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布鲁卡的脑——对科学传奇的反思 作者: 卡尔·萨根 第十二章 太阳系中的生命 “我在路上没有看见任何人，”艾丽丝说。“我只希望我有这样一双眼睛，”国王以焦急的声调说道。“能够看不见任何人！就在这样的距离上也见不到！为什么呢？因为凭借这点光线，所能见到的只能是现实的人！” 刘易斯·卡罗尔 《透过眼睛的观察》 三百多年以前，荷兰德尔夫特市的安东·范·列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）开拓了一个新世界。他用第一架显微镜观看了一滴浸泡过干草的不流动的水，发现它充满着微小生物而惊诧不已，他写道： “1676年4月24日，在我偶尔观察到这颗水滴时，非常惊奇地看到许许多多不可思议的各种微小的生物；有些微生物的身长为其宽度的三至四倍。据我判断，它们的整个厚度比虱子身上的一根毫毛厚不了多少。这些小生物具有很短很细的腿，位于头部的前面（虽然我没能认出它们的头，但由于动起来这一部分老是走在前面，我还是把它叫做头）……的靠近最后部分，附有一个明显的球状物体；而我判断，这最后部分是稍为分叉的。这些微生物很灵活，活动起来时常到处乱窜。” 这些纤细的“微生物”是任何人以前从未见过的。而列文虎克却毫无困难地认出了它们是具有生命力的。 两个世纪之后，路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）根据列文虎克的发现，发展为疾病的病菌学说，并为许多现代医学领域奠定了基础。列文虎克当时的研究完全不是为了某个实用目的，但却是开创性的，多少有点奇遇性质。他自己决没有想到他的工作在将来的实际应用。 1974年5月，英国皇家学会举行了一次题为“对异域生命的认识”的讨论会。地球上的生命，通过一种缓慢、曲折、一步一步的进步方式发展起来，也就是以我们所知的通过自然选择进化而来的。在这一过程中，偶然因素往往起着关键作用——例如，哪一基因在什么时候会被紫外线光子或来自太空的宇宙射线引起突变或改变，就是一种偶然因素。地球上的一切有机体都能巧妙地适应它们周围变幻莫测的自然环境。在其它的行星上，由于偶然因素的差异，以及极其异常的自然环境，生命可能已经以一种截然不同的方式进化了。这即是说，假若我们的一艘宇宙飞船在火星上着陆，我们是否有能力认出当地活生生的生命形式来呢？ 有一种论点在皇家学会讨论会上受到与会者的重视，即其它地方的生命可以依据非概然性的原则识别出来。就拿树木来说吧。树木是一种具有长长的带皮结构物，地面上的顶部大于根部。显而易见，经过上千年的风吹雨打，绝大多数的树将会倒下去死亡。它们处于一种力学的不平衡状态。它们的结构没有长久生存的希望。但并非所有顶部重的结构都是由于生物学上的原因造成的。例如，沙漠中就有一些上重下轻的岩石。但是，倘若我们看到众多顶部重的结构物全都非常相似，我们就有理由推测它们都具有生物的起源。就象列文虎克观察到的那些微小生物一样。它们当中的很多同类，是如此地相似，如此高度复杂，令人不可思议，既使我们以前从未见过这些动物，也能准确地猜出它们是生物。 对于生命的本质和定义，有过许多广泛而认真的争论。那些最成功的定义都以进化的过程为主旨。但是，我们没有在别的星球上登陆，也就不能等待看到是否附近有什么东西在进化。我们没有那个时间。而有关生命的探索就只能采取更为实际的方式。这一观点是由彼得·梅多沃爵士（Sir PeterMedawar）在皇家学会的讨论会上策略地提出来的。当时会场上漫无边际且故弄玄虚的交谈刚刚结束，梅多沃站起来说道，“先生们，在座的每一位都知道，一匹活马与一匹死马二者是不同的。因此，请让我们停止鞭挞死马吧。”对此，梅多沃和列文虎克的见解可谓不谋而合。 但是，在我们太阳系的其它星球上是否有树木和微小的生物呢？简单的答复是，谁也不知道。就距离最近的几颗行星来说，要在我们自己这个行星上通过摄象技术来探测出它们那里是否存在着生命是不可能的。