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生命筛
满足什么条件的生命更有机会成长为星际文明？让我们从结果出发进行反向推导。
进化树的分叉点
首先，星际文明必然由智慧生命组成，他们有目的、有计划地向太空发展。从地球的经验看，智慧只能产生在一定体积的大脑中。这样我们就到了星际文明生命进化树的第一个关键分叉点：合适的大脑。对地球而言，如果恐龙没有因天灾灭绝，或者东非草原上的生存压力不那么巨大，都不会有人类大脑的出现。自从6500万年前由恐龙灭绝引领的生物大灭绝（很有可能也是由外部事件如小行星撞击导致的）之后，鸟类和哺乳动物的大脑与身体尺寸的比例都在稳定增长。如果足够大的脑容量是一次筛选，那应该发生在3亿年前，在生物出现羊膜卵（能给生物大规模迁徙提供条件）之后很快出现了哺乳类或鸟类的先祖。或者，另一次筛选应该是语言能力的产生，这种语言能力只在哺乳类动物中而不是鸟类中产生过，并且只有在脑容量足够大的情况下才能产生。
其次，星际文明必然会建造并操纵宇宙飞船，而且飞船可与母星保持通信联系。这就使水生生物自主进入太空的可能性大大降低。以地球的经验看，水生生物一般不具有灵活的肢体，使得它们使用和制造工具的能力大打折扣，自然也就无法建造复杂的航天器。而且在水中进行物理、化学实验将十分困难，水生生物发展出自然科学简直是不可想象的任务。人类直到18世纪才发现空气的存在，水生生物要发现水的存在也绝非易事。科学家推测木卫二欧罗巴上可能有海洋生物甚至鱼类的存在 ，但它们的确不适合进行太空探险。
同理，那种水母状的空中漂浮生物也难以冲出大气层。生活在类木行星上的充气生物在阿瑟·克拉克等人的科幻小说中曾有提及。霍金就认为，气态星球上可能存在水母状的巨型浮游生物，它们像吹胀的小型飞船那样飘在气体中，以吸收闪电的能量为生。
这样我们就到了星际文明生命进化树的第二个关键分叉点：上陆。地球动物登上陆地大约发生在3亿年前。当时，为干旱环境所迫的总鳍鱼，从一个水塘艰难地爬到另外一个水塘，终于在拥有大量新鲜空气的陆地上存活下来。胸鳍和腹鳍变成了四肢，鳃退化了，鳔变成了肺，最终演化成两栖类动物。在外星上，如果没有水生脊椎动物（这样它们才能进化出肢体），如果没有适合它们上陆的环境，将很难进化出星际文明。之所以说“很难”而不是“不可能”，是因为曾有科学家设想，如果有合适的条件，章鱼有可能上陆，逐渐进化为智慧生物。章鱼的多条腕足，倒是极其适合操作复杂的飞船而不至于手忙脚乱。
小概率的生命起源
一切发达的星际文明都可以追溯到最原始、最简单的生命形态，它们位于生命进化树的根部。在40亿年前的地球上，由无机分子合成的有机小分子聚集在热泉口，或者火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物大分子，这些大分子进行自我复制、自我选择，进而通过分子的自我组织，并自我复制和变异，形成核酸和活性蛋白质，同时分隔结构同步产生，最后在基因的控制下进行代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量，这样一个由生物膜包裹着的能自我复制的原始细胞，就在地球上产生了。
上述过程看似简单，却有四道无法逾越的鸿沟。一是自我选择，组成生物大分子的都是非常有限的几种分子。在无机条件下，或者在闪电情况下，或者在热水中，这些分子如何能自我选择，合成DNA和RNA，且把其他的大分子抛弃掉？二是自我复制，DNA、RNA能够复制，能够为下一代遗传下去，这个功能是如何进化出来的？三是分隔结构，细胞膜和细胞内的膜结构是怎么形成的？四是新陈代谢的问题，最早的生物怎样学会吸收外界的能量？
