外星人长什么样?

这个月的《赤裸裸的天文学》，我们将对外星人展开抒情之旅。它们会是什么样子?我们能把生物学原理应用到其他世界吗?为了做到这一点，本·麦卡利斯特和亚当·墨菲与阿里克·克申鲍姆一起讨论了外星人的进化……

亚当——在19世纪，人们意识到生命消失了，新的生命出现了。我们发现了恐龙之类的东西。所以人们想知道新物种和新动物是从哪里来的。关于这一点有很多想法，但大多数都是错误的。

本-是的。当时出现了一种流行的观点叫做拉马克主义，你可能听说过达尔文主义。我们马上就会讲到。这是一种竞争性的想法。拉马克主义的观点是，比如说，你有一只鹿，它一生中大部分时间都在树上寻找食物。伸手去拿食物的过程会使它的脖子伸展。它会把更长的脖子作为某种变异遗传给它的后代。理论是，经过许多代这样的繁殖，最终你会得到一只长颈鹿。我们现在知道这是非常错误的。

亚当-但它确实为查尔斯·达尔文这样的人铺平了道路。后来他对自然史和动物产生了浓厚的兴趣。最后，他被邀请登上小猎犬号，这是一艘环游海洋的船。当他观察新的岛屿和新的动物时，他注意到某些动物身上有不同的东西，不同的特征给了它们优势。比如岛上有一些鸟，其中一些有专门的喙，大一些的用来啄坚果，长一些的用来啄花，诸如此类。经过大量的工作，他们花了很长时间才把这些想法整合在一起，他最终在1859年出版了一本著名的书《物种起源》。

本-是的。这个例子就是达尔文著名的雀类。这是生物学中一个比较有名的概念，但是，嘿，我们在这里再次讨论深层进化生物学，作为两个物理类型的人。所以，你知道，我们这次变得很奇怪。这就是达尔文主义的观点。如果我们不想从现象学的角度来讨论这个问题，而不是像看到事物进化的方式那样，在一个更基本的层面上，我猜你会说，自然选择背后的思想，正如人们所知，进化发生的过程是DNA，任何给定的身体，任何给定的鸟，任何给定的鱼，任何给定的鹿，里面的指令，DNA是固定的。它在特定生物的一生中不会发生太大的变化，但偶尔，当生物有后代的时候，DNA会发生轻微的突变。

亚当:我们知道当我们说固定的时候，我们知道听众中愤怒的生物学家会谈论表观遗传学，但那远远超出了我们在这里讨论的范围。

本:是的。主要是固定的。

亚当-通常这种变异不会有什么不同。动物甚至不会注意到它，或者它会是非常有害的东西。这是一种基因抽奖，但它给了它一个有用的改变。这意味着它可以胜过其他动物。

本-是的。比如，这是一种生活在岛上的雀，突然间，由于DNA的随机调整，它的喙的形状略有不同。然后它的喙可以帮助它敲开种子之类的

亚当:这就是选择的原因，长喙。现在，选择的对象是可以改变的。一个著名的例子是，想象一下，森林里有一群白色的飞蛾，但每隔一段时间，一个突变就会让其中一只飞蛾变成深棕色，而深棕色的飞蛾就会在森林里脱颖而出，被吃掉。但是后来我们来了，我们污染了森林，烟雾改变了树木的颜色。现在白色的被吃掉了。所以这些选择压力，它们被称为，也可以改变。

本-是的。所以这意味着随着时间的推移，随着环境的变化，那些有可能存活下来并传递DNA的飞蛾，会变成棕色的而不是白色的。这个过程创造了一个非常常用的表达，适者生存。值得注意的是，就像适者生存进化，自然选择，这些术语，人们似乎有时谈论它们就好像它们几乎是有知觉的力量在做一些事情，试图引起这些突变，导致物种改变。从某种意义上说，它只是一种统计。我的意思是，如果你有一百万只鸟，其中一半有一种喙，一半随机有另一种喙，那些存活下来并传递基因的鸟，那些随机选择的鸟，结果是更好的喙。

亚当-问题就在这里。这不是最好的事情。就是那件合适的东西。最适合它的利基市场。它不是最强的，最好的，或者值得生存的东西，就像一些扭曲达尔文哲学的人会说的那样。另一件可能很重要的事情是，虽然发生的突变是完全随机的，但自然选择和进化却不是。它是通过统计选择最有用的特征。

