但是有性生殖是以减数分裂为前提的，如果外星生命能够发展出自己的减数分裂机制，估计外星生物也会逐渐分化出雌雄两性。

有性生殖需要雌雄两性的配合，受精卵也通过不断的一分为二的方式发展出新的生物体。外星生命是否可能是三性的呢？三性不仅使得寻偶、求偶、交配更为复杂，而且还会由于个体的密度过低时找不齐三方而无法生殖。由于三方都有否决权，成功的概率会大大降低。而且三性也需要受精卵分为三份的机制，这也是非常复杂和困难的。出于这些原因，估计外星生物即使实行有性生殖，性别也不会超过雌雄两性。

智慧必然出现

因为生存竞争和演化的存在、因为遗传物质的交换和变异的存在，外星生物就一定会进化出“智慧”。在前面谈到生命的偶然和必然时说过，我们这个宇宙其实就好比一个巨大无比的试验场，有可能存在生命的星球有4000 万亿亿颗，如此庞大的基数，加上137亿年这样漫长的时间，智慧生物的出现是必然的。

由于宇宙的年龄是137亿年，而地球的历史只有45.4亿年，会有一些行星形成的时间比地球早得多，上面的生命也更早开始发展，其中一些星球上生物演化的阶段也就可能大大超越地球上生物的演化阶段，也就是有可能演化出远比人类先进的智慧生物，他们的科学技术水平也可能是目前地球上的人类难以想象的。

在地球上，智力是以神经系统为基础的。动物最伟大的贡献就是发展出了神经细胞和神经系统。这不仅大大提高了信息传输的效率，也从神经活动中产生了感觉，再在感觉的基础上发展出了自我意识、情绪、智力，人类的智力就是这个发展过程的最高成就。

但是我们不知道外星生物是否也会发展出用同样机制工作的神经系统。如果他们有不同的信息传输系统，即不使用神经冲动的方式，也许他们也不会产生地球上动物，特别是人类这样的动物的感觉和意识，他们处理信息的方式可能也和地球上动物的方式不同。

让我们想想计算机，计算机处理信息的原理是基于晶体管的，是没有意识的。而人对信息的处理是基于神经网络的，是有感觉和有意识的。但是通过界面，计算机和人类能够进行沟通。如果外星生命有和人类不同的处理信息的方式，他们的智力和我们的智力就会有本质的差别，但是也有可能彼此沟通。

为什么科幻里的外星人也没多奇怪？

不是小说家们不努力，实在是物理规律太强大。我们这个宇宙虽大，但我们在小小地球之上，依然可以用牛顿、爱因斯坦等人发现的定律，计算和预言星球、星系的构成、运动和生死。所以如果有朝一日我们发现了外星人，很可能会发现，用的教材内容可能都差不多呢。

本期我们送这本书

亲爱的粉丝们，你最喜欢哪个艺术作品里（包括影视、小说等）的外星人形象？欢迎在留言区留言分享。

截止到9月4日中午12点，留言点赞前两名的幸运读者们，大院er将为你送上这本书：《生命通史》。

《生命通史》从分子层面描述了生物体各种结构和功能的演化史，从“内部”揭示了生物演化的脉络。地球上如此复杂多样、缤纷绚丽的生物界在分子层面却具有的惊人的一致性。功力深厚的分子生物学家，集毕生研究所得，历时三年创作完成此科普巨作。从微观看四十亿年演化史，看穿众生万物的生命密码，解读基因写就的生命史诗。

版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！

注意啦！微信又更新啦！用户可以设置常读订阅号，这些订阅号将以大卡片的形式展示，为了不错过大院每天的精彩文章，请按下列操作“星标”我们吧：

进入“科学大院”公众号——点击右上角的…菜单——选择“设为星标”

文章首发于科学大院，转载请联系[e-mail]

---

大院热门文章top榜

点击文章标题，可直接阅读哦~

科学大院是中科院官方科普微平台，由中科院科学传播局主办、中国科普博览团队运营，致力于最新科研成果的深度解读、社会热点事件的科学发声。

转载授权、合作、投稿事宜请联系[e-mail]

我知道你在看我