拿DNA當遺傳物質的,除了地球生物,還有外星人?

如果外星人真的存在,它的構造會是什麼樣的呢?我們最好通過什麼信息來告訴外星人地球生命的信息?一些科學家認為,根據現有知識,物理規律在整個宇宙中都是一致的,因此,可能決定着我們生物學基礎的物理規律,在外星人身上同樣適用。

而我們體內的遺傳密碼,或許可以作為人類和外星人相互理解的信息基礎。

如果外星人來過地球並了解了地球生命,它們會驚訝於地球上有這麼多物種,卻享有相同的遺傳物質嗎?這一切對外星人來說會不會過於熟悉?一些科學家認為,在整個宇宙中,遺傳物質的結構是相同的。盡管在地外行星可能會產生地球上沒有的生命形式,但從根本上來說,物種的多樣性仍然會受到遺傳機制的限制。

目前,我們只對一小部分的地球生命進行了基因組測序,並且直到近些年才完成了人類基因組測序。另外,科學家已經成功地克隆了一些動物。而如果地外文明從倫理上沒有克隆障礙的話,將人類和其他物種的遺傳密碼發送給地外文明,將是讓它們了解地球生物的最有效方法。

星際信息

從一開始,我們就在地外傳輸信息中會提及我們的基因構成。盡管2003年科學家已經宣稱完成了人類基因組測序,但其實該圖譜並沒有包括我們的每一個鹼基,許多非編碼區序列就沒有顯示出來。不過,在1974年,波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡向太空發出的無線電信息「阿雷西博信息」(Arecibo message)中就包含了DNA雙螺旋結構的粗略形狀。

拿DNA當遺傳物質的,除了地球生物,還有外星人?

阿雷西伯射電望遠鏡 圖片來源:Arecibo Observatory

1999年,在兩條星際信息——「宇宙的呼喚」(Cosmic Calls)中就包含了構成DNA的四種核苷酸的符號。然而,迄今為止,科學家只在一次星際無線通訊中編入了遺傳信息。

為了紀念阿雷西博信息發出35周年,喬·戴維斯(Joe Davis)來到波多黎各,描繪1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBisCO)分子大亞基的基因序列。RuBisCO是地球上最豐富的蛋白質,並且在植物將大氣中二氧化碳轉化為高能分子的過程中起到重要作用。為了將這個遺傳信息編入信號中,戴維斯最初考慮用二進制的2位ID(C=00, T=01, A=10, G=11)分別表示分子中的1434個核苷酸,從而創建一個表示RuBisCO分子的2868位序列。當然,這樣做的問題是,我們不像電影《外星人E.T。》里的小男孩埃利奧特(Elliott)那樣,能夠獲得足夠用於分析的信息。因此,任何接收到此消息的外星人都無法確定用於創建消息的編碼模式,對它們來說,這實際上可能是一團難以理解的數據。

不管怎樣,現實中是不太可能有外星人能收到戴維斯的信息,更別說理解它了。何況,戴維斯選中的恆星目前都沒被證實有行星的跡象。另外,還有兩顆目標恆星系中存在行星,但似乎也不可能維持生命存在:一顆是耀星GJ 83.1,會周期式爆發強輻射;另一顆是紅矮星蒂加登星(Teegarden』s star),這類恆星被公認為冷到無法維持生命存在,除非行星離蒂加登星足夠近,能夠被潮汐鎖定,而那樣的話,半個行星會處於極夜中。

考慮到戴維斯信息缺少背景和多餘信息來糾正傳輸過程中產生的信息缺失。因此即使他選擇的星系中有外星人存在,它們能夠解讀該信息的可能性也很小。戴維斯首次提出,他的星際信息對地球人的意義比對外星人更大。但這種噱頭為向地外文明發送信息(messaging extraterrestrial Intelligence,METI)指了一條明路。

外星生命形式

在過去的十幾年里,生物學家為包括人類在內的數千個物種進行了基因組測序。實際上,基因組是物種的「藍圖」,而我們只是剛開始了解如何閱讀這些基因密碼。足夠先進的外星人可能已經發展出了基因工程技術,基因組已經相當於可執行的電腦程序,使得外星人可以在它們自己的實驗室重造人類和其他地球生物。當然這種現象發生的前提是,外星人和地球生命由同樣的遺傳物質構成的,而實際上,這個假設其實也沒有最初認為的那麼夸張。

