地球还是“盖娅”？铁质岩石星球还是庞大的生命体？

文章来源：universetoday

原作：EVAN GOUGH

编译：郑修肸

校对：何永强 涂天宇

编排：王璞

后台：胡永葳 李子琦 李鸣晨

亲爱的读者，你是否考虑过哲学三问？其中第一条，“我是谁”，放大了讲，即人类究竟为何物？我们的思维到底是独立于自然或地球其他非生物部分，还是地球其实是一个具有思维能力的庞大生命体，而我们人类只是这样思维的一部分？也许你会觉得我在故弄玄虚——非也。

一项最新思维实验对上述问题进行了更深入的探索，虽然其结果无法表明人类与地球的思维是否具有明确关系，但只要略微思索一下这个问题就会促使我们考虑人类（乃至所有生物）与自然的关系。

克服我们当下面临的挑战需要更好地了解我们自己和自然，对于任何其他通过“大过滤器”的文明来说也是如此。（关于什么是“大过滤器”将在文末解释。）

我们人类有时会为自己深感自豪。从这一观点来看，我们几乎建立了一个覆盖全球的人类文明并成为了地球霸主，我们消灭了致命的疾病，我们还登陆过月球……我们拥有得天独厚、甚至上可比肩众神的本领和能动性，我们正在采取各种措施保护地球以免遭到毁灭性打击和灾难——这种灾难曾在地球上发生过一次，那次消灭了当时地球的主宰——恐龙。

但另一种观点认为，我们仍然只是一群低等虫子——自以为掌握了开启宇宙的“钥匙”，事实上却仅仅连我们人类自身的问题都难以解决。我们站在末日审判的边缘——我们无法治愈的疾病；部落主义驱使我们兽性接管人性，唆使人类自我毁灭；各种原始宗教及其迷信活动占据我们数十亿人的理性；我们无法控制的核武器像幽灵一般无时无刻不紧绷着我们的神经。我们仍然处于智慧启蒙状态，不能很好地管理人类文明的技术进步。

无论是前者乐观还是后者悲观，这两种都具有说服性。综合考量一下我们可以说，我们现在的社会还是比原始社会进步了一些，但如果我们希望能够再次通过下一次“过滤器”以确保人类文明的延续，我们还远没有我们所需要的那般成熟。

“朱诺号”在2013年利用引力弹弓飞越我们的星球时拍摄了这张地球图像。我们可以发射宇宙飞船并拍摄我们母星的照片——这是一个文明具有智慧的标志。但如果以等级划分，我们的智慧程度到底能达到几级呢？来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill.

那么我们能够想出一个方法来说明我们现在所处的发展阶段吗？能是能，关键在于解决三个问题：地球行星演化史、人类集体思想和现有科技状态。

罗切斯特大学的Adam Frank，行星科学研究所的David Grinspoon和亚利桑那州立大学的Sara Walker三位科学家设计了一个基于我们对地球的科学认识，关于生命如何演化及生命如何改变地球的求索的思维实验，实验结果以《行星演化过程的衡量尺——生命智慧》为题发表在《国际天体生物学杂志》上。

人类更倾向认为智力是个人属性，但它也是集体的共有财产。群居昆虫，例如蚂蚁，或是蜜蜂，就能利用它们的集体智慧完成各项生命活动，而且往往比个体的智能水平更高。在《行星演化过程的衡量尺——生命智慧》中，作者进一步阐释了何为智慧：智慧不仅仅可以专属于某一具体生命，还可以是一个集体、一整个行星规模的所属物。智慧分为三大阶段，个体智慧到集体智慧，集体智慧再到行星智慧，每一阶段的转变都表明着文明的进步 。而对于一个文明来说，技术型智慧的出现可能象征着一次整个行星尺度上的转变，我们对此应这样理解：技术型智慧的产生不仅发生在了行星上，而且对行星产生了一定的影响。

