动物学家的星际漫游指南:通过地球动物揭秘外星生命

如果炽热的岩浆里也有生命存在，那应该是什么样子？

剑桥大学生物学家大胆推理 严谨论证，全方位展示外星生物从形态到运动，从智力到语言。

用进化论推理外星生命的意外之作

如果你不想被地外生命吓到，那就看看这本地球生命产生与进化规律的生动概述吧。假设这些法则是普适的，阿里克·克申鲍姆预测了外星生物可能会是什么样子。

——弗朗斯·德瓦尔，《最后的拥抱》（MAMA’S LAST HUG）作者

这是一本有趣、深入的生物学探索，探讨了可能和不可能存在的外星生物。如果你想知道来自其他星球的真正的外星人到底是什么样子的，这本书你要读一读。

——苏珊·布莱克莫尔，《看见我自己》（Seeing Myself）作者

勘察了地球上进化的深层时间和他对动物交流的前沿研究，克申鲍姆对最深层的问题——外星人实际上可能是什么样子的——提供了引人入胜的解答。

——刘易斯·达内尔，《起源》（Origins）的作者

克申鲍姆带领我们进行了一次动物多样性的欢乐之旅，并说明了自然选择在解释生命方面的独特重要性——在地球上——以及在整个银河系中我们可能会发现什么，这是一本令人振奋的书！

——加州大学洛杉矶分校生态学和进化生物学教授丹尼尔·T·布卢姆斯坦

既然没有外星人到地球来，我们要怎么知道它们长什么样子呢？

剑桥大学动物学家阿里克·克申鲍姆博士利用他对地球上的生命和（适用于全宇宙的）达尔文进化论的专业知识，为我们解释了外星生命可能的样子：这些生物会如何移动、社交和沟通。举例来说，通过观察用电流脉冲来表明社会地位的鱼，我们可以看到其他星球上可能会出现通过电进行的交流沟通。由于要在海床上移动的进化压力，地球上的动物一般都具有左右对称的特性；而在其他星球上，那些在半空中或是焦油状质地的环境里进化的生物可能就没有任何对称特质。

I引言

II形态与功能：不同世界的共通之处

III什么是动物？什么是外星生物？

IV运动——小步快跑与空间滑翔

V交流渠道

VI所谓的智力

VII社会性——协作、竞争与休闲

VIII信息——非常古老的通货

IX语言——独特的技巧

X人工智能——宇宙中全是机器人？

XI正如我们所知的人类

XII结语

插图列表

致谢

延伸阅读

索引

宇宙中存在其他生命似乎无可避免，但关于这些生命的情况，我们又似乎几乎不可能有所知晓。不过，我的目标是为你展示一种可能性，即关于外星生命的样貌、生活方式和行为方式，我们其实可以有很多可以讨论。

近些年来，我们对宇宙中存在其他生命的信心与日俱增，让人们更感到兴奋的是，我们似乎也有可能找到外星生命。2015 年，美国国家航空航天局（NASA）首席科学家艾伦·斯托芬（Ellen Stofan）曾预测，在未来的二三十年内，我们将在其他行星上发现生命存在的证据。当然，她指的是微生物，或是其他星球上与地球微生物等同的生命形态，不一定是智慧生命。但这种预测背后的信念却依旧令人感到惊异，20 世纪初，我们曾对外星生命异常着迷，到了七八十年代，又兴起了盲目的悲观主义，而现在，人们的情绪正在回归现实、回归科学，变得乐观起来。这本书就是关于我们该如何使用那些现实的、科学的方法，得出一些关于外星生命的、有信心的结论——特别是关于外星高等智慧生命的结论。

但是，外星人并没有真的在纽约降落过，我们又该如何知晓他们的样子呢？我们是否需要借用好莱坞和科幻小说家的想象？又或者，相比起在陆地上利用巨大脚掌跳跃前行的袋鼠，在海中利用排水反推力驱动自己前进、体表闪烁着斑斓光泽的乌贼，外星动物也许并不更为奇异。如果我们相信自己——所有地球生物——以及地外行星上的生物，都服从生物学的普遍规律，那么我们就能够知道，地球动物在适应环境时所采用的理由，也非常有可能被其他行星上的动物所采用。与地球动物一样，跳跃和喷水在很多不同的行星上同样会是行之有效的移动方式。

