我们如今所知的生命

我们陷入了困境。我们知道关于宇宙中可能存在的生命还有很多未知领域，但我们总得先找到合适的切入点。仅在地球的生物圈中，就存在诸多能在极端条件下生存的生命形式。我们在那些不利于人类生存的环境中发现了生命（而且是生生不息、生机勃勃的生命），这为“我们如今所知的生命”存在的物理条件提供了重要启示。

有些生物能够在不利于人类生存的恶劣环境中繁衍生息，它们往往被归入爬虫类，比如某些特殊种类的蠕虫。我从小就被教导，如果没有阳光，就不会有生命。然而事实并非如此，巨型管状蠕虫就是绝佳的例子。这类蠕虫栖居在海底热泉附近，并通过热泉获取能量。还有甲烷冰蠕虫，这种长约1英寸 的小生物在深海黑暗寒冷的环境中找到了理想的栖息地，它们藏身于对人类来说有毒的甲烷冰中。与巨型管状蠕虫类似，甲烷冰蠕虫同样不依赖阳光构建自身的生态系统，而是通过捕食那些分解甲烷冰的细菌来获取能量。

从温度范围来看，与甲烷冰蠕虫形成鲜明对比的是激烈火球菌，其学名直译为“狂暴火球”，这个名字听起来就像一串魔法咒语，而它们的超能力也没有辱没这个响亮的名头。这类微生物的理想生存温度是100摄氏度（212华氏度）。下次当你试图通过煮沸的方式给饮用水灭菌的时候，不要忘了这种细菌可是能在这种温度下舒舒服服地泡热水澡的。

另一种对人类有害的物理条件是高能辐射，这是载人航天器所面临的一大难题。但当人类为防护辐射焦头烂额之际，耐辐射奇球菌却表示这只是小菜一碟。它的学名直译是“抵御辐射的可怕浆果”， 而如此强悍的体质也为其赢得了“细菌柯南”的美名。“细菌柯南”被吉尼斯世界纪录评为“世界上已知最顽强的细菌”。它可以在各种恶劣环境下存活，包括脱水、极度寒冷、酸性环境以及外太空的真空环境等，而它同时也是聚嗜极生物中的杰出代表。然而，“细菌柯南”真正让其他竞争对手望尘莫及的还是它极强的抗辐射能力，它能够在千倍于人类致命剂量的辐射中毫发无损。

在太空中生存的另外一种有用的技巧是假死（或称“隐生现象”），许多生物都具备这种能力，其中包括蛭形轮虫。它们可以在西伯利亚的永久冻土层中进入隐生状态长达数万年，在解冻之后可若无其事地苏醒过来，甚至可以直接开始觅食充饥。像这样的例子还有很多，这不禁让人深思，在全球变暖的大背景下，这类生物的集体苏醒将给当前的生态环境带来何等动荡？

压轴登场的嗜极生物自然是大名鼎鼎的水熊虫，而这也是我最喜欢的生物之一（我甚至有一双朋友送我的毛绒水熊虫拖鞋）。作为聚嗜极生物中的佼佼者，它们可以在接近绝对零度和超过150摄氏度（约300华氏度）的温度下生存。哪怕是受到千倍于人类致命剂量的辐射，它们也只会迈着可爱的小短腿悠然离去。它们还可以承受太空中的真空环境，即便脱水10年，仍可存活。这般生命奇迹，试问谁能不为之倾倒？我甚至还在我家附近的地衣中发现过一些水熊虫，并一度将它们当作“宠物”喂养。

重点是，即便是我们如今所知的生命，显然也可以在多种条件下存活，甚至繁衍生息。就我们如今所知的生命而言，似乎有一些物理条件是必不可少的，至少在我们看来是这样的。根据我们目前所掌握的情况来看，地球上大多数（甚至全部？）生命都需要一些基本的生存条件。但话又说回来，我们也要清楚地认识到，即使这些条件不存在，地球上的生命或许也能进化出其他超能力，或是适应迥异的环境。