我们将地球上的生命形式以“界门纲目科属种”的标准划分为各个物种，认识到了所有这些物种都由一个共同的祖先演化而来。但是，在归类标准上，我们是不是遗漏了什么？把生命视为一艘“母舰”、一颗“行星”，是不是比单个物种更加科学正确？毕竟，物种上中并不存在一个“生物大爆炸”，每一个都位于不断发展的生物演化链中。（除了原始物种，例如“寒武纪生命大爆发”，其中的起源和成因尚未可知。）在生物圈中，所有物种是彼此影响、互相关联的。这就引出了这样一种观点，地球实则由细菌主宰，我们之所以在这，完全由细菌操控。

这一观点不免让人回顾起Vladimir Vernadsky的作品。Vernadsky是生物地球化学学科的重要建立者。维基百科将生物地球化学定义为“……涉及研究影响自然环境（包括生物圈，冰冻圈，水圈，土壤圈，大气圈和岩石圈）组成的化学，物理，地质及生物过程和反应的科学学科。”

Vernadsky认为生物圈与地球的非生物部分密切相关，生命是塑造地球的一种地质力。如果不了解生物圈如何与大气等其他系统相互作用，就很难理解它。这种相互作用使生物圈能够塑造地球的其他“圈”。

Vernadsky写道：“生物圈各物质被辐射活化，收集并重新分配太阳能，并最终使这些能量在地球上自由流动。一股新的自然之力被赋予地球，倾泻在地球上的辐射使原始地球圈原本无生命的行星表面催生出未知的特性，从而改变了地球的面貌。”

在他们的论文中，作者指出生物是如何改变了地球的生物圈。当某一生命形式演化出光合作用时，个体生命利用它获得了前所未有的好处，同时也让当时不具有此项能力的其他生命形式慢慢窒息而亡。但总的来说，它们在约26亿年前的大氧化事件（GOE）中为地球大气层不断输送氧气。光合作用为它们自己的延续和更复杂的生命诞生和发展开辟了一条全新道路。这一过程不仅深刻改变了演化过程，也改变了地球的地质面貌和大气化学组成。作者将能利用光合作用的生命形式的集体活动比作集体智力。

本图像展示了多级网络作为行星尺度智能程度的属性。这一耦合行星系统的每一层都构成了自己的化学和物理相互作用网络。每个层中的特定节点表示不同层之间的链接。因此，岩石圈（无生命物质）包含与大气环流、蒸发、冷凝和风化等相关的化学/物理过程网络；生物圈是各生物通过额外的过程，如微生物化学过程和植物蒸腾作用的网络；技术圈则是更增加了额外的网络过程，包括工业规模的农业、制造副产品和能源生产。来源：Frank et al. 2022.

他们写道：“理解一颗行星上的智慧是如何被定义和理解的，有助于让人类得知在这颗行星上是能够延续还是必死无疑。” “如果我们希望作为一个物种生存下来，我们必须利用我们的智慧为地球谋福祉。”

三位作者指出了集体智慧是如何改变并塑造地球的——这一实验部分基于“盖娅”假说，该假说认为：生命作为一个整体产生集体智慧，会与地球的非生物系统——地球化学、板块构造、大气、海洋相互作用，使地球产生全球性的负反馈。那些反馈机制使得地球在漫长的历史进程中能够保持一系列相对稳定状态，从而使得地球处在适合居住且有生命居住的最佳状态中。也就是说，生命为了自己可以生存，可以让地球变得更加适合生存。

以森林为例，如果没有生活在地下的菌根真菌网络，地球上成片的森林就不可能存在。树根与这样的网络相互作用，网络在森林中输送养分，最终养分中的碳循环至真菌。没有这个网络，树木就无法生存，也不会出现大片森林。

菌根真菌与植物存在互利共生关系。真菌为植物提供土壤中的水和矿物质，植物为真菌提供光合作用产物。寄生生物也是该网络的一部分。图片来源：由Charlotte Roy，Salsero35，Nefronus改编，改编自 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:R%C3%A9seau_mycorhizien.svg，CC BY-SA 4.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=92921450