从无机物到有机物，从有机化合物到有机生命体的演化，每一步都具有无数的偶然性。并不是具备了与早期地球相似的环境和形成条件，就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆，里面有塑料、废弃金属、橡胶等垃圾，而最简单的生命，一个单细胞，就像一辆能开动的汽车；在一阵狂风过后，这些垃圾被卷来自动组装成了一辆完好的汽车，因此，生命起源的过程充满了随机和偶然。
影子生物圈
生命是什么？生命的最基本定义是具有吸收营养、释放废物、生长以及繁殖和进化的能力。很难对什么是营养物、什么是排泄物下定义，因为不同的物种会利用多种多样的能量来源。一个物种的排泄物可能是另一个物种的营养源。
长期以来，我们坚信空气、阳光、食物、水和适宜的温度、气压，以及适宜的酸碱度，是生命存在不可或缺的条件。但地球其实绝不只有这温柔的一面，生物圈也并不仅仅是我们看到的这样。早在1965年，钱学森就曾撰文指出：行星上能不能有与地球上的生命不同的生命？能不能不以碳、氢、氧、氮等原子的组合为基础，而以其他原子组合为基础？这种不同的生命也许能生存于完全不同于地球上的环境：耐高温或耐低温，有很短的寿命或有极长的寿命。
美国宇航局太空生物学家卡罗尔·克莱兰提出过一种名为“影子生物圈”的理论。该理论认为在地球或地球之外，存在着不同于已知生物理论的生命形式，与已知生物相比，它们可能有着不同的生物化学和分子生物学特征。这些生物可以是微生物，也可以是智慧体，由它们构成的生物圈就被称为“影子生物圈”。它们之所以没被发现，是因为此前科学家们探索生物世界使用的只是传统的生物化学方法。克莱兰认为，这些生物极有可能生活在极端自然环境或非标准的生存环境当中，如干燥的沙漠、冰原、地下深层、深海海底、高海拔的山顶和高原、高层大气中的颗粒、高辐射环境以及被金属或其他有毒物质严重污染的地方。因此，“外星人”很有可能就生活在我们眼皮底下，只是我们不知道而已。
适于星际移民的文化（文化筛）
拥有基本的环境和生理特征等“硬件”条件后，一个普通文明需要加载什么样的“软件”才能踏上飞向太空的天梯呢？恰当的文化是必不可少的。首先就是拓荒精神。
扩张的本能
近代史上有两次最著名的扩张：一是地理大发现与新航路的开辟，二是美国西进运动。虽然二者都伴随着对落后民族使用暴力，但扩张的根本目的在于开辟市场和生存空间，而不是军事征服。在这两次文明的扩张中体现出的冒险精神和勤劳务实，塑造了今日欧洲海洋国家和美国的民族性格。与之形成鲜明对照的是中国明代的海禁和后来中国及日本的闭关锁国政策。 据估计，到2040年，全球制造业工人数量将从现在的1.63亿下降到区区几百万。由于生活必需品的唾手可得，人们有能力选择自己喜欢的生活方式和工作内容。到那时，人类是否会沉溺于安乐窝中，不愿意向充满未知风险的星空迈出一步？
对此，提出“大筛选”理论的罗宾·汉森认为，只要宇航条件允许，我们的后代一定会试图向外进行殖民扩张，首先征服其他行星，然后是其他恒星，最后是其他星系。这个预期是有理由的。即使我们的后代大多数都满足于地球上这狭小的空间，害怕殖民者之间的竞争，害怕与外星人接触，或者想保持宇宙原本的样子，但只要这个社会的内部竞争是足够的，并能够允许大量的成员产生不同的想法并付诸实践，那这种期望就是可能实现的。毕竟，即便那些沉迷于网络虚拟现实的、眼光非常狭隘的人，也需要更多的物质和能量来建造和运行更好的电脑，也需要迁徙以减轻区域性的灾祸带来的损失。一百万年在宇宙尺度上是很短的一瞬，但也足够让人类的数量以历史平均增长速度提高，直至达到可观测的宇宙的物理上限。这还是考虑到了用黑洞的降熵作用，以及量子计算机所能达到的计算量，这两点都分别最大化地利用了所有可能的资源。因此，我们有足够理由期待在宇宙时间尺度上，人类将殖民并开发宇宙中还未被我们利用到的资源，即使我们发现了其他的外星文明并与之产生了交流。
