地球中的外星生命就在我们身边：一种完全不同的生物

伊奥尼德·莫罗兹(eonid Moroz)花了20年的时间，试图让自己接受一个令人难以置信的想法：即使科学家们已经开始在其他星球上寻找外星生命，但地球上很可能早已经有外星生命了，它们的生物构造和大脑与其他物种相比有着惊人的不同。几千年来，这些外星人就藏在“灯火阑珊处”。它们可以向我们揭示很多东西，包括进化的本质，以及当我们最终在其他星球上发现生命时，我可以能抱着怎样的期待。

神经学家莫罗兹(Moroz)在1995年夏天第一次看到了这个发现的线索，当时他刚从故乡俄罗斯来到美国不久。那年夏天，他在华盛顿的星期五海港海洋实验室度过，这个实验室坐落在普吉特海湾的一个植被繁盛的群岛中，该群岛是相反潮汐和洋流交汇的十字路口，这些潮汐和洋流将数以百计的动物物种沖上了岩石海岸：成群的水母，片脚类甲壳类动物，起伏的海百合，裸鳃亚目动物蛞蝓，扁形虫，以及海星和无数其他动物的幼体。这些生物不仅代表着普吉特海湾地处偏远，也代表着动物生命类目最遥远的分支。莫罗兹在实验室后面的码头上花了几个小时的时间来收集动物，以便研究它们的神经。他花了数年的时间来研究各种动物的神经系统，希望能够了解大脑和智力的进化起源。但他来到星期五海港是为了找到一种特别的动物。

他特地训练了自己的眼睛，使自己能够在阳光照耀下的水中也能辨认出这种动物的球状透明身体：它散发着一道彩虹般的闪光和转瞬即逝的彩虹碎片，这些光被成千上万毛发状纤毛有节奏的跳动分散开来，它就是靠这种纤毛的推动在水中穿行。这种动物被称为栉水母，长期以来它都被认为只是一种水母。但在那个夏天的星期五海港，莫罗兹有了一个惊人的发现：在这种动物平淡无奇的外表下，隐藏着一个巨大的错误身份。从他的第一个实验中，他发现这些动物和水母其实并没有关系，并且它们与地球上任何其他动物都有着很大的不同。

Moroz通过检测栉水母神经细胞中的神经递质血清素、多巴胺和一氧化氮(这些化学物质被认为是所有动物的神经语言)得出了这个结论。尽管他很努力，他还是不能在这种动物中找到这些化学物质的分子，这件事其影响非常深远。

栉水母在当时已经以拥有相对先进的神经系统而闻名;但莫罗兹的这些首次实验表明，栉水母的神经是由一套不同的分子构成的，这与其他任何动物都不同，栉水母的神经系统使用“不同的化学语言”，莫罗兹说：“这些动物是‘海洋的外星人’。”

如果莫罗兹是对的话，那么栉水母代表了一个已经运行了超过5亿年、比例惊人的进化实验。这种独立的进化路径(像是进化2.0)已经发明了神经元、肌肉和其他特殊组织，它们独立于动物王国的其他部分，使用不同的初始材料。

这种被称为栉水母的动物为我们提供了一种线索，使得我们可以一窥如果不是脊椎动物、哺乳动物和人类主宰了地球的生态系统的话，粉墨登场的生物会是怎样。它为一个被激烈争论了几十年的深刻问题提供了灵感：当涉及到当今地球上的生命时，其中有多少生命是纯属偶然出现，又有多少从一开始就是注定会出现的呢?

