拿DNA当遗传物质的,除了地球生物,还有外星人?
2020-02-27 10:37:15
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来源:环球科学

  如果外星人真的存在,它的构造会是什么样的呢?我们最好通过什么信息来告诉外星人地球生命的信息?一些科学家认为,根据现有知识,物理规律在整个宇宙中都是一致的,因此,可能决定着我们生物学基础的物理规律,在外星人身上同样适用。而我们体内的遗传密码,或许可以作为人类和外星人相互理解的信息基础。

  如果外星人来过地球并了解了地球生命,它们会惊讶于地球上有这么多物种,却享有相同的遗传物质吗?这一切对外星人来说会不会过于熟悉?一些科学家认为,在整个宇宙中,遗传物质的结构是相同的。尽管在地外行星可能会产生地球上没有的生命形式,但从根本上来说,物种的多样性仍然会受到遗传机制的限制。

  目前,我们只对一小部分的地球生命进行了基因组测序,并且直到近些年才完成了人类基因组测序。另外,科学家已经成功地克隆了一些动物。而如果地外文明从伦理上没有克隆障碍的话,将人类和其他物种的遗传密码发送给地外文明,将是让它们了解地球生物的最有效方法。

  星际信息

  从一开始,我们就在地外传输信息中会提及我们的基因构成。尽管2003年科学家已经宣称完成了人类基因组测序,但其实该图谱并没有包括我们的每一个碱基,许多非编码区序列就没有显示出来。不过,在1974年,波多黎各的阿雷西博射电望远镜向太空发出的无线电信息“阿雷西博信息”(Arecibo message)中就包含了DNA双螺旋结构的粗略形状。

 阿雷西伯射电望远镜 图片来源:Arecibo Observatory阿雷西伯射电望远镜 图片来源:Arecibo Observatory

  1999年,在两条星际信息——“宇宙的呼唤”(Cosmic Calls)中就包含了构成DNA的四种核苷酸的符号。然而,迄今为止,科学家只在一次星际无线通讯中编入了遗传信息。

  为了纪念阿雷西博信息发出35周年,乔·戴维斯(Joe Davis)来到波多黎各,描绘1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBisCO)分子大亚基的基因序列。RuBisCO是地球上最丰富的蛋白质,并且在植物将大气中二氧化碳转化为高能分子的过程中起到重要作用。为了将这个遗传信息编入信号中,戴维斯最初考虑用二进制的2位ID(C=00, T=01, A=10, G=11)分别表示分子中的1434个核苷酸,从而创建一个表示RuBisCO分子的2868位序列。当然,这样做的问题是,我们不像电影《外星人E.T。》里的小男孩埃利奥特(Elliott)那样,能够获得足够用于分析的信息。因此,任何接收到此消息的外星人都无法确定用于创建消息的编码模式,对它们来说,这实际上可能是一团难以理解的数据。

  不管怎样,现实中是不太可能有外星人能收到戴维斯的信息,更别说理解它了。何况,戴维斯选中的恒星目前都没被证实有行星的迹象。另外,还有两颗目标恒星系中存在行星,但似乎也不可能维持生命存在:一颗是耀星GJ 83.1,会周期式爆发强辐射;另一颗是红矮星蒂加登星(Teegarden’s star),这类恒星被公认为冷到无法维持生命存在,除非行星离蒂加登星足够近,能够被潮汐锁定,而那样的话,半个行星会处于极夜中。

  考虑到戴维斯信息缺少背景和多余信息来纠正传输过程中产生的信息缺失。因此即使他选择的星系中有外星人存在,它们能够解读该信息的可能性也很小。戴维斯首次提出,他的星际信息对地球人的意义比对外星人更大。但这种噱头为向地外文明发送信息(messaging extraterrestrial intelligence,METI)指了一条明路。

  外星生命形式

  在过去的十几年里,生物学家为包括人类在内的数千个物种进行了基因组测序。实际上,基因组是物种的“蓝图”,而我们只是刚开始了解如何阅读这些基因密码。足够先进的外星人可能已经发展出了基因工程技术,基因组已经相当于可执行的电脑程序,使得外星人可以在它们自己的实验室重造人类和其他地球生物。当然这种现象发生的前提是,外星人和地球生命由同样的遗传物质构成的,而实际上,这个假设其实也没有最初认为的那么夸张。

