地球上的多细胞生命是否依赖于板块构造

复杂的生命是如何在地球上出现和进化的?这对于寻找地球以外的生命意味着什么?这是最近发表在《科学报告》上的一项研究希望解决的问题，两位研究人员调查了板块构造、海洋和大陆如何导致我们星球上复杂生命的出现和进化，以及如何解决费米悖论，同时试图分别改进关于为什么我们在宇宙中没有找到生命的德雷克方程以及寻找生命的参数。

这项研究有可能帮助研究人员更好地理解寻找地球以外生命的标准，特别是与地球上所展示的地质过程有关的标准。

在这里，《今日宇宙》与瑞士联邦理工学院(ETH-Zurich)地球科学教授、该研究的合著者TarasGerya博士讨论了这项研究，讨论了该研究背后的动机、重要结果、后续研究，这对德雷克方程意味着什么，以及该研究对寻找地球以外生命的影响。

那么，这项研究背后的动机是什么?

Gerya博士告诉《今日宇宙》，“它的动机是费米悖论(“每个人都在哪里?”)指出，德雷克方程通常预测我们银河系中有1,000到100,000,000个积极交流的文明，这对于我们试图找出这个方程中可能需要修正的部分，以使德雷克方程的预测更加现实。”

在这项研究中，研究人员比较了两种类型的行星构造过程：单盖(也称为停滞盖)和板块构造。单盖是指不表现出板块构造的行星体，不能分裂成单独的板块，这些板块通过彼此滑动(会聚)、彼此滑过(变换)或彼此滑离(发散)而表现出运动。

板块构造活动的缺乏通常归因于行星体的盖子过于坚固和致密而无法被分解。最后，研究人员估计，75%内部表现出活跃对流的行星体不表现出板块构造，而是具有单盖构造，而地球是唯一表现出板块构造的行星。因此，根据这项研究，他们得出结论，单盖构造“很可能主导我们银河系中活跃硅酸盐体的构造样式”。

此外，研究人员还调查了行星大陆和海洋如何促进智慧生命和技术文明的进化。他们指出了生命首先在海洋中进化的重要性，因为海洋免受有害太空天气的影响，单细胞生命在地球历史的最初几十亿年中在海洋中繁衍生息。

然而，研究人员还强调，干燥的土地如何为智慧生命的进化提供无数的好处，包括对各种地形的适应，例如眼睛和新的感官，这有助于动物进化出狩猎速度以及其他生物资产，从而使生命得以存在以适应地球上各种陆地环境。

最后，研究人员得出的结论是，旱地有助于地球上智慧生命的进化，包括抽象思维、技术和科学。因此，这项研究最重要的结果是什么?目前正在进行或计划进行哪些后续研究?

Gerya博士告诉《今日宇宙》，“在一个拥有原始生命的星球上，需要这种非常特殊的条件(大陆、海洋和板块构造共存超过5亿年)才能发展出智能技术交流生命。这种条件非常重要。”很少实现：只有<0.003–0.2%的有生命的行星可以满足这个条件。”

Gerya博士继续说道：“我们计划研究行星内部的水演化，以了解表面海洋体积的稳定性(意味着海洋和大陆共存的稳定性)如何能够维持数十亿年(就像在地球上一样)。

“我们还计划根据社会崩溃模型来研究技术文明的生存时间。我们还启动了一个关于行星内部和大气氧合状态演化的项目，以了解富氧大气(特别是对于发展技术文明至关重要)如何)可以在有海洋、大陆和板块构造的行星上形成，这三个方向的进展至关重要，但很大程度上取决于研究资金的可用性。”

如前所述，这项研究的动机是改进德雷克方程，该方程提出了一个多变量方程，试图估计银河系中存在的活跃、可交流的文明(ACC)的数量。它由FrankDrake博士于1961年提出，提出了几个概念，他鼓励科学界在讨论我们如何以及为什么没有收到ACC的消息时考虑这些概念，内容如下：

N=R*xfpxnexflxfixfcxL

N=银河系中有可能与其他世界进行交流的科技文明数量

R*=银河系的平均恒星形成率

fp=拥有行星的恒星的比例

ne=每颗有行星的恒星可能支持生命存在的行星平均数量

fl=在其历史的某个阶段能够支持和发展生命的行星的比例

fi=孕育生命并进化为智慧生命的行星比例

fc=开发出能够向太空发送可探测信号的技术的文明比例

L=科技文明向太空发送信号的时间长度

根据这项研究，德雷克方程估计ACC的数量范围很广，在200到50,000,000之间。作为研究的一部分，研究人员根据他们的发现，即板块构造、海洋和大陆在地球上复杂生命的发展和进化中发挥了至关重要的作用，建议在德雷克方程中添加两个额外变量，如下：

foc=拥有著名大陆和海洋的宜居系外行星的比例

fpt=拥有著名大陆和海洋且板块构造已经运行了至少5亿年的宜居系外行星的比例

利用这两个新变量，该研究对fi(行星发展生命和进化为智慧生命的概率)提供了新的估计。那么，在德雷克方程中加入两个新变量的重要性是什么呢?

Gerya博士告诉《今日宇宙》，“这使我们能够重新定义和更正确地估计德雷克方程fi的关键项——一颗拥有原始生命的行星发展出智能技术交流生命的概率。最初，fi是(错误的)估计非常高(100%)。我们的估计要低很多数量级(<0.003–0.2%)，这可能解释了为什么我们没有与其他文明接触。”

此外，当将这两个新变量输入整个Drake方程时，该研究估计ACC的数量要少得多，为<0.006到100,000，这与Drake方程最初估计的200到50,000,000形成鲜明对比。那么，这项研究对寻找地球以外的生命有什么影响呢?

Gerya博士告诉《今日宇宙》，“这会产生三个关键后果：(1)我们不应该对我们能被联系抱太大希望(这种可能性非常低，部分原因是技术文明的寿命可能比之前预期的要短))，(2)我们应该利用遥感技术，根据其可能独特的(CO2贫乏)大气层和表面反射率特征(由于存在海洋和大陆)，(3)我们应该关心我们自己的星球和文明，两者都极其稀有，必须得到保护。”

这项研究的开展正值对地球以外生命的搜寻不断获得关注之际，截至本文撰写之时，NASA已确认存在5,630颗系外行星，其中近1,700颗被归类为超级地球，200颗被归类为岩石系外行星。尽管有这些令人难以置信的数字，特别是自20世纪90年代首次发现系外行星以来，人类尚未检测到来自地外技术文明的任何类型的信号，本研究将其称为ACC。

可以说，我们最接近接收到来自外太空的信号是Wow!信号，这是1977年8月15日俄亥俄州立大学大耳朵射电望远镜接收到的72秒无线电爆炸。然而，自那以后，我们再也没有收到过这个信号，而且完全没有收到任何信号。通过这项研究，科学家也许可以利用德雷克方程中增加的这两个新变量来帮助缩小在地球以外寻找智慧生命的范围。

Gerya博士最后告诉《今日宇宙》，“这项研究是新兴科学——生物地球动力学的一部分，我们试图支持和发展它。生物地球动力学旨在理解和量化行星内部、表面、大气的长期演化之间的关系。”和生活。”