宇宙に生物がいるとしたらどんな形かまじめに考えてみた

如果宇宙中有生物的话,会是什么形状呢
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無重力における体の変化
私たちは、地球の重力によって、いつも地面に向かって引っ張られている。それは、今に始まったことではなく、約40億年まえに生命が誕生したときから、ほとんど逃れることのできない条件だった。
しかし、現在のヒト(および実験用のマウスやメダカなど)は、宇宙船の中に長いあいだ滞在することもある。その場合、長期間にわたって重力から解放され、無重力状態で過ごすことになる。その結果、私たちの体にさまざまな変化が起きることがわかってきた。

无重力下身体的变化
我们总是被地球的重力拖向地面,这并不是现在才开始的,而是从大约40亿年前生命诞生的时候就开始的,也是个几乎无法逃脱的条件。
但是,现在的人(以及实验用的小白鼠和小青鱼等)也会在宇宙飞船中长期停留。这种情况下,长时间从重力中解放出来,以无重力状态度过。结果发现我们的身体发生了各种各样的变化。

たとえば、心臓は小さくなってしまうようだ。
心臓は、体中に血液を送り届けるためのポンプとして働いている。頭から足元まで、ときには重力に逆らって、血液を送り届けなければならない。そのため、心臓はほとんど筋肉のかたまりで、強力な力を生み出す器官となっている。
ところが、無重力状態になると、重力に逆らって血液を送り届けなくてよいので、それほど大きな力は必要ない。弱い力でも、十分体中に血液を送り届けることができる。そのため、筋肉の層が薄くなり、心臓自体も小さくなってしまうらしい。

比如说,心脏好像变小了。
心脏作为向身体输送血液的泵工作着。从头到脚,有时必须逆重力输送血液。因此,心脏几乎都是肌肉块,是产生强大力量的器官。
但是,在失重状态下,可以不逆重力输送血液,所以不需要那么大的力量。即使是弱小的力量,也能把血液输送到体内。因此,肌肉层变薄,心脏本身也变小了。

また、骨の強度にも影響が現れる。
骨の中には細胞があって、骨をいつも作り直している。そのため、いつも骨には、カルシウムが出たり入ったりしている。重力のある地上では、体重を支えるために骨に大きな力が掛かっているので、骨は強度を保ったまま少しずつ作り直されている。

另外,也会对骨头的强度产生影响。
骨头里有细胞,一直在重制骨头。因此,骨头里经常会有钙出来或进入。在有重力的地面上,为了支撑体重,骨头被施加了很大的力量,所以骨头在保持强度的状态下一点点被重新制作。

ところが、無重力状態になると、骨にほとんど力が掛からなくなるので、骨の強度がどんどん下がってしまう。骨からカルシウムが流れ出し、血液から尿を経由して体の外へ捨てられる。そのため、尿中のカルシウムが増えるので、宇宙飛行士は尿道結石になりやすいと言う。
また、無重力状態にしたマウスでは、数百個の遺伝子の発現(DNAからRNAに転写したり、タンパク質に翻訳したりすること)が変化することが報告されている。さらに、ニワトリでは、無重力状態では卵が孵化しないことも報告されている。

但是,如果变成无重力状态的话,骨头几乎没有力量,骨头的强度就会不断下降。钙从骨头中流出,从血液通过尿液排出体外。因此,由于尿中的钙增加,宇航员很容易出现尿道结石。
另外,报告显示,处于无重力状态的老鼠会改变数百个遗传因子的表现(从DNA转录到RNA,或者翻译成蛋白质)。而且,有报告显示,鸡在失重状态下不会孵出蛋。

無重力状態でどんな生物が進化するか
これまでの話から考えれば、無重力状態で進化した生物は、心臓が小さく、骨がないか、あっても非常に細く、それ以外にもさまざまな変化が起きるだろうと予想される。
たとえば、私たち動物の体には、3つの方向がある。前後軸と左右軸と背腹軸だ。
動物では、口がある方を前と言う。動物はエサを食べなければならないが、じっとしていては、なかなかエサの方から口の中に飛び込んできてくれない。そこで、口のある方へ進んでいくことになる。そのため、前後ができたのだろう。これについては、無重力状態になっても、事情は変わらない。そのため、無重力になっても前後はなくならないだろう。

无重力状态下什么生物会进化
从至今为止的故事来看,在无重力状态下进化出来的生物,心脏很小,没有骨头,即使有也很细,除此之外还会发生各种各样的变化。
例如,我们动物的身体有三个方向。前后轴、左右轴和背腹轴。
动物的话,有嘴的叫前面。动物必须要吃食,但如果一动不动的话,很难从食物的方向飞进嘴里。于是,就朝着有口的方向前进。因此,前后形成了。关于这点,即使处于失重状态,情况也不会改变。因此,即使变成无重力也不会消失吧。