生命在宇宙中有多稀少？直到20 世纪90 年代，其他恒星周围是否存在行星（系外行星）还是一个关乎观测方法和数学计算的问题。我们并不确切地知道银河系里有多少行星，也不清楚这些行星的性质（温度、重力、大气环境、组成物质等条件）如何，但随着科技升级到新的水平，人类对系外行星的观测也随之成为可能，这时，人们的情绪同时高涨起来。也许，我们确实有可能观察到可能寓居着外星生命的行星。

最初的发现令人失望。人们最开始发现的几颗系外行星都是体积巨大、温度极高的气态行星——不管是从我们所知的条件，还是从其他的角度上考虑，都不太适宜生命存在。但在我们发现第一颗系外行星的不到20 年之后，人类取得了重大的突破。开普勒太空望远镜升空，朝着宇宙中一个固定的角度观测一小片固定的区域，搜寻可能存在的行星，在它开始运行短短六周之后，就发现了五颗系外行星。到2018 年开普勒望远镜停止工作的时候，我们已经不可思议地通过它发现了2662 颗系外行星，这还只是在它所朝向的那一小片天空里，面积相当于你举起手臂时拳头能覆盖到的大小。

这一发现反映出的事实令人震惊，银河系里的行星数量远比我们先前想象的多得多，在更先进的测量方法的帮助下，我们现在对那些行星有了更加全面的了解，从高温的类木气态行星，到与地球非常相似的类地行星，我们已经掌握了全方位的行星数据。* 比起2009 年，现在的宇宙已经拥挤了许多，而到我们孙辈的时代，他们可能都不会相信我们曾经说过：“类地行星非常稀有。”我们再也没有借口认为宇宙缺乏外星生命存在的条件。

现在，我们对可供外星生命存在的物理环境条件有了更为深入的理解，而且，我们还可以越来越频繁地对这些物理环境进行测量。人们开发了新的仪器，通过探查行星绕行的恒星发出的光穿过该行星大气时发生的变化，就可以侦测出行星的大气化学组分。当然，我们首要寻找的还是氧气，但另一些比较复杂的化学成分也可以显示出行星上的工业发展水平。非常讽刺的是，污染往往是宇宙智慧生命的标志。

无论如何，宇宙中至少出现过一次生命，我们自己就是证明，不过我们并不知道生命究竟是如何出现的。关于地球生命出现的机制有很多种理论，最为可能的一种说法是生命所需的基本化学物质随机形成，在一次幸运的偶然之下，这些化学物质组合成为能够自我复制的特殊分子结构，这是一种非常不同寻常的情况，那么这又是否意味着其他行星上的生命也如此形成？答案显然是否定的，我们完全无法确定人类目前所认为的发生在地球上的生命起源过程与其他星球上生命起源的过程是否相似。外星生命或许是和我们一样的碳基生物，或许是不太一样的其他碳基生物，也可能拥有与我们完全不同的生命结构。

化学规律已经被人们理解得非常透彻，所以很多关于生命起源的想法都可以在实验室中加以验证，我们可以通过实验来判断哪些化学成分可以组成稳定的结构。通常认为，与组成我们身体的化学结构相似的物质对于“活的”东西来说是非常好的原料，但在这些关于外星生物化学结构最为基础的概念之外，我们的面前仍笼罩着一层厚厚的迷雾。我们不仅没有可供考察的外星动植物标本，甚至连“植物”和“动物”这两个词在其他行星上是否有意义都不能确定。虽然NASA 乐观地估计我们能发现外星生命存在的迹象，但恒星之间的超远距离意味着我们仍需要巨大的科技进步才能实现对太阳系以外行星的真正造访。我们可以在实验室里合成外星化学物质，但用望远镜观察外星的鸟类却依然是遥不可及的梦想。

在我们对外星生物性质的理解之中一直有个问题：人类在比较不同生命的时候，我们的出发点只有一种生命形式，即地球生物。仅仅通过这种生命存在的孤例，我们可以得出多少关于其他行星上生命的结论呢？有人认为人类对外星生命的推测毫无意义，因为我们的想象力已经被牢牢地捆绑在了自己的经验之中，无力思索其他世界中复杂多样且陌生的可能性。《2001 太空漫游》（2001: A Space Odyssey）的作者科幻小说家阿瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）说：“在宇宙中，没有什么地方可以让我们见到熟悉的花草树木，与我们共同生活在这个世界上的动物的身影，你也不可能在别处见到。” 很多人都认为外星生物过于难以想象，但我不同意。科学给我们提供了超越这种悲观想法的机会，而我们也确实似乎有可能分辨出一些关于外星生命样貌的线索。这本书就是用我们对生命的存续——以及更重要的——生命的进化的理解，去理解其他行星上的生命。

