評(píng)《稀有地球》：復(fù)雜生命誕生的條件

一

作為上海辰山植物園科普部的一名科普工作者，我從2014年出版第一本譯著《植物知道生命的答案》以來，翻譯的國(guó)外科普著作已經(jīng)有十幾部，其中大部分與植物有關(guān)。然而，我即將出版的最新譯著——由美國(guó)古生物學(xué)家彼得·沃德（Peter D. Ward）和唐納德·布朗利（Donald E. Brownlee）合著的《稀有地球》——卻是一部天文學(xué)（或者更準(zhǔn)確地說，是“天文生物學(xué)”）科普書。而且，是我主動(dòng)把這本書推薦給了合作多年的商務(wù)印書館編輯，而他們也充分信任我的推薦，很快引進(jìn)了版權(quán)。

《稀有地球》

我作為一個(gè)植物學(xué)出身的譯者，為什么要故意“跨界”，對(duì)一本天文學(xué)題材的科普書這么感興趣？更何況，這還是一本二十年前就出版的書——在一個(gè)科學(xué)進(jìn)展突飛猛進(jìn)、日新月異的時(shí)代，很多科普書的“保質(zhì)期”都不到二十年，其中的內(nèi)容往往在幾年、十幾年之后就會(huì)顯得過時(shí)。如果用一個(gè)詞來概括我的理由，那就是：多樣性。

對(duì)于植物園的從業(yè)者來說，多樣性是一個(gè)耳熟能詳?shù)母拍?。植物園本身的諸多功能，最終都立足于植物的多樣性。與此類似，還有動(dòng)物多樣性、真菌多樣性等等概念，它們合起來便成為一個(gè)更大的概念——生物多樣性。

二十世紀(jì)后期以來，由于人類對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞不斷加劇，生物多樣性保護(hù)成為熱門研究和實(shí)踐領(lǐng)域。由于生物圈的復(fù)雜性，時(shí)至今日，生態(tài)學(xué)界還沒有發(fā)現(xiàn)生物多樣性和地球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性之間存在什么簡(jiǎn)單的定律。然而，我們已經(jīng)有許多證據(jù)強(qiáng)烈表明，豐富的生物多樣性，往往可以保證一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)維持較高的穩(wěn)定性和抗干擾性。其背后的機(jī)制非常多樣，其中一個(gè)可能的機(jī)制是，豐富的生物多樣性可以讓生物之間形成比較復(fù)雜的相互牽制關(guān)系，從而不會(huì)讓某類生物一家獨(dú)大，造成失衡，引發(fā)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

理解了生物多樣性，也就能理解人類社會(huì)的多樣性——特別是思想多樣性的意義。并非機(jī)械類比的是，正如生物多樣性一樣，一個(gè)社會(huì)中豐富、多元的思想也有可能彼此形成比較復(fù)雜的牽制關(guān)系，從而不會(huì)讓某種聲音一家獨(dú)大，造成失衡，引發(fā)整個(gè)社會(huì)走向某種錯(cuò)誤、可怕的方向。

這也是為什么我當(dāng)初剛開始讀《稀有地球》引言的第一段，就立即被這本書所吸引，到最后幾乎完全成為作者觀點(diǎn)的追隨者。正如兩位作者所暗示的，自從美國(guó)天文學(xué)家德雷克（F. D. Drake）提出“德雷克方程”，并由他本人和另一位著名天文學(xué)家、科普作家薩根（C. E. Sagan）做出初步估算之后，那種“地外智慧生命一定大量存在”的樂觀情緒就在學(xué)界和公眾中廣為蔓延，結(jié)果讓有關(guān)地外生命的思考長(zhǎng)期處于一種相對(duì)來說比較單調(diào)和貧瘠的狀態(tài)之中。當(dāng)電視和電影屏幕上充斥著五花八門的外星人形象時(shí)，很少有人深入地想過，德雷克和薩根的這種預(yù)設(shè)到底是不是合理?！断∮械厍颉返膬晌蛔髡呔陀赂业靥魬?zhàn)了這種觀點(diǎn)，以多學(xué)科的證據(jù)和縝密的思考提出了“稀有地球”假說，從而豐富了這一思想領(lǐng)域的多樣性，對(duì)薩根式的樂觀主義形成了明顯牽制。

