Астробиолог изучает вероятность зарождения жизни на Земле
Во время поездок в автобусе с семьей он засыпал родителей вопросами о загадках Вселенной. Во время долгих прогулок с дедушкой он размышлял о том, как жизнь могла бы существовать на различных типах планет.
Увлечение Лингама ранней жизнью и астробиологией никогда не ослабевало. Сейчас он является доцентом астробиологии и перешел от задавания вопросов своему дедушке к созданию собственных моделей для изучения таких сложных тем, как происхождение жизни. Он заменил стремление получить окончательные ответы на научные умозаключения, принимая неопределенность Вселенной и изучая случайности.
По словам Лингама, модели — упрощенные представления реальности — решают две основные задачи: они помогают исследователям делать прогнозы и предлагают альтернативу экспериментам, которые могут оказаться слишком дорогостоящими или непрактичными. Именно так обстоят дела с недавно опубликованным анализом Лингама, касающимся возможного происхождения жизни на Земле.
В работе «Байесовский анализ вероятности зарождения жизни на участке, благоприятном для абиогенеза» , опубликованной 19 августа в журнале Astrobiology Лингамом, недавней выпускницей Флоридского технологического института Рут Николс и астробиологом Римского университета Амедео Бальби, моделируется взаимосвязь между гипотезами, предсказывающими различное количество потенциальных участков для абиогенеза — возникновения жизни из нежизни — на Земле и вероятностью зарождения жизни на этих участках.
Байесовский анализ — это анализ, в котором предварительные знания используются для оценки последующей вероятности. В рамках данной модели исследователи сосредоточились на возможности зарождения жизни на самой Земле. Итак, поскольку установлено, что на Земле есть жизнь, эта модель предполагает, что жизнь зародилась на Земле хотя бы однажды.
Лингам говорит, что это его первая работа по изучению происхождения жизни. Однако он смоделировал несколько смежных вопросов, таких как эволюция технологического интеллекта.
Исследователи собрали потенциально пригодные для зарождения жизни места, которые были определены в предыдущих исследованиях, с разной степенью вероятности зарождения жизни. Они включали в себя несколько различных сред — от подводных вулканов, мыльных пузырей и смолы до природных ядерных реакторов, подобных тому, что образовался в Габоне два миллиарда лет назад.
Два основных вопроса легли в основу их моделей: из скольких мест на Земле могла возникнуть жизнь; и какова вероятность того, что жизнь действительно возникла в одном из этих мест? Цель исследования заключалась не в том, чтобы напрямую ответить на эти вопросы, а в том, чтобы найти наиболее точный способ интерпретации данных, которые генерируют модели.
Исследователи смоделировали три различных сценария: один с 10 пригодными для изучения участками, другой с 1031 пригодным для изучения участком и третий, близкий к середине, с1016 пригодными для изучения участками.
Изначально Лингам предполагал, что доступ к большему количеству урочищ повысит вероятность возникновения жизни на Земле. Думается, если купить больше лотерейных билетов, то шансы на выигрыш возрастут.
Однако в этом агностическом сценарии результаты оказались совершенно противоположными. Лингам обнаружил, что при сравнении большего числа участков с меньшим числом вероятность жизни на один бассейн находилась в почти обратной зависимости от числа бассейнов.
«Здесь две ситуации. Первая — когда участков много, но вероятность [существования] жизни на каждом участке очень низкая. И второй, где мест очень мало, но вероятность на одно место очень высока», — говорит Лингам.
Да, такой результат противоречит интуиции, говорит он. Но именно поэтому он важен.
Обычно «чем больше, тем лучше» — это установка на многие вещи в жизни», — говорит Лингам. «Но больше — не всегда лучше. Если их меньше, но это правильное меньшее количество, то это может быть лучше».
Другими словами, в модели, где на Земле в целом было меньше пригодных для жизни мест, исследователи пришли к выводу, что вероятность возникновения жизни на данном месте повышается. Они установили, что вероятность зарождения жизни может быть выше, когда пригодные для жизни участки встречаются редко, а обилие пригодных для жизни участков может снижать вероятность зарождения жизни на данном участке.
