使網路閱讀成為最高樂趣。

外星的動物應該是什麼樣子的,它們可能和地球生物大同小異!


獨品一鳴僅在過去年中,天文學家,甚至業餘天文學家就發現了多顆新行星,而且這個數字在未來幾年中必將繼續飆升。一些天文學家樂觀地預測,外星生命(外星生命,也稱為外星生命)的證據可能即將...

- 2018年12月22日17時53分
- 科學文摘 / 獨品一鳴

獨品一鳴

僅在過去10年中,天文學家,甚至業餘天文學家就發現了400多顆新行星,而且這個數字在未來幾年中必將繼續飆升。一些天文學家樂觀地預測,外星生命(外星生命,也稱為外星生命)的證據可能即將出現。但是,即使發現外星生命是一件大事,問題是:當我們看到外星生命時,我們真的能認出它們嗎?

外星人魚,地球魚,大同小異

為了尋找外星生命,已經發射了一些空間觀測任務。早些年美國宇航局發射了開普勒太空望遠鏡,該望遠鏡與法國的科羅特太空望遠鏡一起,正在銀河系中尋找可居住的行星。與此同時,許多地面望遠鏡也在加緊尋找外星生命的跡象。


天文學家預計在未來幾年內會發現大量可能支持生命的行星,未來20年的後續觀測將證實其中一個星球不僅適合居住,而且那裡有真實的生命(參見連結:如陽光)。但是這些外星人的動物和植物到底是什麼樣子的?

一些天文學家指出,智能外星人不能像科幻小說中描述的外星人那樣成長,甚至不能與它們不同。例如,美國科幻電視連續劇中兩個最典型的「外星人」,丘巴卡先生和斯波克先生,他們的形象缺乏想像力。他們只是穿著毛茸茸的外套或者把橡膠泥粘在耳朵上的怪人。這種「外星人」實際上更適合呆在化妝品店裡,而不是完全基於科學概念。

因此,在人類星際探索者最終登陸一個新世界之前,我們應該如何預測外星生命的進化?也許我們必須立足於地球進化生物學的研究,尤其是「趨同」和「偶然」這兩個基本原則。

所謂「趨同」是指不同生物在相同或相似的環境條件下逐漸形成相似特徵的現象。一些天文學家認為,外來動植物的進化也應與「趨同」和「偶然」這兩個基本原則密不可分。雖然進化是由隨機突變驅動的,但自然選擇遠沒有看上去那麼混亂。基本上,最適合自己特定環境的人總是占上風。在銀河系的另一邊,生長在世界上的外來動植物的物理和生物學定律應該和地球上的生命相同。例如,一種密度和形狀與磚塊相似的外來魚類在生存競賽中不能跑得太遠。隨著時間的推移,這種魚應該進化成流線型的形狀,並用來推進它的鰭或尾巴,最終看起來會像地球上的鮭魚。

這就是生物學中趨同的原理:對於一個特定的生存問題,可能只有少數幾個好的解決方案,所以生命的進化會一次又一次地遇到相同的設計。例如,人類的晶狀體眼睛在地球上獨立進化了很多次,所以各種動物,從魷魚到鳥類,都有晶狀體眼睛。科學家指出,由於「由於趨同而獨立出現多次的設計特徵」被認為支配著地球上生命的進化,同樣的事情應該發生在外星人和外星生命身上。

當然,事件也可以對行星的演化軌道產生很大的影響。例如,人們普遍認為,6500萬年前的一次巨大的小行星撞擊導致恐龍滅絕,為哺乳動物如人類最終統治地球提供了進化環境


。然而,即使在這種湍流之後,進化仍然是普遍可預測的。例如,鯨魚和海豚,作為哺乳動物,最終進化成類似於長期滅絕的海洋浮遊動物,而蝙蝠則類似於從歷史舞台上退出的飛龍的空氣動力學形狀。由於趨同進化在地球上如此普遍,一些科學家認為,在許多方面,外星生命的進化也應遵循為類似的生存問題提供出人意料的相似解決方案的原則。

那裡可能有氣球植物

另一方面,生命所具有的一些特徵並不是解決任何生存問題的最佳方案。它們僅僅是偶然的結果,也就是說,它們是長期凍結的歷史「偶然」。例如,我們的五個手指或腳趾並沒有給我們任何真正的優勢。如果我們有六個手指或腳趾,難道我們還不能站起來,輕鬆地拿東西嗎?