Ben:进化的过程就是在很长很长的一段时间内发生的许多变化，许多随机的突变最终被证明是有益的，是被选择的，这些突变在很多很多代中积累起来。最后，假设我们再次谈论鸟类，或者飞蛾或其他什么。很多很多代之后，通过这些随机变化，你最终得到了一只鸟或一只蛾子，它们看起来与它们的祖先非常不同，你甚至不能把它们称为同一种东西。

亚当:关于进化的另一件重要的事情是，它不一定是向前发展的。动物并不一定总是在变好。并不是皮卡丘进化成了雷丘，突然变得比以前更好了。就是不一样。它刚刚发生了变化，比以前更适合这个细分市场。

本-对，没错。在这种事情上没有道德判断或价值判断。再一次，没有知觉的力量利用进化来发展这些鸟喙的特征。只是他们越来越善于生存。

亚当:如果你接受这些观点，看看它们在地球上是如何运作的，那么说自然选择的法则，考虑到它们只是为了生存，也适用于其他星球和其他我们不熟悉的生命形式，这并不是完全不合理的。

本-是的。我敢打赌你们中的一些人在想，为什么我在我的太空科学播客上听到了进化生物学?这是因为许多天体生物学家相信我们可以从地球上吸取教训，关于进化和自然选择的教训。我们可以利用这些经验来推断外星生命可能是什么样的。

亚当:我们必须对宇宙中其他地方的生命与我们所知道的地球上的生命完全不同的可能性保持开放的心态。新的物理、化学或生物学有可能以我们尚未理解的方式改变事物。

本:但是假设进化和自然选择的原则仍然适用是合理的。为了有一个聪明的，而不仅仅是对可能存在的外星生命的疯狂的推测性讨论，在我们所拥有的背景下画出来是很有意义的。

亚当:事实上，一些天体生物学家认为，有充分的理由认为，其他星球上的生命可能与我们所能想象的生命并没有那么大的不同。

本-我们和一位这样的专家，剑桥大学的阿里克·克申鲍姆聊了聊。他是新书《银河系动物学家指南》的作者，这本书讲述了地球上的生命可以告诉我们其他星球上的生命。

阿里克:动物学家真正研究的是为什么生命是这样的，为什么动物是这样的。你会有这样的印象，动物学家到处收集蝴蝶，把它们钉在软木塞上。实际上，我们感兴趣的是进化的机制。为什么有些动物看起来是这样，为什么有些动物的行为是另一种方式。要做到这一点，要么就是用标准的科学方法做实验。但很多时候，像我这样研究大型动物或稀有动物的动物学家，我们必须满足于在野外观察它们，并试图理解它们的行为方式。

本:太好了。除了观察地球上的动物，试图理解它们的行为，但正如我们所标记的，你是一个动物学家，也对更奇特的事物感兴趣。那么，关于宇宙中可能存在的外星生命，动物学家究竟能告诉我们些什么呢?

现在，如果动物在地球上的习性，和宇宙中其他地方的原因是一样的，那么我们也可以把这些规则应用到其他星球上的生命上。所有的生命都需要能量。我们对此深信不疑。无论你在哪个星球，你都需要某种能量。你必须获得那种能量。如果周围没有足够的能量，那么动物们就会相互竞争。在地球上，你可以看到，特别是在捕食方面，有些动物吃其他动物。这是一种机制，我们可以看看它是如何在地球上进化的，并问自己，这是否可能在其他行星上也是一样的。其他星球上也会有捕食者和猎物吗?

亚当:会有同样的压力吗?那么，自然选择在另一个星球上也会以同样的方式起作用吗?

在过去的150年里，科学家们对地球上的生命如何变得越来越复杂已经了解了很多。它变得更复杂的唯一原因是通过自然选择的过程。即使是地球上最早的生物也非常非常复杂，这种复杂性必须通过自然选择产生，但自然选择实际上是一个相当复杂的过程。在过去50年左右的时间里，我们才开始了解自然选择的许多复杂性和微妙之处。我们需要了解的一件事是，这些复杂性和微妙之处有多少是我们这个星球特有的，又有多少是像自然选择本身一样普遍的。我们可以确信，其他星球上的生命是通过自然选择产生的。我们现在需要思考的是，其他星球上的生命是否遵循了我们在地球上所了解的其他一些自然选择规则。

本:好的。所以你有兴趣把我们所看到的规律，或者规则，我猜你可以说，我们所看到的与地球上生命如何发展有关的规律，应用到其他星球上。你刚刚指出了其中的一些，我们认为大体上是相似的。事实上，其中一些可能是非常具体的。你认为不同的环境条件或行星条件，比如一颗重力非常大的行星，或者一颗大气层非常有毒的行星，可能会影响不同行星上生命进化的方式。