如果进化过程在地球上再重演一次，那么智慧生命会再次出现吗?如果会的话，它会不会很容易出现在其他遥远的动物分支上呢?栉水母提供了一些诱人的暗示，展示了不同大脑之间的差异。大脑是趋同进化的顶峰(趋同进化即不相关的物种为适应同一个世界而进化出相似的特征)。人类可能已经进化出了一种前所未有的智慧，但栉水母表明我们可能并不孤单。复杂神经系统的进化趋势有可能是普遍的——不仅在地球上，在宇宙中其他世界也是如此。

同样作为主要的动物类群，但我们对栉水母却知之甚少。它的身体表面看起来像水母——凝胶状，长圆形或球形，一端有一个圆形的嘴。栉水母在海洋中大量存在，但科学家们却长期忽视了它们。早在20世纪，教科书上的图画经常反着描绘这种动物，嘴巴朝海底垂着，就像水母一样，然而在现实生活中，它的嘴巴其实是朝上的。

和水母用肌肉拍打身体在水中前进不同，栉水母用成千上万的纤毛游泳。与触须带刺的水母不同，栉水母利用两条分泌胶水的粘性触须来捕猎，这种适应性在其他动物王国中是绝无仅有的。栉水母是一种贪婪的捕食者，以其伏击战术而闻名。它的捕猎方式是将它粘稠的分枝状触须展开，形成类似蜘蛛网的东西，然后细致地一个接一个地捕捉猎物。

19世纪末，当科学家们开始检查栉水母神经系统的时候，他们通过显微镜看到的东西看起来似乎很平常。在动物身体底端附近有一团厚厚的神经元，神经系统分布在它的身体各处，一小撮厚厚的神经束延伸到每根触须和它的八条纤毛。20世纪60年代的电子显微镜研究显示，这些神经元之间似乎存在突触，气泡状的隔间可以释放神经递质，刺激邻近的细胞。

科学家们给活的栉水母的神经元注入钙，使它们产生电脉冲(就像老鼠、蠕虫、苍蝇、蜗牛和其他所有动物的神经一样)。通过刺激正确的神经，研究人员甚至可以促使它的纤毛以不同的方式旋转——导致它向前或向后游动。

简而言之，栉水母神经的外貌和行为都和其他动物一样，所以生物学家以往认为这两者也是一样的。对栉水母的这一观点在审视所有动物的进化过程中起到了更大的作用——但这也被证明是错误的。

到了20世纪90年代，科学家们把栉水母放在动物生命类目的低处，放在刺胞动物旁边的分枝上，刺胞动物包括水母、海葵和珊瑚。水母和栉水母都有肌肉，而且都有分散的神经系统，这些神经系统还没有完全凝聚成大脑。当然，它们的身体都以柔软、不稳定和透明著称。

在栉水母和水母的进化类目之下，有两个明显更原始的动物分支：丝盘虫和海绵，它们都缺乏任何种类的神经细胞。尤其是海绵，它似乎刚刚处于定义动物的边缘：直到1866年，英国生物学家亨利·詹姆斯·克拉克(Henry James Clark)才证明，海绵确实是一种动物。

这使得海绵成为了我们与一个古老的、由单细胞原生生物组成的前动物世界最接近的活化石纽带，类似于现代的变形虫和草履虫。研究人员推断，海绵是在古代原生生物聚集成高层群落时进化而来的，海绵的每个细胞都利用鞭毛(类似纤毛的线状结构)来进食，而不是游泳。

这种说法支持了一种省事的观点，即神经系统是逐渐进化的，随着动物类目每一个分支的相继出现，神经系统变得越来越复杂。所有的动物都是进化创造的一个单一时刻的产物：神经细胞的诞生。在随后的进化中，只有一次，这些神经元跨过了第二个重要的门槛——聚集成一个中央大脑。这一观点得到了另一组证据的支持：在情景记忆、空间导航和整体行为背后的神经回路中，昆虫和人类个体神经细胞的排列方式惊人地相似。事实上，科学家们认为，第一个大脑一定出现得很早，比昆虫和脊椎动物的祖先在进化道路上分道扬镳还要早。如果这是真的，那么从那件事之后的5.5亿年到6.5亿年就代表了一个单一的故事情节：动物谱系上下都在同一个基本的大脑蓝图上进行各自的发展。