為什麼是5而不是6 ?這是因為所有的陸地脊椎動物——兩棲動物、爬行動物、哺乳動物和鳥類——都從我們的魚類祖先那裡繼承了5塊骨頭,這些祖先爬過陸地。科學家說,這樣的偶然結果應該只存在於地球上,而不會重複外星生命或外星人的進化史。

因此,儘管趨同進化告訴我們,外星生命的許多一致特徵是可以預測的,但它們的一些特徵將取決於它們特定進化史上的一些怪癖。當然,如果外星生命的進化環境與地球的進化環境大不相同,那麼外星生命完全有可能呈現出完全不同的新穎設計特徵。一些科學家對這些潛在的不同環境感興趣,他們使用計算機模型來探索植物設計的進化過程。事實上,任何陸生植物為了生存必須滿足四個基本需求:它必須攔截儘可能多的陽光進行光合作用,它必須能夠傳播花粉或種子儘可能必須確保它不會崩潰,它必須確保它不會失去太多水。例如,植物可能會在頂部長出寬大的葉子來收集最多的陽光,但這類植物就像陽傘一樣,很容易在大風中被連根拔起,也就是說,它們很容易倒塌。

在不同環境下的最佳廠房設計,往往是對上述四種要求的妥協與綜合。因此,生長在外星森林中的樹木看起來可能與地球上類似環境中的樹木沒什麼不同。生長在陌生沙漠環境中的植物也應該像地球上的仙人掌一樣高大且不分枝。生長在外來潮濕土壤中的樹木也應該有寬闊的樹冠,像地球上的橡樹那樣,來進行必要的光合作用。

那麼,外星人的樹葉是什麼顏色的呢?在地球上,大多數植物看起來是綠色的,因為它們含有一種叫做葉綠素的色素,這種色素比綠色吸收更多的太陽光譜中的藍色(最有活力的)和紅色(最豐富的)光。事實上,如果我們的眼睛對_個點的波長範圍稍寬一點的光敏感,這些植物看上去就不會是綠色的,而是一種略顯翠綠的近紅外顏色。這是因為陸地上的植物反射紅外波長如此之亮,以至於它們可能避免在陽光下過熱。

科學家指出植物對光的吸收與太陽光的光譜有密切的關係。一般來說,地球植物使用的可見光範圍很廣(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫),但對綠光的反射稍強一些。因此,在不同恆星(比太陽更藍或更紅)下生長的外來森林需要適應不同光譜的光合色素。Gliese 581c是一顆m型矮星,有四顆行星圍繞它運行。Grace 581c是地球問候研究的主要對象。

這顆恆星比太陽暗得多,紅得多。如果紅矮星周圍的行星是植物的家園,植物需要吸收儘可能多的紅光來獲得它們生長所需的能量。所以,這些外來的植物在我們看來可能是黑色的,因為黑色是最善於吸收光線的。當然,任何在這些外星行星上進化的動物的眼睛也必須適應更冷的光譜,所以在它們的眼睛裡,行星上的植物也會呈現出翠綠的近紅外顏色。

有一類恆星燃燒得比太陽更熱更亮。這是類F星。雖然光譜會轉移到藍光,但是圍繞F類恆星運行的行星也有很多可見光,就像在地球上一樣,所以這些行星上的植物看起來就像在地球上一樣。然而,由於強烈的藍光可能是強烈的,這些外來植物需要進化出保護層來反射更多的藍光。

除了它們奇異的顏色,在非常不同的外來環境中的植物可能會找到一種新的方法,從它們周圍的恆星收集星光,用於繁殖和采水。在一個超級地球(一個大得多的行星)上,重力的增加會阻止矮胖的樹幹和樹枝的生長成為植物成功的策略。也許,外來植物不會像高聳的柱子一樣把自己拔起來,而是隨風而去。在地球上,飛艇漂浮是因為它們充滿了氫氣,氫氣的密度小於周圍的大氣。在地球上,光合植物利用陽光的能量分解水分子,利用氫製造食物,利用氧作為廢氣。一種外來植物所需要做的就是將氫釋放到一個充氣袋中,這個充氣袋飛到空中,然後用藤蔓狀的「繩子」系在地上。事實上,海帶森林通過向無數的小口袋裡注入氧氣或二氧化碳而固定在地球的海洋中。為了獲得更多的升力,像氣球一樣的外星植物甚至可能在它們的氫囊上長出深色的色素,吸收來自恆星的熱量來加熱內部的氣體,從而產生額外的浮力。

