为什么外星生命可能看起来并不陌生

在剑桥大学动物学系的网站上，Arik Kershenbaum 的页面列出了他的三个主要研究领域，其中一个领域脱颖而出。 Kershenbaum 研究“狼和其他犬科动物”、“海豚和鲸类动物”以及“外星人”。诚然，科学还没有发现任何可以研究的外星人，但 Kershenbaum 说，我们仍然可以合理确定地说出某些关于它们的事情。榜首：他们进化了。 “归根结底——动物为什么做它们所做的事情，为什么它们是它们现在的样子——是因为进化，”该大学格顿学院的讲师兼自然科学研究主任克森鲍姆说。他认为，进化是一条普遍的自然法则，就像万有引力一样——因此，这里对植物和动物的研究可以告诉我们一些关于地球以外世界潜在居民的有用信息。他在进化趋同过程中找到了这方面的证据，在进化趋同过程中，不相关的生物谱系进化出类似的特征，以适应类似的环境挑战。这是他在他的新书《银河系动物学家指南：地球上的动物揭示了外星人——以及我们自己》中详细提出的一个论点，该书借鉴了动物身体适应性的比较以及他自己的研究（以及其他人的研究） ) 进入动物交流。广达最近在他位于剑桥的家中通过视频会议与 Kershenbaum 进行了交谈。为清楚起见，对采访进行了压缩和编辑。你是动物学家；你在我们自己的星球上学习生活。是什么让你想写一本关于外星生命的书？当动物学家研究地球上的生命时，我们正在研究机制。我们正在研究生活是如何变成现在这样的。因为进化是世界各地生命的解释机制，所以我们在地球上发现的原理应该适用于宇宙的其他地方。思考其他星球上的生命如何进化和行为只是我与地球上动物工作的自然延伸。如果我们在这个星球上发现了一个失落的岛屿，我们就会从我们对生命进化的总体了解的角度来研究它的动物。你可以肯定，如果我们在另一个星球上发现了外星生命，我们会用同样的方法来询问为什么它们的外观和行为如此，以及它们是如何进化的。你认为自然选择——进化背后的关键机制——是不可避免的，而且它普遍适用。是什么让你如此自信？没有一个星球会拥有一种复杂的生命形式，它会完全独立存在。无论外星球上的生命是什么样的，它都一定是简单地开始的。现在，它可能仍然很简单；这是可能的。甚至在许多行星上都有可能。但是，如果生命要达到任何一种复杂性，那么复杂性积累的唯一方法就是保留有利的变化和创新，而失去不利的变化和创新——这正是自然选择的进化。

你书中的一个关键思想是“趋同进化”的概念。那是什么，为什么重要？如果你观察到两种具有相似特征的动物——例如羽毛——你可能会假设它们从一个共同的祖先那里继承了它们：有羽毛的恐龙，它是所有现代鸟类的祖先。这只是常规的进化，孩子们有相似之处，因为他们继承了父母的特征。但有时你会看到动物具有它们不可能从共同祖先那里遗传的特征。例如，鸟类的翅膀与蝙蝠的翅膀的工作方式几乎相同。但是鸟类和蝙蝠的共同祖先是一种生活在 3 亿多年前的小型蜥蜴类生物，甚至比恐龙还早。它当然没有翅膀，而且它的大多数后代，包括大象和鳄鱼，都没有翅膀（谢天谢地）。所以那些翅膀一定是在不同的后代中分别进化的。有时，特征的这种“融合”是为了一些明显有用的东西，比如翅膀。但有时融合会产生具有如此多特征的奇异相似的生物，很难相信它们之间没有密切关系。例如，最近灭绝的袋狼 [一种原产于塔斯马尼亚和澳大利亚大陆的大型掠食性有袋动物]，很容易被误认为是一种特殊的狗，但它与袋鼠的关系要密切得多！然而，过着与现代土狼或豺狼相似的生活，意味着它会趋同地进化出许多相似的特征。您认为无论生物体在何处面临类似的环境挑战，它们都可能会提出类似的适应性解决方案。你希望在整个宇宙中看到这一点吗？考虑飞行，因为这是收敛的最著名的例子。如果你生活在一个有大气层，甚至有海洋或其他流体的星球上，如果你想通过这种流体从一个地方到另一个地方，只有几种方法可以做到。你可以跳。你可以漂浮，如果你比你所处的介质轻。唯一的另一种方法是通过空气动力学，用机翼来产生升力。这些是在流体介质中移动的机制。在地球上，飞行在四个不同的群体中进化了四个不同的时间：鸟类和蝙蝠以及翼龙和昆虫。它们都使用翅膀的事实并不是因为它们是在地球上进化而来的；这是因为飞行是有利的，而翅膀几乎是唯一的飞行方式。因此，我们可以预期这些约束在宇宙中的任何地方都在起作用。