Arik:自然选择的好处之一是，它几乎与机制无关。很多天体生物学家，很多科学家都在想什么样的生命会存在于像土卫六这样冰冻的卫星上，什么样的生命会存在于其他有不同大气，不同温度和压力的行星上，什么样的生物化学是可能的。但好的一面是，无论生物化学是什么，它都将通过自然选择进化。所以自然选择本身是独立于潜在的化学机制的。这意味着我们从自然选择中得出的一些结论将是普遍的，而不管那个星球的环境条件如何。当然，有些事情不会，有些事情将严重依赖于环境，特别是外星人的样子。所以外星生命形式的形成方式会受到特定星球上各种环境因素的强烈影响。但至少我们可以确信，它们将通过自然选择获得这种形状

亚当:因为本和我都是天体物理学家，你能给我们举个例子吗?压强会改变，物体的样子。你懂我的意思吗?

我们可以看看力学定律，看看它们在地球上是如何工作的，然后试着把它们推广到其他世界。例如，你可以想象，腿在这个星球上非常普遍。腿在这个星球上很常见，因为生命是在地表进化的。据推测，生命是在海底岩石上进化而来的。当你在岩石上滑动时，会有很大的摩擦，你可以通过把自己从岩石上抬起来来移动得更快。如果生命在一个没有岩石，没有表面的星球上进化。所以也许在地下海洋中，你会发现腿是完全没有必要的。另一个很有用的例子是飞行。所以我们从物理定律中知道，没有那么多的飞行方式。好的，这是弹道飞行。 You can jump like a grasshopper or a cricket. That's not particularly effective. You can fly with aerodynamic flight, which is what we're familiar with on this planet. Birds, and bats, and insects have wings and they generate aerodynamic lift. The other way of flying, of course, is to be buoyant, and to fly like a zeppelin. And we tend to think that doesn't happen on Earth, but of course that's not true. All the fish in the sea fly through buoyant flight. We don't think of fish as flying, but they're moving through a fluid just like birds are. And the fact that that fluid is extremely dense and viscous, really is not the point when it comes to how that flight's affected. So you can have planets with a wide variety of atmospheric densities, ranging all the way from a very sparse atmosphere like on Mars, all the way through to perhaps even a liquid atmosphere, like in our oceans, but the principles of flight remain the same across all of those environments.

本，我听到的是两件事。第一，从螃蟹的角度来看，鱼也可能是鸟。另一件事是，当你在水里游泳的时候，你可以说你在飞，这是我觉得很吸引人的概念。

亚当:这也意味着所有的企鹅，它们确实不是在空中飞行。

本:我知道你喜欢花很多时间研究不同动物的交流方式。你有没有想过不同种类的外星人是如何交流的，他们在不同星球上的进化会如何影响他们的交流方式?

交流是这里的一个关键问题，因为我们认为对于任何星球上的生命进化方式来说，最基本的一点就是社会性可能会进化。好吧?动物总是相互作用的。它们总是相互影响，无论是同一物种，还是不同物种，但动物在一起工作迟早会有好处和坏处。一旦个体之间有了任何联系，任何接触，那就一定有某种形式的交流，这个星球上所有的动物都在交流。所以通信将会在整个宇宙中变得很普遍。动物交流的方式当然受到环境的严重限制。如果你在一个完全没有光的地下海洋里，那么用视觉交流就没有多大意义了，当然，视觉信号在这个星球上是一种非常重要的交流方式。声音通常是一种非常好的交流方式。它在大多数环境中都非常有效，有各种不同的媒体，不同的沟通渠道。 And that's going to be constrained by the environment. But once animals start working in groups, once animals start cooperating with each other, for various reasons, which are also defined by the rules of natural selection, then that communication will become more and more complex. That's something that we see on Earth, but it's not anything special about it. It's just because animals are living in groups and working together.

Ben:那么你认为，如果我们期望任何一种外星生命能够达到某种程度的复杂性，就需要以这种或那种形式进行交流吗?你认为这对我们与他们沟通的前景意味着什么?我们会遇到他们吗?