像我这样一个生活在地球上的动物学者——一个更习惯于在白雪皑皑的落基山脉中追踪狼群、在加利利群山中找寻毛茸茸的蹄兔的人——是怎么参与到对地外生命的探索中去的呢？动物的交流，以及动物为什么会发出它们的叫声，是我诸多研究课题中的一个。2014年，我在哈佛大学拉德克利夫学院（Radcliffe Institute）做过一次演讲，其间我曾问道：“如果鸟儿会说话，我们能发现吗？”人类有语言而其他动物没有语言，这一点对我们来说似乎是不言而喻的，但我们又怎能确定地知道这就是事情的真相呢？我曾经试图寻找动物交流中“语言”的数学指纹——一种能够清晰地帮我们辨明某种声音符号是不是语言的数学特征，有了语言指纹，某种原本在我们看来毫无意义的信号就变成了语言，而如果缺乏语言指纹，那些信号就不能被称为语言。我有些好同事（不过也有点儿古怪）鼓励我说，我们下一步的目标就是对来自太空的信号询问同样的问题：那些信号是语言吗？如果是的话，又是何种生物产生了那些语言？从这里开始，我们就可以自然而然地把对地球生命的理解延伸到外星生命的其他方面上，进而研究它们的摄食、繁殖、竞争、互动等。

但是，在我们从未见过任何外星生物，甚至无法确定它们是否存在的时候，为什么要在动物学的框架之内研究外星生物呢？作为教育工作者，我经常面对刚刚进入大学的本科新生，他们从考查记忆能力的考试中摆脱出来之后，我的第一个任务就是告诉他们：对事实的记忆固然非常重要，但更重要的是对概念的理解，面对大自然，我们不仅要知其然，更要知其所以然。对过程的理解是研究地球动物学的关键——这种理解可以帮助我们更清楚地认识其他行星的动物学。在我写下这些文字的时候，剑桥大学二年级的本科生正准备他们前往婆罗洲（Borneo，加里曼丹岛）的田野调查，对其中的一些人来说，这次外出是他们人生中第一次离开英国，老师们会希望他们记住写有婆罗洲成百上千种鸟类和昆虫信息的田野手册吗？当然不会，如同未来的外星世界探索者一样，这些学生必须先理解进化论的原则，正是在这些原则的指导之下，我们所见的生物多样性才如此繁盛。而只有当概念被清楚地理解之后，对我们所发现的动物进行的解释才成为可能。大多数人认为物理和化学的规律是明确且普遍适用的，它们在地球上的应用方式与地外行星无异，所以我们在地球上对某些物理与化学材料在不同条件之下的作用方式的预测，在宇宙中的别处，相同的材料在相同的条件之下，其相互作用方式应该差异不大。科学给我们展现出的这种稳定和可靠，正是我们对科学的信心之来源。但在一些人看来，生物学却是不同的，我们很难想象起源于地球的生物学规律如何在地外行星上发生作用。就此，20 世纪最著名的天文学家之一，宇宙中存在其他高等智慧生物的热忱信徒，卡尔·萨根（Carl Sagan）曾这样说：“在我们已知的范围内，生物学实在是平凡与偏狭的，我们所熟知的生物学可能只是宇宙中种类繁多的众多生物学中特殊的一种。”

如果你生活的环境中充满了单一流体——不管是水、空气还是液态甲烷——在运动的时候，你都需要对某种非固体的物质施力。某些挥动肢体或者游泳的动作都至少会产生一些力，而这也确实是大多数动物所采取的办法，通过向后推动流体，可以产生向前的推力，其原理与喷气式引擎相似。但动物在流体中游动的具体机制的复杂程度其实超出人的想象，而且人们也惊奇地发现，这些原理尚未得到完全的解读。举个例子来说，想象一下在泳池里的人，如果他向后打水，就会产生一个向前的力，但推完水之后呢？他必须把手移动回原来的位置以便再次做出打水的动作，可是，这个移动的动作又会产生一个向后的推力，而这个推力与刚才的推力互相抵消，他只能保持原地不动。当然，人很快就学会了蛙泳，通过改变手的形状，减少手部回到身体前方时产生的向后的推力，或者人也可以采取自由泳的姿势，手回到身体前方时在空气中挥动，而不是在水中，从而避免产生向后的推力。