正因?yàn)楸緯粌H介紹了天文生物學(xué)這門新興的交叉學(xué)科，更提出了一種理解生命與宇宙關(guān)系的新思想觀念，所以二十年過去，盡管書中一些具體論述不免過時(shí)，但整個(gè)思路仍然極具啟發(fā)性，值得新一代讀者繼續(xù)閱讀和品味。更重要的是，二十年過去，中文世界有關(guān)地外生命的思考仍然頗為單一，傳統(tǒng)的薩根式樂觀主義仍然甚囂塵上，這也讓這本書的引進(jìn)能更顯出其價(jià)值。坦白地說，我就是看不慣國(guó)內(nèi)這種單調(diào)的思想氛圍，才想到要引入這本書“攪攪局”的。

二

所謂“稀有地球”假說（臺(tái)灣地區(qū)曾有人譯為“地球殊異假說”），概括來說，即：微生物生命在宇宙中很可能普遍存在，但復(fù)雜生命在宇宙中卻極為稀有（請(qǐng)注意，這兩方面觀點(diǎn)缺一不可）。這種把微生物與復(fù)雜生命區(qū)分看待的做法，本身就是思想上的重大突破，因?yàn)榘ㄋ_根在內(nèi)的很多人都想當(dāng)然地以為，只要一個(gè)星球上出現(xiàn)了微生物生命，就一定會(huì)順理成章地產(chǎn)生復(fù)雜生命。在批判性思維來看，這種臆測(cè)犯了“以偏概全”或“草率概括”的錯(cuò)誤。

在區(qū)別了微生物生命和復(fù)雜生命之后，本書的另一大思想突破——也是書中最令人大開眼界的地方——就是逐一詳述了復(fù)雜生命誕生所需要的各種條件，其中很多條件長(zhǎng)期被人們忽視，當(dāng)成一種默認(rèn)的缺省配置。說白了，作者認(rèn)為很多薩根式樂觀主義者是“身在福中不知?！保緵]有去認(rèn)真思考地球在宇宙中所具備的種種優(yōu)越條件。這種因?yàn)樯聛砭汀梆B(yǎng)尊處優(yōu)”，而對(duì)自身獨(dú)特地位的由來給予錯(cuò)誤歸因的偏差，又是心理學(xué)上典型的“基本歸因錯(cuò)誤”。

我舉一個(gè)最震撼我的例子：根據(jù)大爆炸理論，宇宙誕生于一百三十七億年前。換句話說，人類作為地球智慧生命，是在宇宙一百三十七億歲的時(shí)候誕生的?？赡苣阌X得這個(gè)時(shí)點(diǎn)純屬偶然，但是“稀有地球”假說認(rèn)為并不是這樣。無論是太年輕的宇宙還是太年老的宇宙，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不利于復(fù)雜生命的誕生。

原來，像地球生命這樣的碳基生命要想存在，就要求宇宙中存在足夠數(shù)量的重元素（包括碳本身），但剛剛誕生的宇宙主要只有氫和氦，重元素必須通過恒星核合成，利用氫和氦才能制造出來。因此，宇宙早期的重元素過于貧乏，很難形成地球這樣幾乎全由重元素構(gòu)成的石質(zhì)行星，更難形成生命。

