生命的证据：科学家揭示生命的重要特征 将为寻找地外生命提供依据

什么才会让你相信外星人的存在呢?这个问题最近在加州斯坦福大学举行的天体生物学会议上被提了出来。有几个想法被反复提及——行星大气中不寻常的气体，行星表面奇怪的热梯度，但没有人觉得有说服力。最后，一位科学家提出了一个解决方案：一张外星人的照片。坐在观众席的一些研究人员发出了一些笑声，另一些则低声表示赞同：是的，一张外星人的照片将会是令人信服的证据，这将会是证明我们并不孤单的铁证。

但为什么一张照片会有如此强大的信服力呢?照片中的什么东西会让我们知道我们看着的并不是一堆岩石呢?在遥远的外太空，一颗行星围绕着一颗恒星，那个行星上存在的外星人对于我们来说有可能会是非常奇异的，甚至会是难以想象的。那么，我们可以从哪些特征知道它们是生命?这个问题的答案与我们对外星人的搜寻有关，也与我们期待会发现的东西有关。

天体生物学是研究其他行星上的生命的一门学科，它已经从生物学、化学和天文学的边缘分支学科发展成为领先的跨学科领域，吸引了来自世界各地顶尖机构的研究人员，并从NASA和私人资助机构获得了大笔资金。但是天体生物学家究竟在寻找什么呢?我们怎么知道什么时候该开香槟庆祝呢?

生命与非生命的区别在于它的外观设计。生物，从最简单的细菌到参天的大红杉，都有大量复杂的部分在共同作用，使生物体发挥功能。想想你的手、心脏、脾脏、线粒体、纤毛、神经元、脚趾甲——所有这些都是同步协作的，帮助你导航、进食、思考和生存，就算是最美丽的自然岩石也缺少这些部分的万分之一，而一个细菌细胞就有无数这些部分，它们相互协调，帮助细菌细胞分裂和繁殖。

与尘土和风不同的是，生物似乎在试图做一些事情——进食、成长、生存、繁殖。如果你曾经尝试过捏一种适应性强的昆虫，你就会知道一个有机体要产生生存的欲望并不需要很复杂的思维，或者一只松鼠想要从一根树枝跳到另一根树枝，或者植物“尝试”接触阳光，从土壤中吸收养分。生物不仅有许多复杂的部分，而且所有的这些部分都有相同的目的——生存和繁殖。这种复杂的设计和明显目的的结合，也被称为适应性，定义了生命。当我们看到外星人的照片时，正是这种生命的适应能力会让我们说：“啊哈!”我们会清楚地看到令人失望的岩石和令人兴奋的外星生命之间的区别——设计。这是个好消息，因为只有一种方法可以得到这样的设计：自然选择。

当你拥有具有三种特性(变异、遗传和差别成功)的东西(细胞、复制因子、鸟类，我们称之为“Glipgloops”的假想物种)时，自然选择就会发生。例如，我们假设的一些Glipgloops的眼睛比其他的长(变异)。长眼Glipgloops有长眼婴儿(遗传变异)。长眼睛的Glipgloops能够更好地看到甲烷坑的外面，因此有更多的婴儿出生(差别成功与这种变异产生了联系)。结果是，随着时间的推移，Glipgloops进化出了细长的眼睛。

这是自然设计产生外貌的过程：在每一代、每一时刻，具有更好繁殖能力的相关特征的个体都在被自然“选择”。因此，随着时间的推移，种群变成由那些看起来是为了繁殖而设计的个体组成。这是因为选择标准总是一样的，这使得设计可以往下发展。想象有一辆每一步都使用不同蓝图制造的汽车，到建造汽车的最后你可能不会得到一辆完整的汽车。所以就是因为自然选择的坚定信条——基因对后代的贡献——才使得设计在没有设计师的情况下得以出现。

