Текст книги "Если Вселенная изобилует инопланетянами… Где все?"

Автор книги: Стивен Уэбб

сообщить о нарушении

Текущая страница: 25 (всего у книги 36 страниц)

Информация о том, как строить белки организма и, следовательно, сам организм, содержится в его ДНК. Итак, во-первых, когда клетка получает сигнал с просьбой произвести определенный белок (и предположим, что белок представляет собой один полипептид), двойная спираль ДНК расплетается в области кодирующей цепи. Она похожа на матричную цепь, упомянутую выше, и содержит информацию для этого конкретного белка. Область ДНК, кодирующая полипептид (или, точнее, кодирующая некоторую форму РНК), известна как ген.

Копия гена в виде мРНК изготавливается в процессе транскрипции – так называемом потому, что каждый триплет в цепи ДНК транскрибируется в соответствующий кодон в мРНК. Затем мРНК перемещается из ядерного материала в цитоплазму клетки, неся с собой информацию о последовательностях аминокислот. В цитоплазме органеллы, называемые рибосомами, берут мРНК и используют информацию, содержащуюся в последовательности кодонов, для синтеза белка, добавляя аминокислоты к растущей цепи. Этот процесс называется трансляцией, поскольку рибосома использует генетический код для перевода последовательности кодонов в последовательность аминокислот. Ключевым ингредиентом здесь является тРНК – маленькие молекулы, каждая из которых может связываться только с определенной аминокислотой. Для катализа процесса связывания требуется ряд ферментов; каждый фермент распознает одну конкретную молекулу тРНК и соответствующую аминокислоту.

Синтез белка всегда начинается с метионина (с кодоном АУГ) и продолжается до тех пор, пока рибосома не встретит один из стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА), после чего белок высвобождается и синтез завершается. Это дает общее представление о синтезе белка, по крайней мере, для прокариотических клеток. В эукариотических клетках процесс дополнительно усложняется наличием последовательностей ДНК, которые ничего не кодируют. В эукариотических клетках требуется дополнительный шаг для удаления этой, казалось бы, бесполезной информации. Здесь слишком мало места, чтобы углубляться в детали синтеза белка, но существует множество отличных источников^[349] для дальнейшего чтения, и, к счастью, нам не нужны дополнительные детали для продолжения обсуждения.

Подведем итог: ДНК хранит генетическую информацию и реплицирует информацию при делении клетки. Грязная работа по фактической экспрессии информации возложена на более универсальную РНК; используя универсальный генетический код, информация транскрибируется с ДНК на РНК, а затем транслируется в синтез белка.

Как возникли ингредиенты жизни?

Предположим на мгновение, что многочисленные сложные шаги, ведущие от первых белков и ранних нуклеиновых кислот до LUCA, если не неизбежны, то, по крайней мере, могут быть поняты с использованием хорошо известных физических и химических процессов. У нас все еще остается вопрос: как возникли первые белки и нуклеиновые кислоты? Если переход от неорганической химии к ДНК и белкам является редким явлением, то у нас есть разрешение парадокса Ферми, поскольку без этих больших молекул эволюция не может начать переход к LUCA, а затем к разнообразию жизни, которое мы видим вокруг нас. Без белков и нуклеиновых кислот жизнь, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем, не может существовать.

Основные строительные блоки жизненно важных макромолекул, по-видимому, легко синтезируются. Мы находим аминокислоты, например, как в межзвездном пространстве^[350], так и в лабораторных экспериментах, имитирующих химию ранней Земли.^[351] В 1953 году Стэнли Миллер провел классический эксперимент, в котором он пропустил электрический разряд через сосуд, содержащий смесь воды, метана и аммиака. Эксперимент был предназначен для исследования влияния электрических токов, проходящих через атмосферу ранней Земли. В конце своего эксперимента Миллер обнаружил в сосуде множество органических соединений. Другие ученые не согласились с выбором Миллером модели атмосферы, но результаты были неоспоримо впечатляющими. Кажется вероятным, что аминокислоты могли образоваться на Земле вскоре после остывания нашей планеты; аминокислоты – это почти неизбежность органической химии и чудесных ассоциативных свойств углерода. Аналогично, сахара, пурины и пиримидины – компоненты, из которых развиваются нуклеиновые кислоты – могут образовываться в экспериментах типа Миллера (хотя следует признать, что выходы часто низки).

