August 10, 2007

  • We are (not) alone?

    [是他也是你和我]

    無線電視劇「狂潮」主題曲 關菊英
    曲:顧嘉煇 詞:黃霑

    是他也是你和我 同相親相愛也相爭
    大家偶遇在人海 你我各留痕
    幾許歡與笑 多少愛和恨
    那狂潮捲起 燦爛又繽紛

    是苦也是甜美 人生的喜惡怎麼分
    大家各自尋找 你我心中印
    幾許哭與嘆 多少假與真
    讓狂潮起跌 混合愛和恨

    是他也是你和我 人海中後我不必分
    大家偶遇在人海 你我相指引
    拋開自私與狹隘 且消除隔膜和仇恨
    在狂潮中奮鬥 莫負此生

    是他也是你和我 同悲歡喜惡過一生

    嘗試想想為何要用這首歌,然後再看下去。

    ---

    地球是孤獨的﹕從天文物理學、太空生物學、行星科學探索生命誕生之謎》(Rare Earth: Why complex life is uncommon in the universe),Peter D. Ward, Donald Brownlee著,台北﹕貓頭鷹,2007(二版)
    (英文維基 Rare Earth Hypothesis、一篇英文書評)

    很少見到如此直接的書名了——我指的是台版科普書譯本。
    見到書名猜不到內容的倒多的是。(《吹水無邊》肯定也是,雖然這不是譯本、亦不是台版)
    單看書名就已經知道作者想講甚麼,方便得很。
    (但會否比較「玄」的書名能吸引讀者拿起來看看﹖我不知道。)

    很簡單,作者的目的就是告訴你﹕地球是孤獨的、人類也是孤獨的。
    (作者稱為「地球殊異假說」,Rare Earth Hypothesis)

    自從文藝復興開始,科學家不斷推翻我們「人類中心」的迷思(例如日心說、演化論、潛意識等),人類在宇宙裡並無特殊地位。其中一個效果,就是大家認為宇宙裡的生命應該很普遍(就算生命形成不易,宇宙有無數的行星,總有些能孕育生命吧﹗),智慧生物亦應該有。所以人類一直嘗試尋找「外星人」。
    原教旨主義者對於這些思想是非常反感的,他們之所以反對演化論(甚至堅持大地平坦),其實與科學無關,只是認為這些思想貶低了「人類」的價值而已。(當年反對香港歷史博物館《人類的故事》展覽的聲明,已有端倪。見李逆熵《人類大追蹤》附錄。)
    不過,本書的題目看來相似,但絕非原教旨主義者的胡說八道。作者希望透過回溯有關生命起源的各種知識和理論,建構一套「虛無假設」(null hypothesis,很怪的翻譯,《統計,讓數字說話》譯作「基本假設」比較好聽,但沒有 null 的意思),作為進一步研究地外生命的基礎。

    作者先由嗜極生物談起,地球很多人類無法生存的地方都有生命,可想而知生命可以在很多不同的環境生長,宇宙很多地方都可能有簡單的生命。

    可是,有生命不代表就有複雜生命和智慧生物。作者跟著就討論宇宙的「適居區」和「死寂區」,根據各種條件,宇宙中大部分星系和星系的很多位置都不適合生命成長,不是缺乏形成固態行星、形成磁場、形成生命必須的元素(重元素和碳),就是環境太嚴苛(例如附近有中子星或超新星)。恆星的類型、生命週期、多星系統都會影響生命形成的機會(所以可能像太陽的單獨恆星才適合生命誕生)。最後,有適合的恆星,也不代表有像地球的行星,出現在溫度適中的位置。
    (就連「水」,太少固然不成,太多也不成。因為水太多就沒有淺海,見下文。)

    然後,就是生命的誕生,作者試圖討論生命出現的條件和時間。如前所述,原始生命的誕生,應該不是很難的事,在地質上也不花太長時間。但稍後就要用幾章討論「動物」(和真核生物)的出現。
    寒武紀大爆發」是一個生物學之謎,動物化石紀錄幾乎是「突然」從寒武紀地層才開始出現,生物學家一直嘗試解釋這現場。但也有些學者認為這不是「問題」,例如古爾德就認為這只是正常的 sigma curve—在很多生物現象中也有出現。現在學界則已發現「前寒武紀」的化石,但因為這些化石非常小、而且缺乏硬骨外殼,所以很難形成化石,亦很難被發現。
    不過,雖然已知動物不是「突然」出現,但寒武紀仍是動物多樣性的重要時期。有大量的動物身體藍圖(body plan)在寒武紀時出現,有不少被滅絕了,而餘下的就是今日動物的祖先。一直到現在,儘管動物種類數目有甚於寒武紀,但所屬的「藍圖」仍只是寒武紀遺下的那些,不再有新的藍圖出現。
    作者認為「動物是否必然會出現」就已經是個問題。而探討導致寒武紀大爆發的因素,亦跟動物出現的機會有關係。「動物出現」的兩個推動因素,就是環境和基因。作者另闢一章討論「雪團地球」刺激動物演化的理論。

