諾獎得主跨界合作:我們在宇宙中是否唯一?
更新于:2025-03-26 16:40:37
《宇宙生命起源》,馬里奧·利維奧、傑克·紹斯塔克 著,王文浩 譯,鸚鵡螺|中信出版集團出版

知名天體物理學家馬里奧·利維奧和2009年諾貝爾生理學或醫學獎得主傑克·紹斯塔克合作,結合物理學和生物學來解答關於生命起源的最基本問題:生命是如何產生的,以及我們在宇宙中是否唯一?

為了回答這兩個問題,兩個領域的科學家沿著兩條截然不同的道路前進。在這本書中,物理學,尤其是天體物理學,為生命起源提供巨集觀背景。生物學則從微觀層面探究生命本質和起源機制。紹斯塔克提出的RNA世界假說,認為 RNA是生命起源關鍵分子,為生命起源研究提供理論基礎。

全書始終圍繞一個核心邏輯展開——生命是“化學事故”還是“宇宙必然”?這讓我們不禁思考:若地球生命的誕生存在必然路徑,則生命可能在宇宙中普遍存在;反之,若純屬偶然,人類或將永遠孤獨。

關於生命起源和地外生命的七個問題

《宇宙生命起源》不僅通過跨學科的視角探討了生命起源的深奧問題,還對人類關於地外生命的種種好奇做了回答:

1.地球生命在何時何地產生?

地球生命的誕生不會晚於35億年前,且地球生命是在地球形成不到10億年後出現的。地球生命誕生的環境最有可能是“一個溫暖的小池塘”,而不太可能是海洋。

2.生命是如何開始的?是先有蛋還是先有雞?

生命的產生需要4個子系統:細胞、新陳代謝、催化和遺傳。最新的想法表明,子系統的構建塊可能是同時形成的,不存在先後。而且,RNA是生命起源的關鍵。

3.太陽系還有其他生命存在嗎?我們最有可能在哪裡發現它們?

截至2023年秋,天文學家在4100多個行星系統中發現了5500多顆已確認的(太陽)系外行星。其中有930多個行星系統擁有至少一顆行星。銀河系中至少有1/5的類太陽恆星或更小的恆星在其宜居帶中存在一顆與地球大小差不多的行星(甚至每三顆恆星中可能就有一顆是這種情況)。

目前人們探索最多的是火星、金星,事實上,SpaceX公司CEO埃隆·馬斯克在2024年9月稱,他計劃“在兩年內向火星發射不載人的‘星艦’飛船,4年內啟動載人飛船探索火星任務”。除了這兩顆行星外,木衛一、土衛二、土衛六也有可能存在生命。歐洲航太局的木星冰月探測器(JUICE)的任務,將會研究木衛三、木衛四和歐羅巴。這個探測器於2023年4月14日成功發射,預計8年後到達木星。

4.生命是罕見的,還是常見的?

從整個銀河系的尺度看,生命可能並不罕見。

5.宇宙中會有其他智慧生命嗎?

目前的研究認為,微生物生命在宇宙中可能很常見,但複雜的智慧生命可能極為罕見。

但本書兩位作者認為,之所以目前還沒有發現其他智慧生命,是因為它們在滅絕前,沒有來得及留下可被檢測到的印記。

6.如果存在外星智慧生命,是比人類高級還是低級?是對人類友好還是敵對?

技術一旦出現就會迅速發展,所以如果地外技術文明並非無處不在,那麼這種文明與我們處於同步進化狀態的可能性很小。相反,就技術實力而言,這些文明更有可能比我們先進數億年乃至數十億年。在這種情況下,鑒於我們作為一個相對年輕的技術物種,我們可能遠遠落後於它們。

7.目前尋找地外生命的進展如何?

美國國家科學院、美國國家工程院和美國國家醫學院2021年11月發佈了一份報告稱,在太陽以外的恆星周圍的行星——系外行星——上尋找生命,現在已成為美國天文學界的一致目標。現在大多數天文學家相信,他們有可能在未來10年到20年左右探測到地外生命的存在。

RNA:生命起源的“萬能鑰匙”

現代生命依賴DNA、蛋白質與細胞膜的精密協作,但最初的生命一定更簡單。書中第二章至第四章揭示了一個顛覆性發現:RNA可能是生命的第一塊“基石”。

1982年,湯瑪斯·切赫發現RNA酶,證明RNA可獨立完成剪接,徹底顛覆了“酶必為蛋白質”的教條。這一發現為“RNA世界”假說提供了關鍵證據:在早期地球的“原細胞”中,RNA同時扮演基因與工具的角色,直到進化出更專業的DNA和蛋白質。書中甚至給出實驗證據——現代核糖體的催化核心仍是RNA,堪稱“RNA世界”的活化石。

紹斯塔克團隊進一步發現,RNA的核苷酸在紫外線照射下更具穩定性,而“失敗”的分子會被自然淘汰。這種“適者生存”的化學版本,解釋了RNA為何從混沌湯中勝出。這一發現不僅揭示了生命起源的可能路徑,也為實驗室中“重建”生命提供了關鍵線索。

火星:失落的水世界與生命“時間膠囊”

全書最令人矚目的部分當屬對火星的深入探討。毅力號火星車在傑澤羅隕石坑發現了遠古河床與湖泊沉積物,這表明30億年前的火星或許比地球更為濕潤。書中提出了一些大膽的猜想,試圖揭示“火星生命”的可能性。

首先,地表礦物中的線索令人矚目。黏土中的有機分子、硫酸鹽層的波浪痕跡,暗示液態水長期存在。這一發現支援了火星過去具備孕育生命條件的假設。此外,地下避難所也被認為是可能存在生命的場所。研究指出,火星土壤可能庇護著休眠的微生物,就像地球南極冰層下的嗜極生物。

然而,“地球化”的悖論也凸顯了火星的悲劇性命運。由於其小品質,火星無法留住大氣層,而磁場缺失則導致太陽風剝離水分,使其逐漸變成如今乾燥荒涼的樣子。但正是這一過程,讓火星成為保存遠古生命證據的“時間膠囊”。

現實迴響:馬斯克的星際野心與科學追問

埃隆·馬斯克的SpaceX計劃在2030年前用“星艦”(Starship)運送人類登陸火星,並建立永久基地。這一巨集偉目標並非遙不可及:書中提到的火星地下水、凍融循環證據,恰恰為“就地取材”提供可能——未來殖民者或能利用冰層提取水,甚至通過改造大氣創造宜居環境。

然而,本書也發出了警告:若火星曾孕育生命,人類活動可能污染這顆“紅色星球”,永遠埋葬外星生命的證據。科學界正與時間賽跑:在宇航員踏上火星前,機器人需完成生命搜尋的終極任務。

從實驗室中自我複製的RNA分子,到火星車鑽探的遠古岩芯,從哲學思辨到技術藍圖,《宇宙生命起源》將讀者推向認知的邊界。它告訴我們:解答“我們從何而來”,就是在定義“我們向何處去”。

無論是仰望星空的少年,還是實驗室中的研究者,都能在這本書中找到屬於自己的答案——關於生命,關於宇宙,也關於人類在無盡時空中的位置。