这张大脑进化的蓝图是有意义的，但是观察着1995年星期五海港的场景，Moroz开始怀疑这是完全错误的。为了证明他的直觉，他收集了几种栉水母。他把它们的神经组织切成薄片，用化学染色剂处理(这些化学染色剂可以表明多巴胺、血清素或一氧化氮这三种神经递质的存在，这些神经递质在动物王国中广泛存在)。他一次又一次地往显微镜里看，但依然没有发现任何黄色、红色或绿色的污点。

一旦你重复这些实验，莫罗兹说：“你就会开始意识到这是一种完全不同的动物。”他推测栉水母并不仅仅和它的姐妹种群水母不同，它和地球上的其他神经系统也有非常大的不同。

栉水母似乎遵循一条完全不同的进化路径，但莫罗兹不能确定。如果他现在在研究了几个重要的分子之后就贸然发表他的研究结果，人们会完全忽略它们。“非凡的主张需要非凡的证据，”莫罗兹说，于是，他踏上了一条缓慢而漫长的道路，这条路甚至比他当时想象的还要长。

他申请资助使用其他技术来研究栉水母(例如观察它们的基因)，但在多次遭到拒绝后放弃了。当时他还很年轻，才离开苏联几年，刚刚开始在英语期刊上发表自己的作品(在英语期刊上发布作品这会引起更广泛的兴趣)。因此，莫罗兹把栉水母先放在了一边，重新开始了他的主要工作：研究蜗牛、蛤蜊、章鱼和其他软体动物的神经信号。在12年后，他才偶然重拾了自己热爱的研究。

2007年，为了参加一个科学会议，他曾短暂访问星期五海港，一天晚上，他漫步到1995年他曾经待过很长时间的码头。在那里，他偶然瞥见在灯光下散发着彩虹光芒的栉水母。那时候，科学工具已经得到进步，可以在几天而不是几年的时间里完成整个基因组的测序，而莫罗兹也在佛罗里达大学建立了自己的实验室。他终于有能力来探索这个未知的领域了。

于是他拿起一张网，从水中捕了十来只栉水母，这些栉水母属于一种叫做侧腕水母(Pleurobrachia bachei)的物种。他把它们冷冻起来，运到他在佛罗里达的实验室。在三周内，他得到了栉水母的部分“转录组”——在这种动物的神经细胞中大约有5000或6000个基因序列被激活。这个结果令人吃惊。

首先，他们发现侧腕水母缺乏制造一长串神经递质(在其他动物中广泛存在)所需的基因和酶。这些缺失的神经递质不仅包括莫罗兹在1995年就注意到的血清素、多巴胺和一氧化氮，还包括乙酰胆碱、章鱼胺、去甲肾上腺素等。栉水母也缺少制造允许神经元捕获这些神经递质并对其作出反应的受体的基因。

这证实了莫罗兹多年来等待的发现：1995年，当他未能在栉水母神经中找到常见的神经递质时，并不是因为他的测试不起作用，而是因为栉水母本来就没有使用这些神经递质。莫罗兹说，这是一个“大惊喜”。

他说：“我们都使用神经递质，从水母到蠕虫，到软体动物，到人类，再到海胆，你会看到一系列非常一致的信号分子。”但是，不知怎的，栉水母进化出了另一种神经系统，在这种神经系统中，神经递质这个角色由一组不同的、迄今未知的分子来扮演。

莫罗兹的转录组和基因组DNA序列显示，栉水母还缺少许多其他的基因，而这些基因在动物王国中是已知对神经系统的构建和运作至关重要的。侧腕水母缺失许多常见的蛋白质，这些蛋白质被称为离子通道，这些蛋白质可以产生沿神经快速传递的电信号。它还缺失引导胚胎细胞完成复杂神经细胞转化的基因，此外它还缺失了那些著名的基因，正是这些基因使得这些神经元逐步连接成成熟的、运作正常的神经回路。他说：“这不仅仅是少数基因存在或缺失的问题。这是一个非常宏伟的新设计。”