また、すばやく正確に動くためには、体が左右対称なほうがよい。まっすぐ進むにも左右に曲がるにも、微妙な調節ができるからだ。そのため、飛行機も船も車も左右対称な形をしている。
ただし、左右対称なのは、体の外側だけでよい。私たちの体の中は、それほど左右対称にはなっていない。心臓も胃も腸も肝臓も膵臓も左右対称ではないし、肺は左右に一つずつあるけれど、形がかなり異なっているので左右対称とは言えない。
さて、無重力状態になっても、もし空気や水があるならば、左右対称になっている方が動くためには便利だと考えられる。そのため、左右はなくならない可能性が高い。

另外,为了快速准确地移动,身体左右对称比较好。无论是笔直前进还是左右弯曲,都能进行微妙的调节。因此,飞机、船、汽车都左右对称。
但是,左右对称的只有身体外侧。我们的身体并没有那么左右对称。心脏、胃、肠、肝脏、胰脏都不是左右对称的,肺左右各有一个,但是形状相当不同,所以不能说左右对称。
那么,即使处于无重力状态,如果有空气和水的话,左右对称的话也会比较方便。因此,左右不消失的可能性很高。
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しかし、無重力状態で生物が進化すれば、背腹はなくなるだろう。もともと背腹というのは、重力に関連したものだからだ。重力のある世界で、下側を腹、上側を背と言うのである。そのため、無重力で進化した動物には、背腹はないはずだ。
つまり、無重力で進化した動物は、心臓が小さく、骨がほとんどなく、背中や腹がない形をしている可能性が高い。現在の地球の動物とは、ずいぶん違う生物と言うことになる。

但是,如果在无重力状态下生物进化的话,背腹就会消失吧。原本背腹是和重力有关的东西。在有重力的世界里,下侧称为腹,上侧称为背。因此,无重力进化的动物应该没有背腹。
也就是说,无重力进化的动物,心脏很小,几乎没有骨头,很有可能是没有背和肚子的形状。可以说是和现在地球上的动物完全不同的生物。

『人類が進化する未来』
3ヵ月ほど前(2021年11月)に『人類が進化する未来』という本がPHP新書として出版された。これは有名な科学者8人にインタビューをして、人類の未来について語ってもらった本である。
こういう企画モノは最近わりと多いのだが、私にとって、この本は類書よりも興味深かった。それは、宇宙に存在する生命体について2人の科学者が意見を述べているのだが、それぞれが正反対の結論に辿り着いているからだ。さきほどの、重力に関する話を頭の隅に置きながら、2人の主張を見てみよう。

《人类进化的未来》
大约3个月前(2021年11月),一本名为《人类进化的未来》的书作为PHP新书出版。这是一本采访了8位著名科学家,讲述人类未来的书。
这样的企划书最近比较多,但是对我来说,这本书比同类书更有意思。这是因为两位科学家就宇宙中存在的生命体发表了意见,但各自得出了相反的结论。我们先把刚刚提到的关于重力的话题放在脑子的一角,来看一下这两人的主张吧。

コケルの主張
イギリスのエディンバラ大学の宇宙生物学者であるチャールズ・コケル(1967~)はは、地球外に存在する生命体は、地球の生物に似ているだろうと言う。
生物の形や行動の多くは、物理法則に強く影響される。たとえば、ある程度大きくて、水中を速く泳ぐ動物の体は、流線形に進化する。だから、哺乳類のイルカも、爬虫類の魚竜も、魚類のサメも、流線形の体をしている。このように、系統的に離れた生物が似たような特徴を進化させることを収斂というが、収斂の多くは物理法則による結果といえる。
また、アリの行動も物理法則に強く影響される。アリの行動によって作られた巣の大きさ(体積)は、アリの個体数に比例し、簡単な数式で表すことができる。

科克尔的主张
英国爱丁堡大学的宇宙生物学家查尔斯·科克尔(1967~)说,地球以外存在的生命体与地球的生物相似。
生物的形态和行动大多受到物理法则的强烈影响。例如,某种程度上大,在水中快速游泳的动物的身体会进化成流线型。因此,哺乳类的海豚、爬行动物的鱼龙、鱼类的鲨鱼都是流线型的。像这样,系统性分离的生物进化相似的特征叫做收敛,但是收敛的大部分是物理法则的结果。
另外,蚂蚁的行动也受到物理法则的强烈影响。由蚂蚁的行为产生的巢的大小(体积)可以与蚂蚁的数量成比例地用简单的公式表示。