进化论告诉我们，殖民者之间的竞争压力能带来可行范围内最大规模的经济增长，因为一旦谁走得慢了、犹豫太久或选择不进行扩张，就会被其他人超越。在不断延长的星际旅程中，将会有不断变快和高风险的殖民探测器被发射出去，一切就是为了尽早开拓那广阔的处女地。
但是，一旦外星文明形成了类似中国封建社会长达两千年的超稳定社会结构，或者像玛雅文明那样相信时间轮回，避免一切变革，那将造成社会发展的停滞，通往星际文明之路自然就断绝了。
避免自毁的清醒
具有扩张因子的文明固然充满活力，但却具有内部争斗乃至自毁的倾向。两次世界大战都发生在发达的工业化国家之间，接踵而至的冷战又囤积了足够毁灭人类若干次的核武器。一个文明必须拥有避免自毁的清醒，才能成长为星际文明。
现在的国际局势已不大可能发生全面核战争，但即便是范围有限的核战争也会造成灾难性后果。核武爆炸后会将大量烟尘物质释放到大气层中，在人口密集地区的上空形成臭氧洞。除了对动植物造成严重危害外，数百万人还将遭受皮肤癌、视力损伤以及其他负面影响的伤害。不只是战争会毁灭文明，工业化造成的环境灾难同样会毁灭文明的根基。人类正在面临全球变暖、物种灭绝等环境危机，如果处理不好，这些危机可能演化为灾难，吞噬人类的健康和积累数百年的工业成就，把人赶回田野讨生活。
面对自我毁灭的危机，文明中的组织和个体能否及时凝聚起来，决定了它是否能在通向星际文明的阶梯上更进一步。这就要求文明的性格应该既不贪婪无度，又积极进取；既勇于竞争，又爱好和平。这些看似矛盾的品行要集中在一个个体身上并不难，要集中在一个族群身上就十分困难了。近代史上，恐怕只有乘“五月花号”航向美洲开辟殖民地的那批清教徒符合要求。事实上，也正是这些人确立了美国精神。美国成为今日的超级大国，除了得天独厚的自然条件外，与上述精神也不无关系。
但成功的道路绝非只有一条。纵观人类历史，还有一个民族同样征服了看似无法逾越的天堑，把自己的基因和文化撒播到极其广袤的区域，这就是波利尼西亚人。
波利尼西亚人的祖先约在2500年前从东南亚陆续迁来，途经美拉尼西亚或密克罗尼西亚，最初定居于社会群岛，尔后散布到广阔海域，北至夏威夷，东抵复活节岛，西南到达新西兰。令人惊奇的是，他们在没有航海图和指南针的情况下，仅仅依靠对水温、波浪的感知和对岛屿相对位置的记忆，使用简陋的船只就完成了征服大洋的壮举。
文化隔离
开展拓殖并不是越早越好。16世纪首批欧洲航海家第一次接触波利尼西亚人时，惊讶地发现，他们既没有织布机、陶器和役畜，也没有铁器。到了18世纪末欧洲殖民者侵入时，波利尼西亚社会还处在原始公社制解体的不同阶段。除了自然条件受限，这也是地理阻隔造成的文化隔离导致的。而在大陆上发展出的文明之间则不会有这么大的差距，在陆地上，任何技术或社会领域的发明都能很快传播开。
所以，在航天技术和通信技术尚不成熟时过早地进入星际，只能使母星文化分裂成一个个小碎片。科幻作家阿西莫夫在小说《赤裸的太阳》中虚构了这样一支人类后裔：他们离群索居在遥远的太阳系外行星上，彼此距离甚远，老死不相往来。他们平时交流沟通全靠电话和邮件，以至于面对面交流是一件极其失礼的行为。这部小说探讨了少数人与主流社会在物理上隔绝后，会产生何种奇特的亚文化。这种孤独的亚文化在星际航行时代可能会成为常态。如果各星球（或空间站）之间产生了文化隔离，那么互相理解将变得困难，星际冲突就有可能发生。这就又回到了文明如何避免自毁的问题上。
文化绝非孤立存在，而是建立在物质基础之上。星际文明需要怎样的科学技术来建立牢靠的物质基础？我们下期再谈。
