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在地外宜居行星上拉一泡屎,几十亿年后会发展出智慧生物吗?

TweSwe / CC0

假如我在地外宜居行星上拉一泡屎,几十亿年后那里会发展出智慧生物吗?

赵泠,遗迹是曾经讴歌繁荣的生命留下的缺页的梦。

应该用不着几十亿年的时间,几亿年到十几亿年就足够发展出智慧生物了。

人的肠道微生物已经在地球上演化多年,比地球早期生物需要的试错少得多,而且人类目前认定行星宜居的条件是适合地球型碳基生命的,可能该行星上已经有生物圈。

天文学家和物理学家还是比较看好智慧生物的出现率的,他们一般认为,只要行星上出现了生命,那么智能生命就不远了:智能对物种在竞争中取得优势具有很大的意义,只要生物圈维持的时间够长,该性状一定可以出现。而且,我们的题目没要求出现“高”智慧生物或无线电广播文明,从肠道微生物演化至社会性昆虫不会太困难——这排除了下面的截图里提到的非常重要的偶然事件。

以下截图来自查尔斯·阿德勒的《巫师、外星人和星舰:科幻与奇幻中的物理数学》第 210 页:

其它的偶然事件其实也不那么站得住脚。

在地球生物演化史上,从单细胞到多细胞的飞跃似乎独立发生了 46 次。根据研究,真菌很可能在十几种不同的情况下以子实体形式演化出复杂的多细胞生物,红藻、褐藻和绿藻在过去 10 亿年左右的时间里演化出多细胞形态。这说明这件事的发生实在是非常正常的。

剑桥大学古生物学家 Nicholas Butterfield 在 2015 年提出,远古地球的低氧水平有利于多细胞生物出现。更大的多细胞生物有多个鞭毛,在单位时间内可以将更多的水从细胞膜上扫过以获取营养物质和氧气或二氧化碳。多细胞生物的个体生物量增长时能量消耗的增长并非线性,而是按 0.6~0.75 次方的关系,古代海洋中营养物质的匮乏推动了这演化。出现多细胞生物所用的时间反映的是随机产生复杂的基因调控机制所需的时间。

但是,后续研究发现一些单细胞生物早已具备许多曾被认为是多细胞动物独有的基因和行为,而且调控机制并不复杂。

变形虫 Capsaspora owczarzaki 可以随时间改变细胞形态结构,研究发现其含有 4 个过去被认为是多细胞生物特有的基因、在不同条件下改变表达,但它的启动子比多细胞动物所使用的要短得多,表明其调控并不复杂。相关成果 2016 年 5 月发表于《细胞》杂志。
鞭毛藻似乎正在我们眼皮底下迈向多细胞生物,研究发现 21 种鞭毛藻含有 350 个过去被认为是多细胞生物特有的基因族。
2019 年 6 月 13 日,自然杂志在线发表了澳大利亚科学家对海绵的研究[1],他们提出了多细胞生物起源新说:单细胞祖先在进化中发展出了单一细胞转换为多类型多状态细胞机制,使得细胞具有类似于现代细胞转分化和干细胞分化多能性的功能。关键信号通路和转录因子家族的起源和扩展、DNA 和 RNA 的调控子等可能允许细胞在多种分化状态下共存,从而产生了多细胞生物。

在演化地位上比海绵更接近地球动物共同祖先的栉水母的神经系统和其它动物有明显差异,可能是独自演化出来的。这说明神经系统的出现也不是多么罕见。

RNA 结合蛋白 PTBP1(多聚嘧啶道结合蛋白)在 2015 年被认定可能参与决定不同脊椎动物之间的大脑差异。由于选择性剪接,PTBP1 在哺乳类细胞中的形式与其它脊椎动物不同,丢失了一个小片段。

2020 年 6 月 25 日,《自然》杂志封面文章称,研究人员在体外的人类细胞和小鼠中找到了只需一个步骤就将星形胶质细胞转化为神经元的方法:

星形胶质细胞产生的 PTBP1 阻止了这种细胞变成神经元,去除 PTBP1 就可以解决该问题。

研究人员首先从小鼠和人类脑中分离出星形胶质细胞,降低这些细胞中 PTBP1 基因的表达水平。经过四个星期,不同样本中 50~80%的星形胶质细胞转化为神经元,来自中脑的星形胶质细胞所转化的神经元表达了多巴胺神经元特异性表达的基因。
然后,研究人员为小鼠注射可降低 PTBP1 基因表达的病毒。经过 12 个星期,感染病毒的星形胶质细胞有超过 30%转化为多巴胺神经元、具备正常生理功能,将患有帕金森病的小鼠纹状体的多巴胺含量从 25%提高到 65%,改善了症状。
最后,研究人员尝试向小鼠中脑注射可干扰 PTBP1 的反义寡核苷酸,短暂抑制其水平,发现也有治疗效果。这比病毒更适合临床使用,不过该疗法在用于人类之前仍需开展大量研究。

似乎可以认为,脑在地球生物演化史中的跃进其实也只是一个并不复杂的偶然事件。