寻找来自外太空的信号，来自潜在智慧外星文明的信号的科学家的工作之一就是理解我们如何识别这样的信号。所以太空很吵。有各种各样的无线电信号，各种各样的噪音。当我们听到这些来自外太空的信号时，几乎所有这些信号都是自然产生的，我们需要思考如何区分哪些是有意的，有意的信号，哪些只是常规的静态信号，还有太空的噪音。人们寻找的东西之一当然是规律。也许是某种技术起源的迹象，但我们也必须考虑外星文明如何将信息编码成他们发送到太空的信号。为了理解这一点，我们需要做的一件事是，思考我们语言的根本。这些外星人交流的基本方式是什么。如果他们要传递大量的信息，复杂的信息，我总是打个比方，如果你不能让你的邻居把你的螺丝刀递给你，你怎么能建造一个射电望远镜，或者一些从你的星球向地球发送信号的设备，对吧?它们一定有某种形式的复杂交流。 Otherwise they wouldn't be able to achieve that level of technological complexity. So there's a great interplay between understanding what language must be and looking for signals from outer space,

亚当-那就说事情发生了，有东西降落了，一艘宇宙飞船降落在这里，门打开了，有东西出来了。我们能在多大程度上期望它和我们有同样的结构呢?或者完全是，找不到更好的词了，外星人?

有一些东西，我们可以非常有信心，将被科技智能外星物种共享。听着，每一个有人居住，有生命的外星星球，都会有各种各样的生命。有些不太复杂，有些更复杂。但如果我们讨论的是那种足够复杂的生命，它们要么来拜访我们，这比我们想象的要复杂得多，要么复杂到足以发出信号，那么我们就可以推测它们的一些特征，它们的一些特征。地球的进化史受到了很大的限制，不仅受到环境条件和天文巧合的限制，比如小行星导致恐龙灭绝，而且还受到了一个事实的严重限制，那就是没有太多好的办法来解释生命是如何存在的。我已经提到了腿。在固体表面上快速移动的方式并没有那么多。没有那么多不同的飞行方式。所以我们在地球上看到的一些进化创新，比如，一个非常重要的是身体分段，对吧?目前地球上动物生命的复杂性很大程度上源于这样一个事实，即许多生物体是由不同的部分组成的。 Each segment can be slightly different, so some can have arms, some can have legs, some can have mouth parts, or wings and so on. And that kind of diversity in the ecosystem is driven by the fact that, you know, there's not all that many ways that you can arrive at that complexity. So if we're going to speculate, there are a few things that we could pick on. A technological alien species will almost certainly have appendages, right? It needs to manipulate the environment, some form of appendage. It will probably have a complex body. And so probably be segmented in some way, be made up of repeating units, which is an easy way for evolution to arrive at that kind of outcome. So this is straying into speculation to some extent, but I think that at the very least we can say if that were to happen, the door to open and the alien were to come out, we would be able to look at them and say, Oh, okay, that's how they got to be the way that they are.

Ben:你怎么看待过去提出的关于外星人的更奇特的想法，这些想法看起来完全不像我们有概念的东西，比如有一种带有附属物的分段形式的东西，我听到过各种各样的建议，也许会有一种更分散的外星物种，不那么严格地定义为一种物理形式，某种像智能这样的气体或类似的东西。我的意思是，从我们地球上的进化背景来看，这显然有点难以理解，但你对此有什么看法吗?

在思考外来物种的进化时，最重要的是要记住，复杂性只能通过自然选择产生，而自然选择只有在每个阶段都有实际的适应性优势时才有效。所以对于人们来说，想出一些奇妙的方法来解决生活中的问题是很常见的，而不去思考它是否合理，或者这种形式是否可能进化。所以，虽然这听起来是一件很棒的事情，但你仍然需要解释这种智能是如何以一种逐步提高其适应性的方式变得智能的。在这种情况下，这似乎不太可能。好吧。如果我们不能解释一个稍微聪明一点的气体外星人是如何变成稍微聪明一点的气体外星人的，那么这种解决方案就是不可能的。以智力为例，我们知道智力的进化是因为它为生物体提供了解决问题的方法。如果你是毒气外星人，你有什么问题?这个智能气体外星人的简单前身，它试图解决什么问题，使它变得更智能是一种优势?所以没关系，对我们在地球上可能看不到的东西保持开放的心态是绝对正确的，但我们必须记住，它们一定是进化而来的。 And that means we have to understand how they could have evolved in a sequence of small steps. One of the examples I give a lot is that of telepathy, why don't we see telepathy? Why is there no telepathy on Earth? Why is there probably no telepathy in the universe? All animal communication evolved from sensing. We sense the environment. We speak because we have ears. It's not the other way around. We could sense the sound in the environment. And therefore we used sound to communicate. No communication system evolved on its own, simply because there's no point in talking if no one's listening. So the reason that telepathy doesn't evolve is because there's no evolutionary advantage to be able to sense people's brainwaves, if they're not transmitting their brainwaves. And there's no point in transmitting their brainwaves if no one's listening. So it's always important to remember that just because something looks like a good idea, doesn't mean that it can necessarily evolve.