我们在学校时就了解到植物能通过光合作用产生我们赖以生存的氧气，没有能够利用光合作用的生物，我们就无法生存。因此，植物（和藻类等）的集体活动将地球造就为一座“生物天堂”。但现在，在地球历史中短暂的几千几百年里，我们已经开发了技术，这是我们集体行星智慧的最有力的证明。而这对地球意味着什么？

作者讨论了地球发展的四个阶段，以及随着这些阶段的递进，我们该如何理解集体行星智慧的概念。

“行星会经历从蛮荒到文明的发展阶段，而行星智慧的出现则是行星进入文明阶段的标志。”

作者之一的Adam Frank：“智慧程度反映行星演化的过程。”

第一阶段，地球处于蛮荒时代的生物圈。数十亿年前，地球是一个尚不完备成熟的生物圈，唯一的生命形式是细菌。它们对地球不具有太大的塑造力，正因为如此，生命和地球之间没有重要的全球反馈，即缺乏集体智慧。

第二个阶段是成熟的生物圈。大约是25亿到5.4亿年前，能进行光合作用的微生物和植物先后出现，大气化学成分开始改变，此时地球进入成熟生物圈。光合作用使地球大气层充满氧气，高空的氧气受紫外线催化进而转变为臭氧，形成地球生命的保护伞——臭氧层。生命使地球本身更加稳定宜居。这就是作者所探讨的集体行星智慧。

地球不成熟的生物圈和成熟的生物圈阶段。只有当光合生物与地球的非生物过程产生反馈，使大气氧化并产生臭氧层时，成熟的生物圈才有可能形成。图片来源：罗切斯特大学/Michael Osadciw

来到第三阶段，也就是我们人类所处的阶段——人工技术与自然系统之间的关系。我们生活在人类自己创造的尚不成熟的技术圈中。我们的通信、运输、电气和政府网络越来越多地与技术圈联系在一起。如果你随意浏览一下经济、科技、媒体的头条新闻，就会发现我们作为一个物种，对自己所创造的财富和价值有多么自豪和兴奋。不过现在，让我当个坏人给你泼一泼冷水——不要高兴得太早！

我们现在的技术圈与自然系统可以说关系不大，甚至八竿子打不着。我们的技术发展是以消耗地球作为代价，不成熟的技术圈在很大程度上忽视了它对地球大气层、海洋，乃至整个生物圈的影响。我们开采化石燃料，但从不节制，其产生的主要温室气体——二氧化碳已经严重威胁到地球原本的碳循环能力。另一方面，有句话说得好，“不要过分陶醉于对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利,自然界都报复了我们。”这种不成熟的技术圈正在与自身和支撑它的生物圈作对，而这种技术上的不成熟将迫使地球为了洁净自身，反过来清理门户。

第四阶段代表着一个潜在的未来，一个美丽的新世界——这是一个成熟的技术圈。在成熟的技术圈中，我们的技术智慧能造福地球，这将使技术圈和生物圈共同进化，通过某种方式达到“共同富裕”。例如，太阳能等可再生能源将取代化石燃料，帮助气候自我调节并保持其可调控性；技术农业将加强地球的土壤系统，而不是加剧土壤沙漠化。

地球不成熟的技术圈和成熟的技术圈阶段。当我们使用我们的技术来平衡地球的生态系统而不是破坏它们时，成熟的技术圈阶段将是可能的。图片来源：罗切斯特大学/Michael Osadciw

“行星由蛮荒走来，赴向文明。行星智慧预示着它何时到达成熟的阶段。”Frank在一份新闻稿中表示，“当下最重要的问题是弄清楚行星智慧是什么样子的，在实践中对我们意味着什么，因为我们还不知道如何实现一个成熟技术圈。”