甚至根据迄今美国宇宙飞船“水手9号”和“海盗1号”与“2号”围绕火星轨道飞行的最近距离的观察，火星上100米跨距以内的许多细貌仍然看不出来。鉴于对地球以外的生命探索待有最乐观态度的人也不曾预见火星上的大象体积会超出100米，因此，很多重要试验还尚未开始。 目前，我们只能大致测定其它行星上的物理环境，确定它们是否严酷到排斥生命的程度——既使是与我们所知的地球上的生命形式极不相同——而如果环境较温和的话，也许可以推测出生命的存在。但“海盗号”登陆探测的结果却并非如此，下面将加以简略叙述。 对于生命来说，有的地方可能是太热或太冷了。如果温度非常高——比如说，高达摄氏几千度——那么，构成有机体的分子将分裂成碎片。因此，通常把太阳排除在生命的栖居地之外的。另一方面，如果温度过低，那么，驱动有机体内的新陈代谢的化学反应将以极其缓慢的速度进行。鉴于此，寒冷的荒漠冥王星通常被认为没有生命栖息。不过，在低温情况下，化学反应仍可能以可观的速度进行，但我们在地球上还没有对这方面进行过探索，因为化学家们不愿在-230℃的温度下的实验室中工作。对于这一点，我们切不可自以为是。 太阳系外层的巨大行星，诸如木星、土星、天王星和海王星，有时被排除在具有生物学意义的行星之外，因为它们的温度太低了。但是，这些温度是它们的上部云层的温度。往下深入到这类行星的大气层，能遇到温和得多的条件，就象地球上的大气层一样。这些行星似乎也富有有机分子。决不能把它们排除在外。 虽然我们人类喜欢氧气，但却很难为某些生物所接受，因为许多有机体反而会被氧气中毒的。如果我们大气层中不存在一层由阳光对氧气加工而产生的稀薄的臭氧保护层，我们将很快被来自太阳的紫外线灼焦。但在其它星球上，近紫外线照射无法穿透的防紫外线的生物或生物分子的存在，并不是无法想象的。这种设想只不过突出地说明了我们的无知。 在我们太阳系的其它一些世界中，有一项重要的差别是它们的大气厚度各不相同。如果完全没有大气，生命是难以孕育出来的。我们认为，就象在地球上一样，其它行星上的生物也一定要有阳光照射以促成生物成长。在我们这个行星上，植物吸收阳光，而动物则以植物为生。假如地球上的一切有机体被迫（被某些意想不到的灾难）转入地下生存的话，一旦所积存的粮食被吃光了，生命就将终止。植物，任何行星上的基本有机体，都必须依靠太阳。但是，如果一个行星上没有大气层，那么，不仅紫外线，而且还有X射线和伽马射线以及来自太阳风的带电粒子，都将畅行无阻地落到这颗行星表面，并将植物烤焦。 此外，大气也是物质相互交换以保持生物的基本分子不致耗光所必不可少的东西。例如，在地球上，绿色植物放出氧气——一种废料——到大气中去。许多呼吸空气的动物如人类，吸入氧气而呼出二氧化碳，植物则反过来又将二氧化碳加以吸收。如果没有动、植物之间的这种奇妙的平衡（这也是经过痛苦的进化演变而成的平衡），我们的氧气或二氧化碳将迅速消耗贻尽。由于这两种缘故——辐射的防护和分子的交换——对于生命来说，大气似乎是必不可缺的。 在我们的太阳系中，有些星球仅有一层极其稀薄的大气层。例如．在我们的月球上，其表面的大气压还不到地球大气压的1/10000002。在月球向着地球的这一边，有六处地方经“阿波罗号”宇航员考查过。没有发现顶部重的结构物，也没有发现形体笨重的兽类。从月球上带回来将近四百公斤的样品，已在地球上的实验室中进行了仔细的检验。这些样品里没有微小动物，没有微生物，几乎没有有机化合物，甚至没有一滴水。我们原来预料月亮上是没有生命的，事实显然如此。最靠近太阳的行星水星，和月亮相类似。它的大气极其稀薄，应当是无法孕育生命的。在太阳系的外层，有许多很大的卫星，大小如水星或我们的月亮，系由某些岩石混合物（犹如月球和水星的情形一样）和冰凌所组成。木卫二艾欧即属这一类。它的表面似乎覆盖着一种红色的盐类沉积物。我们对此一无所知。但是，由于它的大气压非常低，我们不能指望它上面有生命存在。 另外，有的行星具有中等厚度的大气层。