另一方面，行星表面的恒定環(huán)境，又依賴板塊構(gòu)造的調(diào)節(jié)；而板塊構(gòu)造的動(dòng)力又來自行星內(nèi)部所含的鈾、釷等放射性元素不斷衰變釋放的能量。鈾和釷這樣質(zhì)量特別大的元素必須通過超新星等特殊天文現(xiàn)象合成，而隨著宇宙的老化，超新星越來越少，之前合成的鈾和釷也因?yàn)樗プ兌粩嗪慕?，于是在老邁的宇宙中，行星所含的鈾和釷也越來越少。這樣一來，保證復(fù)雜生命長(zhǎng)期存在和演化的板塊構(gòu)造機(jī)制也越來越難以出現(xiàn)?？傊钪媸怯小耙司悠凇钡?，太早或太晚的宇宙總體上都不宜居，而我們?nèi)祟惽『镁驼Q生在宇宙宜居期中。

對(duì)于所謂的“費(fèi)米佯謬”（Fermi paradox，也譯為“費(fèi)米悖論”），“稀有地球”假說是一種非常有力的解決方案。費(fèi)米佯謬以著名物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米（Enrico Fermi）的姓氏命名，因?yàn)樗?950年夏天與幾位同事閑聊，談到了可能存在的地外智慧生命和超光速飛行，之后費(fèi)米突然問出了那個(gè)著名的問題：“但是它們?cè)谀膬耗?？”按照薩根的樂觀估計(jì)，宇宙中的智慧生命應(yīng)該為數(shù)眾多，光是銀河系內(nèi)可能就有一百萬個(gè)文明，但是人類迄今為止始終沒有發(fā)現(xiàn)地外智慧生命存在的任何可靠信號(hào)。薩根式樂觀主義估計(jì)和實(shí)際觀測(cè)之間的矛盾，就是費(fèi)米佯謬。

幾十年來，各行各界的人士為費(fèi)米佯謬提出了五花八門的解釋，但是其中相當(dāng)一部分解釋認(rèn)為薩根式樂觀主義估計(jì)并沒有錯(cuò)，地外文明的確為數(shù)眾多。這里面既有“動(dòng)物園假說”之類充滿了浪漫主義科幻風(fēng)格的大膽想象，又有“自毀假說”之類更具現(xiàn)實(shí)主義色彩的立論（這個(gè)假說認(rèn)為地外文明一旦發(fā)展到能夠影響整個(gè)行星的地步，就有可能爆發(fā)全球性戰(zhàn)爭(zhēng)，或者引發(fā)全球性環(huán)境災(zāi)難，從而自我毀滅）?？傊瑹o論把問題歸咎于演化、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)還是交流意愿，這些解釋都把地外文明普遍存在作為共同前提。與之不同，“稀有地球”假說直接質(zhì)疑了這個(gè)似乎不證自明的共同前提。如果復(fù)雜生命本身就是稀有的，那么作為復(fù)雜生命進(jìn)步形式的智慧生命當(dāng)然就更為稀有，這樣一來，我們至今發(fā)現(xiàn)不了外星人的任何跡象，也就非常合理了。

與費(fèi)米佯謬相關(guān)的另一個(gè)概念，是1996年由經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅賓·漢森（Robin Hanson）提出的“大過濾器”（The Great Filter），認(rèn)為從無生命物質(zhì)發(fā)展到有星際旅行能力的高等文明，需要經(jīng)過一系列關(guān)鍵的門檻，每一道門檻都像一個(gè)大過濾器，有可能把相當(dāng)數(shù)量的邁不過這道門檻的星球淘汰掉，只有少數(shù)星球能闖關(guān)成功。這樣一層層過濾下來，達(dá)到最高層級(jí)的文明就非常少了。“大過濾器”理論與較之晚四年提出的“稀有地球”假說有相似之處，即都意識(shí)到薩根式樂觀主義是有問題的。只不過，“大過濾器”理論作為一個(gè)更通用的模型，并沒有特別強(qiáng)調(diào)哪道門檻是最難逾越的，也沒有去深究門檻背后的具體機(jī)制。而“稀有地球”假說則明確指出，從無生命世界到單細(xì)胞微生物世界的門檻很可能并不難逾越，真正困難的（一道或幾道）門檻是從單細(xì)胞微生物到多細(xì)胞的復(fù)雜生命，因?yàn)檫@要求宇宙、整個(gè)行星系以及行星本身一起提供許多難能可貴的條件，來為復(fù)雜生命創(chuàng)造一個(gè)合適的環(huán)境。套用一句網(wǎng)絡(luò)名言：“以大多數(shù)行星形成智慧生命之難，根本輪不到去討論文明有多容易自毀?！?/p>

