王立铭专栏 | 生命的秘密（结束篇）：外星人究竟什么样？
火星车“好奇号”的自拍。图片来自：NASA's Curiosity Mars rover
编者按：
如果真的有一天，宇宙突然揭开了她那神秘的面纱，把百亿年光阴里孕育的壮丽生命全部展现在地球人类面前，我们仍然有理由相信，地球人会怀着对所有生命的敬畏之心，继续有尊严地生存，生活和探索下去。
撰文 | 王立铭（浙江大学生命科学研究院教授）
责编 | 徐可
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本文是“生命的秘密”系列的第七篇，也是最后一篇。首先要谢谢一直追到今天的读者——保持好奇心和持久的兴趣可不是我们这个时代的标签。 在这个热闹的时代里还有很多人关心这种美好但是无用的话题，是对我这个作者最大的鼓励。
这篇作为尾声的文章里会有很多大开的脑洞。我个人的信念是，地球生命和人类智慧的特性，代表了宇宙间生命发生发展的许多基本规律。从地球人到外星人，也许远隔亿万光年，也许形态天渊之别，但是他们之间仍然会有奇妙而神秘的联结。
01
能量获取
先说能量。我们可以有把握地断言，只要我们掌握的物理定律仍然有效，任何生命都必须具备使用能量的能力。根据热力学第二定律，只有这种能力才能避免生命沿着混乱度增大的轨道，滑向不可避免的衰亡。
然而，宇宙间存在的能量形式确实是多种多样的。即便我们相信化学渗透假说，确信地球生命的肇始来自对化学势能的利用，我们也不能简单地把同样逻辑推广到整个宇宙。外星人如果真的存在，他们当然也可以像地球上的植物一样，从恒星的光热中获取能量，生存繁衍。他们当然也可以和至今仍生存在深海热泉附近的生物一样，利用在行星幼年时期就禁锢在其内部的能量。这两种能量在宇宙中分布广泛，确实包含着孕育生命的巨大机会。
而除了这些地球生命熟知的能量来源，还有哪些可以利用的能量来源？宇宙尘埃云里残存的热能？彗星撞击的巨大机械能？恒星和黑洞引力场的能量？微波背景辐射的能量？真空中量子涨落的能量？更重要的是，如果真的有外星生命利用这些能量来源，它们又是如何将这些能量转化和储存在体内的？地球生命的办法是将能量转化为化学势能，再转化为可通用的能量货币ATP分子，并且可以借助工具飞向外太空。外星生命也如此吗？它们是靠什么办法携带和保存能量的呢？当它们试图离开孕育生命的最初环境， 走向更深邃的宇宙空间，会不会正是能量携带和保存的问题，禁锢了它们的脚步，让它们无法与我们相会呢？
太阳是离地球最近的恒星，为我们提供了能量。图片来源：Wikipedia
02
感觉世界
能量的另一个重要意义是让生命产生感觉。通过对人类视觉的讨论，读者们应该知道，感觉系统的工作也需要来自客观世界的能量：视觉依赖于光线的传播和照射，嗅觉和味觉依赖于化学分子的随机扩散，听觉和触觉依赖于机械波的震动。
那么按照这个逻辑，我们能否推论，宇宙间任何能量形式，至少在理论上都可能被某种生命的某种感觉系统所感知？宇宙中大质量天体的相互作用产生了引力波，是不是意味着某些外星生命能够发展出引力波感觉？在原子内部起作用的力量，强相互作用和弱相互作用，是不是也能演化出相应的感觉系统？有没有生物能够感知基本粒子的各种奇妙性质，像是位置、运动和自旋，从而从容游弋在微观世界中？有没有生物巡游在无边无际的大宇宙，利用恒星发射的射电信号判断自己的位置？
不过，如果允许我继续开一开脑洞，我的猜测是如果有一天外星智慧生命驾临地球，它们还是很有可能和我们地球人类一样，是依靠视觉来感知外部世界的。
这倒不是简单的人类沙文主义思想，而是因为光信号（或者说广义的电磁波信号）比起基本物理世界的各种已知信号来说，有着无以伦比的优势。
相比化学信号，光的传播要迅速得多，这使得智慧生命可以采集到更多来自远方的信息、能够更快地感知到外在世界的变化；相比机械能信号，光的传播不需要特定的介质，使得智慧生命可以脱离行星环境的束缚；相比几乎不会和物质世界发生作用的引力波，光信号的采集要容易很多，这使得智慧生命可以采集到物质世界的更多细节。说到这里我不禁有那么一点点人类沙文主义的情怀：极端依赖视觉信息输入的人类能够成为地球上唯一的智慧生物，可能还是有必然性的吧？
当然，驾临地球的外星生命，倒不一定恰好和地球人一样看到同样的色彩。比如来自红巨星星系的外星生命，它们的眼睛可能完全看不到地球上翠绿的植被，因此会径直把飞船停靠在浓烟滚滚的火山口；而来自炎热的中子星附近的智慧生命，估计更有可能看得到X-光光谱，因此可能对医院或者核电站充满好奇。估计到时候，人类怎么与之交流会是件非常有挑战性的事情，而如果天外来客充满恶意，那么地球人类利用主场之利隐藏自己倒是会容易得多。
