生命的證據:科學家揭示生命的重要特徵 將為尋找地外生命提供依據

什麼才會讓你相信外星人的存在呢?這個問題最近在加州史丹福大學舉行的天體生物學會議上被提了出來。有幾個想法被反覆提及——行星大氣中不尋常的氣體，行星表面奇怪的熱梯度，但沒有人覺得有說服力。最後，一位科學家提出了一個解決方案：一張外星人的照片。坐在觀眾席的一些研究人員發出了一些笑聲，另一些則低聲表示贊同：是的，一張外星人的照片將會是令人信服的證據，這將會是證明我們並不孤單的鐵證。

但為什麼一張照片會有如此強大的信服力呢?照片中的什麼東西會讓我們知道我們看著的並不是一堆巖石呢?在遙遠的外太空，一顆行星圍繞著一顆恆星，那個行星上存在的外星人對於我們來說有可能會是非常奇異的，甚至會是難以想像的。那麼，我們可以從哪些特徵知道它們是生命?這個問題的答案與我們對外星人的搜尋有關，也與我們期待會發現的東西有關。

天體生物學是研究其他行星上的生命的一門學科，它已經從生物學、化學和天文學的邊緣分支學科發展成為領先的跨學科領域，吸引了來自世界各地頂尖機構的研究人員，並從NASA和私人資助機構獲得了大筆資金。但是天體生物學家究竟在尋找什麼呢?我們怎麼知道什麼時候該開香檳慶祝呢?

生命與非生命的區別在於它的外觀設計。生物，從最簡單的細菌到參天的大紅杉，都有大量複雜的部分在共同作用，使生物體發揮功能。想想你的手、心臟、脾臟、線粒體、纖毛、神經元、腳趾甲——所有這些都是同步協作的，幫助你導航、進食、思考和生存，就算是最美麗的自然巖石也缺少這些部分的萬分之一，而一個細菌細胞就有無數這些部分，它們相互協調，幫助細菌細胞分裂和繁殖。

與塵土和風不同的是，生物似乎在試圖做一些事情——進食、成長、生存、繁殖。如果你曾經嘗試過捏一種適應性強的昆蟲，你就會知道一個有機體要產生生存的欲望並不需要很複雜的思維，或者一隻松鼠想要從一根樹枝跳到另一根樹枝，或者植物「嘗試」接觸陽光，從土壤中吸收養分。生物不僅有許多複雜的部分，而且所有的這些部分都有相同的目的——生存和繁殖。這種複雜的設計和明顯目的的結合，也被稱為適應性，定義了生命。當我們看到外星人的照片時，正是這種生命的適應能力會讓我們說：「啊哈!」我們會清楚地看到令人失望的巖石和令人興奮的外星生命之間的區別——設計。這是個好消息，因為只有一種方法可以得到這樣的設計：自然選擇。

當你擁有具有三種特性(變異、遺傳和差別成功)的東西(細胞、複製因子、鳥類，我們稱之為「Glipgloops」的假想物種)時，自然選擇就會發生。例如，我們假設的一些Glipgloops的眼睛比其他的長(變異)。長眼Glipgloops有長眼嬰兒(遺傳變異)。長眼睛的Glipgloops能夠更好地看到甲烷坑的外面，因此有更多的嬰兒出生(差別成功與這種變異產生了聯繫)。結果是，隨著時間的推移，Glipgloops進化出了細長的眼睛。

這是自然設計產生外貌的過程：在每一代、每一時刻，具有更好繁殖能力的相關特徵的個體都在被自然「選擇」。因此，隨著時間的推移，種群變成由那些看起來是為了繁殖而設計的個體組成。這是因為選擇標準總是一樣的，這使得設計可以往下發展。想像有一輛每一步都使用不同藍圖製造的汽車，到建造汽車的最後你可能不會得到一輛完整的汽車。所以就是因為自然選擇的堅定信條——基因對後代的貢獻——才使得設計在沒有設計師的情況下得以出現。