三

在我看來，“稀有地球”假說的意義，并不限于對(duì)費(fèi)米佯謬提出新的解釋。更重要的是，這種對(duì)地球復(fù)雜生命和當(dāng)下高度發(fā)達(dá)的生態(tài)系統(tǒng)的可能成因的深入探討，不可避免會(huì)帶來一個(gè)非常合于環(huán)保主義思想的推論：如果地球的環(huán)境之所以如此特別，是因?yàn)橛腥绱硕嗟囊蛩卦谀l(fā)揮作用，而我們也不過是在最近幾十年才認(rèn)識(shí)到它們，那誰(shuí)又敢說沒有更多的類似因素，是我們此刻還沒有認(rèn)識(shí)的呢？

同樣，工業(yè)時(shí)代以來，人類對(duì)地球造成了如此大的干擾，而地球環(huán)境卻還能大致保持穩(wěn)定狀態(tài)，背后肯定也有很多因素在默默發(fā)揮作用（或者說，是在默默幫助人類收拾著亂局）；其中有一些因素，我們也是在最近幾十年才陸續(xù)認(rèn)識(shí)到它們，那么誰(shuí)又敢說沒有更多的類似因素，是我們此刻還沒有認(rèn)識(shí)的呢？

這種環(huán)保主義方面的暗示，在當(dāng)下這個(gè)全球化浪潮已經(jīng)明顯退卻、人類未來呈現(xiàn)出很大不確定性的拐點(diǎn)時(shí)代，具有很大警示意義。貿(mào)易上的全球化可以逆轉(zhuǎn)，但環(huán)境干擾的全球化是無法逆轉(zhuǎn)的。二十世紀(jì)八十年代的臭氧層空洞問題，就是非常典型的全球性環(huán)境問題，表明人類對(duì)地球環(huán)境的干擾確實(shí)已經(jīng)超出了地球本身消化和緩沖的能力，成分相對(duì)簡(jiǎn)單的大氣圈于是首當(dāng)其沖，成為地球環(huán)境中最早“撐不住”的部分。

當(dāng)然，臭氧損耗又是目前為止人類唯一解決得比較好的全球性環(huán)境問題，但是這個(gè)問題之所以能夠得到令人滿意的解決，是因?yàn)閹资陙硪恢庇斜舜诵湃蔚膰?guó)際合作。事實(shí)表明，任何破壞國(guó)際合作的行為（比如破壞臭氧層氣體的偷偷排放），都會(huì)阻礙這種全球性環(huán)境問題的解決。

繼臭氧損耗之后，主要在大氣圈發(fā)生的第二個(gè)全球性環(huán)境問題，毫無疑問是全球氣候變化。這一回，問題解決起來就困難多了，根本原因正是因?yàn)槲覀儧]有彼此信任的國(guó)際合作，好幾個(gè)主要大國(guó)內(nèi)部都有反對(duì)控制碳排放，甚至否認(rèn)人類活動(dòng)造成全球氣候變化的強(qiáng)大聲音。這里面有相當(dāng)一部分人，還抱有一種技術(shù)樂觀主義思想，以為環(huán)境危機(jī)一定會(huì)讓人類技術(shù)加速進(jìn)步，從而圓滿地解決危機(jī)，就像人類歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的幾次技術(shù)革命一樣。然而，如果我們能意識(shí)到，可能有很多尚不為人知的機(jī)制在背后默默拯救著人類，而這些機(jī)制遲早會(huì)有超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的一天，那么這種技術(shù)樂觀主義就不過是一種過時(shí)而幼稚的傳統(tǒng)思維罷了。