03
稳定繁衍
我们讲到，生命的自我复制和繁衍是生命存在的基石。一座辉煌的生命大厦，如果不能持续复制和延续自己的生命，终将走向难以避免的衰退和死亡。
如果确实存在外星生命，对于复制和繁衍的意义我仍然深信不疑。
当然，我们没有理由相信外星生命一定会使用DNA或者RNA作为他们的遗传密码本。说到底，DNA也好，RNA也好，无非是利用原始海洋里的丰富的元素储备——碳、氮、氢、氧——比较容易自发出现的化学物质而已。宇宙间可以用来存储信息、帮助生命复制繁衍的材料有千千万万种可能性。
但是话说回来，地球生命选中DNA和RNA还是有深刻内涵的。我们之前讨论过，地球生命的实现者主要是那些有着复杂的三维立体结构、功能复杂的蛋白质。这些微型的生物机器在细胞内终日忙碌，从为细胞准备能量，帮助DNA复制，到生产更多蛋白质都离不开他们。这种选择是有道理的，在我们这个三维的宇宙中，三维立体的结构显然可以承载更复杂更精细的功能。但是这种复杂性对于生命的复制繁衍就是个大麻烦——它太难被忠实记录和复制了！
而相对而言DNA和RNA的复制就要简单得多。首先它们都是长长的分子链条，关于蛋白质制造的信息——以区区核苷酸的排列组合的形式——严格记录在上面的。另外，用来编写DNA和RNA密码本的字母一共也只有区区四种——对于DNA来说就是ATGC四种核苷酸——相比而言蛋白质的组成单元就有20种氨基酸之多（而实际上还可以更多）。总结起来，复制一段一维的、仅有四个自由度的信息，当然要比复制一团三维的、有二十个自由度的信息容易得多。
因此我有理由相信，外星的可能生命，也会选择同样的逻辑，在拥有复杂的生命活动的同时，用精简的方法——包括降低维度和减少自由度——保存和复制自身的信息。高度精简的信息意味着复制和繁衍生命将会更容易、消耗更少、错误更少，在严酷多变的宇宙中生存下来就更容易。
地球生命选中的遗传密码本：RNA和DNA。图片来源：Wikipedia
04
持续变化
而在生命稳定复制和繁衍的背后，细微的变化悄然而至、润物无声。
我们在故事里讲到，为了在多变的环境中维持生存，生命必须引入和允许适当的变化。在地球生命中，这一点是通过在复制DNA或RNA时产生的随机错误实现的。DNA复制过程中会出现极低频率的随机错误（大约每107个核苷酸出现一个错误），如果再考虑到各种主动的错误修复机制，错误率会下降到惊人的109分之一。而RNA复制的错误率要高得多，有时候能达到十万分之一甚至千分之一。而我们其实可以看到，两种策略都有其生存之道：对于大多数地球生物来说，高保真的DNA复制保证了物种的稳定遗传，缓慢积累的变异又可以在数万年乃至更长的时间尺度上适应地球环境的变化。而相比之下错误率更高的RNA复制又被很多病毒所利用，在短时间内产生快速变异，从而逃脱宿主免疫系统和各种药物的围剿。
那么类推开去，不难想象高度保真和错误百出的复制过程，在宇宙间不同环境中可能有着各自特别的优势。在一个高度稳定、亘古不变的行星上，高度保真的复制有利于物种永续；而在一个高山为谷、深谷为陵的动荡世界，高度容错的复制可能才能趟出一条生存之路。唯一不变的可能就是生命的持续变化本身。毕竟从温度到元素构成，从背景辐射到天体形成，茫茫宇宙间没有永恒不变的环境。
好，让我们就此打住。
不得不说，在地球人类真的发现一种外星生命之前，对外星人的所有猜测和想象都只能是空中楼阁。毕竟就算是在小小的地球上，生命的形态也可以千差万别多姿多彩，地底的一条蚯蚓和空中飞舞的一只蝴蝶，可能永远不会相遇。把空间尺度扩大上千亿倍，宇宙生命的壮丽——如果确实存在的话——会远远超过地球人类的想象。
但是我希望，从我讲述的故事里，你们能看到人类这种卑微的碳基生命探索生命奥秘的坚韧努力和累累硕果。我们这种飞得不高、跳得不远、力量孱弱、繁殖能力低下的物种，就是因为这种探索能力得以“君临”地球生物圈。
因此，如果真的有一天，宇宙突然揭去了她神秘的面纱，把她百亿年光阴孕育的壮丽生命一下子展现在地球人类面前，我们仍然有理由相信，地球人可以怀着对所有生命的敬畏之心，继续有尊严地生存，生活和探索下去。
（全文完）
本文与王立铭的个人微信公众号“以负墒为生”（Neg_Entropy）同步推送。
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