このように、生物の形や行動は物理法則に支配されているけれど、小さなスケールでは多様性が存在する。恐竜の顎は食べ物を砕くことができるかぎり、いろいろな形に変化できる。しかし、それは、基本的な動作ができる範囲内での話で、根本には物理法則に支配された共通性が存在するはずだ。
もしも別の惑星に鳥がいたら、地球の鳥とは翼の大きさが異なるだろう。しかし、その大きさは、惑星の重力などが分かれば計算によって導きだせるはずで、根本的な違いではない。宇宙のどんな生命体にも、根本的には物理法則に支配された共通性が存在する、というのがコケルの主張である。

像这样,生物的形状和行动虽然被物理法则所支配,但是在小规模内存在着多样性。恐龙的下巴只要能打碎食物,就可以变成各种各样的形状。但是,那是在能够基本动作的范围内的话,根本上应该存在被物理法则支配的共性。
如果其他行星上有鸟的话,翅膀的大小就会和地球上的鸟不同吧。但是,如果知道行星的重力等因素的话,其大小应该可以通过计算来引导,这并不是根本的区别。科克尔的主张是,无论宇宙的什么生命体,基本上都存在着被物理法则支配的共性。

ロソスの主張
いっぽう、アメリカのセントルイス・ワシントン大学の進化生物学者であるジョナサン・B・ロソスは、地球外に存在する生命体は、地球の生物に似ていないだろうと言う。
地球に似た惑星の生命体は地球の生物に似ているだろう、という主張のおもな根拠は収斂が存在することだ。たしかに収斂という現象が存在することは事実なので、他の惑星の生命体も、少しは地球の生物に似ているかもしれない。しかし、地球の生物には、収斂とは反対の現象も存在する。たった1回しか進化しなかった特徴もたくさんあるのだ。
たとえば、アヒルのような嘴を持った、カモノハシという哺乳類がいる。18世紀末に、初めてカモノハシの毛皮が、ヨーロッパに持ち込まれたときには、鳥の嘴と哺乳類の毛皮を合成したニセモノではないかと疑う人もいたらしい。

罗索的主张
另一方面,美国圣路易斯・华盛顿大学的进化生物学者乔纳森・B・罗索说,地球外存在的生命体和地球上的生物不相似。
与地球相似的行星的生命体与地球的生物相似吧,这种主张的主要根据是收敛现象的存在得出来的。确实存在收敛这种现象是事实,其他行星的生命体也许也有点像地球的生物。但是,地球上的生物也存在与收敛相反的现象。也有很多只进化了一次的特征。
例如,有一种叫鸭嘴的哺乳类动物。18世纪末,第一次将鸭嘴兽的毛皮带到欧洲时,似乎有人怀疑这是由鸟嘴和哺乳动物的毛皮合成而成的假货。

このカモノハシは形も変わっているが、獲物を感知する方法も変わっている。水中を眼を閉じて泳ぎながら、嘴についている電気受容体で、獲物を感知するのだ。カモノハシは、この電気受容体を使って、近くを泳ぐ魚が引き起こすわずかな放電を感知して、魚を捕らえるのである。
カモノハシが棲んでいるのはオーストラリアの冷たい小川だが、似たような環境は世界中にたくさんある。しかし、カモノハシのような生物は、オーストラリアにしかいない。カモノハシの形や行動が、ありふれた冷たい小川に適応するように進化したことは間違いないのに、どうしてカモノハシは独特なのだろうか。
それは、自然淘汰による解決法が複数あるからだ。進化の道筋は一つではないのである。

这只鸭嘴兽的形状也不同,而且感知猎物的方法也不同。闭着眼睛在水中游泳,用嘴上的电受体来感知猎物。鸭嘴兽是使用这种电受体,通过感知附近游鱼引起的轻微放电来捕捉鱼的。
鸭嘴兽栖息在澳大利亚冰冷的小河里,世界上有很多相似的环境。但是,像鸭嘴兽这样的生物只有澳大利亚才有。鸭嘴兽的形状和行动肯定是为了适应这条老生常谈的小河而进化的,为什么鸭嘴兽却那么独特呢。
那是因为自然淘汰的解决方法有很多。进化的道路不是一个。

たしかに収斂現象は存在する。しかし、それに対して、独自の進化を遂げた生物だってたくさんいる。ゾウのように鼻を使ってものを掴む生物なんて、他にはいないし、そもそも私たち人類が進化するまでは、地球の生命の歴史40億年のあいだ、直立二足歩行をする生物なんて、まったく現れなかったのだ。
おそらく進化は、それほど拘束されたものではないのだろう。同じ地球の上でも、独特な進化はたくさん起きている。ましてや、他の惑星となれば、そこの生命体はまったく異なる進化の道筋を辿るのではないだろうか。たとえ、その惑星が全体的には地球に似ていたとしても、いろいろな点で地球とは少しずつ異なるはずだ。そうであれば、地球の鳥とその惑星の鳥は、まったく異なる生物になるだろう、と言うのがロソスの主張である。