这意味着栉水母的神经系统是重新进化而来的，它使用的分子和基因与地球上已知的任何动物都不一样。这是一个经典的趋同案例：栉水母的世系进化出了一个神经系统，这个神经系统使用了任何可用的遗传起始物质。从某种意义上说，它是一个外星神经系统——与动物王国的其他部分分开进化而来。

但惊喜不止于此。与其他动物相比，栉水母被证明是独特的，但它独特的地方绝不止其神经系统。栉水母参与肌肉发育和功能的基因与其他动物的也完全不同。栉水母缺乏几种被认为对所有动物都通用的一般身体模式基因。这些基因包括所谓的微RNA基因，它有助于在器官中形成特殊的细胞类型，以及HOX基因，它可以将身体分成不同的部分，例如蠕虫或龙虾的节段体，还是人类的脊柱和指骨的节段体。这些基因类型也存在于简单的海绵动物和丝盘虫中，而在栉水母中则不存在。

所有的这些证据都指向了一个惊人的结论：尽管栉水母比海绵和丝盘虫(它们缺乏神经细胞、肌肉和几乎所有其他特殊细胞类型)复杂一点，但它们实际上是动物生命树上最早、最古老的分支。在随后的5.5亿到7.5亿年间，栉水母设法进化出了肌肉和一个神经系统，其复杂性与水母、海葵、海星以及许多种类的蠕虫和贝类相似，但它们是由另一组基因拼凑而成的。

莫罗兹试图在2009年发表他的研究结果，但这篇论文被拒绝了，所以他继续做更多的实验。

虽然在2000年代末莫罗兹巩固了他的实验结果，但其他研究团队已经开始将他所知的东西一点点地拼凑起来——这引起了一个令人担忧问题，经过了这么多年，别人可能会在他出版他的结论之前抢先得到他的结论。

首先，2008年发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究对动物生命类目的基本结构提出了质疑，推翻了长期以来认为海绵是最原始分支的假设。这项研究比较了150个基因的DNA序列，以重建77种不同动物物种的进化关系，其中包括两种栉水母。这篇论文首次公开提出复杂的栉水母可能是最早的进化分支，而不是简单的海绵。蒙特雷湾水族馆研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute)生物学家史蒂文•阿道克(Steven Haddock)是这项研究的作者之一，他说，仅仅是这个建议就在科学界引发了一场“风暴”。

2013年12月，另一个研究小组公布了第一个栉水母的基因组——一种名为“梳状水母”(Mnemiopsis leidyi)的物种，与莫罗兹研究最多的一个物种不同。这篇发表在《科学》(Science)杂志上的论文还得出结论，最接近所有动物起源的进化分支是栉水母，而不是海绵。

在接下来的几个月里，海绵是最早的动物这一根深蒂固的说法继续以其他方式分崩离析。2014年1月，世界领先的海绵生物学家之一、位于埃德蒙顿阿尔伯塔大学(University of Alberta)的萨莉·莱伊(Sally Leys)质疑了一种流传了150年的说法，即海绵或多或少只是被认为是所有动物祖先的单细胞有机体的殖民版本。详细的研究表明，这种海绵和一种叫做领鞭毛虫的原生生物的细胞使用了不同的基因和蛋白质来构建相似的结构。因此，海绵不可能是从任何类似于领鞭虫类的东西进化而来的。它们在显微镜下的相似性是趋同进化的另一个欺骗性例子：两个不相关的有机体进化出相似的结构来执行相似的功能——但使用不同的基因作为起始材料。

这些研究推翻了海绵是动物生命之树最早分支的间接证据。一个看似强有力的论点，其实不过是认错了人。尽管栉水母比海绵复杂得多，它有神经系统、肌肉和其他器官，但它现在似乎是最早的分支，最接近所有动物的起源。

