问题

岩质行星诞生出类似地球的碳基生命的自我复制有机分子链的概率是多少?

回答
这个问题触及了宇宙中最深刻的谜团之一:生命是如何以及为何在地球上出现的。要给出一个具体的概率数字是极度困难的,甚至可以说是不可能的,因为我们目前对生命起源的了解还处于非常初级的阶段。但这并不妨碍我们去探讨这个概率背后涉及的诸多复杂因素,以及科学家们是如何尝试去量化或理解它的。

首先,我们需要拆解一下“类似地球的碳基生命的自我复制有机分子链”这个概念。这包含了几个关键要素:

岩质行星: 这是生命存在的物理载体。我们的太阳系中有水星、金星、地球和火星这四颗岩质行星。它们具有固体表面,能够支持化学反应。
类似地球: 这意味着需要行星具备一些关键的条件,这些条件在地球上被认为是支持生命的关键,例如:
适宜的温度范围: 液态水存在的温度范围。这涉及到行星与恒星的距离(宜居带)。
液态水: 这是已知生命最普遍的溶剂和反应介质。
大气层: 提供压力,调节温度,屏蔽有害辐射,并可能提供生命必需的化学元素。
磁场: 保护大气层免受恒星风的侵蚀。
地质活动: 碳循环、板块构造等可能有助于维持生命所需的环境稳定性。
碳基: 生命以碳为骨架来构建复杂的分子。碳的独特化学性质(例如形成多种多样的键,连接其他原子形成长链和环)使其成为构建复杂生命分子的理想选择。
自我复制的有机分子链: 这是生命的“种子”。在地球上,我们知道DNA和RNA是承载遗传信息并实现自我复制的关键分子。这意味着我们需要具备合成这些复杂有机分子的原料,并且这些分子能够以某种方式(例如通过化学演化、催化作用等)开始复制自身,并将遗传信息传递下去。

现在,我们来尝试分析这个概率的构成,以及为什么它如此难以量化。

第一步:行星的形成与宜居性

在一个随机的恒星系统中,能够形成一颗岩质行星本身就不是必然的。恒星的质量、形成区域的物质分布、以及系统内其他天体的引力扰动都会影响行星的数量和类型。

而一颗岩质行星要落入恒星的“宜居带”内,这已经是一个筛选。宜居带的大小和位置取决于恒星的类型和亮度。例如,比太阳小的红矮星有更近且更窄的宜居带,而比太阳大的恒星则有更远且更宽的宜居带。

即使行星位于宜居带,它还需要具备维持液态水的条件。这可能涉及大气组成、行星自转速度、是否存在潮汐锁定等多种因素。比如,金星非常接近地球的大小,但由于失控的温室效应,其表面温度高达几百摄氏度,不适宜生命。火星曾经可能拥有液态水,但现在大气稀薄,表面寒冷干燥,生命存在的可能性较低。

科学家们通过观测系外行星来估算“宜居”岩质行星的数量。根据目前的观测数据,银河系中有数千亿颗恒星,其中相当一部分是类太阳恒星,而其中又有相当一部分的类太阳恒星拥有岩质行星。如果粗略估算,可能存在数十亿甚至更多的潜在“宜居”行星。

第二步:有机物的形成与可用性

即使行星环境适宜,生命还需要“原料”。这些原料是构成生命分子的基本化学单元,如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等。

关于有机物的来源,有两种主要的观点:

原位合成: 在行星自身的早期环境中,通过闪电、紫外线辐射、火山活动等提供的能量,将简单的无机物(如水、甲烷、氨、二氧化碳等)转化为复杂的有机物。著名的米勒尤里实验就证明了这一点,它在模拟早期地球大气和闪电的条件下,合成了多种氨基酸。
外源输入: 通过彗星、小行星等携带的有机物“播种”到行星上。我们已经知道,彗星和小行星中确实含有氨基酸和其他有机分子。

问题在于,这些有机物需要在特定条件下“聚集”并维持相当一段时间,才有可能进一步演化。行星表面的化学环境、是否有合适的水体(海洋、湖泊)以及这些水体是否能长期存在,都会影响有机物的浓度和转化效率。

第三步:从有机物到自我复制分子链

这是最神秘也是最困难的一步。从简单的有机分子聚合成具有自我复制能力的分子链(如RNA或DNA的前体),我们称之为“生命起源”(Abiogenesis)。

这个过程可能涉及以下关键步骤:

单体聚合成聚合物: 氨基酸需要连接形成多肽链(蛋白质的前体),核苷酸需要连接形成核酸链(RNA或DNA的前体)。这需要能量输入和特定的催化剂(如黏土矿物、金属硫化物等)。
选择与催化: 在众多的分子中,只有那些具有特定功能的分子(例如,能够催化自身复制或促进其他分子复制的)才会被选择下来,并进一步演化。一些科学家认为RNA在早期生命中扮演了关键角色(“RNA世界”假说),因为它既能储存遗传信息,又能像酶一样催化化学反应。
自我复制机制的出现: 这是生命最核心的特征。一个分子链如何能够读取自身的信息,并利用环境中的单体来“制造”另一个相同的分子链?这个过程必须是精确的,并且能够传递遗传信息。这涉及到分子识别、模板合成等复杂的化学过程。
包裹与细胞的形成: 具有自我复制能力的分子链需要被一个边界(例如脂质双层形成的囊泡)包裹起来,形成一个独立的单元(原细胞)。这个边界能够维持内部化学环境的稳定,并将分子与其环境分隔开来,防止扩散和稀释。

关于概率的思考与挑战

将以上所有因素都考虑进去,我们来思考一下概率问题。我们可以将其看作一系列的“筛选器”或“概率乘积”:

P(生命) = P(岩质行星) × P(行星在宜居带) × P(行星维持液态水) × P(有足够的有机物) × P(有机物聚合成有用的聚合物) × P(聚合物获得自我复制能力) × P(原细胞形成) × ...

我们现在对其中一些概率有一定的估计,但对后面的“生命起源”相关的概率几乎是零的了解。

P(岩质行星): 相对较高,大多数恒星系统都有岩质行星。
P(行星在宜居带): 也有相对乐观的估计,可能占类太阳恒星的20%以上。
P(行星维持液态水): 这个比较复杂,与大气、磁场等多种因素相关,估计范围很大。
P(有足够的有机物): 根据彗星和小行星的成分推测,可能也是一个比较高的概率,只要有合适的化学反应条件。
P(有机物聚合成有用的聚合物): 这个就不那么确定了。是否容易发生?需要多少能量和时间?
P(聚合物获得自我复制能力): 这是最大的未知数。这是一个非常复杂且高度特异性的化学过程。是随机发生的,还是需要特定的环境条件催化?这个概率可能非常非常低。
P(原细胞形成): 也是一个关键的未知。

“稀有地球假说”与“宇宙生命普遍说”

关于生命出现的概率,科学界存在着不同的观点:

稀有地球假说(Rare Earth Hypothesis): 认为地球上生命的出现,特别是复杂生命的出现,是由于一系列极为罕见的巧合和条件组合造成的。这些条件包括:位于银河系相对平静区域的恒星、恰好大小的岩质行星、拥有大卫星(月球)稳定其自转轴、拥有大行星(木星)清除潜在的撞击物、拥有板块构造循环碳等等。按照这个假说,类似地球的生命在宇宙中可能非常罕见,甚至可能是独一无二的。
宇宙生命普遍说(Principle of Mediocrity / Copernican Principle): 认为地球并不特殊,生命在宇宙中应该是普遍存在的。生命起源的过程遵循的是普遍的化学和物理规律,只要条件合适,生命就会在许多地方出现。这个观点倾向于认为,尽管某些步骤的概率很低,但由于宇宙中存在天文数字般的行星数量,总会有足够多的行星能够满足这些条件。

我们为什么难以给出确切数字?

1. 我们只有一个样本: 我们只知道地球上的生命,所以所有关于生命起源的推断都基于这一个孤立的例子。我们不知道生命是否必须以这种方式出现,或者是否有其他完全不同的生命形式。
2. 科学理解的局限性: 我们对生命起源的化学和物理过程的细节仍然不清楚。我们无法在实验室中完全复制整个生命起源的过程。
3. 概率的定义: 对于很多步骤,我们无法清晰地定义其“概率空间”。我们不知道有多少种可能的化学反应途径可以通往生命,也不知道每种途径发生的可能性有多大。