當(dāng)下，人類正在掀起探索火星的新一輪熱潮，移民火星逐漸提上日程，甚至已經(jīng)有技術(shù)大亨在討論未來火星社會(huì)的秩序問題?？瓷先?，這就像五百年前的“大航海時(shí)代”一樣，預(yù)示著人類擴(kuò)張史的新紀(jì)元。但不要忘了，“大航海時(shí)代”的探險(xiǎn)畢竟發(fā)生在同一個(gè)地球上，遠(yuǎn)征地球各個(gè)角落的西方人，雖然因?yàn)榧夹g(shù)的落后而付出了慘重的代價(jià)，但總歸還受著這顆行星上的同一套環(huán)境機(jī)制的保護(hù)。然而，火星移民將讓移民者徹底喪失地球上那套護(hù)佑人類的環(huán)境機(jī)制，我相信這個(gè)移民過程一定是極為艱難的，肯定會(huì)超出當(dāng)下那些技術(shù)樂觀主義者的想象，暴露出大量之前想不到的問題，讓人們意識(shí)到地球環(huán)境原來如此寶貴，“我們只有一個(gè)地球”絕不僅是老掉牙的俗話。在這種不確定的情況下，人類是不是一定能成功移民火星，也成了一個(gè)沒有意義的問題。

四

“稀有地球”假說提出之后的二十年中，受到了一些質(zhì)疑，也得到了一定的修正和補(bǔ)充?？偟膩碚f，它的根本立論在今天仍然成立，而且說服力似乎越來越強(qiáng)。

正如“稀有地球”假說直擊了薩根式樂觀主義的要害，否定了高等生命普遍存在的臆測(cè)，也有人想要直擊“稀有地球”假說的要害，認(rèn)為這個(gè)假說過于強(qiáng)調(diào)了地球生命的“范例”性。地外生命完全可以在物質(zhì)組成上與地球生命不同，只靠地球生命這一個(gè)樣本而想象地外生命，不過是地球中心主義的又一種體現(xiàn)罷了，甚至可以說是“碳基沙文主義”。

然而在我看來，這種駁斥的說服力是不足的。雖然到目前為止，人類確實(shí)只知道地球生命這一個(gè)例子，這當(dāng)然不可避免會(huì)嚴(yán)重限制我們的視野和想象，然而放眼我們所知的宇宙環(huán)境，地球生命這種在中溫低壓條件下以碳為基本元素、以水為主要溶劑形成的生命形式，又很難不讓人懷疑這應(yīng)該就是宇宙中最容易出現(xiàn)的生命形式——如果以高居化學(xué)元素宇宙豐度第四、第三和第一的碳、氧和氫為基礎(chǔ)的生命都如此難以發(fā)展出來，又如何指望其他那些“另類”的生命能夠輕易形成呢？

在承認(rèn)地外生命很可能與地球生命具有很大相似性的基礎(chǔ)上，《稀有地球》一書中幾次提到的天文生物學(xué)家詹姆斯·卡斯廷（James F. Kasting），曾經(jīng)寫了一篇很長(zhǎng)的書評(píng)，批評(píng)該書中的一些論據(jù)。后來，卡斯廷在他2010年出版的科普著作《尋找宜居行星》（How to Find a Habitable Planet，中譯本由鄭永春、劉晗翻譯，上海教育出版社2019年出版）中，以該書評(píng)為基礎(chǔ)，專辟一章繼續(xù)批評(píng)“稀有地球”假說。作為薩根學(xué)生的學(xué)生，卡斯廷毫不掩蓋他所繼承的那種薩根式樂觀主義信念。然而他對(duì)“稀有地球”假說的那些批評(píng)，總的來看，仍然缺乏力度。

