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A vida pode ser comum no universo, mas a inteligência é provavelmente rara

Lua e nuvens sobre o Oceano Pacífico, fotografadas por Frank Borman e James A. Lovell durante a missão Gemini 7. A Terra, ao redor do nosso Sol, tem as condições certas para a vida, e tanto a vida quanto a inteligência surgiram aqui. Mas se voltássemos a um ambiente da “Terra primitiva”, esses resultados seriam comuns ou raros? (NASA)

A vida extraterrestre deve surgir com bastante facilidade. Mas a inteligência é outra questão inteiramente.

O planeta Terra existe há cerca de 4,5 bilhões de anos: aproximadamente o último terço da história do Universo. Através de uma combinação de geologia e paleontologia, podemos traçar a existência de vida há mais de quatro bilhões de anos, ensinando-nos que a vida surgiu na Terra muito cedo. Se não foi imediatamente coincidente com a formação do nosso planeta – e pode ter sido – certamente surgiu nas primeiras centenas de milhões de anos da história da Terra.

Mas vida inteligente é outra história inteiramente . A vida sobreviveu e prosperou por bilhões de anos antes que os seres humanos surgissem: aparentemente a primeira espécie inteligente e tecnologicamente avançada em nosso planeta. Qual a probabilidade de vida no Universo? Qual a probabilidade de vida inteligente? Embora ainda não tenhamos encontrado além da Terra, um novo estudo afirma ter determinado se a vida raramente ou comumente ocorre em mundos semelhantes à Terra , concluindo que a vida pode ser comum, mas a inteligência é rara. Aqui está o porquê.

Aqui na Terra, a vida surgiu muito cedo na história do nosso planeta, enquanto a vida inteligente só surgiu após bilhões de anos de vida bem-sucedida. Isso pode nos ajudar a estimar as probabilidades de a vida ser comum ou rara, juntamente com a probabilidade de vida inteligente, em mundos semelhantes à Terra. (SHUTTERSTOCK/AMANDA CARDEN)

É muito difícil saber qual é a verdadeira probabilidade de a vida surgir na Terra, ou quais são as chances de que a vida inteligente e tecnologicamente avançada surja. Para saber tal coisa, o que idealmente gostaríamos de fazer é criar o mesmo ambiente que estava presente na Terra no momento de sua formação muitas vezes, observar cada um desses ambientes evoluir ao longo de ~ 4,5 bilhões de anos, e veja o que sai.

É assim que a ciência funciona idealmente em um nível fundamental: experimentalmente. Você quer saber algo sobre o comportamento de um sistema, então você cria esse sistema e observa seu comportamento repetidamente. Quando você tem um tamanho de amostra grande o suficiente, você vê quais são os resultados e tira suas conclusões com base nisso. É a abordagem mais simples para qualquer questão científica.

Embora as proporções exatas dos diferentes componentes atmosféricos da Terra ao longo de toda a sua história sejam desconhecidas, havia grandes quantidades de metano presentes na atmosfera antes de 2,5 bilhões de anos atrás e praticamente nenhum oxigênio. Com a chegada do oxigênio, o metano foi destruído e começou a maior era glacial do planeta. A evolução da atmosfera é uma das fortes evidências indiretas que temos para a Terra ter uma história biológica ativa que remonta imediatamente após sua formação. (VICTOR PONCE / UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SAN DIEGO)

Para a questão de quão provável é a vida ou a vida inteligente em um mundo semelhante à Terra, é realmente uma abordagem impossível. Para começar, temos apenas um planeta (Terra) que sabemos onde existe vida, e não é como se tivéssemos sóis e planetas semelhantes à Terra esperando por nós para observá-los em escalas de tempo de 4,5 bilhões de anos. A ideia de que poderíamos pegar uma grande amostra deles e realizar um experimento controlado simplesmente não é possível em nosso universo realista.

E isso é muito ruim, porque a maneira mais direta de pensar sobre probabilidade é fazer exatamente isso. Você pega um grande conjunto de amostras preparadas que foram todas preparadas de forma idêntica, você as deixa evoluir sob um conjunto controlado de condições e vê o que sai. O número de sucessos – quer você defina sucesso por vida, vida inteligente ou algum outro critério – dividido pelo número total de tentativas lhe dará sua probabilidade de sucesso.

Trilobitas fossilizadas em calcário, do Field Museum em Chicago. Todos os organismos existentes e fossilizados podem ter sua linhagem rastreada até um ancestral comum universal que viveu cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, e muito do que ocorreu nos últimos 550 milhões de anos está preservado nos registros fósseis encontrados nas rochas sedimentares da Terra. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

Em termos matemáticos, isso é o que chamamos de probabilidade frequentista . Na realidade, você pode ter apenas um planeta em torno de uma estrela, mas se você pudesse conhecer os resultados de um número muito grande de sistemas que eram feitos de planetas idênticos em torno de estrelas idênticas, você saberia qual era a probabilidade de seu planeta em particular ficar um resultado específico. Assim como você sabe que a probabilidade de obter dois dados de seis lados para somar 7 é um sexto, você poderia saber a probabilidade de vida (ou vida inteligente) surgir na Terra.

