看完五十億年的孤寂後覺得很喜歡,偶然又發現這本談論相近主題的書自然一定要讀。這是地質學家彼得.D.華德,以及天文學家唐納.布朗李(Peter D. Ward, Donald Brownlee)合著,用以介紹並闡明他們相信的地球殊異說的作品。
在科學革命之後學界普遍存在著平庸率的概念,相信太陽系在宇宙裡只是平凡的星系,地球更是隨處可見的普通行星。當然地球確實不是宇宙的中心沒錯,但隨著近年來系外行星學與生物學種種跨領域研究後,人類卻漸漸發現也許太陽系和地球都很特殊。
儘管巨大的宇宙蘊含著足以踩爛這份特殊的機率,可如同本書企圖證明的,至少在目前人類所知的範圍裡地球還真的很特別。應該很多人都還記得小時候讀過太陽系適居帶的概念,地球因為和太陽距離適中,所以擁有適合生物存在的氣溫,也保得住大氣層和海洋。
於是學界以地球為標準針對行星與恆星的距離推導出適居圈的概念,以水會蒸發的距離畫出內圈,以及二氧化碳將凝結成乾冰的外圈(雪線)。不過其實不只恆星系有適居圈,星系也有所謂的適居圈。
像銀河系中心因為恆星太密集,充滿放射線與超新星所以不適合生命繁衍,而如果在旋臂太末端的位置又可能因為重元素太過稀少,連行星都難以聚集而成。至於宇宙有沒有適居圈呢?考慮到人類對宇宙的理解還很少,自然難以畫出適居圈,但倒是有宇宙的適居時期這回事。
大霹靂之後宇宙誕生,但剛誕生的宇宙絕大多數的元素都是氫與氮。地球形式的生物賴以生存的重元素與碳、氧、氮、磷、鈉、銅、鐵等元素,絕大多數都得等待最初幾批恆星的生命周期結束,化作超新星與白矮星時,才能透過核融合等物理作用產生。
在人類體認到構成自己的元素,都曾是百億年前某顆恆星的一部分的同時,也會發現只有在這些無數恆星誕生、死去,並噴發大量元素之後,適合地球生命形式的宇宙時間才會到來。
也就是說唯有在對的時間對的地點出現太陽系及地球,方才有可能催生出人類所知擁有智慧的物種。至於強調擁有智慧的理由則在於,生命其實可以存在於各種極端環境。
一九九零年代學界確認嗜極細菌的存在,擴寬了以往認定可能讓生物不存在的環境限制。即使是在深海火山或溫泉那樣高壓高溫、強酸強鹼,甚至是地底深處的沈積岩與火成岩中,都可能存在生物。連帶古老的界門綱目科屬種上頭又增加了三個域,古菌、細菌、真核生物,擴展了人類以往對適居圈的認知。
或許不需要到地球如此宜居的程度的行星或衛星上,只要有水有熱能存在,就可能出現古菌和細菌那樣的生物。隨著適居區的範圍擴寬,有更多以往覺得不可能存在的生物的地方,此刻都可能蘊藏生機。而也惟有存在生機才有機會演化、撐過大滅絕,提高出現智慧生物的機率。
很難確定生命究竟是如何誕生的,或許確實是來自於帶有細菌的天外隕石,也或許是在高溫高壓的海底火山邊的胺基酸後來有了進一步發展。無論如何這些生命都在三十五億年間撐過高溫與冰封時期,並誕生出DNA這樣的遺傳機制。
擁有這個機制而如今已滅絕的某種古老生物,後來繁衍出古菌、細菌、真核生物項下的眾多生命形態。這些生物透過以億年計算的生存及演化,最終為地球帶來不可逆的改變。
大量的氧被釋放到大氣裡,而古老的厭氧生物只能轉往極端環境,因為接下來是新世代物種的天下。古菌與細菌選擇從化學途徑著手,最終儘管在演化之路上,它們跟真核生物走得一樣遠,但形體上的變化卻幾乎沒有。
相較之下真核生物則選擇了改變軀體的道路,細胞核出現、生殖機制確立、促發改變染色體上訊息的新方法以重置基因序列、細胞間可利用激酶蛋白質溝通、並形成新的細胞架構(支架),凡此種種皆讓生物的體型足以變大,也能因應天擇發展出新形態,最終聚合為多細胞生物。
這之中沒有孰優孰劣的問題,卻是我們之所以成為我們的理由。以目前所知很難確定真核生物走上這條路是基於生物變異還是環境變化,無論如何在經歷了三十五億年的演化後,真核生物這條路上終於出現動物。