    有出生,就有死亡,所以「滅絕」緊隨著「生命」。越複雜的生物,越容易滅絕,影響全地球的大滅絕事件,有甚麼因素﹖頻率如何﹖(太頻繁的大滅絕,會令生命重新演化出複雜模式的過程中斷)

    地球似乎是太陽系唯一有板塊運動的行星/衛星,也是唯一(已知)有生命的行星,兩者之類有沒有關係﹖作者認為有,原因包括﹕
    1. 創造二氧化碳循環,為地球保持恆溫﹔
    (火山噴出二氧化碳-->二氧化碳被帶到海床形成碳酸鹽沉積-->被板塊運動帶回地函分解。整個循環受溫度影響,空氣中二氧化碳時氣溫較高,風化加速形成多點碳酸鹽,令二氧化碳減少,反之亦然。)
    2. 製造陸地和多樣化的棲地(因為有凹凸),增加生物多樣性
    3. 製造淺海(淺海是動物搖籃)﹔
    4. 產生山脈,透過風化為淺海生物提供充足礦物質營養。
    (又﹕作者對板塊運動的描述,更正了我一些錯誤理解。例如海洋板塊在隱沒帶之所以下沉,不是因為陸地板塊擠壓,而是因為海洋板塊本來就比較重。)

    最後,就是地球以外的因素﹕月球木星
    月球作為地球的天然衛星,算是大得反常的。作者認為月球對生命重要,除了潮汐以外,還因為它穩定了地球自轉軸的傾斜度。作者說其他行星因為沒有相當質量的衛星,所以自轉軸角度經常改變,會令氣候過分嚴酷。
    木星對地球生命的意義,科學家亦早有討論,就是利用其巨大引力,把軌道不規則、可能穿入內太陽系的大部分小天體清掃掉(例子﹕修梅克.利維九號彗星撞上木星)。作者認為,木星的位置剛剛好,如果太接近的話,就會令地球所處的太陽系「適居區」變成「小行星帶」,無法形成足以支持複雜生命的大行星。另一方面,木星的軌道亦很穩定、接近圓形﹔如果木星軌道太橢圓的話,亦會穿入適居區,影響地球形成、甚至把地球拋射出去。

    ---

    不過,我認為這假說的漏洞是﹕
    1. 假設 DNA/RNA 是唯一的生命形式。
    2. 認為複雜生物適合生存的環境一定跟地球的一樣。
    3. 對某些(影響生命形成)過程的機率評估可能過低。
    4. 原始生命和複雜生命的誕生條件並不一致。

    我的看法﹕
    1. 作者的最大假設,莫過於只有 DNA/RNA 形式的生命。
    當然,我們現在能夠接觸到的生命,就只有這一類。但科學家還是設想過其他生命形式的可能。
    就算不說環境極端不同的外星,地球生命誕生時是否只有一種模式﹖還是有不同模式的生命在演化,但最後勝出的(DNA/RNA生命)把痕跡全部抹掉﹖(因為它們會把所有材料重新利用,於是沒有留下任何資料,就像磁碟重寫一樣。)
    3. 作者在介紹各種影響生命形成的事件時,總是不斷強調機會甚微(於是把各種機會相乘,就更微乎其微,這就是「地球殊異假說」的基礎)。可是,這些機會是否真的如此微小﹖反正也只是估計。何況,也許有其他機制也可以達到相同效果。
    2. 同理,我們只見到那麼小的地方,就可以排除宇宙有其他我們尚未認識、但同樣適合複雜生命生存的環境嗎﹖
    4. 正如作者提及,地球初期的水蒸汽可能是生命誕生的障礙,所以有可能是火星產生生命,然後被隕石帶來地球也說不定。那麼,一個行星不一定要齊備原始生命誕生的條件才可以孕育複雜生命。同樣地,也許宇宙各處也有些行星「負責」產生原始生命,另一些行星沒有這能力,但可供這些生命變得複雜。(當然,複雜生命生存的範圍,仍然不超出原始生命所能生存的範圍內,但誕生的條件應該比生存的條件窄得多。就正如子宮要比外間穩定得多。)

    ---

    但這個假說仍然有意義。
    除了提供「null hypothesis」之外,我們也有理由相信,智慧生命的確不普遍。

    我說的不是「稀有」,為何呢﹖因為上面已經說作者的說法有漏洞。
    宇宙之大,有無數的星球。環境之多變,應該超乎我們的想像。所以,生命應該很普遍,而其中有很少數可以演化出有智慧的生物。所以,我不相信宇宙裡只有人類。