外來的氣球植物可能也有一種非常有效的繁殖策略——它們可能會脫離繩索,隨風飄蕩,然後把種子撒到下面的土地上。也許,氣球植物在地球上沒有進化的唯一原因是因為地球上不需要它們。

外星人的血不一定是紅色的

科學家們認為,動物進化也應該遵循「良好的設計原則」,即使在外星也是如此。在地球上,無論環境如何,有些特徵在整個動物王國中都是常見的。例如,從食物中提取營養物質是通過消化道完成的,消化道就像一條筆直的管子,前端有一個開口,末端有一個排泄口。所有脊椎動物的身體,包括人體,基本上是一個脆弱的腸道,有一些內部的升級,由脊柱支撐,加上感覺器官和四肢等配件。

當動物長到一定的尺寸時,它們同樣需要足夠的氧氣。因此,動物必須有像腮和肺這樣的結構,並且有廣闊的表面積。科學家們有充分的理由相信,外星動物也應該能夠像陸地動物一樣,享受充滿肺臟或腮的氧氣。畢竟,燃燒有機氧燃料是最具能量的呼吸方式,能夠滿足活躍動物生活的巨大能量需求。

這些營養物質和氣體是如何傳遞到大身體的所有細胞的也有一個分布問題,所以由血管和泵心組成的內部循環系統變得非常有利。外星人的血不一定是紅色的。我們的血液是紅色的,因為它有攜帶鐵的血紅蛋白(也叫血紅蛋白)。馬蹄蟹的血因含銅而呈藍色。總之,血液的顏色沒有統一的標準,只要它能輸送氧氣。

為了發現美味或避免成為掠食者的美味,動物感知環境的能力至關重要。地球上的動物已經發展出一系列的感知能力,其中視覺是一種非常有效的環境調查。陸地上幾乎所有的高等動物都有視力,最好的辦法是把眼睛放在身體前面。

所有這些信息都必須經過處理,大量的神經細胞被用來做出反應。這些神經細胞靠近能夠快速反應的受體。這些受體被保護在一個「堅硬的外殼」——顱骨中。大型陸地動物也需要身體結構——骨骼支撐它們的身體抵禦重力和「放置」的肌肉——這些可以「內建」(像人類)或「外建」(像甲殼類動物)。


所有這些例子和推測都是基於這樣一個事實:每隻動物都需要收集能量、保護自己、感知並對環境做出反應。科學家們相信外星動物在這些方面應該與地球動物驚人地相似。然而,外來動物也可能有一些非常奇怪的特徵,這是它們祖先的奇怪特徵進化的結果。

外星鯨魚可能會飛

地球上偶然進化的一個主要例子是所有陸生脊椎動物都有四肢,因為我們的魚類祖先碰巧有兩對葉狀鰭。當然,說到外來的陸地動物,它們可能是來自於它們的鰭狀游泳祖先,所以它們可以向我們展示它們的三對腿,所以它們可以像我們一樣是六條腿而不是四條腿。科學家說,最終可能會發現一隻外星瞪羚用六條腿跳躍,或者發現一隻外星六足動物像地球上的昆蟲。

我們還可能發現,大型外星六足動物不需要一對前腿就能奔跑,因此進化可能賦予了它們新的功能。例如,一個看起來像馬的六足食肉動物可能會用前腿撕裂獵物,或者夾住甚至攜帶武器對抗對手。事實上,這種攻擊方式已經被地球上的螳螂和螃蟹等動物所使用。

這是一個相當大膽的假設,但我們仍然不太考慮外星生命的獨特性。真正的外星動物和陸地動物有什麼不同?我們所知道的地球上的動物,包括鳥類、爬行動物、魚類和昆蟲,都是基於兩側對稱的身體形態:左右兩邊相互映射。也許外星動物是基於一種完全不同的身體形式,比如輻射對稱,身體沒有左右兩邊,只有上下,就像水母一樣。

