大自然产生的数据量超过互联网……目前如此

在下个世纪,互联网上传输的信息量可能会超过地球上最丰富的生命形式之间共享的信息量。
Internet data server farm with green and pink glowing LED lights
德国法兰克福的一个数据服务器农场。据估计,互联网的年增长率为 26%。Sebastian Gollnow/picture alliance via Getty Images

地球主要是一个生命星球,一个由动物、植物、细菌以及所有其他生物共同管理的星球吗?还是一个被人类创造物主导的星球?当然,我们以多种方式重塑了我们的家园——从向大气中排放温室气体字面上重新绘制海岸线。但以一种衡量标准来看,生物学无庸置疑地胜出。

 在 8 月 31 日发表于《生命》杂志上的一篇观点文章中,天文学家和天体生物学家估计了一大类生物体和技术用于通信所传输的信息量。他们的结果很明确:地球生物圈产生的信息量远远超过了互联网 30 年历史上的信息总量。“这表明,尽管人类取得了飞速的进步,但在复杂性方面,大自然仍然要出色得多,”佛罗里达理工学院的天体生物学家、该论文的作者之一Manasvi Lingam说。

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但这在不久的将来可能会改变。Lingam 和他的同事们表示,如果互联网继续以目前惊人的速度增长,它将在不到一个世纪的时间里超过生物圈产生的数据量。这有助于我们通过了解应该寻找何种信息来完善对外星智慧生命的搜寻。

为了表示技术产生的信息,作者们重点关注了通过互联网传输的数据量,这远远超过了任何其他形式的人类通信。互联网每秒传输约 40 太字节的信息。然后,他们将其与流经地球生物圈的信息量进行了比较。我们可能不会将自然世界视为一个大数据领域,但生物体有自己的交流方式。“在我看来,生物圈复杂性的根本原因之一(虽然不是唯一的原因)是与之相关的巨量信息流,”Lingam 说。

鸟鸣鲸歌信息素当然都是交流形式。但 Lingam 和他的同事们重点关注了单个细胞传输的信息——通常以其他细胞接收并做出相应反应的分子形式,例如产生特定蛋白质。作者们特别关注了构成我们星球大部分生物质的 100 亿亿个单细胞原核生物。

“这相当能代表地球上的大多数生命,”伦敦大学伯克贝克学院的天体生物学家Andrew Rushby说,他不是该论文的作者。“只是一层绿色的黏液附着在星球表面。偶尔还有几只灵长类动物在上面跑来跑去。”

Bacteria colony forming red biofilm on black background
这张彩色图像显示了一个由数百万个单细胞细菌铜绿假单胞菌组成的复杂菌落,它们已自我组织成一种粘稠的、类似垫子的菌落,称为生物膜,这使它们能够相互协作、适应环境变化并确保其生存。Scott Chimileski 和 Roberto Kolter,哈佛医学院,波士顿

根据作者们的估计,随着地球上所有原核生物相互传递信号,它们产生的数据量是我们技术产生的约十亿倍。但人类进步神速:根据一项估计,互联网每年增长约 26%。在两个速率在未来几十年保持稳定的假设下,作者们指出,其规模将继续膨胀,直到在约 90 年后,即 22 世纪早期,使生物圈相形见绌。

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那么,一个我们创造的信息量超过自然信息量的世界会是什么样子?很难确切预测。2110 年代的地球对我们来说可能和 1930 年代的人看现在的地球一样奇怪。也就是说,想象一下另一个星系中的外星天文学家仔细监测我们的星球。他们对地球的第一印象不是一个生机勃勃的自然星球,而是一股奔腾而来的数字数据洪流。

现在,再想象一下反过来的情景。几十年来,科学家和军事专家一直在寻找外星生命的迹象,无论它们以何种形式出现。天文学家传统上专注于智慧生命文明可能使用的能量——但今年早些时候,一个团队进行了计算,以确定附近星系的外星人是否能接收到手机信号塔的泄漏信号。(答案可能是否定的,至少使用 LTE 网络和今天的射电望远镜等技术不行。)

MeerKAT radio telescope dish under starry sky
南非的 MeerKAT 射电望远镜阵列扫描,除了其他事项外,还扫描来自遥远恒星的外星通信信号。MeerKAT

另一方面,我们尚未完全具备能够精确探测外星生命的能力。“我认为我们无法探测到 [Lingam 和他的合著者] 量化出的这种预测和发现,”Rushby 说。“我们如何能远程确定这种信息容量或信息传输速率?我们可能还无法做到这一点。”

但 Rushby 认为这项研究是这一趋势的一个有趣的新进展。天体生物学家——尤其是那些搜寻外星生命的——越来越多地考虑不同生命形式所携带的信息类型和数量。“似乎确实存在这种信息‘革命’,”他说,“我们正在以一种略微不同的方式思考生命。”最终,我们可能会发现,大自然构建的通信网络与计算机之间存在更多的和谐。

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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