亚当:我想如果其他鸽子都没有心灵感应的话，做唯一一只心灵感应的鸽子也没什么意义。我们提到我们可以期待事物有很多相似之处，但是有没有可能，一些东西可以进化到交流或移动或类似的东西，这完全不同于我们现在所拥有的任何东西?有什么很酷的方法可以实现吗?

说到通信，有一种通信方式虽然存在，但在地球上还没有被广泛采用，那就是电场通信。有几种电鱼可以通过改变它们在身体周围产生的电场来传递相对复杂的信号。它们利用这个电场来感知环境。所以这是一种从感知进化而来的交流渠道，但它们也适应了它来发送信号，关于个体的身份，甚至是发送信号的个体的状态。但这是一种很难使用的交流方式。它消耗了大量的能量。你必须把几乎整个身体都投入到产生这些电场中。所以它只能以非常非常特殊的方式进化，但你可以想象在另一个星球上，那里的条件不同，使用电场来感知环境的优势要大得多，那里的能源可能要便宜得多，这可能会演变成一种更主要的交流方式。像这样的星球上的生物会是什么样子，我们很难想象，因为我们只有几种电鱼可供研究。所以这是非常不同的事情。

亚当:然后当你看科幻电影的时候，比如说，从《星际迷航》开始，所有的外星人都是额头上粘着东西，换了颜色的人类，到真正的外星人。你有没有见过或遇到过，你认为合理或不合理的，这绝对是不合理的。

阿里克-是的。我认为我们应该对科幻领域宽容一些，因为一方面，你知道，很多科幻小说里的外星人根本就不是外星生命。它们是关于人类生活的反映，这绝对没问题。我对瓦肯星球上是否有超级逻辑外星人不感兴趣，因为《斯波克和瓦肯人》的目的是检验缺乏情感对人类意味着什么。所以没关系。我们需要尊重这样一个事实，有限的预算意味着也许我们能做的最好的就是在额头上做一点隆起。我认为让我觉得最不合理的外星生命形式应该是《星际迷航q》里的外星人，他们拥有超能力，但似乎没有现实的进化起源。当你创造出一个外星人，他的特点是为了他们自己好，而不是因为他们可以通过一种善良的链条进化而来。

亚当:你能给我们讲讲生源论吗，你对此有什么看法?

阿里克:天体生物学家面临的真正问题，我想最大的问题是，生命进化的可能性有多大?因为我们现在知道银河系里到处都是类地行星，对吧?有数十亿个可能存在生命的地方，但这并不意味着生命确实存在。我们不知道生命自己产生是多么罕见的一件事。如果没有找到生命，就很难回答这个问题。现在出现了一件有趣的事情。如果我们发现火星上曾经存在生命的证据，这意味着什么?这是否意味着火星和地球上的生命是独立进化的呢?还是像很多人认为的那样，生命要么在火星上进化，要么在地球上进化，然后从一个地方转移到另一个地方，这是一种截然不同的可能性。无论我们在火星上发现了什么，要证明这一点都是非常困难的，但假设有证据表明生命在两颗行星上独立进化。 Well, if that were the case, then that would just throw the doors wide open, because if life can evolve independently on two planets in the same solar system, then there must be, life must be incredibly, incredibly common throughout the universe. But I think it's going to be a very long time before we can answer that, we're going to have to get samples back from Mars, even if they have anything. And I think it's going to be occupying people for an extremely long time.

Ben:你认为金星大气中的磷化氢是一种潜在的生物标志物吗?

Arik -金星大气中磷化氢的故事是如此令人兴奋和有趣，但也许是由于不常被提及的原因。这让我很兴奋，因为这表明我们正在寻找和探测其他星球上的生物特征。我的意思是，这个想法已经存在很长时间了。哦，我们可以看看其他行星，看看它们的大气中是否有化学物质，这可能意味着生命。但现在我们正在这么做。无可否认，这是我们太阳系中的行星，但这真的是，这是在行星上寻找生命的第一步，围绕其他恒星运行。所以在金星上，磷化氢本身是否是一种生物特征，是这个星球上生命的标志，我不知道。但仅仅是我们正在做这件事，我们正在发现一些东西，我们正在取得进展，我认为，这是非常令人兴奋的。