寒武紀大爆發指的是在六億至五億年前間的地質層,突然沒有前兆(意即在此之前幾乎沒有化石存在)的大量挖掘出化石的現象。從五億八千萬年前的埃迪卡拉動物群開始(微妙的是這些形體特異的生物和後來的生物之間沒有傳承,它們就是滅絕了,競爭失敗或環境巨變都有可能),到生痕化石和小殻類動物,再到五億三千萬年前三葉蟲稱覇海洋的時代最具代表性。
我們不知道為什麼在寒武紀之前的地層找不到化石,就合理性來看當時地球理應存在生物,方才能演化成後來的模樣。或許當時的生物太過嬌小,也可能是因為缺乏鈣質形成的外殻,所以難以留下化石。
而大爆發的理由同樣成謎,可能是因為氧的數量終於夠了、陸地形成後養份大量流入海中。或者基於慣性互換事件導致環境劇變,生命不得不努力適應。此外也可能和地球曾經歷無數次冰河時期有關。
說不定在那些冰河時期當中,生命只能默默退縮到比如火山口,或地殻深處的區域生存。在漫長的冰封時期這些區域彼此隔絕,生物各自演化出獨特形貌,直到冰河逐漸消融、氣候變得更加「適居」後,才開始爆發性的進一步演發擴張,方造就出寒武紀大爆發的結果。
總之關於寒武紀為何突然出現生物大爆發的原因,目前仍尚未獲得確切解答,但目前提出的學說全都需要幾個特定條件。地表的水不能太少才足以維繫生命,又不會多到沒有陸地降低生物多樣性。太陽系必須要有足夠的特定物質,才能形成擁有充足重元素的地球,並讓地核擁有足夠的重金屬進行核融合以形成磁場,擋掉來自宇宙的放射線攻擊。
地核夠熱也才能利用足夠的地熱形成岩漿,岩漿噴發出來先形成玄武岩,再透過隱沒帶進一步加熱,後讓密度低的岩石形成岩漿,經質變再次噴發化作成為密度較高的岩石並化作大陸。
然後地殻和地函之間的黏度又稠得剛剛好可以構成板塊作用,因為沒有板塊作用就沒有火山作用。沒有火山活動就不會有陸地為海洋帶來養份、提供動物生存所需要的空間。更沒有二氧化碳 - 矽酸盬的氣候調解方式,可以讓地球在太陽越來越亮,或者公轉軌道變化的狀態下,仍可以透過物理與化學作用調節全球氣溫。
有了上述種種條件,才可能催生出寒武紀大爆發這個特異現象。先不提這個爆發是否僅為化石紀錄為人類帶來的錯覺,總之現有生物的體軀藍圖,也就是生物軀體形態的框架「門」,全都在這個爆發中確立。在那之後雖然又過了幾億年,但再也沒有出現新的門,之後的演化全都是在現有的門之下產生的豐富變化。
然而相對於寒武紀大爆發的生命盛宴,地球史上幾乎是周期性的大滅絕,則象徵了地球生態史的另一個面向。奧陶紀、泥盆紀、二疊紀、三疊紀和白琧紀都曾出現大滅絕,理由可能是巨量的火山爆發、冰河時期、隕石,甚至超新星爆炸帶來的放射線。
雖說考慮到每次大滅絕之後,生物多樣性都會在經歷苦難後變得更加豐富繁盛,於是在過程中滅絕了無數個門的寒武紀末大滅絕,可能才是對生態多樣性影響最大的一個。不過即使如此,那些輕則毀滅百分之二、三十,重則毀滅掉百分之八、九十(二疊紀那次)全球生物的大滅絕,對生態圈而言皆仍是浩劫。
比如說直到一九八零年代學界才終於確認,造成白琧紀末期恐龍滅絕的原因是隕石撞擊。這顆巨大的隕石不但在現今墨西哥灣的所在處撞出大坑,並令大量碎片飛出大氣層再下墜化為火球燒光全球森林。
撞擊當時蒸發了大量海水與岩石遮蔽陽光造成寒冬,接著由於隕石本體含有許多硫,於是接下來化作酸雨以驚人雨量連下好幾個月……只要一想到人類該如何面對這樣的地獄模式就覺得恐怖。
然後這還不是損害最嚴重的滅絕事件,閱讀時看到這邊,真的會忍不住覺得地球到現在經歷了那麼多次大滅絕都還有生命,自寒武紀大爆發以來也沒遇上擋無可擋的超新星或白矮星放射線攻勢(拜地點好所賜,周圍沒有太多這樣的恆星),或者超巨大版的慧星撞地球,真喵他的奇蹟啊!