然而，这种洞察力能带我们走多远？正如你所说，任何需要飞行的生物都可能进化出翅膀。但是大黄蜂、蓝鸟和蝙蝠的翅膀却大不相同。是的，蝙蝠翅膀和蜜蜂翅膀是不同的，但只是在细节上，而不是原则上。两者都由刚性结构支撑的膜组成。两者都通过在膜上产生气流来产生升力。事实上，蜜蜂翅膀和蝙蝠翅膀的主要区别不在于它们的结构，而在于它们使用它们的方式。昆虫的体型小意味着它们不能像蝙蝠一样简单地扇动翅膀并期望飞翔。它们需要嗡嗡作响，在翅膀向前和向后的时候产生升力——鸟类和蝙蝠都做不到这一点。因此，与其在我们的星球上实现的多样性混淆我们的比较，我们实际上可以对我们的预测更有信心，因为我们可以看到这些解决方案的真正限制是多么严格。是的，鸟类、蝙蝠和蜜蜂有不同的翅膀，但它们都实现了相同的最终结果——空气动力学翅膀——尽管作用在它们身上的物理限制截然不同。进化（甚至宇宙）历史的巧合总会影响动物形状和外观的细节。我们有四肢只是因为它是一条四鳍鱼，大约在 4 亿年前从海里爬出来。如果进化史以不同的方式发展，我们很容易拥有六个肢体，甚至八个。因此，我们与外星行星上的同类物种之间永远不会真正有密切的相似性。但是有些事情受到如此严格的限制，以至于没有很多替代方法可以做事情。著名古生物学家和进化理论家斯蒂芬·杰伊·古尔德 (Stephen Jay Gould) 曾写过“重播生命的磁带”并让生命重新进化的想法。古尔德想象结果会有所不同；例如，我们不太可能最终得到智人。但这听起来像是在争论，虽然任何一个特定的结果都不太可能发生，但同样的创新会一次又一次地出现？这是完全正确的。斯蒂芬杰伊古尔德和西蒙康威莫里斯[剑桥大学的]之间有一个很大的争论：每次重播录音带都会有所不同吗？每次都会一样吗？但显然，正确答案是：会有所不同，但很多事情会相同。那些将是相同的事物是那些受物理定律或进化定律约束的事物。有一些数学规则支配着进化的运作方式。我[在书中]谈论的一件事是社交。社会性的进化是因为进化的特殊特征，而不是因为物理学。这类事情也是约束。无论您重播生活磁带的频率如何，它们都将继续成为约束。

什么样的限制或压力推动了地球上的社会性，我们如何期望它们适用于其他地方？合作和交流在地球上非常普遍。乍一看，这令人困惑：为什么两个生​​物会合作？但是你不用考虑很长时间就会意识到如果他们都从中受益，他们就会合作。这条规则适用于任何星球。其他星球上的动物可能只是出于互惠互利的原因而合作，因为这对他们双方都有好处。但是地球上的大部分合作，大部分社会性，都是由相关性驱动的。我们合作是因为我们有关系。我们喂养我们的孩子，我们帮助我们的父母，我们与我们的兄弟姐妹交朋友。所有这些都在进化论中有很好的基础。我们的特征、我们的特征、我们的行为代代相传的方式是通过我们的基因。如果我们的基因让我们倾向于与我们的兄弟姐妹合作，那么我们会更成功，他们也会如此，我们都会传递我们的相关基因。问题是，我们不知道外星人有什么基因。因此，我们不能说这与地球上生物学的其他一些限制条件一样普遍。可能是外星生命形式彼此之间的联系方式完全不同，因此它们的社会性也可能完全不同。你的大部分个人研究都是关于动物交流的——狼、海豚和其他动物。您在该领域的工作如何影响您的思考？地球上动物交流的普遍特征是否适用于理解外星人的交流，无论是智能的还是其他的？有时，非常不同的动物的共同特征会跳起来打你的脸。它们隐藏在表面之下，但是当您看到它们时，它是如此明显。在我之前研究过海豚哨声之后，当我开始与狼一起工作时，我看到了这一点。当您使用称为频谱图的数学变换以视觉方式表示这些声音时，除了音阶之外，它们看起来几乎相同：海豚哨声更短，音调更高。所以我试着放慢海豚的哨声，瞧，它听起来很像狼嚎。这两种声音是如此不同，但它们具有相似的基本结构。问题是为什么？

