• Новое уравнение подсчитывает шансы на начало жизни

Когда жизнь зарождается на планете, будь то Земля или далекий мир, новорожденным формам жизни, возможно, придется преодолеть невероятные шансы, чтобы появиться на свет - и новое уравнение точно показывает, насколько огромными могут быть эти шансы.

Создатели уравнения надеются, что оно сможет соединить различные области исследований, которые призваны ответить на давние вопросы о происхождении жизни, подобно тому, как знаменитое уравнение Дрейка объединило исследования, касающиеся связи с разумной жизнью.

«Идея уравнения на некотором уровне состоит в том, чтобы попытаться связать неизвестные, предположительно микроскопические события, которые ... вызывают первое, что мы назвали бы живой системой, - связать эти микроскопические компоненты с макроскопическим фактом того, является ли На планете зародилась жизнь », - сказал Space.com Калеб Шарф, астрофизик из Колумбийского университета и ведущий автор новой работы. [8 вновь обретенных чужеродных миров могут потенциально поддерживать жизнь]

Уравнение Дрейка, первоначально составленное астрономом Фрэнком Дрейком в 1960-х годах, содержало ряд терминов, оценивающих, сколько разумных внеземных цивилизаций, вероятно, существует в Млечном Пути. Уравнение учитывает такие факторы, как скорость звездообразования в галактике, доля планет, на которых возникает жизнь, и часть этой жизни, которая получает разум и способность транслировать свое присутствие в космос. На протяжении многих лет это уравнение служило дорожной картой для исследователей, ищущих сигналы связи, создаваемые разумными цивилизациями за пределами Земли. Шарф и его соавтор Ли Кронин, химик из Университета Глазго в Шотландии, надеются предоставить аналогичную дорожную карту исследователям, пытающимся выяснить, как и как часто жизнь формируется на данной планете.

«Это произошло в тот момент, когда мы пытались внести некоторую согласованность в это исследование происхождения жизни», которое печально известно своими разрозненными областями внимания, - сказал Шарф. "На мой взгляд, это уравнение пытается сделать или, по крайней мере, пытается побудить людей задуматься над тем, как вы устанавливаете эту связь - как вы переходите от истории о том, как жизнь могла возникнуть на Земле, к количественной оценке о вероятности того, что это произошло, и о том, что это означает для жизни в другом месте Вселенной », - сказал он.

Серия шагов

Новое уравнение разбивает процесс абиогенеза - образования жизни из неживых компонентов - на ряд более простых факторов. Эти факторы включают в себя условия планеты, ингредиенты, необходимые для формирования жизни, и вероятность того, что эти ингредиенты приобретут правильную конфигурацию для возникновения жизни. Как и в случае с уравнением Дрейка, каждый из терминов описать просто, но каждый скрывает дополнительную сложность и пространство для новых исследований.

Вот уравнение:

Слева уравнение рассматривает среднее (среднее) ожидаемое количество событий происхождения жизни для данной планеты. Чтобы достичь этого, он принимает во внимание количество потенциальных «строительных блоков» для жизни на планете, среднее количество строительных блоков, необходимых для создания живой системы, доступность этих строительных блоков в течение заданного времени и вероятность того, что сборка происходит за это время.

На Земле строительными блоками для жизни являются аминокислоты, липиды и некоторые важные металлы. Однако где-то в другом месте совершенно другой набор ингредиентов может создать достаточно сложности для формирования жизни - уравнение не предполагает, что какой-либо конкретный набор необходим.

«Мы немного коварны», - сказал Шарф. "Я думаю, что это одна из прекрасных вещей в этом: если вы напишете уравнение таким образом, вам не обязательно беспокоиться обо всех мелких, мелких деталях, но что вы делаете, вы начинаете ломать факторы что вы могли бы поставить некоторые числа ".

Например, если вы знаете размер планеты и ее состав, вы можете начать оценивать, сколько на планете потенциальных строительных блоков для жизни. Чтобы рассчитать, действительно ли эти строительные блоки доступны для формирования жизни, вам нужно больше знать об условиях на планете, таких как ее температура, которая может сделать некоторые из блоков непригодными или недоступными. Например, эти блоки могут быть непригодными для использования или недоступными, если они всегда находятся в газообразной форме или если вода недоступна - хотя будущие исследования могут показать, что жизнь может возникнуть в большем количестве сценариев, чем ученые в настоящее время знают.

Таким образом, уравнение «связывает, где люди в экзопланетной науке могут фактически начать получать некоторые данные о размере планет, составе и так далее, с частью, которую мы до сих пор не понимаем, но мы знаем, что она должна иметь «какая-то вероятность того, что произойдет»: как это первая жизнь начинается, сказал Шарф.

Триллион пробирок

Величина P a , которая представляет собой вероятность того, что жизнь будет собрана из этих конкретных строительных блоков в течение заданного времени, более мрачна - и намного интереснее. Если значение P a очень низкое, крайне маловероятно, что жизнь сформируется даже при наличии ингредиентов, что потенциально объясняет, почему людям еще не удалось создать жизнь в лаборатории, даже если ученые использовали правильные ингредиенты, Шарф сказал. Но общопланетная «лаборатория» увеличит шансы того, что события, создающие жизнь, произойдут.