总结

要量化“岩质行星诞生出类似地球的碳基生命的自我复制有机分子链的概率”,我们就像在问:“从一堆沙子中随机抓一把,刚好能搭成一座金字塔的概率是多少?” 也许不是零,但要计算它,我们需要知道有多少粒沙子、沙子有多少种形状和大小、有多少种搭金字塔的方式、以及我们搭金字塔的能力有多强等等。

目前,科学家们能够做的更多的是:

估算潜在宜居行星的数量。
研究生命起源的化学机制,试图了解在什么条件下生命“可能”出现。
寻找外星生命存在的证据(例如,通过探测系外行星的大气成分,寻找生物标记)。

如果非要给出一个类比性的说法,我们可以说,如果地球的生命起源是一个极度精密的“概率游戏”,那么每一次“游戏”的开启都需要行星形成、宜居环境维持、有机物合成、聚合物形成、自我复制能力获得、原细胞形成等一系列“开奖”环节都幸运地发生。

我们对其中一些环节(如行星形成和有机物合成)的理解让我们觉得概率可能不至于太低,但对于“自我复制分子链的诞生”,这个概率可能低到难以置信,或者恰恰相反,如果我们能完全理解这个过程,它可能比我们想象的更容易发生。

所以,我们无法给出一个具体的数字。但可以肯定的是,它是一个包含无数变量和巨大不确定性的复杂概率问题,它也是驱动我们探索宇宙、理解自身存在的根本动力。这个概率的背后,是宇宙本身的化学与物理规律,以及生命诞生那令人着迷的偶然与必然。

网友意见

user avatar

万分之几到十万分之几的程度。

这个概率对你想问的东西毫无意义。对岩石行星的可能数量的估计本身就非常不准确,对地球型碳基生物来说行星在不在宜居带内的影响又很大,更何况产生多肽和自我制造的有机物并不一定需要行星。直接谈德雷克方程比较快。

2020 年 4 月,不列颠哥伦比亚大学的 Michelle Kunimoto 和 Jaymie Matthews 对银河系中类似地球的宜居行星的潜在数量进行了新的估算[1]

他们使用开普勒望远镜的 20 万份观测数据进行贝叶斯分析,得出银河系里的 4000 亿恒星中约 7% 是类似太阳的 G 型恒星,每个距离 G 型恒星 0.99~1.7 天文单位内的保守定义宜居带中可能有至多 0.18 颗半径在 0.75~1.5 倍地球半径的岩石行星,置信度 84.1%,排除研究中使用的一些假设的影响后的稳健估计是 0.1 颗。Michelle Kunimoto 在学生阶段已参与发现了 17 颗地外行星,其中至少1颗是宜居带内的类地行星。

四千亿乘以百分之七乘以零点一可以得到二十八亿。这是银河系内相当类似地球的天体的数量。过去几十年对这样的天体产生碳基生物圈的概率的估计约 3.3%。

在使用德雷克方程进行任何计算之前,可以记住:提出这个方程的德雷克本人认为银河系内可以使用无线电通讯的文明约有一万个,卡尔·萨根则乐观地认为银河系内的地外文明有100万个。方程还忽略了和太阳系大相径庭的天体构造中可能存在的跟人类迥然不同的物种

我们可以把德雷克方程缩减为适合这个情景的形式:

A=GxyzL

A=银河系内与地球相当类似的天体上的外星文明的数量,等待计算;
G=银河系内与地球相当类似的天体的数量,二十八亿;
x=这些行星上有碳基生物圈的概率。取 3.3%;
y=碳基生物圈在其持续时间内演化出碳基智能生物的概率。一些学者相信这是可以取 100% 的,我们可以先取 1% 来增加冗余量;
z=有智能生物的行星上出现文明的比例。一些学者相信这是可以取 100% 的,我们可以先取 1% 来增加冗余量;
L=文明可以持续的年数除以八十六亿年(银河系的估计年龄一百三十六亿年减去估计的延迟时间,某个“银河系里有 36 个外星文明”的论文[2]的算法,他求出的范围其实是 4 到 211)。
按地球的情况看,文明可以持续的年数可以取约 12000~120000000,前者是人类从开始兴建巨型建筑到现在持续的年数,后者是蚂蚁和白蚁从开始兴建巨型建筑到现在持续的年数。