实际上自然选择标准非常一致，以至于一个有机体被设计成只能为后代贡献基因。这就是为什么我们找不到为物种利益而牺牲的生物。一般来说，生物体都是自私的——以牺牲他人为代价来繁殖自己是一种很好的基因传递方式。我们有时确实会在自然中看到牺牲和合作——但这只会出现在合作对你自己有好处，或者牺牲对亲戚有利的时候。亲戚们是共享基因的，所以蜜蜂可以为蜂王(它的母亲)做出牺牲，如果这意味着蜂王可以多生育100个姐妹的话，每个姐妹都会携带蜜蜂一半的基因。对于哪些特征会导致更多的基因，以及在什么时候以及在多大程度上做出牺牲的这种计算是精确而严格的，这就是为什么进化生物学家可以建立数学模型来正确地预测一只鸟会允许多少幼鸟待在它的巢里，以及黄蜂吃掉它们兄弟姐妹的频率。这种自然选择的算法严格对于天体生物学家来说也很有用。

那么到现在一条思路应该不言而喻了：生命因为它的外观设计而变得特殊。在没有设计师的情况下获得设计的唯一方法就是自然选择。因此，外星人必定是自然选择的产物，而自然选择遵循一定的规则，只能产生特定种类的生物。因此，天体生物学家可以利用自然选择理论和进化数学来预测外星人。

那有可能会出现意料外的情况吗?没有自然选择，我们不可能得到复杂的生命，甚至是像细菌这样简单的生物。即使是一个后生物体时代的、基于计算机的外星人，最终也会是自然选择的产物。但让我们考虑一个边缘情况。想象一下，在一个外星星球上，有一群复制分子，它们就像微小的裸基因一样。如果这些复制因子复制自己(遗传)，但每次复制都完美无缺(没有变异或差别成功)，你就不会得到自然选择。

这样算是生命吗?也许吧，但那不会很令人兴奋。首先，没有变异，分子永远不会改变，或变得更具有适应性，或进化成任何更有趣或更复杂的东西。在一个遥远的星球上发现细菌或熊意味着宇宙中可能充满了各种形状和大小的生命。但这些复制因子不会意味任何东西，更有问题的是，它们的存在可能是转瞬即逝的——如果没有自然选择，它们将无法应对行星上的变化，因此在我们发现它们之前就会消失。

自然选择的论证是有力的，甚至在边缘情况上也是如此。这让我们可以自由地使用我们在地球上用来预测进化的工具来预测其他地方的生命。

之前在天体生物学领域的工作是从地球上发生的进化推断出来的，这可能会限制了我们的视野，使我们只注意到某些特定的特征，比如DNA或碳基生命，而这些特征在其他行星上是不存在的。另一方面，自然选择是普遍的，它不依赖于DNA(记住，查尔斯·达尔文对基因一无所知)或碳化学或水的存在，它非常简单——只需要一些成分——这是产生生命的唯一方法。

这张珍贵照片的心理图像开始形成，照片上的实体显然是为适应周围环境而设计的。我们不能根据这幅颗粒状图就说外星人像是有眼睛的，有四肢的，还是绿色的，这不是好的进化论所能做出的预测。但自然选择告诉我们，它的形式、目标和进化路径都是受限的。

我们的团队在上面的草图中提出了一个例子，我们开玩笑地称之为“octomite”——一个由曾经分离的实体组成的集体，现在共同努力生存、繁殖和进化。我们要如何才能识别外星人?它将包括实体的层次结构，每个较低级别的利益与其上面级别的组成分保持一致。我们设想的这张照片将展示劳动分工，各个部分相互依赖的同时专门从事不同的任务。

将进化论纳入我们天体生物学工具的工作才刚刚开始。关于外星人，达尔文还能告诉我们什么?大概还有很多。这张照片，如果它会出现的话，那么它对肉眼来说将会是完全陌生的。但是对于进化生物学的学生来说，这可能看起来会很熟悉。