【责任编辑：杨 枫】
满足什么条件的生命更有机会成长为星际文明？让我们从结果出发进行反向推导。
进化树的分叉点
首先，星际文明必然由智慧生命组成，他们有目的、有计划地向太空发展。从地球的经验看，智慧只能产生在一定体积的大脑中。这样我们就到了星际文明生命进化树的第一个关键分叉点：合适的大脑。对地球而言，如果恐龙没有因天灾灭绝，或者东非草原上的生存压力不那么巨大，都不会有人类大脑的出现。自从6500万年前由恐龙灭绝引领的生物大灭绝（很有可能也是由外部事件如小行星撞击导致的）之后，鸟类和哺乳动物的大脑与身体尺寸的比例都在稳定增长。如果足够大的脑容量是一次筛选，那应该发生在3亿年前，在生物出现羊膜卵（能给生物大规模迁徙提供条件）之后很快出现了哺乳类或鸟类的先祖。或者，另一次筛选应该是语言能力的产生，这种语言能力只在哺乳类动物中而不是鸟类中产生过，并且只有在脑容量足够大的情况下才能产生。
其次，星际文明必然会建造并操纵宇宙飞船，而且飞船可与母星保持通信联系。这就使水生生物自主进入太空的可能性大大降低。以地球的经验看，水生生物一般不具有灵活的肢体，使得它们使用和制造工具的能力大打折扣，自然也就无法建造复杂的航天器。而且在水中进行物理、化学实验将十分困难，水生生物发展出自然科学简直是不可想象的任务。人类直到18世纪才发现空气的存在，水生生物要发现水的存在也绝非易事。科学家推测木卫二欧罗巴上可能有海洋生物甚至鱼类的存在 ，但它们的确不适合进行太空探险。
同理，那种水母状的空中漂浮生物也难以冲出大气层。生活在类木行星上的充气生物在阿瑟·克拉克等人的科幻小说中曾有提及。霍金就认为，气态星球上可能存在水母状的巨型浮游生物，它们像吹胀的小型飞船那样飘在气体中，以吸收闪电的能量为生。
这样我们就到了星际文明生命进化树的第二个关键分叉点：上陆。地球动物登上陆地大约发生在3亿年前。当时，为干旱环境所迫的总鳍鱼，从一个水塘艰难地爬到另外一个水塘，终于在拥有大量新鲜空气的陆地上存活下来。胸鳍和腹鳍变成了四肢，鳃退化了，鳔变成了肺，最终演化成两栖类动物。在外星上，如果没有水生脊椎动物（这样它们才能进化出肢体），如果没有适合它们上陆的环境，将很难进化出星际文明。之所以说“很难”而不是“不可能”，是因为曾有科学家设想，如果有合适的条件，章鱼有可能上陆，逐渐进化为智慧生物。章鱼的多条腕足，倒是极其适合操作复杂的飞船而不至于手忙脚乱。
小概率的生命起源
一切发达的星际文明都可以追溯到最原始、最简单的生命形态，它们位于生命进化树的根部。在40亿年前的地球上，由无机分子合成的有机小分子聚集在热泉口，或者火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物大分子，这些大分子进行自我复制、自我选择，进而通过分子的自我组织，并自我复制和变异，形成核酸和活性蛋白质，同时分隔结构同步产生，最后在基因的控制下进行代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量，这样一个由生物膜包裹着的能自我复制的原始细胞，就在地球上产生了。
上述过程看似简单，却有四道无法逾越的鸿沟。一是自我选择，组成生物大分子的都是非常有限的几种分子。在无机条件下，或者在闪电情况下，或者在热水中，这些分子如何能自我选择，合成DNA和RNA，且把其他的大分子抛弃掉？二是自我复制，DNA、RNA能够复制，能够为下一代遗传下去，这个功能是如何进化出来的？三是分隔结构，细胞膜和细胞内的膜结构是怎么形成的？四是新陈代谢的问题，最早的生物怎样学会吸收外界的能量？