《尋找宜居行星》

在我看來，書中最有力的批評(píng)有二，一是指出地球磁場(chǎng)的存在未必一定依賴于內(nèi)部熱量的產(chǎn)生，二是指出地球自轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定性未必一定需要像月亮這樣的大衛(wèi)星的存在才能維持。除此之外，其他批評(píng)都不是純粹的批評(píng)。比如卡斯廷指出，木星等氣態(tài)巨行星的存在，不一定只對(duì)地球有利；它們也可能不是地球安全的捍衛(wèi)者，而是破壞者，小行星和彗星可能恰恰受木星影響才頻頻竄入內(nèi)太陽(yáng)系。但這也只是一種可能性而已，卡斯廷并不否認(rèn)，在考慮行星的宜居性時(shí)，確實(shí)必須像“稀有地球”假說那樣，把巨行星的影響也考慮進(jìn)去，而這個(gè)早先被人們忽略的條件，現(xiàn)在已經(jīng)是天文生物學(xué)界的共識(shí)?？ㄋ雇⒁膊环裾J(rèn)板塊構(gòu)造的重要意義，只是認(rèn)為沒有必要過分強(qiáng)調(diào)板塊構(gòu)造的獨(dú)特性，因?yàn)檫@可能是擁有表面水的行星必然存在的地質(zhì)現(xiàn)象。除了這幾個(gè)方面之外，對(duì)于“稀有地球”假說提出或整合的其他一些概念，比如星系宜居帶、宇宙宜居期等等，卡斯廷總體上都持支持態(tài)度。

《地球的生與死：作為新科學(xué)的天文生物學(xué)如何描述我們世界的終極命運(yùn)》

2003年，《稀有地球》的兩位作者布朗利和沃德再次合作，出版了此書的姊妹篇《地球的生與死：作為新科學(xué)的天文生物學(xué)如何描述我們世界的終極命運(yùn)》（The Life and Death of Planet Earth: How the New Science of Astrobiology Charts the Ultimate Fate of Our World）。這本書同樣也是天文生物學(xué)研究成果的介紹，為我們勾勒了一幅地球從當(dāng)前的“中年期”逐漸走向不可避免的死亡的黯淡前景。在這未來的幾十億年中，地球上發(fā)生的事情，在相當(dāng)程度上是之前幾十億年歷史的反演：像第四紀(jì)冰期那樣的冰期可能會(huì)在幾千年后再次也是最后一次出現(xiàn)。當(dāng)下高度分裂的地球大陸會(huì)在兩億五千萬年之后重新連成一片，形成又一個(gè)“超大陸”，而很可能造成又一次的生物大滅絕。而隨著太陽(yáng)光度繼續(xù)不斷增強(qiáng)，地球大氣中的二氧化碳會(huì)越來越少，將嚴(yán)重制約陸生植物的生長(zhǎng)；碳4植物和其他能夠利用低濃度二氧化碳的植物最終將無法在陸地上存活，于是地球陸地重新又成為一片不毛之地。很快，海洋中的復(fù)雜動(dòng)物也會(huì)大量滅絕，地球重新回到單細(xì)胞生物占主導(dǎo)的狀態(tài)。而在大約十億年后，過強(qiáng)陽(yáng)光導(dǎo)致的過高地表溫度將讓海水中的氫全部喪失到宇宙空間中，海洋不復(fù)存在，板塊構(gòu)造停止運(yùn)轉(zhuǎn)，地球生物也便迎來了終極的滅絕。在此之后，一個(gè)生命不復(fù)存在的荒涼地球會(huì)繼續(xù)孤獨(dú)地繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到耗光氫燃料而變成紅巨星的太陽(yáng)最終劇烈膨脹，而把地球徹底吞沒……

就這樣，地球這個(gè)好不容易才出現(xiàn)的生命孕育地和棲息地，最終也不免終結(jié)和消亡，葬身在殘酷的宇宙法則之中。當(dāng)然，這里描述的都是非常久遠(yuǎn)的未來。如果人類文明能夠長(zhǎng)期存在而不自毀的話，也許很快就能找到一定的應(yīng)對(duì)之道。但這就又回到了科技哲學(xué)界所擔(dān)心的那個(gè)問題：我們真的能夠避免自毀嗎？

（本文為《稀有地球》譯后記）