地球就是我们最熟悉的例子。在这里，生命在决定我们大气的组成上起着主要作用。氧气当然是通过绿色植物的光合作用产生的，但即使是氮气也被认为是由细菌制造的。氧和氮加起来构成我们大气的百分之九十九，它显然是由我们行星上的生命大范围内反复加工的。 火星上的大气总压力约为地球上的百分之一的一半，但那里的大气大部分系由二氧化碳组成。还有少量的氧气、水蒸气、氮气和其它气体。火星上的大气没有明显的被生物再加工过，但我门对火星的有限了解，使得无法排除那里存在生命的可能性。火星在某些时候和某些地点具有适宜的气候、浓度足够大的大气，并且具有充足的水，这些水被封存在地底下和两个极冠处。甚至地球上很多种类的微小的有机物能在那里生存得很好。“水手9号”和“海盗号”发现了数以百计的干涸河床，它们清楚地表明，在该行星的近代地质史中，曾经有一个水域充沛的时期。这是一个亟待探索的世界。 第三个具有中等厚度大气层的、我们还不太熟悉的例子是提坦，它是土星诸卫星中的第二个，也是最大的一个。提坦上现有的大气厚度，看来介于火星与地球两种大气密度之间。不过，这种大气大部分由氢和甲烷组成，并为一层完整的浅红色云彩所包围——也许是复杂的有机分子。由于其距离遥远，提坦只是在最近才引起外空生物学家的兴趣，但它会给人们以长久的魅力。 大气很密的行星，有一个很特殊的问题。象地球一样，它们的大气层是顶部寒冷而底部较温暖。但是，当大气很厚时，底部的温度变得过高，生物受不了。拿金星为例，表面温度大约为480℃；就木星式诸行星来说，达摄氏几千度。我们认为，一切这样的大气将会是对流不息的，有力地夹带着许多物质上下翻腾。由于温度很高，大概不堪设想它们的表面会有生命。云层的环境极为温暖，但对流会把假设的云内有机体往下带到深处，并在那里使它们灼焦。有两种明显的解决办法。或者那里微小有机体再繁殖的速度之快，可以与它们彼往下带到油锅似的该行星速度相比；或者就是有机体可能具有浮力而不至于被带下去。地球上的鱼为了类似的目的而具有浮鳔，可以想象，在金星和木星这两颗行星上，也许存在着带有氢气囊的有机体。它们要在金星的适当温度中浮起，就至少需要有几厘米宽的身躯，但是，在木星上，为了同样的目的，它们必需有几米宽的身材才行——即分别为乒乓球和气象气球那样大小。我们不知道是否有这样的动物存在，但多少令人感兴趣的是，已能预知它们在那里还没有所谓已知的物理、化学和生物学的强烈影响。 我们对于其它行星上是否隐藏着生命深感无知的状态，可能在本世纪内就要结束了。有选择地对其中许多有存在生命可能的行星进行化学和生物考察的计划，业已开始执行。第一步是美国的“海盗号”宇宙飞船，它们于1976年夏季将两座尖端水平的自动实验室降落在火星上，距离列文虎克发现干草上的纤毛虫纲类微小生物，几乎已过了三百年之久。“海盗号”没有发现附近（或沿途）有顶部重的奇异结构物，也没有发现能观测出来的有机分子。在三组微生物新陈代谢的实验中，在着陆点的两组实验都重复得出近乎肯定的结果。这些结果的含意仍在热烈争论中。另外，我们还必须记住，两艘“海盗号”着陆者作了近距离考察，甚至进行了摄影，考察的面积还不足该行星表面积的百万分之一。作更进一步的观察——尤其是用更精密的仪器（包括显微镜）和旅行车进行观测——是很有必要的。尽管“海盗号”的探测结果有些含糊不清，但是，这些使者们显示出，在人类历史上首次对其它行星上有无生命的问题进行着认真的探索。 今后几十年中，很有可能要对金星、木星和土星的大气层进行令人瞩目的深入探索，并且要在“提坦”上着陆，同时，还要更加详细地研究火星的表面。一个新的行星探索和外空生物学黎明期在二十败纪七十年代业已来临。我们正生活在一个大胆探求和智力高度激发的时代；同时，正如历史从列文虎克走向巴斯德那一步所启迪的那样。这亦是一个人类正在从宇宙空间探索中有指望获得巨大实际利益的时代。 ------------------ |
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