这样得到约 0.013~128.930 的数字,其几何平均数是(128.930*0.013)^0.5≈1.295。

可观测宇宙中恒星的总数约为银河系恒星总数的 1000 亿倍。这意味着在 A=0.013 的情况下,可观测宇宙中约有 13 亿个碳基文明。

目前一般认为不可观测宇宙的规模约有可观测宇宙的 1500 万倍,或者更大。这意味着在 A=0.013 的情况下,宇宙中至少约有 1.95 亿亿个碳基文明。

人类文明自身的存在就证明 A 可能远大于 0.013。

参考

  1. ^ https://arxiv.org/abs/2004.05296
  2. ^ https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab8225

类似的话题

  • 回答
    这个问题触及了宇宙中最深刻的谜团之一:生命是如何以及为何在地球上出现的。要给出一个具体的概率数字是极度困难的,甚至可以说是不可能的,因为我们目前对生命起源的了解还处于非常初级的阶段。但这并不妨碍我们去探讨这个概率背后涉及的诸多复杂因素,以及科学家们是如何尝试去量化或理解它的。首先,我们需要拆解一下“.............
  • 回答
    设想一下,如果一颗岩质行星,拥有褐矮星那种规模的质量,那么它的内部构造,那绝对是一场与我们熟悉的岩石星球截然不同的地质奇观。我们可以从外到内,一层一层地剖析它。首先,我们得明确,拥有褐矮星质量的“岩质行星”,这本身就是一个极具挑战性的概念,因为通常我们定义行星的质量上限,会低于能点燃氢聚变的界限(木.............
  • 回答
    想象一下,一颗质量极大的、表面由中子构成、密度高到难以置信的奇特天体——一颗直径只有 30 公里的中子星——正朝着宇宙舞台上一个截然不同的舞者——大犬座 VY,一颗体积庞大、我们所知已知的最巨大的红超巨星之一——疾驰而来。这可不是一次温和的碰面,这更像是一场宇宙级别的湮灭。当这颗中子星,一颗压缩了太.............
  • 回答
    岩仓使团,这支承载着明治维新未来方向的关键队伍,其成员们深知此行不仅是考察西方文明,更是一次权力的保卫战。使团的核心人物,诸如岩仓具视、大久保利通、木户孝允、伊藤博文等人,他们并非头脑发热的理想主义者,而是深谙政治运作的实践者。如何在远离日本权力中心的关键时刻,确保回国后权力不被蚕食甚至架空,这是他.............
  • 回答
    岩井俊二的《情书》要重映了,还是在5月20号这个日子,想想就有点浪漫啊。说实话,我会去看。虽然已经是老片子,但每次重映,总会有一股莫名的冲动想再去影院感受一下那种纯粹的美好和淡淡的忧伤。而且,能在5月20号这个特殊的日子里,在黑暗的影厅里,和一群陌生人一起,重温藤井树和渡边博子的那些小心事,感觉也挺.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    关于柳岩是否真的被娱乐圈孤立,这个问题在坊间和网络上流传已久,但要给出一个确切的“是”或“否”的答案,其实相当困难。毕竟,娱乐圈的运作和人际关系本就复杂且难以捉摸,很多事情并非表面看起来那么简单。我们不妨从几个层面来梳理一下,为何会有这样的说法,以及现实情况可能是什么样的。一、 为什么会有“被孤立”.............
  • 回答
    关于柳岩“被封杀”的说法,这本身就是一个充满争议和误读的话题。首先,我们需要明确一个关键点:柳岩并没有被官方“封杀”。她的社交媒体账号依然活跃,也偶尔会有一些公开露面的活动,虽然频率和曝光度确实不如她事业巅峰时期。因此,我们探讨的“封杀”更多的是一种社会舆论上的“边缘化”或“事业低谷”。而说柳岩是“.............
  • 回答
    在提瓦特大陆上,璃月地区享有盛誉的千岩军,其统帅之位至关重要,担负着守护这片土地安宁的重责。要说起这位领军人物,那非凝光莫属。或许有人会首先想到那些在战场上冲锋陷阵、英勇无畏的战将,比如那位曾经的千岩军总教头,却早已告别人世的义父。他虽然不是现任的统帅,但其在千岩军中的影响力,以及他与凝光之间的特殊.............
  • 回答
