本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
我並不經常在這些頁面上撰寫關於我個人研究的文章，但最近我一直在尋找方法，將我們正在瞭解的系外行星與我們對生命起源的持續猜測結合起來。
在天體生物學和系外行星科學中，“宜居性”是一個關鍵的研究領域。簡而言之，宜居性問題是指一個環境（例如行星表面）是否能夠維持生命。換句話說，宜居性不一定意味著已被居住 - 但這是一個嘗試在宇宙中找到可能存在生命的地方的好方法。因此，天文學家和行星科學家正在努力評估不同世界上的物理條件是否落在液態水存在的範圍內，以及是否存在生物學上有用的化學能和化學成分。
當然，宜居性存在各種各樣的限制條件。現代地球之所以對像人類這樣的生物宜居，是因為先前存在其他生物，它們使大氣富含氧氣，並以其他方式將地球塑造成現在的狀態。而今天的宜居條件不一定與生命起源的條件相容——換句話說，生命起源可能需要與“標準”宜居性完全不同的條件。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的報道。
但是，生命起源的研究是一個極具挑戰性和令人擔憂的話題（我之前寫過相關文章）。通常，關於起源的研究是由孤立的科學家進行的，而且方法通常涉及發展關於從非生物世界到生物世界所必需的步驟的複雜“故事”。
最終我們很可能就是這樣重建地球上的生命起源的。但是，關於地球的“故事”可能對我們估計宇宙其他地方生命出現的機率沒有太大幫助。
我們可以嘗試用幾種方法來回答這個難題。第一種方法是天體生物學正在努力實現的目標：儘可能多地在宇宙中找到生命系統的例項，並使用這些例項來約束生命出現的速率，或者生命在統計意義上發生的機率。第二種方法是弄清楚生命是否真的是一種普遍現象——從某種意義上說，我們稱之為生命的東西可能會使用各種化學和物理工具包（甚至機器內的虛擬工具包），並遵循各種途徑來產生。
任何一種方法的成功都將意義重大，並將幫助我們估計生命在宇宙中出現的速率。然而，目前我們沒有太多資訊可供使用。
早在 1961 年，弗蘭克·德雷克就提出了他現在著名的德雷克方程式，旨在將重點放在必須確定的各種因素上，以便計算出銀河系中可能存在多少個可交流的文明。迄今為止，它一直是總結我們無知的程度的非常有用的工具。
但是，我們能否寫出一個類似的方程式，將重點放在計算宇宙中生命可能出現的頻率的因素上？
我認為我們可以，而這正是我和李·克羅寧在最近發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇新論文中所做的。論文連結在此。在其最簡單的形式中，該方程式如下所示
左邊是生命起源“事件”的平均數量的表示式，這些事件會在特定時間長度 (t) 內在行星上發生——如果你可以對一大堆類似的行星進行平均。生命起源事件是該方程式不需要非常精確定義的東西。該事件可能實際上是一個生物實體（如細胞生命形式）開啟的時刻，或者它可能是一系列在空間和時間上分離的現象，但這些現象仍然會導致生命系統的啟動（也無需被整齊地定位）。
右側的項（按順序從左到右）是：行星上生命系統的潛在構建塊（如原子或分子）的數量，可以構成生命系統（例如細菌）的平均構建塊數量的倒數，這些構建塊的分數可用性（即那些未被鎖定在不可訪問的狀態或條件中的構建塊），每個必要構建塊集合每單位時間的非生物生成（起源）事件的機率 (Pa)，以及最後所討論的時間長度。我們的論文（可在此處免費獲取連結）填補了圍繞這些因素的細節——包括構建塊的分數可用性 (fc) 可以擴充套件為各種新的（可測量的）因素的方式。
底線是我們建議您可以偷偷地將非生物生成（生命起源事件）的所有未知複雜性隱藏在這些簡單的術語中——尤其是組裝機率 Pa。但與此同時，該方程式的巧妙之處在於，它透過構建塊的數量及其可用性（行星有多大、由什麼構成以及其熱狀態如何）將生命中涉及的微觀現象（可能是原子或分子的構建塊）與行星（或任何環境）的宏觀屬性明確地聯絡起來。換句話說，該方程式為對行星屬性和歷史進行特定測量（以及進行特定的實驗室實驗）提供了動機。
左側的項 Nabiogenesis 也可以透過天體生物學家在其他地方發現生命來約束，甚至現在可以透過仔細的貝葉斯分析來給出一定的數值範圍，這些分析考慮了我們的無知。
所有這些都意味著即使在今天，我們也可以對根源（微觀）組裝機率 Pa 進行一些非常粗略的估計。在我們的論文中，我們提出對於地球而言，它可能小至約 10-33。但是，地球的巨大尺寸，加上大約 40 億年前數百萬年的化學“搜尋”，可以克服這種低可能性，從而至少產生一次成功的非生物生成事件。
我們還意識到，透過以這種方式概念化生命起源，我們可能需要考慮到可以攪動化學反應的現象。例如，地球和火星似乎在其歷史上交換了大量的物質，尤其是在早期太陽系，當時每個世界都受到小行星的轟擊，並將表面岩石噴射到太空。
可行的生物體可能難以在行星之間轉移（泛種論的型別），但不同的化學工具包可能更容易交換。換句話說，您可能擁有兩個行星化學培養箱而不是一個——每個培養箱執行一組不同的實驗並共享結果。
我們的方程式使我們能夠輕鬆地新增該因素，並且原則上它可能導致化學“搜尋空間”呈指數級增長，並且可能代表地球等世界是否發生生命的差異。因此，這也可能意味著 Pa 的基本、非放大值幾乎與零無法區分！
這個想法表明，擁有“類地”世界的最終機率可能因系統而異，具體取決於類似的物質交換是否放大了化學複雜性。
當然，所有這些仍然是非常推測性的。但我認為，透過這個生命起源版本的德雷克方程式（天哪，Scharf-Cronin 方程式聽起來不錯！），我們可能找到了解決問題的新切入點，一種略有不同的方法來解決圍繞起源的問題，以及至關重要的是，一種開始量化和檢驗這些問題的方法。