获取能量可能是对我们如今所知的生命最为重要的生存法则。正如巨型管状蠕虫和甲烷冰蠕虫的例子，除了太阳之外，还有其他可以支持生命的能量来源，包括地热能和化学能。如果想要彻底跳出思维定式，我们甚至可以设想出一些我们未知的生命形式，而它们可以驾驭诸如磁场和引力波这种新奇的能量来源。宇宙中蕴藏着大量可供创造性利用的能量来源。

对于我们如今所知的生命而言，复杂分子似乎也是不可或缺的，而这些复杂分子的构建需要重元素参与。在宇宙诞生初期，氢和氦是仅有的两种元素，直到第一批恒星步入死亡，其核心处锻造的较重的元素才得以撒播。在宇宙的演化过程中，氢和氦厥功至伟，但它们构建复杂分子的能力非常有限。构成生命的真正基石实际上是碳元素，正因为碳元素构建复杂有机分子的能力极强，才使得有机化学以艰深著称。在元素周期表中，硅元素位于碳元素的正下方，它也可以形成复杂的分子，但是其化学键不够牢固，因而硅基分子比较脆弱。对复杂分子的需求意味着，我们如今所知的生命只有在足够多的恒星走完其生命历程，并将重元素撒播之后方能出现。千万别忘了，实际上你就是由这些恒星在数十亿年间锻造出的元素构成的。

在探讨宇宙中的生命时，液态水的身影也频频出现，其背后也有充分的科学依据。无论是作为化学反应的催化剂，还是作为生物系统中的物质运输介质，液态水都有不可替代的作用。水分子还有一些常常受到忽视的神奇特性。首先，由于水分子的结构，氧原子和氢原子不在一条直线上，这导致它的一侧略带负电，另一侧略带正电。这一特性使得水成为一种“万能”溶剂。公正地说，它其实也没有那么“万能”，并不能溶解所有东西（万幸如此，否则淋浴体验将会截然不同），但其溶解能力确实远超绝大多数液体。溶解这个词可能听上去有些凶猛（想想强酸腐蚀物体时的惊悚画面），但水溶解物质的能力使其成为在生物体内运输重要营养物质的得力干将。

人们往往对水结冰之后体积膨胀这一现象习以为常，毕竟我们在日常生活中经常能见到。然而，这一特性其实相当罕见。除水以外的大多数材料在凝固为固态之后，体积都会变得更小，密度变得更大。这与生命有什么关系呢？设想一下，如果水在冻结之后密度增大，那么湖泊、河流、海洋等水体都将从底部开始结冰，直至整体完全凝固。然而，因为冰的密度比水小，所以它可以漂浮在水面上，这样不仅为下层水体提供了隔热层，而且从根本上使生命能够在冰壳下得以存续。如果没有水的这种奇特性质，地球上的生命将会大不相同（甚至可能不复存在）。

就液态水而言，地球与太阳的距离使得地球恰好位于所谓的“宜居带”（“金发姑娘区”），这个恰到好处的位置让液态水得以稳定存在。再远一点儿，液态水就会结冰；再近一点儿，液态水就会蒸发。耐人寻味的是，火星恰恰位于宜居带的边缘附近，并且有确凿的地质证据表明，火星上曾经也有河流、湖泊，甚至可能有一个古老的海洋。若将火星上已探明的水冰储量均匀分布，则足足可以覆盖整个火星表面35米厚，并且其底下深层很有可能还蕴藏着更多水冰。这些发现暗示着火星或许曾孕育过生命，甚至可能仍有生命蛰伏。这一可能性促使一些人尝试“改造”火星，以使其适合人类居住。但是我想在此声明，通过核爆火星表面（正如某位知名的亿万富翁所鼓吹的那样）使其“适合”人居住是一个糟糕透顶的想法，原因包括但不限于：第一，这行不通；第二，这触及了道德底线。