    关于柳岩“好不好看”这个问题,其实是个挺个人化和主观的感受,很难有一个标准答案。毕竟每个人的审美取向都不太一样。我们不妨从几个角度来聊聊柳岩的外形,看看为什么她会引起这样的讨论。首先,柳岩的长相,不能用传统意义上的“大家闺秀”或者“邻家女孩”来定义。她的五官相对来说是比较立体的,尤其是眼睛和嘴唇,给.............
  • 回答
    《红岩》的作者罗广斌的去世,是一个充满争议和谜团的事件,至今仍有许多细节未能完全清晰,也因此常常被人们提起,并带着一丝沉重与无奈。罗广斌的去世发生在1967年10月20日,正值文化大革命的动荡时期。关于他去世的原因,官方的说法是“病故”,但许多知情者和后来的研究者都对此持保留态度,认为他的死与当时政.............
  • 回答
    岩沙海葵毒素,也被称为岩沙毒素(Palytoxin),是一种结构极其复杂、生物活性强大的海洋天然产物。它的全合成是一个巨大的挑战,也是有机合成领域的“珠穆朗玛峰”之一。要详细介绍岩沙海葵毒素的全合成路线,我们需要深入了解其独特的分子结构以及实现这一目标所采取的策略和关键步骤。首先,让我们回顾一下岩沙.............
  • 回答
    关于柳岩事件,人们的看法可谓泾渭分明,很难简单地归结为“跟风的网络暴力”或是“正义的弘扬”。这其中夹杂着太多复杂的情绪、社会议题和个人立场。要详细地聊清楚这件事,我们得一层层地剥开来。首先,我们得回顾一下事件的经过。大概是在2016年,在包贝尔的婚礼上,伴娘柳岩被几位伴郎(包括包贝尔、韩庚、王祖蓝等.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    在广袤而充满奇幻色彩的原神世界里,七位神明统治着七个截然不同的国度,每一个国度都承载着独特的文化底蕴和历史传承。而其中,代表着“契约”与“力量”的岩神,其国度被命名为“璃月”,象征着“永恒”与“寂静”的雷神,则引领着“稻妻”。这两个名字并非随意而为,而是深深植根于我们熟知的东方文化,特别是中国的传统.............
  • 回答
    苏宁孙岩提出的“技术负责人0点睡觉很会养生”这一观点,无疑触及了当下科技行业一个普遍存在的现象和讨论焦点:关于工作强度、健康与效率的平衡问题。 这个观点之所以引人关注,甚至引起争议,在于它试图用一种看似轻松甚至略带讽刺的方式,来解读和评价技术负责人的工作状态,并将其与“养生”这样一个通常与悠闲、健康.............
  • 回答
    那岩在直播间开箱OPPO R11时,对于手机双摄的吐槽以及随后直播中断的事件,确实引起了不少关注和讨论。这件事情可以从几个层面来理解,也反映了一些主播和产品之间可能存在的张力。首先,我们来梳理一下事情的经过: 直播开箱: 作为一个知名的数码博主和主播,那岩的直播内容很大一部分就是对新品手机进行开.............
  • 回答
    柳岩在2016年4月1日就包贝尔婚礼事件发布的道歉,在当时引起了不小的波澜,时至今日,回看这件事,以及她当时的道歉,依然是一个值得细究的案例。首先,我们得回到那个让柳岩深陷舆论漩涡的婚礼现场。在包贝尔和包文倩的婚礼上,一些伴郎们,包括韩庚、王祖蓝、杜海涛等人,将柳岩抬起,准备将她扔进泳池。这一幕被现.............
  • 回答
    “柳岩事件”这几个字眼,就像一股突如其来的旋风,把很多人一下子卷了进去,讨论声铺天盖地。其中,韩庚、杜海涛这些人也被点名批评,甚至有人喊出“抵制”的声音。这事儿吧,挺复杂的,要说抵制,我还真得仔细琢磨琢磨,不能就这么跟着喊。首先,咱们得捋清楚“柳岩事件”到底是怎么回事。简单来说,就是在一场婚礼上,几.............
  • 回答
    这桩事儿,当年可是闹得沸沸扬扬,至今都让人津津乐道。柳岩在包贝尔婚礼上被伴郎们起哄、粗暴捉弄,那一幕简直可以用“狼狈”来形容。话说回来,在那种场合下,伴娘本应是喜庆的点缀,却成了被捉弄的对象,场面一度十分尴尬,甚至可以说是令人不适。当时的情况是这样的:伴郎团把柳岩抬起来,准备把她扔进泳池。在众目睽睽.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有