行星演化利於類人生命？研究稱人類非唯一可能性增大
根據一個關於地球上有智慧的生命如何發展的新模型，人類可能並不特殊，而只是我們地球以及其他星球的自然進化結果。
這個模型顛覆了已有數十年曆史的“艱難步驟”理論（該理論認爲有智慧的生命是極其不可能發生的事件），表明也許有智慧的生命的產生並非那麼艱難或不可能。賓州州立大學的一個研究團隊主導了這項工作，他們表示，對人類起源的新解釋增加了宇宙其他地方存在有智慧的生命的可能性。
“這是我們對生命史思考方式的重大轉變，”賓州州立大學地球科學教授、該論文的合著者詹妮弗·麥卡拉迪（Jennifer Macalady）說，這篇論文於2月14日發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。
“這表明複雜生命的進化可能較少取決於運氣，更多的是生命與其環境之間的相互作用，這爲我們在探索自身起源以及在宇宙中的位置時開闢了令人興奮的新研究途徑。”
“艱難步驟”模型最初由理論物理學家布蘭登·卡特（Brandon Carter）於1983年提出，該模型認爲，從人類在地球上進化所花費的時間相對於太陽的總壽命來看，我們的進化起源是極其不可能的——因此，地球之外存在類人生命的可能性極低。
在這項新研究中，一個由天體物理學家和地球生物學家組成的研究團隊認爲，地球環境最初對許多形式的生命來說是不適合生存的，只有當全球環境達到一種“適宜”狀態時，關鍵的進化步驟才成爲可能。
例如，複雜的動物生命需要大氣中有一定水平的氧氣，所以通過進行光合作用的微生物和細菌讓地球大氣實現氧合作用，這對地球來說是一個自然的進化步驟，這爲更近代的生命形式的發展創造了機會之窗，慕尼黑大學博士後研究員、該論文的第一作者丹·米爾斯（Dan Mills）解釋說。
“我們認爲，智慧生命的存在可能不需要一系列幸運的機緣巧合，”米爾斯說，他曾在賓夕法尼亞州立大學麥卡拉迪（Macalady）的天體生物學實驗室擔任本科研究員。
“人類不是在地球歷史的‘早期’或‘晚期’進化的，而是在條件具備時‘按時’進化的。也許這只是個時間問題，也許其他行星能夠比地球更快地達到這些條件，而其他行星可能需要更長的時間。”
“艱難步驟”理論的核心預測指出，整個宇宙中即便有其他文明存在，數量也極少，因爲根據卡特對太陽總壽命爲100億年以及地球年齡約爲50億年的解讀，像生命起源、複雜細胞的發展以及人類智慧的出現等步驟都是不太可能發生的。
在這項新研究中，研究人員提出，人類起源的時間可以用地球歷史上“宜居窗口”的依次開啓來解釋，這一過程是由營養物質可獲取性、海面溫度、海洋鹽度水平和大氣中的氧氣量的變化所驅動的。
他們表示，考慮到所有相互影響的因素，地球直到最近才變得適宜人類居住——這僅僅是這些條件作用的自然結果。
賓州州立大學天文學和天體物理學教授、該論文的合著者賈森·賴特（Jason Wright）說：“我們認爲，我們不應基於太陽的壽命來進行預測，而應該使用地質時間尺度，因爲大氣和地貌的變化就需要這麼長的時間。”
“這些都是地球上正常的時間尺度。如果生命與地球共同演化，那麼它將按照行星的時間尺度以行星的速度演化。”
賴特解釋說，“艱難步驟”模型流行這麼長時間的部分原因是，它源於他自己所在的天體物理學學科，而天體物理學是用於理解行星和天體系統形成的默認領域。
該團隊的論文是物理學家和地球生物學家之間的合作成果，他們相互學習對方的領域知識，以描繪出地球上生命如何演化的細緻的畫面。
“這篇論文是跨學科研究工作中最宏大的成果，”同時擔任賓夕法尼亞州立大學天體生物學研究中心主任的麥卡拉迪（Macalady）說道。“我們的研究領域原本相距甚遠，而我們將它們放在同一層面（來考慮）以探討我們如何存在於此以及我們是否是宇宙中唯一的生命這個問題。原本存在着巨大的鴻溝，而我們架起了一座橋樑。”
研究人員表示，他們計劃測試他們的替代模型，包括對所提出的進化“艱難步驟”的獨特地位提出質疑。當前論文概述了推薦的研究項目，其中包括諸如在太陽系外行星的大氣層中尋找生物特徵（如氧氣的存在）等工作。
該團隊還提議通過在特定環境條件（如較低的氧氣和溫度水平）下研究單細胞和多細胞生命形式，來測試所提出的“艱難步驟”的要求，以確定它們實際上有多艱難。
除了所提議的項目之外，該團隊還建議研究界應該調查諸如生命起源、產氧光合作用、真核細胞、動物多細胞性和智人（Homo sapiens）等創新是否真的是地球歷史上獨一無二的事件。過去是否可能有類似的創新獨立進化，但由於滅絕或其他因素而失去了它們發生過的證據呢？
“這種新的觀點表明，智慧生命的出現可能終究並非那麼遙不可及，”賴特（Wright）說。
進化可能並非一系列不可能發生的事件，而更像是一個可預測的過程，在全球條件允許的情況下逐步展開。我們的框架不僅適用於地球，也適用於其他行星，這使類似我們的生命存在於其他地方的可能性增加了。
該論文的另一位合著者是羅切斯特大學的亞當·弗蘭克。