当技术圈迈入成熟阶段，各个系统将以互利的方式相互作用，就如同森林中的树木和菌根网络一样。这样，一个技术能力和自然反馈网络将自控工作，以保持宜居性。这将是一个全新的安排，其复杂性得以保障新兴技术的横空出世，同时能够自我地宏观调控并不断产生良性循环。

本图为行星系统在行星智慧程度方面的演化示意图。作者提出了行星智慧所需的五种可能表征属性。从低级到高级依次为：（1）生命出现；（2）网络动力学；（3）语义信息网络；（4）复杂的自适应系统；（5）自我调控。一个行星从非生物（岩石圈）到生物（生物圈）再到技术（技术圈）进化，这些属性的不同程度依次体现。图片来源：Frank et al. 2022.

“数十亿年前，生物圈发展出氮循环和碳循环，从而走出了生物无法自我生存的荆棘。”Frank说，“现在，我们必须弄清楚如何利用技术圈实现同样的自我维持功能。”

在过去的几十年里，人类已经或正在做出一些利于地球的决策。1987年，在科学家在南极上空发现了臭氧空洞后，联合国制定了《蒙特利尔议定书》，对破坏臭氧层的化学物质，例如氯氟烃（CFCs）进行严格管制；酸雨是由二氧化硫和二氧化氮引起的，科学家发现酸雨会损害土壤、树木、鱼类和其他水生动物，因此我们（主要是欧美国家）制定了《控制长距离越境空气污染公约》。

本图显示了不同程度的行星智慧进行各项自我干预所需的时间尺度。对于所谓的“成熟生物圈”，反馈或干预将持续几十年（DMS（（二甲基硫化物）海洋温度调节）到数百万年（CH4温室效应调节）。对于反馈或干预能力不足的“不成熟的技术圈”，同样的反馈的调节将持续几十年到数个世纪。对于“成熟的技术圈”，生活在里面的生物为了保持生物圈和技术圈相互协同发展，有了干预的意识，因此臭氧空洞和气候危机将在几十年到一个世纪就得到改善。值得一提的是，在人类文明发展史中恒星会演化至下一阶段将是数亿年后的事。来源：Frank et al. 2022.

人类已经做出了改变，但这些改变是对过去错误的纠正，还远远没有拥有行星智慧或达到成熟技术圈的水平。

我们也许还处于初级阶段，但这项研究的全部目的是指出方向问题，方向是一切的指导。我们有了为之努力的方向：我们研制系统来观测、收录并偏移对地球构成潜在撞击威胁的危险小行星——这一点与地球曾经的“霸主”完全不一样。如果我们能做到这一点，我们就可以保护整个生物圈以及我们自己的文明免受灾难，不让覆辙重蹈。NASA和ESA正在研究行星防御系统，NASA在2021年启动了一项技术演示任务。如果我们能够利用技术来保护整个地球，那一定是迈向成熟技术圈的一大步。

行星智慧的发展和成熟的技术圈是否是文明的标志，使它能够再次通过“大过滤器”？也许吧。这一想法也跟Frank寻找遥远的系外行星上的文明技术特征的工作相吻合。

“可以说，我们有可能看到的技术文明，或者说我们所期待看到的文明，只能是那些已经通过众多‘大过滤器’的文明，这意味着它们一定达到了真正具有行星智慧的阶段，”Frank说，“这就是这条探索路线的力量所在，它把我们度过气候危机所需要知道的东西，与任何一个进化出生命和智慧的行星上可能发生的事情关联起来。”

对于地球上的生命形式来说，人类活动造成的全球变暖严重威胁着可持续发展的生物圈。虽然我们可以争论出驱使人类无休止欲望而造成的大量污染是什么，但关于其本身的争论已经结束。全球变暖已是公认的事实，而且是人类一手所造成。

