当生命在一个星球上起源时，无论是地球还是遥远的世界，新生的生命形式可能必须克服难以置信的困难才能存在——一个新的方程式精确地阐述了这些困难可能有多么巨大。
该方程式的创造者希望它可以连接旨在回答有关生命起源的长期问题的各个研究领域，就像著名的德雷克方程式如何将关于来自智能生命的通信研究汇集在一起一样。
哥伦比亚大学的天体物理学家、这项新研究的主要作者卡勒布·沙夫 (Caleb Scharf) 告诉 Space.com：“在某种程度上，这个方程式的想法是尝试连接未知的、可能是微观的事件……这些事件会产生我们称之为生命系统的第一个事物——将这些微观组成部分与一个星球上是否开始出现生命的宏观事实联系起来。”[新发现的 8 个外星世界可能支持 生命]
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德雷克方程式，最初由天文学家弗兰克·德雷克 (Frank Drake) 在 1960 年代提出，它列出了一系列术语，用于估算银河系中可能存在多少个智能外星文明。该方程式考虑了诸如星系中恒星形成的速率、生命出现的行星的比例，以及获得智能并有能力向太空广播其存在的生命的比例等因素。多年来，该方程式已成为研究人员寻找地球以外智能文明创造的通信信号的路线图。沙夫和他的合著者、苏格兰格拉斯哥大学的化学家李·克罗宁 (Lee Cronin) 希望为试图弄清生命如何以及多久在给定星球上形成的研究人员提供类似的路线图。
沙夫说：“它源于我们试图将生命起源研究的一些凝聚力带入该领域的那一刻，该领域以其不同的关注领域而闻名。” “在我看来，这个方程式试图做的事情，或者至少试图促使人们思考的是，你如何建立这种联系——你如何从一个关于生命可能如何在地球上起源的故事转变为对发生这种情况的概率的定量评估，以及这对宇宙其他地方的生命意味着什么，”他说。
一系列步骤
新的方程式将自然发生的过程（即从非生物成分形成生命的过程）分解为一系列更简单的因素。这些因素包括行星的条件、形成生命所需的成分以及这些成分以正确的配置进入以产生生命的可能性。与德雷克方程式一样，每个术语都易于描述，但每个术语都隐藏着额外的复杂性和新研究的空间。
这是方程式
给定行星的生命起源事件的平均数量 = （行星上构建模块的数量）× 1/（每个“生物”所需的平均 [平均] 构建模块数量）×（时间 t 内构建模块的可用性）×（给定时间内组装的概率）× 时间。致谢：Caleb Scharf 和 Lee Cronin
在左侧，该方程式考虑了给定行星的生命起源事件的平均（平均）预期数量。为了得到这个结果，它考虑了行星上潜在的生命“构建模块”的数量、创建生命系统所需的平均构建模块数量、给定时间内这些构建模块的可用性以及该组装在该时间内发生的概率。
在地球上，生命的构建模块以氨基酸、脂质和某些必需金属的形式存在。然而，在其他地方，完全不同的成分组合可能会产生足够的复杂性来形成生命——该方程式不假设任何特定的组合是必要的。
沙夫说：“我们有点狡猾。” “我认为这是它美妙之处之一：如果你以这种方式编写方程式，你不必担心所有精细的细节，但你所做的是，你开始分解你可能能够用数字表示的因素。”
例如，如果你知道一颗行星的大小及其组成，你就可以开始估计该行星上有多少潜在的生命构建模块。要计算这些构建模块是否实际上可用于形成生命，你必须更多地了解行星上的条件，例如它的温度，这可能会使某些模块无法使用或无法访问。 例如，如果这些模块总是以气态形式存在，或者如果水不易获得，则这些模块可能无法使用或无法访问——尽管未来的研究可能会表明，生命可能在比科学家目前所知的更多场景中出现。
沙夫说：“通过这种方式，该方程式“将系外行星科学领域的人们可能真正开始获得一些关于行星大小、组成等等的数据的地方，与我们仍然不太了解但我们知道必须有某种概率发生的事情联系起来”：生命最初是如何开始的。”
万亿个试管
Pa 值是在给定时间内生命将从这些特定构建模块中组装出来的概率，这个值更加模糊——也更加有趣。沙夫说，如果 Pa 值非常低，那么即使成分在那里，生命也很不可能形成——这可能解释了为什么即使科学家使用了正确的成分，人类仍然没有在实验室中创造生命。但是，行星范围的“实验室”将增加生命创造事件发生的几率。
