智慧生命是宇宙的必然？科學家揭開演化新觀點

數十年來，科學界普遍認為智慧生命是宇宙中的罕見奇蹟。然而，一項最新研究挑戰了這一觀點，指出人類的出現並非偶然，而是地球環境演化的自然結果。這項研究結合了天體物理學和地質生物學的見解，提出生命是根據行星條件演化而來，而非依賴隨機運氣。這意味著，智慧生命在宇宙中可能比我們過去所想的更為普遍。

這項研究顛覆了長期以來被廣泛接受的「艱難步驟理論」。該理論認為，智慧生命的出現是極其不可能的事件。然而，賓州州立大學的研究團隊提出，智慧的發展並非依賴於極低的機率，而是環境條件隨時間推移自然形成的結果。研究人員認為，人類並非宇宙中的罕見特例，而是行星演化的必然產物——無論是地球還是其他星球。

「這對我們理解生命歷史的方式來說是一個重大轉變，」賓州州立大學地質科學教授、該研究的共同作者珍妮佛·麥卡萊迪表示。這篇論文於2月14日發表在《科學進展》期刊上。研究指出，複雜生命的演化可能更依賴於生命與環境之間的相互作用，而非單純的運氣。這為我們探索生命起源與宇宙中的地位開闢了新的研究方向。

「艱難步驟理論」最初由理論物理學家布蘭登·卡特於1983年提出，認為人類的演化起源極不可能，因為相對於太陽的總壽命，人類在地球上出現的時間非常短暫，因此類似人類的智慧生命在其他星球上存在的機率極低。然而，新研究團隊認為，地球的環境最初對許多生命形式並不友好，關鍵的演化步驟只有在全球環境達到適宜狀態時才成為可能。

例如，複雜的動物生命需要大氣中一定濃度的氧氣，因此，地球大氣透過光合作用微生物和細菌的氧化作用，為更近期的生命形式創造了發展的機會。這項研究的主要作者、慕尼黑大學博士後研究員丹·米爾斯解釋道：「我們認為智慧生命的出現並不需要一連串的幸運巧合。人類並非在地球歷史中『過早』或『過晚』出現，而是在條件成熟時『準時』演化。」

研究團隊提出，人類起源的時間可以透過地球歷史上宜居視窗的逐步開啟來解釋，這些視窗是由營養物質可用性、海面溫度、海洋鹽度以及大氣中氧氣含量的變化所驅動的。他們認為，地球直到最近才變得適合人類生存，這只是這些條件作用的自然結果。

「我們認為，與其根據太陽的壽命來預測，我們應該使用地質時間尺度，因為這才是大氣和地貌變化所需的時間，」賓州州立大學天文學與天體物理學教授、論文共同作者傑森·萊特表示。「這些是地球上的正常時間尺度。如果生命與行星共同演化，那麼它將以行星的時間尺度和速度進行。」

萊特解釋，「艱難步驟理論」之所以長期主導，部分原因是它源自天體物理學，而這正是理解行星和天體系統形成的預設領域。這篇論文是物理學家與地質生物學家合作的成果，雙方從彼此的領域中學習，描繪出生命在地球這類行星上演化的細緻圖景。

「這篇論文是跨領域合作的最佳範例，」麥卡萊迪表示。「我們的領域原本相距甚遠，但我們將它們結合起來，探討我們如何來到這裡，以及我們是否孤獨的問題。我們跨越了鴻溝，搭建了一座橋樑。」

研究團隊計劃測試他們的替代模型，包括質疑「艱難步驟理論」中提出的演化步驟的獨特性。他們建議的研究專案包括在太陽系外行星的大氣中尋找生物標誌，例如氧氣的存在，並透過研究特定環境條件下的單細胞和多細胞生命形式，來測試這些步驟的難度。

此外，團隊還建議研究界探索某些創新事件——例如生命的起源、光合作用、真核細胞、動物多細胞性以及智人的出現——是否真的是地球歷史上的獨特事件。這些創新是否可能在過去獨立演化，但由於滅絕或其他因素而失去了證據？

「這種新觀點表明，智慧生命的出現可能並非如此遙不可及，」萊特表示。「與其說是一系列不可能的事件，演化可能更像是一個可預測的過程，隨著全球條件的允許而展開。我們的框架不僅適用於地球，也適用於其他行星，這增加了類似我們的生命存在於其他地方的可能性。」

參考文獻：A reassessment of the hard-steps model for the evolution of intelligent life, 14 February 2025, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.ads5698