    可是,為何我們還沒見到外星人﹖(至少,沒有可靠的紀錄)
    如果有很多智慧生命,地球應該早就有很多外星人啦﹗(現在哪個地方沒有外國人﹖)
    沒見到,很可能就是因為他們沒來到。(根據奧卡姆剃刀原則,我們沒必要把事情複雜化,例如假設外星人只能秘密探訪地球之類。這些當成小說題材就好了。)

    為何外星人沒來到﹖
    1. 宇宙太大﹕除非有方法突破相對論的限制,否則一般生命體沒可能橫跨宇宙。
    (就連銀河系本身,直徑也有十萬光年。亦即是說,以光速由一邊去另一邊也要十萬年,連古樹也沒那麼老﹗就算相對論有時間延緩效應,也有能源考量,不可能飛得太快。)
    智慧文明能夠探索的距離,應該有限。
    2. 如同作者所言,星系中有很多地方都不適合生命。所以適合生命出現的位置不多。
    3. 就算這些地方都有生命,也不必然出現智慧生命。
    4. 這些智慧生命不一定在同一時期出現。有些可能很早就消失了,有些可能遲遲未出現。
    5. 智慧生命的文明能持續多久﹖是否能夠維持到跟外星生命接觸﹖(看看人類吧﹗)
    我們就假設銀河系能出現幾種智慧生命好了。因為種種因素,在同一時期(也許以億年計),銀河系裡可能只有一兩種智慧生命而已,而且還不一定接觸到。
    所以,沒見到外星人,其實是很「正常」的事。

    見不到外星人又如何﹖那就影響到人類的世界觀了。
    記得二十年前,埃塞俄比亞大饑荒時,有一首歌嗎﹖
    (英文維基﹕We are the world)
    姑勿論歌詞的宗教色彩,但有一點很確定的,就是告訴我們﹕人類本為一體。

    本書封面那張圖,是有名堂的﹕
    (維基﹕藍色彈珠)
    如果你的一生,只望到地面的事,就像畜牲一樣,不知道天地之寬廣。
    唯有把眼光放遠、放高一點,才能看出,地球其實是那麼小、那麼孤獨、那麼脆弱。
    地球只是滄海一粟,生命也不過是宇宙過客。地球在幾十億年後,始終會被消滅。
    只懂鬥人鬥天鬥地的,今天給你壓過別人,又如何﹖地球亡了,你自以為的豐功偉跡,還不是和光同塵﹖
    看穿了,你會不會「化」一點﹖

    「外星人」粉絲很難接受見不到外星人,因為很孤獨。
    原教旨主義者本來就不接受外星人,因為他們相信有一個獨厚地球、獨愛人類的神。
    這兩種看法,都不正確。

    我們不用放棄尋找外星生命的努力,作者也沒這意思。我們只要知道本來就很難找到,找不到也不奇怪。
    我們要保留「可能有跟我們不同的生命」的看法,把眼光放闊一點(不要只看到自己),避免狹隘。
    「開放」跟「道德」或「良知」都沒有衝突,它只跟「教條」相衝突。

    跟香港人的一般感覺不同,孤獨並不可怕,只要我們懂得自處的話。
    不懂得面對自己,是一切問題的根源。
    我們需要的是自尊自重,但不是自大。後者不會解決問題,只會製造問題。

    格其物矣,致其知矣。

    ---

    筆記﹕

    p.151 作者提及,究竟是環境促使生物演化,還是生物創造了適宜進一步演化的環境﹖
    為何一定要二分呢﹖環境和基因互相作用,也可以產生新生態區位(niche),兩者可以是互相促進的。

    p. 182-183 作者懷疑,外星物種數量是否會與體軀藍圖(body plan)的數量相若﹖外星或許會不斷有新的大枝幹出現,但每個枝幹都只有少量物種。
    我倒覺得這是「八仙過海」,適應環境可以有很多種方式。但 body plan 大概不會無限量出現,而且現存的 body plan 也有「先入為主」的優勢,可以自行演化佔領區位。
    如果說外星生命有很多枝幹,但物種較少,這似乎是說那星球生命的 body plan 變化潛能有限,所以才由不同的 body plan 進佔不同區位﹖

    p. 184 「礦物質骨骼的形成需要有豐富的氧」是否解釋了前寒武紀缺乏化石紀錄﹖

    p. 185 「羅德尼亞超大陸」原來是盤古大陸之前的一塊超級大陸。(不查不知道)

    p. 214 作者認為,既然研究認為每二十億年可以發生一次毀滅全地球生命的滅絕,那麼生命已有四十億年,是極端幸運。
    (那麼可能宇宙另一邊,就有另一個不幸運的星球吧﹖)

    p. 316 說現在觀察到的地外行星,「與木星和太陽的距離相比,所有木星大小的天體若非是在離恆星較近的軌道運行,就是在距恆星較遠之處,並且有極為橢圓的軌道(目前為止觀察到的十七個中,有九個情況如此)。在這樣的行星系統中,類似地球的行星存在於穩定軌道的可能性很低。」
    這似乎有取樣問題。
    因為以現時科技,能夠觀察到的地外行星,都是對恆星擾動或遮掩較嚴重的大行星,那麼它們的軌道當然是比較橢圓(擾動)和接近恆星的吧(擾動、遮掩)。如果有更新的科技,說不定會發現更多圓形軌道,距離較遠的地外類木行星﹖

