當生命在一個星球上起源時，無論是地球還是遙遠的世界，新生的生命形式可能必須克服難以置信的困難才能存在——一個新的方程式精確地闡述了這些困難可能有多麼巨大。
該方程式的創造者希望它可以連線旨在回答有關生命起源的長期問題的各個研究領域，就像著名的德雷克方程式如何將關於來自智慧生命的通訊研究彙集在一起一樣。
哥倫比亞大學的天體物理學家、這項新研究的主要作者卡勒布·沙夫 (Caleb Scharf) 告訴 Space.com：“在某種程度上，這個方程式的想法是嘗試連線未知的、可能是微觀的事件……這些事件會產生我們稱之為生命系統的第一個事物——將這些微觀組成部分與一個星球上是否開始出現生命的宏觀事實聯絡起來。”[新發現的 8 個外星世界可能支援 生命]
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德雷克方程式，最初由天文學家弗蘭克·德雷克 (Frank Drake) 在 1960 年代提出，它列出了一系列術語，用於估算銀河系中可能存在多少個智慧外星文明。該方程式考慮了諸如星系中恆星形成的速率、生命出現的行星的比例，以及獲得智慧並有能力向太空廣播其存在的生命的比例等因素。多年來，該方程式已成為研究人員尋找地球以外智慧文明創造的通訊訊號的路線圖。沙夫和他的合著者、蘇格蘭格拉斯哥大學的化學家李·克羅寧 (Lee Cronin) 希望為試圖弄清生命如何以及多久在給定星球上形成的研究人員提供類似的路線圖。
沙夫說：“它源於我們試圖將生命起源研究的一些凝聚力帶入該領域的那一刻，該領域以其不同的關注領域而聞名。” “在我看來，這個方程式試圖做的事情，或者至少試圖促使人們思考的是，你如何建立這種聯絡——你如何從一個關於生命可能如何在地球上起源的故事轉變為對發生這種情況的機率的定量評估，以及這對宇宙其他地方的生命意味著什麼，”他說。
一系列步驟
新的方程式將自然發生的過程（即從非生物成分形成生命的過程）分解為一系列更簡單的因素。這些因素包括行星的條件、形成生命所需的成分以及這些成分以正確的配置進入以產生生命的可能性。與德雷克方程式一樣，每個術語都易於描述，但每個術語都隱藏著額外的複雜性和新研究的空間。
這是方程式
給定行星的生命起源事件的平均數量 = （行星上構建模組的數量）× 1/（每個“生物”所需的平均 [平均] 構建模組數量）×（時間 t 內構建模組的可用性）×（給定時間內組裝的機率）× 時間。致謝：Caleb Scharf 和 Lee Cronin
在左側，該方程式考慮了給定行星的生命起源事件的平均（平均）預期數量。為了得到這個結果，它考慮了行星上潛在的生命“構建模組”的數量、建立生命系統所需的平均構建模組數量、給定時間內這些構建模組的可用性以及該組裝在該時間內發生的機率。
在地球上，生命的構建模組以氨基酸、脂質和某些必需金屬的形式存在。然而，在其他地方，完全不同的成分組合可能會產生足夠的複雜性來形成生命——該方程式不假設任何特定的組合是必要的。
沙夫說：“我們有點狡猾。” “我認為這是它美妙之處之一：如果你以這種方式編寫方程式，你不必擔心所有精細的細節，但你所做的是，你開始分解你可能能夠用數字表示的因素。”
例如，如果你知道一顆行星的大小及其組成，你就可以開始估計該行星上有多少潛在的生命構建模組。要計算這些構建模組是否實際上可用於形成生命，你必須更多地瞭解行星上的條件，例如它的溫度，這可能會使某些模組無法使用或無法訪問。 例如，如果這些模組總是以氣態形式存在，或者如果水不易獲得，則這些模組可能無法使用或無法訪問——儘管未來的研究可能會表明，生命可能在比科學家目前所知的更多場景中出現。
沙夫說：“透過這種方式，該方程式“將系外行星科學領域的人們可能真正開始獲得一些關於行星大小、組成等等的資料的地方，與我們仍然不太瞭解但我們知道必須有某種機率發生的事情聯絡起來”：生命最初是如何開始的。”
萬億個試管
Pa 值是在給定時間內生命將從這些特定構建模組中組裝出來的機率，這個值更加模糊——也更加有趣。沙夫說，如果 Pa 值非常低，那麼即使成分在那裡，生命也很不可能形成——這可能解釋了為什麼即使科學家使用了正確的成分，人類仍然沒有在實驗室中創造生命。但是，行星範圍的“實驗室”將增加生命創造事件發生的機率。