地球上的輻射對稱動物停止進化,因為它們顯然無法發展出更複雜的肢體、感覺或神經控制系統。但在地球的另一邊,輻射對稱的動物可能會因為新的機會而興旺發達。

地球河流和海洋的進化造就了許多成功的游泳者。鮭魚、鯨魚、海豚和劃蝽(昆蟲的一種)都來自非常不同的血統,但它們各自獨立、共同進化出了相同的身體結構:似乎除了保持身體的流動之外,沒有什麼辦法能讓你的身體在水中移動。因此,外來魚類也可能擁有優雅的子彈狀身體,通過拍打鰭來交替遊動,就像地球上早已滅絕的蛇頸龍一樣。

但還有什麼更創新的嗎?雖然這裡的關鍵特徵是兩對長而像翅膀的鰭狀肢與水不同步,但其他結構也會發生變化。一些科學家推測,外來魚類可能沒有下頜,而是使用四向開口,張開大口吞食獵物。也可能有管狀鯊魚,它們以持續的噴氣推進模式快速穿越異族海洋。地球上的烏賊通過收縮它們的外腔,以脈衝的方式蹣跚後退。異形管鯊可能有一個中空的管道貫穿全身,身體前面張大嘴巴,肌肉收縮壓力大,就會被管道里的水濺出來,從而推動異形鯊魚向前奔跑。

飛行是一種尋找食物或躲避捕食者的好方法,已經被地球上的昆蟲、鳥類、哺乳動物和滅絕的蜥蜴所利用。毫不奇怪,地球上的飛行動物已經會聚在一起,形成了空氣動力學形狀和寬大的翅膀。這樣,外星生態系統中類似的趨同進化就理所當然了。

然而,如果外來鳥類都是由它們的六足祖先進化而來,那麼它們就不能與陸生鳥類混淆。外星人可能會使用兩對翅膀來飛行,如果他們這樣做了,他們會看起來像地球上的雙翼飛機。這種身體結構特別適合打獵和在空中飛行。保持一對翅膀在適當的位置也可以節省長距離飛行的精力。

更令人驚奇的是,巨大的野獸也可能飛過超級地球。與普遍的看法相反,在引力比地球大的行星上起飛更容易。儘管重量增加了,但空氣密度更大,所以機翼產生的升力更大。因此,大象大小的外星動物可能能夠在外星的天空中翱翔,而外星鯨魚則依靠其巨大的翼展和不斷上升的熱量飛行。這樣一個大的飛行物是永遠不會著陸的,所以長鬚鯨必須睡覺並在飛行中繁殖,就像地球上棕色的飛禽一樣。鯨魚吃什麼?也許外星湯的濃厚的大氣中充滿了浮游生物,所以鯨魚可以毫不費力地吃掉它。

雖然對外星生命形式的猜測似乎有些異想天開,但這並不是一個瘋狂的猜測。探索外星生物圈的關鍵在於,既要考慮外星生命可能與地球上的生命共享的物質和過程,也要考慮它們可能存在的性質。

如果幸運的話,像開普勒和克勞這樣的太空望遠鏡將會發現足夠接近地球的類地行星,以便科學家們在上面尋找生命的跡象。天體生物學家尤其希望在附近的行星上發現光合作用的跡象。但是外來植物和陸生植物的區別是什麼呢?為了找到答案,請考慮外星進化史可能如何塑造外星生命形式以適應其環境。

天體生物學家對在他們有生之年找到外星生物圈的有力證據持樂觀態度。然而,想像一下,我們發現了一個「第二地球」的可能性,它有明顯的生命跡象,但它太遠了,我們無法出去看看這些外星生命形式是什麼樣子的數百年。這難道不是科學史上最令人沮喪的發現之一嗎?


熱門內容

友善連結



八方快聞是一個網路文摘網站,在浩瀚的網海中摘選即時的、優質的、知識的及趣味性的網路文章給大家欣賞,八方快聞努力做到讓每一個人,能夠使用所有裝置在不同時間地點,都能夠輕鬆享受數位時代的閱讀樂趣。