    ---

    挑骨頭時間﹕

    p. 128 「而真核細胞中,卻有許多屏障,包括了細胞核壁、細胞壁以及多細胞變種之上皮(也就是外層皮膚)。」
    所有的「壁」都應該是「膜」。

    p. 208 「1980年西伯利亞隕石爆炸」其實即是「通古斯卡事件」,但不提「通古斯」就未必記得起。

    p. 217 「因此在多數例子中,複雜度的增加令生物對環境的忍耐力下降」似乎應是「……對環境變化的忍耐力」。

Comments (4)

  • 建議方兄多讀點關於地球科學的書。

    ""p. 184 「礦物質骨骼的形成需要有豐富的氧」是否解釋了前寒武紀缺乏化石紀錄﹖""

    前寒武紀(Precambrian)之所以" 缺乏化石紀錄" ,原因是絕大部份當時或以前形成的地層,在板塊運動中recycle轉回溶岩 (所謂Rock Cycle)。又或者地層經過長期多次的變質作用,形成變質岩,變質作用同時毀滅了地層中的化石。

    所以應該說:「前寒武紀缺乏地層紀錄」比較正確。

  • 謝指教。
    我記下的是書裡面其中一個推得出的論點。

    妳的說法和上述的說法沒有矛盾。因為地層紀錄是否缺乏,和化石紀錄是否缺乏,是兩個問題。一個地質年代可以缺乏地層紀錄,但僅有的地層裡面有很多化石。相反,一個年代有豐富的地層紀錄,也可以缺乏化石。

    書中的說法是指,就算找到這年代的地層,也很難找到化石。
    當然,變質是原因之一,但這似乎解釋不到為何一到寒武紀就「突然」出現很多不同的種類,而之前的化石差那麼遠。
    (如果假設這些生物在前寒武紀也存在的話,那麼現在找到的兩地層之間為何會出現突然的轉變﹖因為岩石循環或變質作用,就算速率有改變,應該也是漸變的,即是寒武紀的岩石也應該遭遇相若程度的破壞。)
    (又,如果變質是缺乏大型化石的主因,那麼科學家更不應該找到微化石或印痕吧﹖但前寒武紀的化石紀錄卻有這些。)
    我想這點仍然需要生物學的解釋。但妳提及的地質作用顯然是我沒留意到的。

  • 你提出的問題,大概是因為不理解訂立地質年代的方法。

    寒武紀地層並不如你所說的 "一到寒武紀就「突然」出現很多不同的種類"。寒武紀和前寒武紀的地質年代界,是根據一含有trace fossils的地層所訂立,是找到最早期的化石的地層,而並非出現了不同種類的化石。

    前寒武紀或以前的地質年代,由於沒有地層紀錄,年代劃分是用一選定的年期,或者在南極的ice core 內找到氣侯轉變的証據之劃分。

    有興趣到 http://www.stratigraphy.org or http://www.stratigraphy.org/gssp.htm看看。

    這個地質年代的題目很有趣...

  • 妳這樣說等於說﹕「我們定義了寒武紀就是最早有化石的地層,所以寒武紀前沒有化石,本身就不是一個問題」。
    這樣說不算答了問題。
    寒武紀前後的地質年代劃分方法不同,我略有所聞,但這不是重點所在。

    幾十年前,生物學家的問題是,為何寒武紀之前的地層找不到化石﹖
    現在前寒武紀都找到一些化石了(包括微化石和印痕,例如埃迪卡拉動物群),但問題是,為何「兩個地層」之間差那麼遠﹖

    一般而言,我們說地質是緩變的,那麼兩個地層之間的分別,往往就是因為發生了一些突發事件。(例如白堊紀—第三紀事件)
    那麼寒武紀前後,應該有一些因素造成了這些地質紀錄的分別。

    如果妳說地質作用消滅了前寒武紀的化石,那麼為何又找到微化石和印痕呢﹖怎樣到了寒武紀,這些作用就沒有把化石(全部)消滅呢﹖這應該是有些和生物本身有關的變化發生了。

Comments are closed.

Post a Comment