但这些研究都没有对栉水母神经细胞进行过详细的研究。所以许多人仍然不知道莫罗兹发现的核心：栉水母单独进化出来的神经系统。

莫罗兹花了几年时间填补他的证据中的空白。他的团队缓慢地对他自己的栉水母侧腕水母基因组的最后几个百分点进行了测序，这些DNA片段就算是使用现代技术也非常难进行测序。莫罗兹雇了36名学生，对每个栉水母个体神经细胞表达的是什么基因进行了详细的研究，以及在这种动物自胚胎发育而来的过程中，这些细胞是如何将自己连接到神经回路中的。

2014年6月，莫罗兹终于在《自然》杂志上发表了他的栉水母侧腕水母的基因组。经过七年的研究，他的工作有力地证明了栉水母的神经细胞和神经系统是独立于其他所有动物进化而来的。对他来说，栉水母代表着地球上最接近外星人大脑的东西。

栉水母提供了一个极端的、引人注目的例子，说明了一种可能是普遍存在的模式：就像眼睛、翅膀和鳍在动物进化过程中进化了很多次一样，神经细胞也进化了很多次。莫罗兹现在计算到神经系统有9到12个独立的进化起源，其中刺细胞动物(包括水母、海葵的类目)至少包括一个，棘皮动物(该集团包括海星、海百合、海胆和沙钱)有三个，节肢动物(包括昆虫、蜘蛛和甲壳类动物)有一个，软体动物(该类目包括蛤、蜗牛、鱿鱼和章鱼)有一个，脊椎动物有一个——而现在，栉水母门动物至少有一个。

“制造神经元、大脑的方法不止一种，”莫罗兹说。在每一个进化分支中，基因、蛋白质和分子的不同子集都是通过随机的基因复制和突变，被随机地选择来参与神经系统构建的。

但有趣的是这些不同的进化路径是怎样在动物生命类目中形成外表如此相似的神经系统的。以图森市亚利桑那大学神经解剖学家Nicholas Strausfeld的研究为例，他和其他人发现，昆虫的嗅觉、情景记忆、空间导航、行为选择和视觉的神经回路，与哺乳动物中执行相同功能的神经回路几乎完全相同——尽管它们利用不同的(尽管是重叠的)基因集来构建各自的神经回路。

这些相似之处反映了进化的两个关键原则，这些因素可能对任何一个拥有生命的世界来说都很重要。第一个是趋同：进化类目上这些分布广泛的动物分支为神经系统提供了共同的设计，因为它们必须解决相同的基本问题。第二个是共同的历史：所有这些构建不同的神经系统至少有一些共同起源的元素。在我们的世界里，每一个神经系统都是从早期地球物理和化学环境中形成的分子构件演化而来的。

事实上，所有神经系统的许多基本信号机制可能都是从40亿年前地球上第一批细胞的生死适应进化而来的。早期的细胞可能生活在水生环境中，如温泉或盐水池，这些水生环境中含有溶解的矿物质混合物，其中包括威胁生命的钙。(重要的生物分子，如DNA、RNA和ATP，当暴露在钙离子环境中时，会结合成难熔的粘稠物——类似于浴缸里形成的浮渣。)因此，生物学家推测，早期的生命一定是进化出了某些保持细胞内最低钙水平的方法。这种保护机制可能包括将钙原子泵出细胞的蛋白质，以及当钙水平上升时就会开启的警报系统。后来，进化利用这种对钙的灵敏反应，在细胞内部和细胞之间发出信号来控制微生物用来移动的纤毛和鞭毛跳动，或者控制肌肉细胞的收缩，或在我们这样的生物体中触发神经元的电脉冲。大约5亿年前，当神经系统开始出现时，许多关键的构建模块已经设置好了。