«Возможно, нам придется подождать 100 миллионов лет, чтобы он встал на свое место просто в пробирке», - сказал Шарф. «В то время как в масштабе планеты у вас есть триллион пробирок - возможно, даже больше. Вполне возможно, что, используя это уравнение, играя в эти игры, мы намекаем на возможное объяснение того, почему мы не видели чудесного появления жизни. в наших лабораториях это ... должно произойти нечто тонкое, что на самом деле случается нечасто ".

А если масштаб будет больше, чем планетарный, сказал Шарф, это может еще больше увеличить вероятность формирования жизни. Ранняя Земля и Марс, например, культивировали свою собственную, отдельную химию, но ранняя Солнечная система была хаотичной; столкновения с другими телами Солнечной системы могли привести к обмену материалами между двумя планетами. Это привело бы к еще большему количеству «пробирок» - химическое смешивание могло позволить произойти еще большему количеству взаимодействий, потенциально достигнув правильной комбинации, сказал Шарф.

Если несколько планет обмениваются материалами, это может привести к своего рода «химическому усилению, [которое] в принципе может иметь огромное значение», - сказал он. «Это может быть вся разница между появлением жизни или нет, особенно когда мы имеем дело с такими крошечными, крошечными вероятностями в микроскопическом масштабе, что что-то идет хорошо», - добавил он.

Фактор нашего невежества

Шарф надеется, что новое уравнение сможет объединить различные области исследований, относящиеся к каждому из членов уравнения. Например, уравнение дает возможность объединить подробные исследования далеких экзопланет, химические исследования того, как различные молекулы в разных физических состояниях могут взаимодействовать, создавая сложность, и исследования мельчайших возможных единиц, которые могут проявлять живые черты. По словам Шарфа, объединение этих областей исследований, в свою очередь, может помочь связать широкомасштабное понимание ученых экзопланет с микроскопическими химическими взаимодействиями.

«Это не ответ; это новый инструмент для попыток осмыслить связанные с этим проблемы», - сказал Space.com астроном из Принстонского университета Эд Тернер. Тернер не участвовал в работе, но определение левой вероятности - ожидаемого числа событий происхождения жизни - в значительной степени основано на его работе, чтобы учесть неопределенность ученых в отношении происхождения жизни, основанную на наблюдениях. жизни на Земле (и какой вес придавать этим наблюдениям).

«Чтобы по-настоящему оценить их, очень конкретно подумать о многих факторах в их уравнении, потребуется гораздо больше знаний об экзопланетах, чем у нас сейчас», - сказал Тернер. «Возможно, мы на десятилетия далеки от возможности говорить о таких вещах, как общая масса строительных блоков на поверхности планеты и тому подобное».

Тернер отметил, что то же самое можно сказать и об уравнении Дрейка: недавно ученым удалось количественно определить только некоторые термины, такие как количество потенциально обитаемых планет. По его словам, по мере развития науки уравнение может стать более полезным. Между тем, он может действовать, чтобы «разделить наше невежество на разные факторы» и сосредоточить исследования на этих различных компонентах, добавил Тернер. [Отец SETI: вопросы и ответы с астрономом Фрэнком Дрейком]

Но некоторые факторы, особенно биологические, такие как переход от неживых организмов к живым, могут быть не поняты в ближайшее время, сказал он.

Пол Дэвис, астробиолог из Университета штата Аризона, который не участвовал в исследовании, также сказал, что термин, который включает в себя вероятность превращения неживого в жизнь, будет одним из самых сложных для определения.

«Мы не знаем механизма, посредством которого неживое превращается в жизнь, поэтому у нас нет возможности оценить шансы ... Это может быть один на триллион триллионов (это легко представить), и в этом случае земная жизнь может быть уникальной в мире. наблюдаемая Вселенная ", - сказал Дэвис Space.com в электронном письме. «Но P a может быть довольно большим. Мы просто не можем сказать».

«Если оставить это в стороне, я думаю, что остальные термины очень полезно обсудить в качестве концептуальной основы для исследования», - добавил он.

Чтобы справиться с этой вероятностью, человечество должно было бы столкнуться с другим примером возникновения жизни, выходящим за рамки нашего собственного, для сравнения. Обсерватории будущего, которые смогут увидеть экзопланеты более подробно, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, могут обнаружить признаки жизни в более ранних формах, чем Дрейк мог подумать, что мы заметили - жизнь в микроскопическом масштабе, а не жизнь, активно общающаяся с человечеством. . Такие данные могут помочь проиллюстрировать, какие другие формы может принимать жизнь.

В работе также упоминается возможность многократного возникновения жизни с использованием разных строительных блоков - например, что некоторая форма жизни, которая ранее существовала на Земле, или та, которая существует в настоящее время, но неизвестна науке, возникла отдельно от нашего вида жизни. с совершенно другим химическим словарем. Дэвис сказал, что хорошим шагом к уменьшению вероятности было бы исследование собственных организмов Земли для доказательства этой возможности.

«Нам просто нужен еще один образец жизни (второе происхождение), и поле трансформируется, потому что мы будем знать, что P a не может быть слишком маленьким», - сказал Дэвис. «И этот образец может быть прямо здесь, на Земле. Честно говоря, почти никто не смотрел».

Новая работа была подробно описана 4 июля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.