沙夫說：“我們可能不得不等待一億年才能讓它僅僅在一個試管中到位。” “然而，在行星尺度上，你有萬億個試管——可能甚至更多。可以想象，使用這個方程式，玩這些遊戲，暗示了一個可能的解釋，為什麼我們沒有看到生命奇蹟般地出現在我們的實驗室中，那是因為……有些微妙的事情必須發生，而這些事情確實不常發生。”
沙夫說，如果規模大於行星規模，那可能會進一步增加生命形成的可能性。例如，早期的地球和火星都在培養自己獨立的化學物質，但早期的太陽系是混亂的；與其他太陽系天體的撞擊可能導致這兩個行星之間發生物質交換。沙夫說，這將導致更多的“試管”——化學混合可能允許發生更多的相互作用，從而可能達到正確的組合。
他說，“如果多個行星交換物質，可能會導致某種“化學放大[這]原則上可能非常重要”。 “這可能是生命發生與否的全部區別，尤其是在我們處理微觀尺度上如此微小、微小的機率時，有些事情會出錯，”他補充道。
考慮我們的無知
沙夫希望新的方程式可以將與方程式的每個術語相關的不同研究領域結合在一起。例如，該方程式提供了一個機會，可以將對遙遠系外行星的詳細檢查、關於不同物理狀態的不同分子如何相互作用以產生複雜性的化學研究，以及對可以表現出生命特徵的最小單位的研究結合起來。沙夫說，反過來，結合這些研究領域可能有助於將科學家對系外行星的大規模理解與微觀化學相互作用聯絡起來。
普林斯頓大學的天文學家埃德·特納 (Ed Turner) 告訴 Space.com：“這不是一個答案；它是一個用於嘗試思考所涉及問題的新工具。” 特納沒有參與這項工作，但該論文對左側機率（生命起源事件的預期數量）的定義在很大程度上借鑑了他的工作，以便根據對地球上生命的觀察（以及給予這些觀察多少權重）來納入科學家對生命起源的不確定性。
特納說：“要真正為這些因素賦予數字，要非常具體地思考他們方程式中的許多因素，將需要比我們現在更多的關於系外行星的知識。” “我們可能還需要幾十年才能談論諸如行星表面構建模組的總質量之類的事情。”
特納指出，德雷克方程式也是如此：科學家最近才能夠量化某些術語，例如潛在可居住行星的數量。因此，他說，隨著科學的進步，該方程式可能會變得更有用。特納補充說，與此同時，它可以起到“將我們的無知劃分為不同因素”並將研究重點放在這些不同組成部分上的作用。[SETI 之父：與天文學家弗蘭克 德雷克的問答]
但他表示，某些因素，尤其是生物因素，例如從非生物到生物有機體的轉變，可能不會很快被理解。
亞利桑那州立大學的宇宙生物學家保羅·戴維斯 (Paul Davies) 沒有參與這項研究，他也表示，包含非生命變成生命的機率的術語將是最難定義的術語之一。
戴維斯在一封電子郵件中告訴 Space.com：“我們不知道非生命轉化為生命的機制，因此我們無法估算機率……這可能是萬億分之一（這很容易想象），在這種情況下，地球生命可能是可觀測宇宙中獨一無二的。” “但 Pa 可能相當大。我們根本無法說。”
他補充說：“拋開這一點不談，我認為剩餘的術語作為研究的概念框架以一種非常有用的方式進行了討論。”
為了掌握這種機率，人類將不得不遇到另一個超出我們自身範圍的生命出現例項以進行比較。未來的天文臺可以更詳細地觀察系外行星，例如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，可能能夠探測到比德雷克可能認為我們能發現的更早形式的生命跡象——微觀尺度的生命，而不是與人類積極交流的生命。這種資料可能有助於說明生命可以採取哪些其他形式。
這項工作還提到了生命可能使用不同構建模組多次出現的可能性——例如，以前在地球上存在的某種形式的生命，或者目前存在但科學界尚不清楚的某種形式的生命，與我們品牌的生命分開產生，具有完全不同的化學詞彙。戴維斯說，縮小可能性範圍的一個好步驟是調查地球自身的生物，以尋找這種可能性的證據。
戴維斯說：“我們只需要另一個生命樣本（第二次起源），這個領域就會發生轉變，因為我們將知道 Pa 不可能非常小。” “而且這個樣本可能就在地球上。坦率地說，幾乎沒有人看過。”
這項新工作於 7 月 4 日在《美國國家科學院院刊》雜誌上詳細介紹。
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