这些原则对于理解进化、以及生命可能在地球或其他世界上采取的形式有着巨大的影响。它们阐明了偶然性和必然性在塑造数十亿年进化轨迹中的相对重要性。

已故的哈佛大学古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德(Stephen Jay Gould)在他1989年出版的《奇妙的生命》(Wonderful Life)一书中指出，偶然事件很重要：动物的进化史是由共同数量的毁灭和创新共同塑造的。他指出，5亿7千万年前的寒武纪世界包含了比今天更多的动物类群——即：门。早期动物类目的那些不同分支被大规模的灭绝不断修剪。这些物种的灭绝推动了生态系统的进化，开放了生态位，使得幸存的动物群体可以利用这些空余的生态位多样化，从而为创新提供了机会。

同时，剑桥大学的古生物学家Simon Conway Morris强调了进化趋同的重要性：进化往往会一次又一次地进化出相同的解决方案，就算是在遥远的动物的分支也不例外，即使是用于构建类似的结构，结构的蛋白质或基因本身也并不是相关的。

将这两种观点有逻辑地结合起来，就会得出一个惊人的结论。如果地球的历史被重绕和回放，那么很可能我们现在看到的动物类目可能会完全不同。哺乳动物或鸟类，甚至可能是所有的脊椎动物都可能会缺席。但是进化可能最终还是会出现大部分、甚至是全部那些允许复杂大脑出现的创新：这些创新可能出现在动物类目上的其他分支上。

当科学家们在推测其他星球上可能会存在何种生命时，一个具有争议性的想法正在形成：与我们所知的一切不同，外星生命可能早已经存在于地球上。他们的想法认为生命可能在我们的星球上已经出现过两次或两次以上，而不是像人们长期以来认为的那样只有一次。我们的生命形式逐渐占了主导地位，而其他形式则退居角落。这种“影子生物圈”很难被探测到，因为它可能不包含DNA、蛋白质或其他我们赖以探测生命的分子。

栉水母门并没有那么奇特。它基于我们共同拥有的基础化学，但它仍然代表着动物的影子生物学。栉水母是一种失散已久的表亲，我们甚至不知道我们有这样的一个表亲。

因为栉水母创造大脑和肌肉所利用的蛋白质和基因与任何其他被研究过的动物所利用的蛋白质和基因都有很大的不同，所以栉水母提供了一个独特的机会来探索一些巨大的问题：神经系统的多样化程度能去到哪里?我们真的了解生命是如何感知周围环境和行为的吗?

对于预测神经系统在其他世界可能会如何进化，栉水母甚至可以为我们提供有用的见解，在其他世界，更奇特的生命形式可能并不基于DNA或蛋白质。进化生物学家认为，即使是建立在奇特生物化学基础上的生命，也倾向于沿用类似的组织结构。伦敦大学学院的生物化学家Nick Lane写道，地外生命可能将自己划分在某种细胞膜内，并利用细胞膜两侧pH值或离子浓度的电化学差异为自己提供能量，就像地球上的细胞一样。从古代陨石中提取的化学物质很容易形成膜(即使这些膜不是由完全相同的分子组成的)。一旦细胞膜在另一个世界的生物学中固定下来，神经系统的进化过程很可能会以类似地球生命进化的方式展开。

莫罗兹仍在尽可能地研究栉水母。这些动物被科学家忽视了很长时间，部分原因是它们太脆弱了，很难在实验室里存活下来。莫罗兹为船只配备了现代研究设备，使其可以在现场对活体动物进行基因组测序、胚胎生长和神经元刺激，从而绕过了这一难题。他希望通过梳理栉水母的神经回路，他能够更多地了解大脑的总体设计原理——并测试这些原理是否真的普遍适用。

取得目前的进展已经花费了很长时间。为了意识到栉水母真的如此陌生，莫罗兹首先不得不拒绝接受他从之前的研究人员那里学到的很多东西。他解释说，因为他“最初的假设和教科书上的完全一样”，他花了20年时间才转向另一种新的思维方式。