从无机物到有机物，从有机化合物到有机生命体的演化，每一步都具有无数的偶然性。并不是具备了与早期地球相似的环境和形成条件，就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆，里面有塑料、废弃金属、橡胶等垃圾，而最简单的生命，一个单细胞，就像一辆能开动的汽车；在一阵狂风过后，这些垃圾被卷来自动组装成了一辆完好的汽车，因此，生命起源的过程充满了随机和偶然。
影子生物圈
生命是什么？生命的最基本定义是具有吸收营养、释放废物、生长以及繁殖和进化的能力。很难对什么是营养物、什么是排泄物下定义，因为不同的物种会利用多种多样的能量来源。一个物种的排泄物可能是另一个物种的营养源。
长期以来，我们坚信空气、阳光、食物、水和适宜的温度、气压，以及适宜的酸碱度，是生命存在不可或缺的条件。但地球其实绝不只有这温柔的一面，生物圈也并不仅仅是我们看到的这样。早在1965年，钱学森就曾撰文指出：行星上能不能有与地球上的生命不同的生命？能不能不以碳、氢、氧、氮等原子的组合为基础，而以其他原子组合为基础？这种不同的生命也许能生存于完全不同于地球上的环境：耐高温或耐低温，有很短的寿命或有极长的寿命。
美国宇航局太空生物学家卡罗尔·克莱兰提出过一种名为“影子生物圈”的理论。该理论认为在地球或地球之外，存在着不同于已知生物理论的生命形式，与已知生物相比，它们可能有着不同的生物化学和分子生物学特征。这些生物可以是微生物，也可以是智慧体，由它们构成的生物圈就被称为“影子生物圈”。它们之所以没被发现，是因为此前科学家们探索生物世界使用的只是传统的生物化学方法。克莱兰认为，这些生物极有可能生活在极端自然环境或非标准的生存环境当中，如干燥的沙漠、冰原、地下深层、深海海底、高海拔的山顶和高原、高层大气中的颗粒、高辐射环境以及被金属或其他有毒物质严重污染的地方。因此，“外星人”很有可能就生活在我们眼皮底下，只是我们不知道而已。
适于星际移民的文化（文化筛）
拥有基本的环境和生理特征等“硬件”条件后，一个普通文明需要加载什么样的“软件”才能踏上飞向太空的天梯呢？恰当的文化是必不可少的。首先就是拓荒精神。
扩张的本能
近代史上有两次最著名的扩张：一是地理大发现与新航路的开辟，二是美国西进运动。虽然二者都伴随着对落后民族使用暴力，但扩张的根本目的在于开辟市场和生存空间，而不是军事征服。在这两次文明的扩张中体现出的冒险精神和勤劳务实，塑造了今日欧洲海洋国家和美国的民族性格。与之形成鲜明对照的是中国明代的海禁和后来中国及日本的闭关锁国政策。 据估计，到2040年，全球制造业工人数量将从现在的1.63亿下降到区区几百万。由于生活必需品的唾手可得，人们有能力选择自己喜欢的生活方式和工作内容。到那时，人类是否会沉溺于安乐窝中，不愿意向充满未知风险的星空迈出一步？
对此，提出“大筛选”理论的罗宾·汉森认为，只要宇航条件允许，我们的后代一定会试图向外进行殖民扩张，首先征服其他行星，然后是其他恒星，最后是其他星系。这个预期是有理由的。即使我们的后代大多数都满足于地球上这狭小的空间，害怕殖民者之间的竞争，害怕与外星人接触，或者想保持宇宙原本的样子，但只要这个社会的内部竞争是足够的，并能够允许大量的成员产生不同的想法并付诸实践，那这种期望就是可能实现的。毕竟，即便那些沉迷于网络虚拟现实的、眼光非常狭隘的人，也需要更多的物质和能量来建造和运行更好的电脑，也需要迁徙以减轻区域性的灾祸带来的损失。一百万年在宇宙尺度上是很短的一瞬，但也足够让人类的数量以历史平均增长速度提高，直至达到可观测的宇宙的物理上限。这还是考虑到了用黑洞的降熵作用，以及量子计算机所能达到的计算量，这两点都分别最大化地利用了所有可能的资源。因此，我们有足够理由期待在宇宙时间尺度上，人类将殖民并开发宇宙中还未被我们利用到的资源，即使我们发现了其他的外星文明并与之产生了交流。