地平线上，行星智慧微光闪耀。路漫漫其修远兮，我们会变得足够聪明，能够通过气候“大过滤器”吗？

现在让我们回到开头的问题上：何为“大过滤器”？先让我们考虑这样一个问题：以我们地球生命为例，地球从形成到现在大约经历了46亿年：（1）化石记载大约35亿年前出现生命；（2）有细胞核的真核细胞出现在大约15亿年前左右；（3）10亿年前出现多细胞生物；（4）4.6亿年前与3.7亿年前植物、动物相继登陆陆地舞台；（5）2亿年前以恐龙为代表的爬行类动物蓬勃发展；（6）700万年前猿类出现；（7）约15万年前智人即现代人样貌基本定型；（8）1万年前人类进入农业定居社会；（9）5千多年前美索不达米亚平原（两河流域）的苏美尔人开始将简单的文字符号（楔形文字）刻在泥板上用于记录；（10）300年前，人类进入工业革命时代，学会了大规模使用化石燃料，文明加速发展；（11）50年前人类登上月球；（12）20年前互联网走向大众，地球成为可以无视时间和空间的村庄并开始爆炸式发展。从以上12（不限于）个生命演化进程可以看出，至少对于地球生命来说文明是在加速发展的。而整个宇宙却是一卷跨越138亿年的史诗，只要其中有一个文明，哪怕起步只比我们早1亿年、1万年甚至只是1千年，以文明指数级发展速度预测，这个文明应当早已发展成星际文明（当然，这仅仅是基于人类文明的类推）。但是，我们无数次仰望星空全力探索，建造超大的望远镜与信号接收器聆听宇宙近一个世纪，仍然没有发现任何文明的痕迹，一丝通讯、一个响声都没有。这一思维实验与当前观测事实完全相悖。这是为什么？问题可能的解释有很多种，其中最绝望的解释正是“大过滤器理论”。

让我们以人类发展史为例说明问题。我们现在身边所有的技术几乎都是近百年时间内发展起来的：最早的人类出现在约400万年前；1万年前人类进入农业社会；18世纪出现了以工业化生产取代个体工场手工生产方式为标志的工业革命；“二战”之后，特别是近三十年间以来出现了互联网、空间技术、新材料等新兴领域或产业，开启了科技革命，这在地球演化史上来说可谓“技术爆炸”。但实际上能源、动力、材料等领域以及最重要的基础物理学的发展缓慢到接近停滞的状态。摩尔定律已经接近失效，百年之前创立的量子力学和相对论仍是当今科学的前沿，高中生仍为经典力学和经典电磁学叫苦不迭，这就是一个个的“过滤器”——发展障碍。这也让人联想到科学家一直期待的可控核聚变技术，如果实现这项关键技术，人类物质将极大地丰富，社会及科学更将急速地发展，人类将有能力长久发展下去。可万一，可控核聚变和永动机一样，在理论上根本不可能实现，那么我们只能继续使用不可再生的化石燃料和低效的太阳能、风能，将被永远禁锢在地球这样的专为人类打造的囚笼之上。也许你会问，我们曾经成功研制出了核武器，只要不断投入大量金钱不就可以了吗？对于这一点，咱们先暂且不提民生问题，其实对于掌握一项技术来说，至关重要的不是时间和金钱的投入，而是在研究它之前就知道它在客观上是可实现的，就跟学生做题，得知道这道题确实是有答案的才可能解出来。因此，如果一项关键技术（或进程）从客观上来说是无稽之谈，文明发展就会遇到无法突破的障碍。发展的障碍以及宇宙空间的尺度和速度光速上限将文明隔绝起来任凭其自生自灭——这也许就是对“费米悖论”的诠释。

人类已经通过了之前所有的“过滤器”，但对于未来，谁能说准？因此我们还是得珍惜当下，重视保护环境，同时必须改变对待科学的态度！新认识的出现是获得知识的基础，而通过知识可以获得改变生活、改变世界的力量。路漫漫其修远兮，人类将上下而求索！

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