  某种程度上来说,与血肉之身、几乎没有毛发覆盖的人形外星人接触,要比与有八只眼睛的头足类外星人接触交流更令人不安。天体生物学家查尔斯·科克尔(Charles Cockell)指出,实验证据表明,生命体的某些特征是由物理规律所决定的。由此,我们有理由认为“外星生命在所有的结构层次,看起来可能都与地球上已知的生命出奇地相似”。

  科克尔认为,外星人可能和我们有相似的思维模式,因为它们和我们遵从于相同的基本物理规律。这与认知科学家先驱马文·明斯基(Marvin Minsky)的观点相类似。明斯基认为外星人会和我们用同样的方式思考,因此人类将能够与它们交谈。明斯基认为,如果外星人面临同样的基本问题(空间、时间和材料限制),并且它们解决问题的方法由问题的自然属性决定,那么,外星人会找到与我们类似的解决方法,即用符号系统代表这些问题,并用计算处理过程来操纵这些符号系统,这一过程也可以被符号化地描述。

  当然,在生命的演化轨迹中,机遇也起了重要的作用,因此认为演化完全由物理规律决定的这种想法,会过于轻率了。例如研究表明,6600万年前,小行星撞击地球导致全球温度骤降、恐龙大灭绝,而在这之后哺乳动物开始繁荣起来并改变了之后地球生命的演化历史。尽管小行星撞击地球的概率非常低,但它发生之后就改变了地球生命的演化轨迹,而如果从物理规律来判断演化过程是绝不会预测到这一现象的。

  相同的密码

  考虑到地球上有细胞生命。我们希望在地外行星上找到细胞生物吗?或者地外生物找到了有别于细胞生物的自组装模式?

  在20世纪80年代,生物学家大卫·迪默(David Dreamer)从著名的默奇森陨石(Murchison meteorite)中提取了羧酸,来演示这些简单的分子加入水后,能自发地形成细胞膜。科克尔称,该演示表明了细胞生命的组成部分“在太阳系的富碳石块中到处都是”。意味着任何的原始云团中都有期望产生能形成细胞的分子,并预备将这些原始细胞材料传播到任何等着大量降水的行星上去。后续试验发现,陨石并非是形成细胞膜的唯一分子材料来源,这表明这种组织模式在宇宙中可能很普遍。

  类似的物理规律也限制了生物学上的许多基本可能性,例如DNA的结构。DNA的特点之一就是它仅由四种核苷酸组成,分别是腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤。这四种核苷酸遵循碱基互补配对原则两两配对:腺嘌呤和胸腺嘧啶配对,胞嘧啶和鸟嘌呤配对。只有四种核苷酸以及它们必须两两配对,这是演化的意外吗?外星人的基因编码有可能是由六种或更多种核苷酸组成的吗?外星人的核苷酸有可能与组成地球生命DNA的四种核苷酸不同吗?这些当然都有可能,但是我们有充分的理由相信这种可能性不大。

  引入更多的核苷酸,会导致体系中可获得的遗传信息量增大。这意味着,六核苷酸体系中较小分子能携带的信息与四核苷酸体系中较大分子相所携带的相当。当然其代价是,每当体系中多加入一对碱基对,某个核苷酸所能配对另一种核苷酸比例就要相应减少。

  例如,在双核苷酸体系中, 每个核苷酸能与一半的核苷酸配对;但是在四核苷酸体系中,每个核苷酸只能与四分之一的核苷酸配对,随着核苷酸的数目增加,能配对的几率也以此类推。因此,科克尔认为,当核苷酸增多,就很难找到足够不同的核苷酸碱基,以便在分子复制时容易区分它们,最终导致复制过程的错误率提高。实际上,RNA的计算机模型表明,四核苷酸体系是最适当的体系。

  在计算机模型中,研究者用合成核苷酸扩大了基因编码的碱基对数量,结果发现用这些合成碱基对代替正常碱基对,或是在正常体系中加入新的合成碱基对,都会使遗传过程不稳定。然而在严格的实验室条件下,将合成核苷酸加入到细菌这样的生物体中,可以稳定地扩充遗传密码。研究者还在用许多可能的碱基对在进行试验,结果表明,RNA和DNA的四碱基对模式,最适合于遗传物质的复制,同时也最适于保持它们的结构。

  如果说,大脑和整个认知结构都是为了生命的体验而优化产生的,那么外星人会像我们一样思考就不足为奇了。


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