动物在飞行和游泳的时候采取了相似的技巧，改变产力机制（翅膀、鳍等器官）的参数，从而避免往复运动中产生的力相互抵消，不过这种改变给动物运动带来的收益微乎其微。有个非常有名（但并不正确）的说法是，根据物理学的法则推测，大黄蜂飞不起来，可是尽管大黄蜂对物理定律一无所知，它们还是飞得很欢快。事实上，单单通过挥动翅膀，绝大多数昆虫、鸟类和鱼类都飞（游）不起来。可真实情况是它们却是都能飞（游），因为它们在运动的过程中会采取各种微小的流体动力学方法增加自己所能产生的力。举例而言，绝大多数运用流体动力学运动方式的动物都会利用涡流，（就是你在泳池中划水时看到的那些小漩涡，）而这些涡流正是动物在产生动力的动作中制造的副产品。涡流由快速运动的流体构成，而如果能捕捉到这些涡流，它们就会提供额外的推力。很多鱼类在游动的时候会左右对称地摇摆尾部（不像人类蛙泳划水的动作），这种摇摆往复中没有改变任何运动参数，那它又是如何产生持续向前的推力呢？答案也隐含在涡流之中，但人类理解涡流还是非常浅近的事情，最近关于鱼类尾部水分子运动的影像学发展为人类揭示了涡流对动物运动的极大重要性。* 鱼类尾巴左右摇摆的快速挥动在水中产生了旋转的圆圈，就像烟圈一样，改变了鱼的运动方向并将其向前推进。

外星世界的生物运动于流体（液体或气体）中似乎也是可能的情况，但产生足够强大的净推力对任何流体的性质而言都是基本的挑战。任何流体中都会产生涡流——大黄蜂也没有任何除涡流以外的方式能让自己飞起来——自然选择就如同流体中的涡流一样，在任何其他的行星上都会抵达相似的解决办法。外星的蜂和地球的蜂一样，飞起来都会嗡嗡响。

除了鸟类和昆虫的翅膀、鱼类的鳍这些明显呈桨状运动的器官，在流体中运动还有其他的方法。正如上面所提到的，微生物可以用包裹在周身的细微毛发[ 称为“纤毛”（cilia）] 通过有节律的挥动在水中助推自己前进。在绝大多数情况下，这种使用纤毛运动的方法只适用于体形微小的生物，但栉水母（一种最为古老的生命形态，且与真正的水母的亲缘关系相对不近）却可以不可思议地利用涟漪波动式的舞动纤毛在水中以非常温和的速率推动自己前进（1~2 厘米/ 秒）。

另一种更具有戏剧性的运动方式是鱿鱼、章鱼和长得像化石一样的鹦鹉螺等动物所采用的喷射式助推。这些动物通过向后方高速喷射水流产生一个短暂的、向后的力，从而将自己推向前进。这种反推式的喷射可以用于逃离掠食者，鹦鹉螺会经常使用这种喷射式的运动，而鱿鱼和章鱼却只把这种运动方式作为最后的撒手锏——因为相比起鱼类和鸟类所使用的划动运动方式而言，喷射式运动的效率似乎没那么高。再者，类似鱿鱼射式的运动也被鱿鱼的另外一门亲戚所采用，那就是菊石，它们在远在3 亿年前的一段时间里普遍采纳了这种方法。在适当的情况之下， 在其他星球上，喷射流体的运动方式看似是完全合理的移动方法。

流体几乎不会保持静止。最为要紧的是，流体中的温度差——有时是由上方的阳光照射导致升温，有时是下方的炽热岩石加热——导致了流体密度和压力的差异，从而在流体内部产生了自发的流动。动物可以放弃自身的运动，让流动带着它们流向任何地方，而很多很多种浮游生物以及其他的一些海洋生物正是这样做的。但流体介质本身的固有运动也有另外的效果：流动可以以令人惊讶的方式被利用于产生向其他方向的力，所以动物可以用自身很小的运动动作产生强大的运动结果。

正如我们所知，鸟类比空气重，所以鸟类自然倾向于坠落，而坠落的后果对鸟类而言是毁灭性的。但鸟类可以通过将自己的翅膀调整至恰好的角度，利用气流产生向上的力——升力——平衡掉自己的体重。通过这种方式，鸟类像水里的鱼一样魔术般地变成了浮力中性的动物，而这种由气流产生的升力和人类发明的飞行器保持空中姿态的力是一样的。如果你还不太明白飞机引擎为什么朝向后方而不是朝向下方（正如大多数人的困惑一样），你可以想象，飞机通过向前的运动使空气流过机翼，而这一流动过程为飞机产生了足够的升力。

