在以万亿年的时间单位上，一个生命星球上生物（非智慧）的可生存空间是否可以近无限的扩大，直至全星系? 第1页

不一定。题目里的其他问题需要先解决。

“在地球的历史中…从海洋到陆地、天空”是十九世纪的臆想。地球生命可能诞生于交替潮湿与干燥的陆地或浅水环境，并立即扩散到低空中。细菌早已在空气流动和天体撞击下抵达卡门线，有些可能已经飞出地球、飞出太阳系。

非技术物种有可能在太空中生存并扩散。这样做的效率可能比技术物种差几个数量级，而且能自组织为质能汲取设备与航天发射场的微生物大概很快就会具有智能。

不考虑技术，只靠概率和生物体能够驾驭的能源，即使生物的航行速度可以接近真空光速，银河系规模的星系被可居住化的进度还是可能很不均匀。况且能在太空中繁衍生息并主动高速移动的生物不需要居住在天体上。

那么，这概率如何？

要让地球生物圈离开太阳系，怎么做比较容易？

我们是努力演化成能跳进太空、肉身改变轨道、在真空中半永久地生存、抵御天体碰撞、不怕恒星的炙烤、无畏宇宙射线、可能的话在细胞里带永动机的超级物种，还是演化成智慧生物、造些工具来使？

显然后者更容易。当然，生物可以做困难的事，但你大可大方地设定技术文明的数量多于肉身宇航的非文明。拿来创作的话，这会增加你的戏剧冲突，有助于剧情发展。

“全星系”跟“近乎无限”是不沾边的。你可以考虑朝整个哈勃体积扩张，然后是跨越宇宙间的界限、在多重宇宙中扩散。

生物也不必诞生在行星上。你大可考虑真空涨落产生的玻尔兹曼生物，那玩意可以采取任何可能的结构。

关于地球生命的起源：

• 实验显示，地球生物的自然起源依赖的化学物质的形成需要来自太阳的紫外线辐射，其所处的水环境必须在一些关键步骤中变得高度浓缩甚至完全干燥。
• 这意味着如果你相信地球生物是自然起源的，那么起源的过程不可能全都发生在海洋里。
• 分子钟显示地球生物的起源可能早于地球上海洋的形成。

而且，“生物起源于陆地还是海洋”这个问题本身存在的逻辑就不完善：

• 先入为主地认定“在地球生物诞生的时候，地球上存在海洋”。
• 海洋和陆地的界限是什么，潮间带、入海口算陆地还是海洋呢。

二十世纪初，苏联生物化学家 Alexander Oparin 和英国遗传学家 J. B. S. Haldane 分别提出“原始汤”假说，认为早期地球的海水里的碳基化学物质互相反应，形成蛋白质、核酸等“生命的基础”。

1953 年，Stanley Miller 在模拟远古地球大气的气体中放电，发现产生了少量的氨基酸等有机物。

可是，蛋白质和核酸并不能在水中长期稳定地存在。细胞质是一团胶体，性质与海水截然不同。这意味着细胞生物自组织起来的环境需要水且水不能太多——陆地比海洋更适合^[1]。

• Sutherland 等成功地从磷酸盐和四种简单的碳基化学物质开始、在模拟远古地球的环境里造出两种核酸。反应过程中，化学物质高度浓缩地溶解在水中，且一些步骤需要紫外线辐射，显然无法发生在海洋里——暴露在太阳紫外线辐射下的水坑等小规模水体才能满足要求。
• 那之后，他们略微改变反应条件，产生了蛋白质和脂质的前体。

2019 年，Carell 团队搞出了能在远古地球的环境条件及简单的无机底物作用下同时产生四种RNA核苷酸的过程。该过程不需要复杂的分离和纯化，即可产生关键的生命组分：

• 相比之下，化学家尚未在模拟海水的条件下合成这些分子。

Moran Frenkel-Pinter 等证明，氨基酸在没有水的条件下可以自组织成链，地球生物使用的蛋白氨基酸比非蛋白氨基酸更容易发生这种反应。这可以帮助解答为何地球生物使用这些氨基酸来组成蛋白质。