Mas, na prática, não podemos adotar essa abordagem para o planeta Terra. Com apenas um sistema, não podemos realizar o experimento muitas vezes e determinar a frequência dos resultados desejados (e indesejados). Isso não significa que estamos totalmente paralisados, no entanto. Há uma abordagem diferente que podemos adotar: uma baseada em Probabilidade Bayesiana .

Diamantes Hadeanos embutidos em zircão/quartzo. Você pode encontrar os depósitos mais antigos no painel d, que indicam uma idade de 4,26 bilhões de anos, ou quase a idade da própria Terra. (M. MENNEKEN, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON & S. A. WILDE, NATURE 448 7156 (2007))

Na probabilidade Bayesiana, o raciocínio vai para trás em vez de para a frente. O que você está avaliando não é a probabilidade geral de resultados, mas sim a probabilidade de uma hipótese específica ser válida em comparação com todas as hipóteses possíveis. É a melhor ferramenta para usar quando você tem apenas um sistema com um resultado.

Isso é mais difícil de entender, então vamos dar um exemplo: o planeta Terra. Sabemos que a vida surgiu na Terra relativamente cedo. Os fósseis mais antigos remontam a 3,8 bilhões de anos e há depósitos de zircão que se acredita terem uma origem biológica que remonta a 4,1 a 4,4 bilhões de anos, e nosso planeta tem apenas cerca de 4,5 bilhões de anos. Por outro lado, a vida complexa só surgiu pouco antes da explosão cambriana (há apenas 600 milhões de anos), e a vida inteligente e tecnologicamente avançada só surgiu com a chegada dos seres humanos.

Esse é o nosso único sistema, juntamente com o seu resultado.

Um planeta coberto de oceano com uma atmosfera modesta de CO2, com as outras propriedades do planeta TOI 700d, poderia potencialmente ser um planeta habitado adequado para a vida surgindo nele. Não podemos chamar responsavelmente um planeta de “semelhante à Terra” ou não até que entendamos mais sobre quais condições levam a quais resultados. (CENTRO DE VÔOS ESPACIAIS GODDARD DA NASA/CHRIS SMITH (USRA))

Então, quais são as possíveis hipóteses que podem levar a isso? Realisticamente, existem apenas quatro.

1. A vida geralmente surge em planetas como a Terra e se torna inteligente com frequência.
2. A vida geralmente surge em planetas como a Terra, mas raramente se torna inteligente.
3. A vida raramente surge em planetas como a Terra, mas quando isso acontece, ela se torna inteligente com frequência.
4. A vida raramente surge em planetas como a Terra e, quando surge, torna-se inteligente apenas raramente.

Se você pegasse o sonho do frequentista, poderia começar com bilhões de planetas em torno de bilhões de estrelas que eram decididamente muito parecidas com a Terra e observar o que se desenrolava. Infelizmente, absolutamente não podemos fazer isso; nós nem sabemos o que é que torna um mundo parecido com a Terra de alguma forma significativa .

Os mundos TRAPPIST-1 poderiam ser semelhantes à Terra? Que tal um dos planetas ao redor do TOI-700? Ou um dos planetas ao redor de Alpha Centauri A ou B? Há muito que não sabemos nem para falar sobre planetas semelhantes à Terra com qualquer confiança.

Se o TOI 700d fosse um planeta de terra seca e sem nuvens com uma atmosfera semelhante à da Terra moderna, haveria um anel de habitabilidade potencial com temperaturas e pressões atmosféricas semelhantes à da Terra perto da fronteira entre os eternos lados dia/noite, onde os ventos sempre fluir do lado noturno para o lado diurno. (ENGELMANN-SUISSA ET AL./NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)

Mas com probabilidades Bayesianas, você pode fazer mais do que apenas levantar as mãos em rendição. Você pode supor, como ponto de partida, que cada uma das questões relevantes tem uma probabilidade de 50:50, onde há 50% de chance de que a vida surja com frequência e 50% de chance de que ela surja apenas raramente. Da mesma forma, supondo que a vida surja, há 50% de chance de que ela se torne inteligente com frequência e 50% de chance de se tornar inteligente apenas raramente.

O que você faz então é modelar, com base nas probabilidades que você assumiu, com que frequência você obtém um resultado que se alinha com os resultados observados. (Neste caso, tirar vida e/ou vida inteligente deles de uma maneira que se alinhe com o que aconteceu na Terra.) Em um novo artigo publicado em 18 de maio de 2020, David Kipping fez exatamente isso , fornecendo a primeira análise de probabilidade robusta desses quatro cenários.