在一定程度上，滑行状态下保持飘浮的姿态限制了鸟类飞行的灵活性，因为这种利用气流的方法不允许它们自由选择飞行的方向。但正如空气的流动可以产生向上的力一样，鸟类也可以变换翅膀的形状，产生向左或者向右的力，这一过程与滑翔机飞行员可以在某种程度上控制飞行器的方向一样。鱼类和昆虫将自己的体形进化得相当长，在利用流过鳍和翅膀的流体产生力的时候也使用了大量的能量，但信天翁却能利用不间断的海风保持飘浮的状态，还能利用风移动。

此处，我的观点一直是强调流体中运动的困难性——不是因为地球上各种流体运动介质的性质，而是对于所有流体介质而言，其无定型、易流动的特殊性质让动物在其中的运动无所抓握。但在另一方面，生活在流体中的好处也非常卓越：在流体中运动的障碍要比在固体中小得多。因此，动物在利用流体介质进行运动的时候发现了各种各样的方法。昆虫会在空中飞翔（虽然飞得不高也不快，但相对于它们弱小的身体而言，已经令人叹为观止），海豚会在水中旋转、转弯，水母则懒洋洋地划着水，而菊石则曾经在海洋中借助喷水的动力游弋。虽然我们尚不能断定动物是否已经将每一种在流体中运动的方法都开发出来，但地球上的流体运动介质（主要是水和空气）却似乎并没有什么特别之处，只适用于水和空气的运动策略并不存在。虽然人类尚不能排除在其他的世界上存在其他新奇的运动技术的可能性，但我们至少可以自信地说，在地球上见到的这些流体介质运动技巧在其他的行星上也可能看得到。

相比起空气或其他的气体而言，在水中（或其他液体中）保持浮力中性的状态显然要简单得多，空气的密度比水小差不多1000 倍，所以液体和气体之间存在着某些非常重要的差别。几乎没有什么固体的物质能在空气中飘浮，而且我们也已经了解，人类探索大气的难度要比动物探索海洋大得多。但在理论上，我们还是可以想象出一种身上长有气囊的飘浮在空中的动物，气囊中充满多种细菌和其他微生物在代谢作用中产生的氢气。通过这种运动方式，周游世界可能都会变得异常容易。这种动物可以以空气中的“大气浮游生物”为食，其摄食方式与生活在海洋中的蓝鲸相似，后者会采食大量的磷虾。但与同样飞行在空气中的燕子和蝙蝠所不同的是，相比起后两者在捕食的过程中为了追逐同样能够飞行的猎物所花费的大量能量，这种不用费力就可以飘在空中的“空中鲸鱼”并不需要在摄食方面浪费力气，它们吃掉自己所过之处的微生物就可以了。

这种想象中的生物赖以飘浮的器官被称为“福廷囊”（Forteanbladder）*（或者更直接地被称为“空鳔”**）。但这样的生物在地球上并不存在。可是，在其他的世界上，福廷囊是否也不存在？抑或普遍存在着？人类利用氢气探索天空的时代在兴登堡飞艇的爆炸中结束了，但对于动物而言，这种毁灭性的爆炸的危险是否是它们未能在福廷囊的进化道路上继续前进的原因？我们虽然不知道这个问题的答案，但动物没能采取这种方式继续进化一定也另有理由，而它的答案其实蕴含在“黏度”这个概念的背后。在水中，即使小型生物的密度比水更大，但它们也几乎不会下沉，水流和旋涡倾向于将它们混入其中并保持悬浮的状态，就算是用柔弱无力的鞭毛在水中划动，也足够让它们的微小身躯保持在水中某个相对固定的位置。但在空中，情况就不一样了，在稀薄如地球大气一般的流体介质中，即使是微生物也必须拼尽全力才能保持飘浮，仅靠鞭毛的挥动完全不够。只有空气的流动——固然一般很强劲——才能让生物体保持空中的飘浮状态。事实上，在地球上，在两层楼的高度上就已经没有任何空气浮游生物了，所以也就不存在足够养活空中飘浮的鲸鱼的食物。但其他的行星环境可能对福廷囊或空中鲸鱼的存在更为友好。在某种更为稠密的大气中——比如类似木星这种巨型气态行星——微型生命体可以在空中停留很长时间，长到足够满足整条食物链和整个生态系统完成围绕其所展开的进化。但是，这样的思想实验又会将我们引领至新的问题。