确实存在收敛现象。但是,与此相对,也有很多生物实现了独自的进化。像大象那样用鼻子抓住东西的生物就只有它一种,而且在人类进化之前,地球生命的历史40亿年期间,完全没有出现过直立两足行走的生物。
恐怕进化并没有那么被拘束吧。在同一个地球上,也发生了很多独特的进化。更不用说,如果是其他行星的话,那里的生命体会走上完全不同的进化道路吧。即使那个行星整体上和地球相似,在各个方面和地球也应该有一点点不同。如果是这样的话,地球上的鸟和行星上的鸟就会变成完全不同的生物,这就是罗索的主张。

ゴジラのような巨大生物がいるかも
さて、地球外に存在する生命体は、地球の生物に似ているだろうと言うコケルの主張は、進化における環境の力を、少し軽視しているのではないかと私は思う。
もしも、他の惑星に鳥がいたとして、その惑星の重力が弱かったならば、地球の鳥より翼が小さいだけでは済まないだろう。心臓も骨も退化すれば、羽ばたいて飛ぶことはできない。でも、考えてみれば、そもそも羽ばたく必要なんてないかもしれない。重力が弱いのだから、グライダーのように滑空するだけでも、十分遠くまで飛べる可能性が高い。そうであれば、重力が弱くなることによって変化するのは、翼の大きさのように些細なことではなく、飛行の消失といった運動様式の根本的な変化かもしれない。
あるいは、重力が弱くなっても頑丈な骨を持ち続けているとすれば、生物は体をものすごく大きくすることができるはずだ。

也许有像哥斯拉一样的巨大生物
那么,我认为存在于地球之外的生命体和地球上的生物很相似,科克尔的主张是稍微忽视了环境在进化中的力量。
如果其他行星上有鸟,那颗行星的重力很弱的话,只不过翅膀比地球上的鸟小而已。如果心脏和骨头退化的话,就不能振翅飞翔。但是,仔细想想,也许根本就没有必要振翅高飞。因为重力很弱,光是像滑翔机一样滑翔就很有可能飞到很远的地方。如果是这样的话,重力变弱的话,可能就不是发生翅膀大小改变那样细小的事情,而是飞行的消失等运动方式的根本性的变化。
或者说,即使重力变弱,如果继续保持坚固的骨头的话,生物应该能使身体变得非常大。

地球に棲んでいるゾウのように大きい動物は、重い体重を支えるために、脚を太くしなければならない。しかし、無限に脚を太くすることはできないので、おのずから体の大きさには限界がある。また、頭の位置が高くなればなるほど、血液を高いところまで上げなければならないので、心臓も強くしなければならない。そのため、こちらも体を大きくするためにはブレーキになる。
しかし、重力が弱ければ、脚がそれほど太くなくても重い体を支えられるし、心臓がそれほど強くなくても高いところまで血液を上げられる。そのため、高さが50メートルとか100メートルとかあるゴジラぐらいの動物だって、進化できるかもしれない。そういうゴジラのような生物が棲んでいる惑星は、地球とはまったく異なる別世界であろう。

像生活在地球上的大象一样大的动物,为了支撑沉重的体重,必须使腿变粗。但是,因为脚不能无限的变粗,所以身体的大小是有界限的。另外,头的位置越高,血液越高,心脏也必须越强。因此,为了让身体变大,这里也变成了限制点。
但是,重力弱的话,脚不那么粗也能支撑沉重的身体,心脏不那么强也能把血液上升到高处。因此,即使是高达50米或100米的哥斯拉之类的动物,也可能会进化出来。栖息着像哥斯拉那样生物的行星,是与地球完全不同的另一个世界吧。

私は地球外の生物は、地球の生物とは大きく異なる生命体だと思う。重力が変わるだけでも生物は根本的に変化すると思うし、物理法則は重力の他にもたくさんある。それらがみんな(たとえ少しずつでも)地球と異なれば、それらの効果は計り知れないものとなろう。そのうえロソスの主張するように、進化の道筋がいくつもあるならば、地球外の生物が、地球の生物と似たものに進化する確率は、ほとんどゼロではないだろうか。
まあ、実際に地球外生命が見つからないことには、決着はつかないのだけれど。

我觉得地球以外的生物和地球上的生物有很大的不同。我觉得光是重力的变化生物也会发生根本性的变化,物理法则除了重力以外还有很多。如果它们都(即使一点点)和地球不同的话,它们的效果就无法计量了。而且正如罗索所主张的那样,如果有好几个进化的道路的话,地球以外的生物进化成和地球生物相似的东西的概率几乎是零吧。
不过,如果实际上找不到地球外生命的话,那就无从谈起了。