De Drake-vergelijking 2.0

Op deze manier kan de ene planeet de andere ‘bevruchten’. Dat kan een groot verschil gemaakt hebben kort na het ontstaan van ons zonnestelsel, toen planeten nog gloeiend hete bollen gesmolten gesteente waren. Lee Cronin: “Als je dat betrekt op Mars en de aarde: Mars is kleiner, en is daardoor sneller afgekoeld. Dus daar was ‘aardachtige’ chemie al mogelijk toen de aarde zelf nog te heet was. Mogelijk had Mars al een pre-biotische ‘zoektocht’ achter de rug voordat het zijn spullen naar de aarde stuurde.” Mars is nu alweer lange tijd kurkdroog en hoogstwaarschijnlijk levenloos, maar zou dus een erfenis op aarde kunnen hebben.

Loterij

Scharf en Cronin zoomen met hun nieuwe vergelijking als het ware in op de Drake-vergelijking. Daarbij kijken ze alleen naar een van de zeven factoren die de kans op een intelligente, communicerende buitenaardse beschaving bepaalt, namelijk f_l, de kans dat op een geschikte planeet überhaupt leven ontstaat.

In de Drake-vergelijking is dat een constante die altijd en overal gelijk is, maar Scharf en Cronin gaan ervanuit, dat op een geschikte planeet het ontstaan van leven slechts een kwestie van tijd is – al kan dat heel véél tijd zijn: miljarden jaren.

Doorgaans gaat men ervanuit, dat leven alleen kan ontstaan in een waterige omgeving, in de oceaan of in een meertje of plas, een soort oersoep. Scharf en Cronin beschouwen deze oersoep op zo’n planeet als een gigantische loterij. Om de eerste levende cel te vormen, moet een groot aantal moleculen op precies de juiste manier bij elkaar komen en een chemische verbinding aangaan.

Alle dobbelstenen zes

Het proces laat zich vergelijken met iemand die telkens een hele doos dobbelstenen leeggooit. Pas als je met allemaal tegelijk zes gooit, ontstaat er leven, dat zich vervolgens onstuitbaar vermenigvuldigt en over de planeet verspreidt. Scharf en Cronin vatten dit in onderstaande vergelijking:

Links staat het gemiddeld aantal keren N_abiogenesis dat er in de loop der jaren, t, leven op zo’n planeet ontstaat. Rechts staat N_b voor het aantal atomen in de atmosfeer, oceaan en buitenste deel van de aardkorst van de planeet. <n_o> is het minimum aantal atomen dat voor een levende cel nodig is. f_c is de fractie van N_b die per jaar beschikbaar komt in de oersoep om leven te maken, en P_a is de kans per keer dat als de minimum set aan bouwstenen bij elkaar is, die ook inderdaad chemisch met elkaar reageren tot de eerste levende cel.

Grootste obstakel

Wie niet alleen wil zijn in het heelal, heeft er natuurlijk belang bij om N_abiogenesis zo groot mogelijk te maken. Met N_b zit dat wel goed: de atmosfeer, oceaan en aardkorst van een planeet ter grootte van de aarde bevatten ruwweg 10⁴⁹ atomen. Hoewel n₀ onder de deelstreep staat, is dat niet het grootste obstakel. Scharf en Cronin gaan ervanuit dat de kleinste bacterie zo ongeveer de minimale eenheid van leven is, en die bestaat uit ‘maar’ 10¹¹ atomen. De fractie f_c schatten de twee op 1/10¹⁴, de verhouding tussen de massa van alle levende wezens op aarde en de totale massa van de aardse atmosfeer, oceanen en aardkorst.

N_b, n₀ en f_c geven samen 10²⁴, een enorm getal. Als het alleen daarvan afhing, zou dus op elke aardachtige planeet in een fractie van een seconde leven ontstaan. En na een tijdje trouwens ook in elk bekerglas in een laboratorium waar je wat water en elementaire bouwstenen voor het leven in stopt.

De bepalende factor in de vergelijking is echter P_a, de kans dat als je de 10¹¹ voor een bacterie benodigde atomen bij elkaar brengt, ze met elkaar de chemische bindingen aangaan die een functionerende, levende cel opleveren.

Andersom geredeneerd

De auteurs geven grif toe dat we over P_a vrijwel niets weten. We weten niet hoe het leven op aarde ontstaan is, noch hoe de allereerste levensvormen eruitzagen of functioneerden. Daarom tasten we ook over de waarschijnlijkheid van de chemische processen die daarbij een rol speelden in het duister.

Om toch enig idee te krijgen hoe groot P_a is, redeneren ze andersom: we weten dat op aarde relatief snel leven is ontstaan, namelijk binnen enige honderden miljoenen jaren nadat de aarde afkoelde en een vaste aardkorst kreeg. Daaruit concluderen ze dat N_abiogenesis binnen een miljard jaar ongeveer 1 moet worden, waaruit volgt dat P_a ongeveer 1 op 10³³ zou kunnen zijn.

Anders gezegd: de kans dat op enig moment, op een bepaalde plek waar alle ingrediënten voor leven aanwezig zijn, figuurlijk de bliksem inslaat en leven ontstaat, is extreem klein. Scharf en Cronin leiden ook af dat P_a waarschijnlijk tussen 1 op 10³⁰ en 1 op 10³⁶ ligt. De onzekerheid op dit gebied blijkt wel uit het feit dat de waarschijnlijke ondergrens een miljoen keer lager ligt dan de waarschijnlijke bovengrens. Niettemin leidt de combinatie van al deze factoren toch tot een goede kans dat na een paar miljard jaar op een aardachtige planeet leven ontstaan is.

Aanwezigheid van Mars

Het is goed mogelijk, stellen Scharf en Cronin, dat P_a flink opgekrikt is door de aanwezigheid van Mars in ons zonnestelsel. Ze betogen dat elke uitwisseling van pre-biotisch materiaal tussen twee planeten de kans op het ontstaan van leven P_a met een factor E vergroot. Tussen Mars en de aarde zouden in de loop van vele miljoenen jaren honderden brokstukken van meteorieten uitgewisseld kunnen zijn. Iedere keer wordt de P_a op aarde een factor E groter, dus na twee keer E² keer groter, na drie keer E³ keer groter, enzovoort. Als E maar een klein beetje groter is dan 1, bijvoorbeeld 1,01, dan nog zou een factor E⁴⁰⁰ voor een vijftig maal zo grote P_a zorgen.

Volgens Cronin is de diversiteit van meerdere planeten rond één ster dus gunstig voor het ontstaan van leven: “Op twee verschillende planeten kunnen de globale omstandigheden en chemie heel verschillend zijn, precies op het juiste moment voordat een zelf-kopiërend molecuul naar een andere planeet wordt overgezet.” Dit zou betekenen, dat planeten die ‘enig kind’ zijn in hun zonnestelsel, flink in het nadeel zijn ten opzichte van planeten die nog een paar zusjes hebben.