沙夫说：“我们可能不得不等待一亿年才能让它仅仅在一个试管中到位。” “然而，在行星尺度上，你有万亿个试管——可能甚至更多。可以想象，使用这个方程式，玩这些游戏，暗示了一个可能的解释，为什么我们没有看到生命奇迹般地出现在我们的实验室中，那是因为……有些微妙的事情必须发生，而这些事情确实不常发生。”
沙夫说，如果规模大于行星规模，那可能会进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养自己独立的化学物质，但早期的太阳系是混乱的；与其他太阳系天体的撞击可能导致这两个行星之间发生物质交换。沙夫说，这将导致更多的“试管”——化学混合可能允许发生更多的相互作用，从而可能达到正确的组合。
他说，“如果多个行星交换物质，可能会导致某种“化学放大[这]原则上可能非常重要”。 “这可能是生命发生与否的全部区别，尤其是在我们处理微观尺度上如此微小、微小的概率时，有些事情会出错，”他补充道。
考虑我们的无知
沙夫希望新的方程式可以将与方程式的每个术语相关的不同研究领域结合在一起。例如，该方程式提供了一个机会，可以将对遥远系外行星的详细检查、关于不同物理状态的不同分子如何相互作用以产生复杂性的化学研究，以及对可以表现出生命特征的最小单位的研究结合起来。沙夫说，反过来，结合这些研究领域可能有助于将科学家对系外行星的大规模理解与微观化学相互作用联系起来。
普林斯顿大学的天文学家埃德·特纳 (Ed Turner) 告诉 Space.com：“这不是一个答案；它是一个用于尝试思考所涉及问题的新工具。” 特纳没有参与这项工作，但该论文对左侧概率（生命起源事件的预期数量）的定义在很大程度上借鉴了他的工作，以便根据对地球上生命的观察（以及给予这些观察多少权重）来纳入科学家对生命起源的不确定性。
特纳说：“要真正为这些因素赋予数字，要非常具体地思考他们方程式中的许多因素，将需要比我们现在更多的关于系外行星的知识。” “我们可能还需要几十年才能谈论诸如行星表面构建模块的总质量之类的事情。”
特纳指出，德雷克方程式也是如此：科学家最近才能够量化某些术语，例如潜在可居住行星的数量。因此，他说，随着科学的进步，该方程式可能会变得更有用。特纳补充说，与此同时，它可以起到“将我们的无知划分为不同因素”并将研究重点放在这些不同组成部分上的作用。[SETI 之父：与天文学家弗兰克 德雷克的问答]
但他表示，某些因素，尤其是生物因素，例如从非生物到生物有机体的转变，可能不会很快被理解。
亚利桑那州立大学的宇宙生物学家保罗·戴维斯 (Paul Davies) 没有参与这项研究，他也表示，包含非生命变成生命的概率的术语将是最难定义的术语之一。
戴维斯在一封电子邮件中告诉 Space.com：“我们不知道非生命转化为生命的机制，因此我们无法估算概率……这可能是万亿分之一（这很容易想象），在这种情况下，地球生命可能是可观测宇宙中独一无二的。” “但 Pa 可能相当大。我们根本无法说。”
他补充说：“抛开这一点不谈，我认为剩余的术语作为研究的概念框架以一种非常有用的方式进行了讨论。”
为了掌握这种概率，人类将不得不遇到另一个超出我们自身范围的生命出现实例以进行比较。未来的天文台可以更详细地观察系外行星，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜，可能能够探测到比德雷克可能认为我们能发现的更早形式的生命迹象——微观尺度的生命，而不是与人类积极交流的生命。这种数据可能有助于说明生命可以采取哪些其他形式。
这项工作还提到了生命可能使用不同构建模块多次出现的可能性——例如，以前在地球上存在的某种形式的生命，或者目前存在但科学界尚不清楚的某种形式的生命，与我们品牌的生命分开产生，具有完全不同的化学词汇。戴维斯说，缩小可能性范围的一个好步骤是调查地球自身的生物，以寻找这种可能性的证据。
戴维斯说：“我们只需要另一个生命样本（第二次起源），这个领域就会发生转变，因为我们将知道 Pa 不可能非常小。” “而且这个样本可能就在地球上。坦率地说，几乎没有人看过。”
这项新工作于 7 月 4 日在《美国国家科学院院刊》杂志上详细介绍。
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