Отсюда они сделали вывод, что меньшая выборка участков, на которых вероятность возникновения жизни была выше, скорее всего, содержала более благоприятные условия.
Полученные ими результаты свидетельствуют о том, что в рамках байесовской концепции наложение ограничений на наличие подходящей среды для зарождения жизни на Земле может дать ценные сведения о вероятности абиогенеза и частоте возникновения жизни в других местах Вселенной.
Как можно использовать эти результаты?
Поскольку исследователи придерживаются разных мнений относительно наиболее вероятных условий для возникновения жизни, Лингам говорит, что они могут использовать эту модель в контексте понимания предпочтительных условий.
«Затем они могут провести лабораторные эксперименты и попытаться понять, сколько испытаний может потребоваться для перехода к чему-то, похожему на жизнь», — говорит Лингам.
Лингам также хотел бы продолжить изучение ранней жизни, исследуя происхождение интеллекта.
Хотя он, возможно, не сможет напрямую ответить на вопросы о детстве, Лингам принимает ограничения и неопределенность, которые сопровождают его модели.
«Мы не можем заглянуть в прошлое», — говорит Лингам. «Иногда ответы на вопросы можно получить только благодаря очень умному использованию ограниченных данных… но есть часть, которую вы никогда не узнаете».
Начиная с воспитания, отмеченного любопытством, и заканчивая процветающей карьерой в астробиологии, Лингам сохраняет преданность чудесам, которые всегда завораживали его.
«Думаю, через это проходит каждый ребенок, но я относился к этому очень серьезно», — говорит Лингам. «Такое ощущение, что после долгого извилистого путешествия я возвращаюсь на эту дорогу детства».
Исходя из результатов исследования, Лингам и его коллеги надеются, что их моделирование поможет в дальнейших исследованиях астробиологии, особенно в поисках внеземной жизни. Понимание того, как и в каких условиях жизнь может возникнуть, может направить будущие миссии по исследованию других планет и луны в нашей солнечной системе, таких как Европа или Энцелад, которые считаются потенциально пригодными для жизни. Модели, созданные исследователями, позволят сосредоточить внимание на конкретных участках, где условия действительно могут способствовать абиогенезу.
Кроме того, результаты могут иметь значение для интерпретации поисков биосигнатур на экзопланетах. Понимание того, как редкость или обилие подходящих мест влияют на вероятность жизни, может помочь астрономам в более точном анализе данных, полученных с помощью новых телескопов, таких как JWST. Это может привести к приоритетному выделению целевых планет, которые стоит изучить более детально.
Лингам подчеркивает, что каждая новая модель социальной науки, основанная на данных, дополнительно enriches наш общий опыт и понимание процесса возникновения жизни. Таким образом, будущее астробиологии становится не только вопросом нахождения ответов, но и активного переосмысления того, что мы уже знали о жизни и ее эволюции на Земле и за ее пределами.
Исследования, проводимые Лингамом и его командой, открывают новые горизонты в понимании условий, способствующих жизни. Новые модели могут помочь не только в формировании гипотез о возникновении жизни, но и в разработке эффективных стратегий для межпланетных исследований. Например, миссии на Европу или Энцелад смогут сфокусироваться на участках с потенциально активными гидротермальными системами, где условия могут быть наиболее благоприятными для жизни, схожей с нашей.
Кроме того, результаты дадут возможность более четко интерпретировать спектроскопические данные, полученные от экзопланет, и выделять те, где условия наиболее схожи с земными. Это станет важным шагом в поиске внеземной биосферы, где биосигнатуры могут указывать на присутствие жизни. Астрономы смогут не только определять планеты, где жизнь могла бы существовать, но и строить более точные модели взаимодействия между атмосферой и возможными биосистемами.
Лингам подчеркивает, что такая интеграция моделей из различных областей науки может значительно расширить горизонт нашего понимания. Это не просто путь к новым открытиям, но и метод переосмысления существующих парадигм о жизни, что делает астробиологию одной из самых захватывающих наук нашего времени.
Поделитесь в вашей соцсети👇