Imagem de microscópio eletrônico de varredura no nível subcelular. Embora o DNA seja uma molécula longa e incrivelmente complexa, ele é feito dos mesmos blocos de construção (átomos) que todo o resto. Até onde sabemos, a estrutura do DNA em que a vida se baseia é anterior ao registro fóssil. Quanto mais longa e complexa for uma molécula de DNA, mais estruturas, funções e proteínas potenciais ela pode codificar. (IMAGEM DE DOMÍNIO PÚBLICO DO DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

As probabilidades bayesianas não podem dizer quais são as chances reais desses resultados, mas podem dizer qual hipótese é mais provável - e por quanto - o que é uma informação útil para apostar em probabilidades. Se não houver informações significativas, as probabilidades iniciais que você assumiu (50:50 para cada caso) permanecerão inalteradas. No entanto, se a análise favorecer uma hipótese em detrimento de outra, você verá suas probabilidades de apostas mudarem nessa direção.

O fato de a vida ter surgido no início da história da Terra é um fator enorme para mudar as probabilidades de apostas. Se você for com a evidência de microfósseis, ela lhe dará melhores chances de apostas de 3 para 1 de que a vida surge normalmente e não raramente; se você usar a evidência (discutida, mas ainda convincente) de depósitos de zircão, as probabilidades de apostas aumentam para melhor do que 9 para 1 de que a vida é comum e não rara. Se repassássemos a história da Terra muitas vezes, esperaríamos que a vida surgisse com frequência, em vez de quase nada.

Nas profundezas do mar, em torno de fontes hidrotermais, onde a luz solar não chega, a vida ainda prospera na Terra. Como criar vida a partir da não-vida é uma das grandes questões em aberto na ciência hoje, mas se a vida pode existir aqui embaixo, talvez submarina em Europa ou Enceladus, também há vida. Serão mais e melhores dados, provavelmente coletados e analisados ​​por especialistas, que acabarão por determinar a resposta científica a esse mistério. (PROGRAMA DE VENTILAÇÕES NOAA/PMEL)

Mas o mesmo procedimento na verdade produz muito pouca informação sobre a vida inteligente. Se você começar com as mesmas probabilidades de aposta (50:50) para a vida inteligente – supondo que a vida surgiu, é vida inteligente comum ou rara – a análise bayesiana que Kipping realizou favorece ligeiramente o cenário de inteligência rara. Mas o efeito é pequeno, transformando as probabilidades de aposta de 1 para 1 em algo que se parece mais com um cenário de 3 para 2, em favor da raridade.

Isso não significa, no entanto, que a vida inteligente seja rara. Isso significa que as informações que temos não fazem um bom trabalho em restringir se o surgimento de vida inteligente é raro ou comum. Este é um contraste gritante com a questão do surgimento da vida: os dados são bons o suficiente para concluir que o cenário da vida comum é mais provável do que o cenário da vida rara. Se começarmos com um clone da Terra primitiva, a vida provavelmente surgiria, mas não podemos chegar a uma boa conclusão sobre o surgimento da vida inteligente.

Alienígenas inteligentes, se existirem na galáxia ou no Universo, podem ser detectáveis ​​a partir de uma variedade de sinais: eletromagnéticos, da modificação do planeta ou porque estão viajando no espaço. Mas não encontramos nenhuma evidência de um planeta alienígena habitado até agora. Podemos estar realmente sozinhos no Universo, mas a resposta honesta é que não sabemos o suficiente sobre a probabilidade relevante para dizer isso. (RYAN SOMMA/FLICKR)

Tudo isso é o que você pode esperar sem nenhuma análise estatística especial. Nosso planeta, desde os primeiros tempos, era como qualquer outro: um bilhete de loteria nas apostas cósmicas para a vida e a vida inteligente. Vênus e Marte, entre outros mundos em nosso Sistema Solar, também tiveram seus próprios ingressos, e é eminentemente possível que a vida tenha surgido nos três mundos desde o início; certamente aconteceu na Terra. No entanto, somente em nosso mundo a vida se sustentou e prosperou e, eventualmente, deu origem a uma espécie inteligente e a uma civilização tecnologicamente avançada.

Não podemos voltar no tempo e ver como as coisas teriam acontecido, nem temos dados de assinatura tecnológica ou um exoplaneta infalível como a Terra para nos ajudar a entender essas probabilidades cósmicas. No entanto, uma análise inteligente pode revelar que, na hora de fazer suas apostas, aposte no surgimento da vida como uma ocorrência comum e não rara. Para inteligência, no entanto, a única informação é um leve empurrão na direção rara. Para saber mais, precisaremos de dados que ainda não temos.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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