但是，身处宜居带并非拥有液态水的唯一途径，因为（后排的同学们请注意听讲）阳光并不是唯一的能量来源：只要存在水冰，并且具备充足的能量来源，液态水就一定能出现。以木卫二为例，它是木星的众多卫星之一（目前已经确认的木星卫星接近100个，所以你分不清它们也情有可原，我自己有时也分不清），其位置远在太阳系“宜居带”之外。木卫二拥有一层厚厚的冰壳，而在冰壳下面则是富含矿物质的海洋，就像一颗特别版的巧克力豆。例如，木卫二通过“潮汐加热”的奇特现象获得大量能量。当木卫二绕木星运行时，其内部结构受到木星引力的反复挤压（与地球上的潮汐类似，只是我们的潮汐仅发生在表面）。这种持续挤压不断产生摩擦，而摩擦意味着产生热量。瞧！液态水出现了！

虽然拥有某种液体似乎对生命来说至关重要，且水又似乎特别适合担此重任，但尚不清楚这种液体是否必须是水。例如，我们知道太阳系其他地方存在甲烷湖泊，并且我们也知道有些嗜极生物（如甲烷冰蠕虫）可以适应高浓度的甲烷环境，因此这引出了一个问题：是否存在依赖其他液态物质而非液态水的生命形式？或者说，如果我们真的想要彻底跳出思维定式，是否有可能在完全不依赖任何液体的情况下，实现生命所必需的化学反应与物质传输？

生命起源的最后一道门槛是时间。从简单的有机化合物到生命演化过程需要漫长的积淀，同时生命还需要一个舒适安全的环境作为孕育的温床。关于这个孕育期的具体长度仍有争议，但有一些耐人寻味的间接证据值得我们深入考虑。为了解释这一点，我们需要回到太阳系刚刚开始形成的早期阶段。那时的太阳系环境相当恶劣，太阳系内的天体还没有进入稳定、有序、近似圆形的运行轨道，无数碎片在其中横冲直撞，将毫无防备的岩石撞个粉碎。有证据表明，约38亿~41亿年前，气态巨行星的运行轨道发生了改变（专业术语称为“行星迁移”），将整个太阳系都拖入了动力学混乱的深渊，于是这种情况愈演愈烈。这一时期被称为“晚期重轰炸期”，因为它处于太阳系早期演化过程中的“晚期”，而且小天体的轰炸也确实非常严重。如果你能想象到一场足以重塑行星地貌的陨石暴雨，便能理解当时地球所承受的灭顶之灾。

地球上的生命可能在晚期重轰炸期之前就已经开始萌芽，但我们可能永远也无法证实，因为整个地球表面在那时都被灾难性地重塑，而这必然会毁灭所有当时可能存在的生命（甚至有可能被反复抹除过多次）。这使得“生命的孕育需要多长时间”这一讨论变得尤为有趣，因为根据化学特征识别出的地球上最早的生命证据大约可以追溯到36亿~38亿年前，刚好就在晚期重轰炸期结束后不久。如果你想寻求比化学特征更加有力的证据，那么最早的生命化石记录大约可以追溯到35亿年前，在天文学的时间尺度上，二者之间的差异只是短暂的一瞬间。

这些时间尺度表明，地球上的生命在环境允许的第一时间就迅速发展起来了。由此推断，生命孕育的速度之快可能表明，对于生命来说，起步并不那么困难。但鉴于目前只有一个存在生命的行星样本，我们在得出结论时还是要多加谨慎。但是若以现有证据为基准（毕竟这是我们唯一可参考的数据），那么至少我们知道，在某些情况下（无论这种情况到底是“常态”还是“个例”）生命的起步并不是那么困难。

要想为原始生命在舒适安稳的环境中赢得足够的时间，还有一个关键的制约因素，那就是行星系中心恒星（如我们太阳系中的太阳）的寿命。巧合的是，我们的太阳可以说是恒星当中最“典型”的，这使它（相对来说）不太起眼。不过，这对我们来说是一件好事，宇宙中那些活跃的地方可能并不适合生命的形成和进化。一般来说，恒星的质量越小，寿命就越长。我们的太阳属于质量相对较低的恒星，其预计总寿命约为100亿年。在太阳最终消亡并摧毁一切之前，生命的演化拥有充裕的时间窗口。