不過要談到奇蹟,如同上面已經提過的,太陽系的構成也是奇蹟之一。現行所知的星系很多都和太陽系完全不一樣,百分之九十五的恆星質量小於太陽,光是這個事實,就讓我們的行星系統顯得很特別。
質量較小的恆星由於數量遠多於質量較大的恆星,是故地球生命可以抽到一個因為質量夠大、重元素夠多,所以能長期穩定提供能量的恆星太陽,某方面而言已經燒掉地球生命不知道多少的陰德值(像球狀星團很美但星星太過密集,所以每顆恆星都很小,而且沒有足夠的物質可以形成地球這樣的類地行星)。
更別提地球旁邊還有一顆相對地球體積而言,比例大到有點詭異的月球作為衛星,這又是另一個神奇的事實。目前推測的月球形成原因,是地球或者說正在形成地球的星體,被火星大小的小行星撞擊,遭到粉碎後再合而為一。
而且這兩個撞在一起的天體還很可能都有熱核心,於是合而為一後地球中心擁有更多重元素供核融合之用,並帶來板塊運動的可能性。然後在這過程中飛散出去的物質,在引力作用下慢慢撞積成為月球。
正是因為有月球繞著地球穩定的公轉,才能透過萬有引力穩定地球的黃赤交角(亦即地軸的傾斜角度),讓地球不至於因為頻繁的改變傾斜角度、導致行星接受陽光照射的位置與量受到影響,進一步讓生命失去穩定的生存條件。
儘管一開始的月球因為距離更近,所以帶來的潮汐影響很可能大到挺摧殘生命的。但目前推測潮夕帶來的周期性變化,也在降低地球自轉速度的同時,對生命演化形成正面影響。
雖說因為扭力作用所以月球正以緩慢的速度遠離我們,所以在長遠的未來之後,地球終究得面對失去這顆重要衛星的事實(但在那之前可能就先變得不再宜居了啦)。但只要想到要是月球繞行地球的方向和現在相反的話,那會發生的事就類似海王星及海衛一樣,大概在幾億年後兩者就會因為軌道越來越近而相撞,嗯……命運真複雜。
不過除去月球外,木星的存在對地球生命也非常重要。在火星和木星之間存在的小行星帶,極可能是一顆沒能撞積成為行星的星體殘骸。而其之所以沒能成為行星,是因為木星以極快的速度在短期內就成形的原故。
先不提非常假設的火星乃地球生命起源說的條件,需要仰賴木星快速形成導致火星沒能繼續變大。也因此在不夠大的火星保不住海洋的情況下,上面出現生命並存續的機率會比當時雖然擁有海洋,卻成天因為隕石撞擊而海水蒸發,造成嚴重溫室效應的地球要來得高。
而小行星撞擊火星後飛出的碎片,很可能就像人類如今發現到,來自火星且帶有細菌化石的隕石一樣,為當時環境仍很惡劣的地球帶來原初的生命。不過這個確實超級假設,關於木星比較可以確定的是,其位置又一次離地球遠得剛剛好。
這距離讓地球不至於因此受到如同火星一樣長不大的影響,導致體積太小無法保有海洋。更糟的是木星要是距離太近的話,就會把地球慢慢推到太陽裡(想想宇宙裡充滿了大量離恆星很近、位於雪線內的熱木星,這表示中間可能存在的類地行星基本上都被幹掉了)。這還不提要是木星的公轉方向相反的話,則會將地球緩緩拋出太陽系。
