[論文レビュー] Life might be rare despite its early emergence on Earth: a Bayesian analysis of the probability of abiogenesis

David S. Spiegel, Edwin L. Turner|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2011

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 14被引用数 6

ひとこと要約

本稿ではベイズ統計を用いて、地球における生命の早期出現を、原生生命生成の高い確率を示す証拠として再評価する。初期の地球における生命の出現という事実のみを前提とした場合、後騒確率は事前仮定に極めて敏感であることが示され、生命が地球ですぐに出現したとしても、宇宙における生命の出現確率が依然として極めて低い可能性があることを示している。

ABSTRACT

Life arose on Earth sometime in the first few hundred million years after the young planet had cooled to the point that it could support water-based organisms on its surface. The early emergence of life on Earth has been taken as evidence that the probability of abiogenesis is high, if starting from young-Earth-like conditions. We revisit this argument quantitatively in a Bayesian statistical framework. By constructing a simple model of the probability of abiogenesis, we calculate a Bayesian estimate of its posterior probability, given the data that life emerged fairly early in Earth’s history and that, billions of years later, sentient creatures noted this fact and considered its implications. We find that, given only this very limited empirical information, the choice of Bayesian prior for the abiogenesis probability parameter has a dominant influence on the computed posterior probability. Thus, although life began on this planet fairly soon after the Earth became habitable, this fact is consistent with an arbitrarily low intrinsic probability of abiogenesis for plausible uninformative priors, and therefore with life being arbitrarily rare in the Universe.

研究の動機と目的

• 地球における生命の早期出現が、原生生命生成の高い確率を示すという推論を再評価すること。
• ベイズ的推論を用いて、事前仮定の影響が原生生命生成の後騒確率に与える影響を評価すること。
• 地球のような条件下で原生生命生成が必然的であるという証拠として、生命の早期出現が十分に強い根拠であるかどうかを特定すること。
• この分析が、宇宙における生命の希少性に与える意味を検討すること。

提案手法

• 研究は、原生生命生成確率を未知の事前分布を持つパrameterとしてモデル化するベイズ統計フレームワークを採用する。
• 推論の唯一のデータポイントとして、生命が地球の可住期間のはじめに出現したという経験的事実を用いる。
• 生命が早期に出現したという条件のもとでの、原生生命生成確率の後騒分布を計算する。
• 無情報的事前分布（例えば一様分布やジーフレズの事前分布）が得られる後騒推定値に与える影響を評価する。
• 地球の冷却後、原生生命生成が発生可能な一意の連続時間窓が存在すると仮定する。
• 主な計算は、異なる事前仮定のもとでの早期出現の尤度を計算するために、可能な原生生命生成率の積分を実行することである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球における生命の早期出現は、地球に類似した条件下で原生生命生成が起こりやすいプロセスであるという強い証拠を提供するのか？
• RQ2 原生生命生成確率の後騒推定値は、事前分布の選択にどの程度敏感か？
• RQ3 原生生命生成の固有確率が極めて低い場合でさえ、生命が地球で早期に出現した可能性はあるか？
• RQ4 生命の早期出現は、広義の宇宙における生命の希少性について何を示唆するか？
• RQ5 無情報的事前分布では、早期に生命が出現したという事実と整合的でありながら、原生生命生成確率が任意に低い値をとる余地があるのか？

主な発見

• 原生生命生成の後騒確率は、特に無情報的事前分布の場合、事前仮定の選択に極めて敏感である。
• 生命が地球で早期に出現したとしても、妥当な無情報的事前分布のもとでは、原生生命生成の後騒確率は任意に低く抑えられる。
• 生命が早期に出現したというデータは、原生生命生成の固有確率が極めて低い状況と整合的である。
• この分析は、早期の出現だけでは、宇宙における生命の希少性を排除できないことを示している。
• 強い情報的事前分布を仮定しない限り、後騒分布は原生生命生成の高い確率に収束しない。
• 結果として、生命が地球で早期に出現したとしても、宇宙における生命の出現が依然として極めてまれである可能性があると示唆している。