實際上自然選擇標準非常一致，以至於一個有機體被設計成只能為後代貢獻基因。這就是為什麼我們找不到為物種利益而犧牲的生物。一般來說，生物體都是自私的——以犧牲他人為代價來繁殖自己是一種很好的基因傳遞方式。我們有時確實會在自然中看到犧牲和合作——但這只會出現在合作對你自己有好處，或者犧牲對親戚有利的時候。親戚們是共享基因的，所以蜜蜂可以為蜂王(它的母親)做出犧牲，如果這意味著蜂王可以多生育100個姐妹的話，每個姐妹都會攜帶蜜蜂一半的基因。對於哪些特徵會導致更多的基因，以及在什麼時候以及在多大程度上做出犧牲的這種計算是精確而嚴格的，這就是為什麼進化生物學家可以建立數學模型來正確地預測一隻鳥會允許多少幼鳥待在它的巢裡，以及黃蜂吃掉它們兄弟姐妹的頻率。這種自然選擇的算法嚴格對於天體生物學家來說也很有用。

那麼到現在一條思路應該不言而喻了：生命因為它的外觀設計而變得特殊。在沒有設計師的情況下獲得設計的唯一方法就是自然選擇。因此，外星人必定是自然選擇的產物，而自然選擇遵循一定的規則，只能產生特定種類的生物。因此，天體生物學家可以利用自然選擇理論和進化數學來預測外星人。

那有可能會出現意料外的情況嗎?沒有自然選擇，我們不可能得到複雜的生命，甚至是像細菌這樣簡單的生物。即使是一個後生物體時代的、基於計算機的外星人，最終也會是自然選擇的產物。但讓我們考慮一個邊緣情況。想像一下，在一個外星星球上，有一群複製分子，它們就像微小的裸基因一樣。如果這些複製因子複製自己(遺傳)，但每次複製都完美無缺(沒有變異或差別成功)，你就不會得到自然選擇。

這樣算是生命嗎?也許吧，但那不會很令人興奮。首先，沒有變異，分子永遠不會改變，或變得更具有適應性，或進化成任何更有趣或更複雜的東西。在一個遙遠的星球上發現細菌或熊意味著宇宙中可能充滿了各種形狀和大小的生命。但這些複製因子不會意味任何東西，更有問題的是，它們的存在可能是轉瞬即逝的——如果沒有自然選擇，它們將無法應對行星上的變化，因此在我們發現它們之前就會消失。

自然選擇的論證是有力的，甚至在邊緣情況上也是如此。這讓我們可以自由地使用我們在地球上用來預測進化的工具來預測其他地方的生命。

之前在天體生物學領域的工作是從地球上發生的進化推斷出來的，這可能會限制了我們的視野，使我們只注意到某些特定的特徵，比如DNA或碳基生命，而這些特徵在其他行星上是不存在的。另一方面，自然選擇是普遍的，它不依賴於DNA(記住，查爾斯·達爾文對基因一無所知)或碳化學或水的存在，它非常簡單——只需要一些成分——這是產生生命的唯一方法。

這張珍貴照片的心理圖像開始形成，照片上的實體顯然是為適應周圍環境而設計的。我們不能根據這幅顆粒狀圖就說外星人像是有眼睛的，有四肢的，還是綠色的，這不是好的進化論所能做出的預測。但自然選擇告訴我們，它的形式、目標和進化路徑都是受限的。

我們的團隊在上面的草圖中提出了一個例子，我們開玩笑地稱之為「octomite」——一個由曾經分離的實體組成的集體，現在共同努力生存、繁殖和進化。我們要如何才能識別外星人?它將包括實體的層次結構，每個較低級別的利益與其上面級別的組成分保持一致。我們設想的這張照片將展示勞動分工，各個部分相互依賴的同時專門從事不同的任務。

將進化論納入我們天體生物學工具的工作才剛剛開始。關於外星人，達爾文還能告訴我們什麼?大概還有很多。這張照片，如果它會出現的話，那麼它對肉眼來說將會是完全陌生的。但是對於進化生物學的學生來說，這可能看起來會很熟悉。

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