质量最大的恒星（它们的活动非常猛烈）大约只能存活100万年，并且在其短暂的生命中，它们周围的环境也不适宜居住。即使考虑到地球上的生命在晚期重轰炸期结束后迅速出现，100万年的时间也还是太短了，无法让任何形式的生命完成演化，更不用说发展到超越微观状态的程度了。另一方面，质量最小的恒星基本上可以说是永生的（好吧，并非严格意义上的永生，但从实际角度来看也差不多）。但是（这个“但是”非常重要），因为它们的质量很低，其周围可供行星拥有液态水的“宜居带”就会极为狭窄，且相当靠近中心恒星。这又带来了新的问题：首先，在如此狭小的区域内发现行星的可能性微乎其微；其次，在这种位置，围绕中心恒星运行的行星很有可能因为距离过近而被“潮汐锁定”。这意味着，行星的一侧将始终面对中心恒星，于是面向恒星的一侧可能会过于炎热，而另一侧则过于寒冷。不过事情还有转机，这里的“可能”正是其中关键，实际上，有很多方法都可以绕过这个问题（例如，在行星的明暗交界处形成一条环绕全球的适宜生命生存的区域）。

我认为生命所需要的条件可以分为两类，其中一类是“必须具备”的条件，另一类则是“锦上添花”的条件。我将能量、液体和时间视为生命诞生的刚性需求（必须具备），而地球上一些额外的有利条件则是锦上添花。我们并不确切地知道这些锦上添花的条件对生命有多重要，但它们可能对我们如今所知的生命有所帮助，并且也确实使得地球更加适宜人类居住。

例如，地球的大气层对于地表生命至关重要（虽然地下生命可能没那么在乎）。首先，大气层有助于避免水分迅速蒸发。其次，我们的大气层在阻挡高能X射线和伽马射线这方面也表现出色，而这些射线的大剂量照射对人类来说是致命的。当然，我们之前讨论过一些对辐射毫不在意的嗜极生物，所以这无疑是一种人类中心主义的观点。

地球至今仍能保有大气层，部分原因在于它仍然拥有强度适中的磁场。如果没有这样一个磁场，地球表面将直接承受太阳风（来自太阳的带电粒子流）的轰击，这将引发各种问题。例如，在没有地球磁场的情况下，太阳风会剥离臭氧层，将地表生物暴露在有害辐射下。我们可以从火星这颗地球的姐妹行星那里吸取教训：火星最初同样拥有厚厚的大气层，但在其失去磁场后，这层大气被吹散，于是火星最终成为如今干燥贫瘠的样子。

此外，地球还拥有一颗巨大的卫星。月亮不仅拥有美丽的外观（哪怕是原始生命也会觉得赏心悦目），而且它的引力还在两个方面发挥了重要作用。首先，月球的质量有助于维持地球自转轴倾角的稳定。相对稳定的倾角使得地球上不同地区的生命拥有充分的时间适应当地条件；反之，如果地球的倾角在短时间内发生大幅变化，就会产生剧烈的气候变化，使得生命来不及进化和适应。其次，月球的引力引发了潮汐现象，而潮汐池可能对生命的起源至关重要，潮汐池中的水可以在退潮时蒸发，在坑里留下高浓度有机分子溶液，从而促使更复杂的化合物形成。

接下来是地球上由板块构造驱动的二氧化碳（CO₂）循环。这种看似简单的分子对地球气候影响深远。今天的人类似乎正在不遗余力地打破这个维系了亿万年的规律循环。直到大约一个世纪以前，CO₂都一直鼎力维持着相对温和的环境条件。当这一循环正常运作时，CO₂就像是橡皮筋，在温度偏离宜居值太远时将其拉回正轨。这个精妙的调节系统极其出色地维持了气候的相对稳定，为生命的进化和适应提供了坚实基础。然而，经过亿万年的良好运转后，一种“智慧”生物出现了，这种名为人类的生物经历了工业革命，并将上述系统搅得一团糟。

总而言之，地球对我们如今所知的生命来说确实非常宜居。这也相当合理，因为如果地球不宜居，那么我们如今所知的生命要么就不会存在，要么就会截然不同（是“我们如今所未知的”）。但是，即使条件非常适宜生命生存，也无法解释生命最初是如何起源的。 ac0edKVpT7IIBh9yDyODmjLMm2f+AKu9hdjP+mVfAohg1RrIZiNn4moXhWGY8G3a