嗯，答案不难找到。在声音被扭曲和吸收的环境中，海豚和狼都使用这些声音进行长距离交流。在这些条件下，使用它们不同的音调是保存消息中信息的有效方法。同样的事情会发生在外星球上吗？我认为这是一个完全合理的提议。假设你的物种足够聪明，想要建造一艘宇宙飞船或射电望远镜——一些复杂的东西。您必须能够将大量想法传达给与您一起工作的许多其他人。如果你打算拥有一个足够灵活的交流系统来交流非常多的概念，它可能会无限灵活，因此它会满足语言的定义。像人类语言这样的交流需要复杂，但又不能太复杂。在所有人类语言以及许多动物交流中都可以找到复杂性和简单性之间的平衡。 SETI 研究最有前途的方向之一是在信号中寻找语言的统计指纹，因为像这样的一些限制似乎可能对无处不在的智能通信起作用。在您的书中，您写道：“好奇心将推动哲学，社交互动将推动艺术，而复杂的交流将推动文学。真的，这些特征几乎不可避免地来自我们，可能还有其他外星物种所拥有的智能技能的结合。”听起来这些假想的外星人几乎是人类。有些行星上只会有简单的生命。许多，甚至可能是大多数。但是让我们假设我们发现了一颗行星，我们称之为智能生命。没有人仅仅因为拥有它是一件很酷的事情而获得智能；他们的祖先一定从这种智慧中受益。如果他们达到了可以建造射电望远镜的阶段，那么他们一定已经经历了好奇有好处，交流有好处的阶段。但哲学、艺术和文学之类的东西给你带来了什么生存优势似乎不太明显。认知心理学家和语言学家史蒂文·平克 (Steven Pinker) 曾著名地辩称，音乐的发展是一种意外，它本身没有生存价值。我们是否有可能找到拥有技术——火箭和望远镜——但没有哲学、艺术和文学的外星人？这当然是可能的。但似乎不太可能。因为我们认为理所当然的所有这些特征——比如好奇心、交流、语言——它们并没有进化到我们可以建造射电望远镜。它们进化来支持我们的社交。我们的祖先早在撰写科学研究论文之前就开始唱歌跳舞讲故事了。这些技能的进化并不是为了离开地球并寻找外星人。他们进化只是因为他们对社会有利。

人们很容易认为，先进的外星文明可能会放弃——或者可能从来不需要——哲学和文学之类的东西。但它们是从前技术物种进化而来的。如果那个前技术物种继续发展我们现在拥有的所有东西，那么它们很可能是建立在服务于社会目的的基石上的——比如群体成员之间的联系、群体成员之间的信息和有用想法的传输.一个前技术外星文明可以像前技术人类文明一样唱歌跳舞和讲故事，因为它有同样的目的。一些科学家对基于进化趋同的论点持怀疑态度，尤其是在涉及智力等属性时。例如，我们惊叹人类、海豚和章鱼进化出某种程度的智能，但这三种动物在它们彼此分离之前有一个共同的祖先，可以追溯到数亿年前。你会如何回应？让我们考虑人类和章鱼。他们共同的祖先生活在大约 8 亿年前。那是一个小粘液球。所有这些小粘液球的后代几乎是地球上的每一种动物，除了珊瑚和水母之类的东西。地球上几乎所有生物都拥有人类和章鱼的共同祖先。如果他们都拥有共同的祖先，为什么只有少数人是聪明的？答案是这些东西都是独立开发的。智力不是从那个共同祖先那里继承来的。当然，鸟类和蝙蝠有共同的祖先。但并非他们共同祖先的所有后代都会飞。他们中几乎没有人这样做。他们没有翅膀。翅膀独立进化。我们现在拥有的特征依赖于我们共同的祖先，仅仅因为我们有一个共同的祖先，这种想法是不正确的。如你所知，SETI 开始被认为是天文学的一个主流分支，在我们自己的太阳系中，我们正在使用机器人航天器在火星上寻找过去生命的迹象，我们可能很快就会探索土卫二和其他卫星.对于那些积极尝试在地球之外寻找生命——无论是简单生命还是智能生命的人来说，你的研究有哪些关键的收获？我认为到目前为止，这种努力还不是很重要。突然之间，它变得令人难以置信。那是因为我们现在即将接近我们将不得不开始思考外星生命的生物学和生态学是什么样子的阶段。当我们这样做时，我们必须考虑它们的进化轨迹。我给你举个例子。你会记得最近关于金星磷化氢信号的大惊小怪。让我们说它是真实的，它是生活的象征。下一个问题是：生命是如何进化的？假设我们在大气的温带地区有这些漂浮的微生物。他们是怎么到那里的？他们是如何演化出这种复杂性的？我们即将拥有足够灵敏的技术来检测其他行星上的生命。但这并没有告诉我们他们是如何到达那里的。它没有告诉我们任何关于它们的生态，它们如何与地球上的其他生物以及非生物环境相互作用。但最重要的是，它没有告诉我们它们是如何进化的。这就是天体生物学家必须开始思考的问题。