同時更重要的是巨大木星的存在等同於一臺超級小行星吸塵器,為地球擋掉大量的隕石撞擊。大家都知道關於這件事基本上就是機率問題,早晚有一天地球就是會碰上大型隕石撞擊,而木星則替我們將那個機率降低到,地球生態圈至今仍然存在的程度。
於是整體計算下來人類實在不得不感嘆太陽系結構的特殊,我們有一顆質量夠大熱能也夠穩定的恆星,有個雪線外的熱木星當隕石清潔工,各大行星的公轉軌道很神奇的不是常見、並會導致氣溫不穩定的橢圓形而是正圓形,該怎說,簡直讓人想問究竟珠寶匠的眼睛是否是盲的呢?(苦笑)
於是考慮到上述種種條件,也就不意外作者二人組會決定提出「地球殊異說」的學說,強調宇宙充滿生命的想像其實是錯誤的。考慮到太陽系與地球的形成條件,以及生物一次又一次的撐過滅絕、成功走上形成智慧生物的演化之路的整個過程,究竟充滿了多大的不可思議,就忍不住讓人想推測,說不定宇宙裡其實只有一顆行星上存在智慧生物,而那就是地球。
本書引用了美國太空總署天文學家馬凱的一句話:「智慧生物極可能出現,只須三十五億年的演化即可。」這是一句講得很認真但讓我瞬間被戳到笑點的幹話。該怎麼說呢,只知道一種生態圈的人類在宇宙中尋找智慧生物時,自然也只能以地球生命為範本。
也許宇宙裡存在著形態截然不同的生命形式,而且根本不需要本書講述的那一堆神奇條件也可以活得很好、擁有 極高的智慧也說不定。但畢竟在相遇之前人類還是很難確定那樣的想像存不存在,於是也只能做出更多假設。
或許在我們所知範圍以外的宇宙裡,像地球一樣的行星並非絕無僅有、甚至還很多。但也有另一種或許,如同本書企圖述說的那種或許,就是在這個宇宙裡我們終究是孤寂的。
不是像五十億年的孤寂描述的那樣,就算有其他外星文明存在,也可能在我們有辦法相遇之前,彼此就先滅絕了一樣的寂寞。而是更加寂寞的可能,也許那些外星文明根本不存在,從來就沒有什麼外星文明,宇宙裡就只有地球存在符合我們認知的文明。
寂寞的地球:宇宙唯一有複雜生命的行星(Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe)講述的就是這樣一個想法,以及為何作者會這麼想的科學佐證。這是尚未獲得證明的假說,甚至搞不好在人類的文明存續期間都永遠無法證明也說不定。
作為讀者我對這個說來未免太過沒有夢想的學說持保留態度,不過我很喜歡作者為了建構這個學說,而在本書中詳細介紹的大量生物學與天文學知識,是收獲十分豐富的閱讀體驗。而且終歸來說閱讀這樣一本書時,不管接不接受作者的想法,試著思考假如真的是這樣的話,我覺得也是挺有趣的一件事。
假如宇宙裡真的只有地球擁有文明與如此豐富的生物多樣性,那正在造成地球新一次大滅絕的人類,那我們每一次為了眼前自利而做出的破壞,恐怕都會帶來意義更加深遠的後果。在這宇宙唯一的可能性之地裡,每一次的消失都是絕對的,這種難以言喻的恐怖實在值得更深入的思考。
我們的生活究竟代表了什麼呢?說來實在感嘆啊。
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