生命的意义

关于其他行星上生命系统的问题带来了一些包袱

C. Scharf 2019

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


生命的本质是科学中最引人入胜但最具挑战性的问题之一。事实上,自从有文字记载的人类历史开始,甚至在我们把“科学”视为人类智力追求中的一种独特活动之前,情况就是如此。(这可以说不是,或者不应该是。只是因为我们过去四个世纪一直被科学与自然哲学特定的分离所主导,将其框定为民族国家和工业化的事业。呼,好吧,我说出来了。)

今天,我们仍然没有关于生命是如何启动的、生命系统在环境中可能起源的完整且一致的图景。我们也没有关于生命和行星环境是如何像地球上一样紧密交织在一起的完整图景。目前,对于这两个难题,最诚实——也是最令人不满意——的答案是,这些事情显然确实会发生,而且必须发生,地球才会变成现在的样子。

尽管如此,我们可以肯定地说,生命是指一个系统通过在复杂且多变的环境(本身可能包括其他生命系统)中以任何有效的方式,成功地将自身的版本传播到未来。当我们说“有效”时,我们的意思是“足够有效”。我们的思维可能会受到一种误解的影响,那就是认为生物体在适应其环境方面可以“完美”。你会在令人屏息的自然纪录片或仓促的科学报道中听到这样的短语——暗示一个物种是一件经过微调的奇迹般的工程或直觉的天才。某种特征是完美调整或平衡的,或者动物知道何时何地做某事,因为这将确保其物种的生存。


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不,事实并非如此。在达尔文选择的幕后,简单的事实是,我们所看到的生物体的属性仅仅反映了那些能够使这些生物体(意味着它们的遗传物质)以有限的概率传播到未来的属性的组合。如果这些属性不是现在的样子,那么传播可能会也可能不会失败。在世代内部或跨世代之间可能,而且经常会发生巨大的损耗。这实际上是一场数字游戏。

这引出了我认为在努力描述宇宙中可能存在生命的地方时,一些最关键的未解问题。

虽然我们经常谈论环境的“宜居性”,例如岩石系外行星,但这个术语是可悲地不足的。它是各种想法的粗略混淆,虽然在非常广泛的意义上很方便,但可能阻碍了我们真正解决更根本问题的能力。

例如,当我们评估一个特定世界是否可能存在生命时,我们真的应该关注概率现象的分层。首先可能是根频率(速率),即在行星上,作为时间的函数,“起源事件”(生命起源)预计会发生的频率。其次可能是给定的起源事件持续到未来的频率或概率——同样作为时间或行星年龄的函数。换句话说,一个行星维持生命的能力可能与启动生命的能力是一个非常不同的问题。

我们很难知道这两种现象是否会相关。也许有些地方非常擅长不断触发起源事件,但却不擅长将它们维持数百万年,反之亦然。这两种概率可能截然不同。

地球的情况往往会使我们倾向于一种可能是极端的观点。这个星球上的生命似乎有至少可以追溯到35亿年前的未中断的谱系。人们很容易将此视为一个宜居行星“应该做”的衡量标准。但也许事实并非如此。也许一个普通行星上生命的良好运转只有数百万年,甚至更短。我们根本不知道。

我不确定有理由想象生命的历史在整个宇宙中以任何非常一致的方式展开。即使潜在的分子机制确实是普遍的,并且行星的能量需求(地球化学和气候学)与我们怀疑的一致。进化并不关心。如果某种东西足够有效,它就会存在于未来。如果某种东西不够有效,它就会被过滤掉。生命并不是在进行“斗争”。这是一种方便且具有误导性的人格化。如果事情不够有效,生命就会消失。

这对我们寻找宇宙中其他具有生物活性的行星的努力意味着什么?在某些方面,它不会影响这些搜索,也不会影响我们尝试衡量其他世界是否适合孕育生命的方式。我们仍然只能使用地球的模板以及我们认为在不同情况下行星条件会发生什么——基于我们历史和太阳系非常有限的数据。在我们获得更多关于岩石系外行星的详细信息之前,大多数猜测都是不确定的,并且我们需要这些粗略的模板来对研究哪些世界做出艰难的选择

但是,当我们最终了解更多关于这些其他世界的信息时,我们对生命本质的无知将成为一个关键问题。我们可能无法很好地了解它们的年龄(恒星和系统年龄可能会受到严重的限制),而且我们仍然不知道生命起源和生命持久的根概率。我们也不知道有多少个世界曾经或将会有生命在其上蔓延——如果我们幸运的话,我们只会看到目前“足够好”的世界。

 

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