石泉县图书馆

　　在浩瀚的宇宙中，地球是已知唯一孕育了智能生命的星球。然而，科学家们一直在争论一个问题：地球上的智慧生命是宇宙中的特殊例外，还是普遍现象？ 

　　1983年，物理学家布莱登·卡特（Brandon Carter）提出了“困难步骤模型”（Hard Steps Model），认为智慧生命进化并不是连续平稳的，而是必须跨越多个关键步骤。这些步骤不仅发生概率极低，而且通常需要极长的时间来完成。地球上的人类是幸运的特例，在进化过程中，所有关键的困难步骤都被“恰好”完成了，所用时间相对于太阳的总寿命而言就很短。但智慧生命进化所需的时间可能远超行星的宜居时间。因此，宇宙中的智慧生命是非常罕见的。 

　　然而，最近发表在《科学进展》（Science Advances）上的一项研究，对这一模型提出了挑战。由Daniel B. Mills领衔的来自宾夕法尼亚州立大学、慕尼黑大学和罗彻斯特大学的天体物理学家和生物地理学家组成的跨学科团队认为，一些“困难步骤”可能并非极端罕见事件，而是由地球环境的逐步变化所驱动的。也就是说，在类似地球的环境中，智慧生命的出现可能是一种必然，而非奇迹。

　　什么是“困难步骤”模型？ 

　　卡特最初提出了两个关键“困难步骤”：遗传密码的起源——生命如何从无机物进化而来，和大脑发展的最后突破——使智人具备高级认知能力。随后，约翰·巴罗（John Barrow）和弗兰克·蒂普勒（Frank Tipler）等人扩展了该概念，并提出三个标准来识别这些步骤：

　　唯一性：该步骤在生命史上仅发生过一次，即“进化奇点（singularities）”；

　　多基因控制：若某种性状由多个基因决定，则其独特性更可靠，不易被错误归因；

　　智慧生命必需性：该步骤必须对智慧生命的出现至关重要。

　　基于这些标准，他们提出了数个潜在的“困难步骤”，比如，生命起源、放氧光合作用、真核细胞的出现、多细胞生物的进化、高等动物的出现等——每个步骤都像一道难以跨越的门槛，人类这样的智慧生命成为宇宙中的罕见现象。这也是费米悖论（Fermi Paradox）——“如果外星智慧生命存在，那他们都去哪了？”——背后的关键理论支持之一。

　　多年来，困难步骤模型主要由天体物理学家、经济学家和未来学家支持，而地球历史学家和进化生物学家对此回应较少。Mills等人的最新研究通过历史地球生物学的视角，提出了一个合理且可测试的替代模型，来考察地球表面环境和生命在地质时间尺度上的共同演化。

　　首先，Mills等人的研究肯定了困难步骤模型的某些合理性，比如：进化是阶段性的，一些关键步骤对智慧生命的形成至关重要；进化事件往往不可逆，一旦发生就会决定生物圈的长期演化方向，以及行星环境对生命的长期发展具有决定性影响。

　　不过，新研究重新评估了进化事件的唯一性，即进化奇点，提出了更符合生物学和生态学解释的环境门槛模型（Environmental Threshold Model），并解释了关键进化事件为何在某些时期发生，而不是依赖极端罕见的突变。另外，在搜寻地外生命（SETI）方面，新研究建议关注行星环境是否适合生命进化，而不仅仅是计算生命出现的概率。

　　新研究质疑进化奇点的合理性 

　　在进化生物学中，进化奇点指的是那些在生命史上似乎独一无二、没有平行进化例子的创新。通常被解释为进化过程中的偶然性和不可预测性。这些奇点通常属于某个单系群，例如生命起源（LUCA）、蓝藻（放氧光合作用）、真核生物、后生动物和智人。根据困难步骤模型，关键“困难步骤”的进化创新可能性极低，使得它们成为进化时间轴上的“罕见奇点”。