Астробиолог изучает вероятность возникновения жизни на Земле

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Астробиолог из Флоридского технологического университета Манасви Лингам с юных лет задавал самые важные вопросы в жизни. Хотя он не может вспомнить точные вопросы, он говорит, что его интересы полностью совпадали с интересами других детей: динозавры и инопланетяне.

Во время поездок на автобусе с семьей он засыпал родителей вопросами о тайнах вселенной. Во время долгих прогулок с дедушкой он размышлял о том, как может существовать жизнь на разных типах планет.

Увлечение Лингама ранней жизнью и астробиологией никогда не ослабевало. Теперь, будучи доцентом астробиологии, он прошел путь от задавания вопросов своему деду до создания собственных моделей для изучения сложных тем, таких как происхождение жизни. Он сменил стремление к окончательным ответам на научные выводы, приняв неопределенности вселенной, исследуя случайности.

По словам Лингама, модели — или упрощенные представления реальности — выполняют две основные задачи: они помогают исследователям делать прогнозы и предлагают альтернативу экспериментам, которые могут быть слишком дорогими или непрактичными. Так было с недавно опубликованным анализом Лингама относительно потенциального происхождения жизни на Земле.

«Байесовский анализ вероятности происхождения жизни на участках, способствующих абиогенезу», опубликованный 19 августа в журнале Astrobiology Лингамом, недавней выпускницей Флоридского технологического института Рут Николс и астробиологом Римского университета Амедео Бальби, моделирует связь между гипотезами, предсказывающими различное количество потенциальных участков для абиогенеза — возникновения жизни из неживой среды — на Земле и вероятностью возникновения жизни в этих местах.

Байесовский анализ — это анализ, в котором априорные знания используются для оценки последующей вероятности. Ради этой модели исследователи сосредоточились на возможности возникновения жизни на самой Земле. Итак, поскольку установлено, что на Земле есть жизнь, эта модель предполагает, что жизнь зародилась на Земле по крайней мере один раз.

Лингам говорит, что это один из его первых случаев, когда он специально изучает происхождение жизни. Однако он моделировал несколько смежных вопросов, таких как эволюция интеллекта, основанного на технологиях.

Исследователи составили потенциально пригодные для зарождения жизни места, выявленные в предыдущих исследованиях, каждое из которых имело разный уровень благоприятствования зарождению жизни. Они включали несколько различных сред, начиная от подводных вулканов и мыльных пузырей и смолы и заканчивая естественными ядерными реакторами, похожими на тот, что образовался в Габоне два миллиарда лет назад.

Два основных вопроса сформировали их модели: из скольких мест на Земле могла возникнуть жизнь; и какова вероятность того, что жизнь действительно возникла из одного из этих мест? Целью исследования было не прямо ответить на вопросы, а найти наиболее точный способ интерпретации данных, которые генерируют модели.

Исследователи смоделировали три различных сценария: один с 10 пригодными для анализа сайтами, один с ^10-31 пригодными для анализа сайтами и один близкий к среднему с ^10-16 пригодными для анализа сайтами.

Лингам изначально предполагал, что доступ к более крупным пулам пригодных для жизни мест создаст более высокую вероятность возникновения жизни на Земле. Подумайте, когда вы покупаете больше лотерейных билетов, ваши шансы на выигрыш возрастут.

Вместо этого результаты были полностью противоположными в этом агностическом сценарии. Лингам обнаружил, что при сравнении большего числа участков с меньшим числом вероятность жизни на пул была почти обратно пропорциональна количеству пулов.

«Вот две ситуации, которые здесь имеют место. Одна, когда участков много, но вероятность [нахождения жизни] на каждом участке очень низкая. И вторая, когда участков очень мало, но вероятность на каждом участке очень высокая», — говорит Лингам.

Да, этот результат противоречит здравому смыслу, говорит он. Вот почему это важно.

«Обычно отношение ко многим вещам в жизни — «чем больше, тем лучше», — говорит Лингам. «Но больше — не всегда лучше. Если меньше, но это правильное «меньше», то это может быть даже лучше».

Другими словами, в модели, где на Земле в целом было меньше пригодных для жизни участков, исследователи сделали вывод, что вероятность возникновения жизни на данном участке увеличивается. Они установили, что большая вероятность зарождения жизни может быть выше, когда пригодные для жизни участки редки, а обильные пригодные для жизни участки могут снижать вероятность возникновения жизни на данном участке.

Отсюда они сделали вывод, что меньшая выборка участков, которая показала более высокую вероятность наличия жизни на данном участке, вероятно, содержала более благоприятную среду.

Их выводы свидетельствуют о том, что в рамках байесовской модели наложение ограничений на доступность подходящих сред для возникновения жизни на Земле может дать ценную информацию о вероятности абиогенеза и частоте возникновения жизни в других местах Вселенной.

Как можно использовать эти результаты?

Поскольку мнения исследователей о наиболее вероятных средах возникновения жизни расходятся, Лингам говорит, что они могут использовать эту модель в контексте понимания предпочитаемых ими сред.

«Затем они смогут провести лабораторные эксперименты, попытаться понять, сколько испытаний может потребоваться, чтобы фактически перейти к чему-то похожему на жизнь», — говорит Лингам.

Лингам также хотел бы продолжить изучение ранней жизни, исследуя истоки интеллекта.

Хотя Лингам, возможно, и не может напрямую ответить на свои детские вопросы, он принимает ограничения и неопределенность, которые сопутствуют его моделям.

«Мы не можем заглянуть назад во времени», — говорит Лингам. «Иногда можно прийти к ответам, просто очень умело используя ограниченные данные… но есть часть, которую вы никогда не узнаете».

Начиная с детства, отмеченного любопытством, и заканчивая процветающей карьерой в астробиологии, Лингам предан своей преданности чудесам, которые всегда его пленяли.

«Я думаю, что это то, через что проходит каждый ребенок, но я отнесся к этому очень серьезно», — говорит Лингам. «Такое чувство, будто после долгого извилистого путешествия [я] возвращаюсь на эту дорогу детства».

Больше информации: Manasvi Lingam et al, A Bayesian Analysis of the Probability of the Origin of Life Per Site Conducive to Abiogenesis, Astrobiology (2024). DOI: 10.1089/ast.2024.0037

Источник: Florida Institute of Technology