进化论告诉我们，殖民者之间的竞争压力能带来可行范围内最大规模的经济增长，因为一旦谁走得慢了、犹豫太久或选择不进行扩张，就会被其他人超越。在不断延长的星际旅程中，将会有不断变快和高风险的殖民探测器被发射出去，一切就是为了尽早开拓那广阔的处女地。
但是，一旦外星文明形成了类似中国封建社会长达两千年的超稳定社会结构，或者像玛雅文明那样相信时间轮回，避免一切变革，那将造成社会发展的停滞，通往星际文明之路自然就断绝了。
避免自毁的清醒
具有扩张因子的文明固然充满活力，但却具有内部争斗乃至自毁的倾向。两次世界大战都发生在发达的工业化国家之间，接踵而至的冷战又囤积了足够毁灭人类若干次的核武器。一个文明必须拥有避免自毁的清醒，才能成长为星际文明。
现在的国际局势已不大可能发生全面核战争，但即便是范围有限的核战争也会造成灾难性后果。核武爆炸后会将大量烟尘物质释放到大气层中，在人口密集地区的上空形成臭氧洞。除了对动植物造成严重危害外，数百万人还将遭受皮肤癌、视力损伤以及其他负面影响的伤害。不只是战争会毁灭文明，工业化造成的环境灾难同样会毁灭文明的根基。人类正在面临全球变暖、物种灭绝等环境危机，如果处理不好，这些危机可能演化为灾难，吞噬人类的健康和积累数百年的工业成就，把人赶回田野讨生活。
面对自我毁灭的危机，文明中的组织和个体能否及时凝聚起来，决定了它是否能在通向星际文明的阶梯上更进一步。这就要求文明的性格应该既不贪婪无度，又积极进取；既勇于竞争，又爱好和平。这些看似矛盾的品行要集中在一个个体身上并不难，要集中在一个族群身上就十分困难了。近代史上，恐怕只有乘“五月花号”航向美洲开辟殖民地的那批清教徒符合要求。事实上，也正是这些人确立了美国精神。美国成为今日的超级大国，除了得天独厚的自然条件外，与上述精神也不无关系。
但成功的道路绝非只有一条。纵观人类历史，还有一个民族同样征服了看似无法逾越的天堑，把自己的基因和文化撒播到极其广袤的区域，这就是波利尼西亚人。
波利尼西亚人的祖先约在2500年前从东南亚陆续迁来，途经美拉尼西亚或密克罗尼西亚，最初定居于社会群岛，尔后散布到广阔海域，北至夏威夷，东抵复活节岛，西南到达新西兰。令人惊奇的是，他们在没有航海图和指南针的情况下，仅仅依靠对水温、波浪的感知和对岛屿相对位置的记忆，使用简陋的船只就完成了征服大洋的壮举。
文化隔离
开展拓殖并不是越早越好。16世纪首批欧洲航海家第一次接触波利尼西亚人时，惊讶地发现，他们既没有织布机、陶器和役畜，也没有铁器。到了18世纪末欧洲殖民者侵入时，波利尼西亚社会还处在原始公社制解体的不同阶段。除了自然条件受限，这也是地理阻隔造成的文化隔离导致的。而在大陆上发展出的文明之间则不会有这么大的差距，在陆地上，任何技术或社会领域的发明都能很快传播开。
所以，在航天技术和通信技术尚不成熟时过早地进入星际，只能使母星文化分裂成一个个小碎片。科幻作家阿西莫夫在小说《赤裸的太阳》中虚构了这样一支人类后裔：他们离群索居在遥远的太阳系外行星上，彼此距离甚远，老死不相往来。他们平时交流沟通全靠电话和邮件，以至于面对面交流是一件极其失礼的行为。这部小说探讨了少数人与主流社会在物理上隔绝后，会产生何种奇特的亚文化。这种孤独的亚文化在星际航行时代可能会成为常态。如果各星球（或空间站）之间产生了文化隔离，那么互相理解将变得困难，星际冲突就有可能发生。这就又回到了文明如何避免自毁的问题上。
文化绝非孤立存在，而是建立在物质基础之上。星际文明需要怎样的科学技术来建立牢靠的物质基础？我们下期再谈。
【责任编辑：杨 枫】