2018 年，分子钟显示地球生物的起源可能早于地球上海洋的形成。

• 在目前的理论下，地球似乎是在 45.4 亿年前形成的，冥古宙由此开始。
• 在 45.2 亿年前，地球似乎与体积约等于火星的天体“忒伊亚”发生碰撞，飞溅出的物质有一部分形成了月球，地球从炽热的岩浆球状态逐渐冷却固化（计算表明需时1亿年）。
• 44.1 亿年前，地球上可能出现了原始海洋。这一时期的地质活动估计相当剧烈，火山喷发遍布地面、熔岩四处流动。
• 在 41 亿年前到 38 亿年前，地球可能受到了大量小行星与彗星的撞击。根据同时期的月球撞击坑推算^[2]，地球当时形成了 22000 个或更多的直径大于 20 千米的撞击坑、约 40 个直径约 1000 千米的撞击盆地、几个直径约 5000 千米的撞击盆地，地形平均每 100 年就受到显著破坏。
• 冥古宙在 38 亿年前结束，内太阳系不再有大规模撞击事件。
• 也有研究认为上述阶段的撞击规模要小一个甚至几个数量级。
• 21 世纪初，学者一般估计现存生物的最后共同祖先（LUCA）生活在距今 35 亿年前~38 亿年前，而我们发现的直接的古生物化石证据已经老到了 34.8 亿年前^[3]。
• 2017 年，科学家在加拿大魁北克的岩石中发现了 37.7 亿年前~42.8 亿年前的筒状微小纤维构造，可能是远古海底热泉喷口处生物的活动痕迹^[4]。
• 2018 年，有研究根据分子钟将最后共同祖先生活的年代设置到了 45 亿年前^[5]——这意味着 LUCA 可能在地球形成后 4 千万年时地狱般的环境里就自然形成了，比海洋的形成早九千万年。

地球生物的太空起源说仍然是学术界经常谈论的话题，人们实际上发现一些陨石可以带来大量的氨基酸等有机物，并在撞击时产生一个灼热的坑，该坑的任意边缘与水域相接就可以在坑里灌上水。

• 研究人员从当地时间 1969 年 9 月 28 日坠落在澳大利亚的默奇森陨石中找到了 70 种以上的氨基酸，既有常见的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸之类，也有不寻常的异缬胺酸、柳氨酸之类，有些取代基有 9 个碳原子，还有二羧基、二氨基等不同的官能团^[6]。2020 年 1 月发表的一项研究估计该陨石夹带的碳化硅颗粒有 70 亿年的历史^[7]。

• 科学家对在南极发现的陨石进行的更多研究显示，富含碳的陨石坠落时的高温可能驱动化学反应产生大量的氨基酸。

地球生物也不必都是在同一个时代起源的，现代地球的水域、地下仍然可能在进行有机大分子的自我制造，只是这个过程本就极度缓慢、难以和现代生物制造的有机大分子区分、很容易和现代生物的身体结合到一起去（例如被细菌摄入体内）。

参考

1. ^ Marshall M. How the first life on Earth survived its biggest threat - water. Nature. 2020 Dec;588(7837):210-213. doi: 10.1038/d41586-020-03461-4. PMID: 33299201.
2. ^ 月球面对地球的一面的大部分大型盆地，如危海、宁静海、晴朗海、肥沃海和风暴海，也是在这一时期撞击形成的
3. ^ https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2013.1030
4. ^ http://eprints.whiterose.ac.uk/112179/1/ppnature21377_Dodd_for%20Symplectic.pdf
5. ^ http://palaeo.gly.bris.ac.uk/donoghue/PDFs/2018/Betts_et_al_2018.pdf
6. ^ https://dx.doi.org/10.1073%2Fpnas.0912157107
7. ^ https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1904573117