某種程度上來說,與血肉之身、幾乎沒有毛發覆蓋的人形外星人接觸,要比與有八隻眼睛的頭足類外星人接觸交流更令人不安。天體生物學家查爾斯·科克爾(Charles Cockell)指出,實驗證據表明,生命體的某些特徵是由物理規律所決定的。由此,我們有理由認為「外星生命在所有的結構層次,看起來可能都與地球上已知的生命出奇地相似」。

科克爾認為,外星人可能和我們有相似的思維模式,因為它們和我們遵從於相同的基本物理規律。這與認知科學家先驅馬文·明斯基(Marvin Minsky)的觀點相類似。明斯基認為外星人會和我們用同樣的方式思考,因此人類將能夠與它們交談。明斯基認為,如果外星人面臨同樣的基本問題(空間、時間和材料限制),並且它們解決問題的方法由問題的自然屬性決定,那麼,外星人會找到與我們類似的解決方法,即用符號系統代表這些問題,並用計算處理過程來操縱這些符號系統,這一過程也可以被符號化地描述。

當然,在生命的演化軌跡中,機遇也起了重要的作用,因此認為演化完全由物理規律決定的這種想法,會過於輕率了。例如研究表明,6600萬年前,小行星撞擊地球導致全球溫度驟降、恐龍大滅絕,而在這之後哺乳動物開始繁榮起來並改變了之後地球生命的演化歷史。盡管小行星撞擊地球的概率非常低,但它發生之後就改變了地球生命的演化軌跡,而如果從物理規律來判斷演化過程是絕不會預測到這一現象的。

相同的密碼

考慮到地球上有細胞生命。我們希望在地外行星上找到細胞生物嗎?或者地外生物找到了有別於細胞生物的自組裝模式?

在20世紀80年代,生物學家大衛·迪默(David Dreamer)從著名的默奇森隕石(Murchison meteorite)中提取了羧酸,來演示這些簡單的分子加入水後,能自發地形成細胞膜。科克爾稱,該演示表明了細胞生命的組成部分「在太陽系的富碳石塊中到處都是」。意味着任何的原始雲團中都有期望產生能形成細胞的分子,並預備將這些原始細胞材料傳播到任何等着大量降水的行星上去。後續試驗發現,隕石並非是形成細胞膜的唯一分子材料來源,這表明這種組織模式在宇宙中可能很普遍。

類似的物理規律也限制了生物學上的許多基本可能性,例如DNA的結構。DNA的特點之一就是它僅由四種核苷酸組成,分別是腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鳥嘌呤。這四種核苷酸遵循鹼基互補配對原則兩兩配對:腺嘌呤和胸腺嘧啶配對,胞嘧啶和鳥嘌呤配對。只有四種核苷酸以及它們必須兩兩配對,這是演化的意外嗎?外星人的基因編碼有可能是由六種或更多種核苷酸組成的嗎?外星人的核苷酸有可能與組成地球生命DNA的四種核苷酸不同嗎?這些當然都有可能,但是我們有充分的理由相信這種可能性不大

引入更多的核苷酸,會導致體系中可獲得的遺傳信息量增大。這意味着,六核苷酸體系中較小分子能攜帶的信息與四核苷酸體系中較大分子相所攜帶的相當。當然其代價是,每當體系中多加入一對鹼基對,某個核苷酸所能配對另一種核苷酸比例就要相應減少。

例如,在雙核苷酸體系中, 每個核苷酸能與一半的核苷酸配對;但是在四核苷酸體系中,每個核苷酸只能與四分之一的核苷酸配對,隨着核苷酸的數目增加,能配對的幾率也以此類推。因此,科克爾認為,當核苷酸增多,就很難找到足夠不同的核苷酸鹼基,以便在分子復制時容易區分它們,最終導致復制過程的錯誤率提高。實際上,RNA的計算機模型表明,四核苷酸體系是最適當的體系。

在計算機模型中,研究者用合成核苷酸擴大了基因編碼的鹼基對數量,結果發現用這些合成鹼基對代替正常鹼基對,或是在正常體系中加入新的合成鹼基對,都會使遺傳過程不穩定。然而在嚴格的實驗室條件下,將合成核苷酸加入到細菌這樣的生物體中,可以穩定地擴充遺傳密碼。研究者還在用許多可能的鹼基對在進行試驗,結果表明,RNA和DNA的四鹼基對模式,最適合於遺傳物質的復制,同時也最適於保持它們的結構。

如果說,大腦和整個認知結構都是為了生命的體驗而優化產生的,那麼外星人會像我們一樣思考就不足為奇了。

來源:cnBeta