Хотя детали еще предстоит определить, у нас нет веских причин предполагать, что основные химические строительные блоки, необходимые для жизни, каким-либо образом исключительно редки. Однако мы можем быть менее уверены в вероятности того, что естественные процессы успешно свяжут эти компоненты в молекулы жизни – нуклеиновые кислоты и белки. Действительно, именно в этот момент многие креационисты (и несколько ученых) утверждают, что жизнь на Земле уникальна: они утверждают, что вероятность случайного создания нуклеиновой кислоты или белка ничтожно мала.

Рассмотрим, например, сывороточный альбумин (белок среднего размера, вырабатываемый в печени и секретируемый в кровоток, где он выполняет несколько необходимых задач). Сывороточный альбумин содержит цепь из 584 аминокислот, свернутых в сферу. В нашем организме синтез молекулы находится под управлением нуклеиновых кислот. Но представьте себе время до существования ДНК, так что молекула сывороточного альбумина должна была синтезироваться путем добавления одной аминокислоты случайным образом к концу растущей цепи. Шансы ничтожно малы – всего 1 из 20⁵⁸⁴ – что случайные процессы произведут этот белок. Аналогично, «ДНК зарождения» – примитивная цепь нуклеотидов, которую некоторые ученые предложили как необходимую для зарождения жизни, – имеет низкую вероятность быть созданной случайно.^[352]

Создание белка случайными процессами Поскольку на выбор есть 20 аминокислот, на каждом шаге вероятность того, что для добавления к концу растущей цепи будет выбрана правильная аминокислота, составляет 1 к 20. Следовательно, для сывороточного альбумина, который имеет 584 аминокислоты, вероятность того, что каждая аминокислота будет выбрана в правильном порядке, составляет 1 к 20 ⁵⁸⁴ – что то же самое, что 1 к 10⁷⁶⁰. Это невероятно малая вероятность. По сути, нет никаких шансов, что этот белок может быть синтезирован случайным процессом, описанным выше. Даже небольшой белок, такой как цитохром с, который состоит чуть более чем из 100 аминокислот, имеет лишь 1 шанс из 10¹³⁰ быть синтезированным случайным образом. Опять же, для практических целей это число неотличимо от нуля.

Начало жизни, похоже, страдает от парадокса «курицы и яйца»: ДНК содержит инструкции, необходимые для сборки аминокислот в белки, но каждая молекула ДНК требует помощи ферментов (другими словами, белков) для своего существования. ДНК создает белки, создает ДНК, создает белки… что было первым?

Хотя на первый взгляд эти критические замечания могут показаться фатальными для утверждения, что жизнь возникла случайно, биохимики добились больших успехов в их опровержении. Детали далеки от завершения, но нет оснований полагать, что проблемы непреодолимы. Начнем с комбинаторных аргументов против изначального синтеза белков: действительно, практически нет шансов, что цитохром с, например, каким-то образом случайно собрался. Но если мы допустим период пребиотической молекулярной эволюции, то белки могли быть синтезированы благодаря действию случая.

Например, представьте себе озеро где-то на еще молодой Земле. Предположим, что в этом озере было всего 10 различных аминокислот, способных образовывать пептиды; и предположим, что пептид длиной 20 аминокислот проявлял некоторую каталитическую функцию, делающую его предпочтительным для естественного отбора. Тогда Природе нужно было перепробовать всего 10²⁰ комбинаций, чтобы наткнуться на этот пептид – все еще огромное число, но число, которое вполне могло уместиться в доступные временные рамки. Как только пептид был создан, естественный отбор обеспечил бы увеличение количества пептида в озере. Предположим, что в озере было создано 1000 различных «полезных» пептидов, каждый длиной 20 аминокислот. Если бы два таких пептида могли соединиться, образовав единую цепь, то могло бы образоваться 1 миллион различных пептидов длиной 40 аминокислот. Опять же, у Природы было бы достаточно времени, чтобы перепробовать все комбинации. Таким же образом могли быть синтезированы пептиды, содержащие 60 аминокислот, и 80, и 100… короче говоря, было время для возникновения белков в том древнем озере. И на ранней Земле были многие миллионы озер. (Конкретные возникшие белки, безусловно, были бы исторической случайностью. Перемотайте пленку истории назад, и белки, которые мы используем, могли бы быть совсем другими.)

Подобные аргументы, включающие пребиотическую молекулярную эволюцию, можно использовать для опровержения утверждения о том, что «ДНК генезиса» была чудесной случайностью. Однако такие аргументы могут быть излишними. Кажется правдоподобным, что исходной самореплицирующейся молекулой была не ДНК, а одна из разновидностей гораздо более простой молекулы РНК. Более того, РНК дает ответ на парадокс «курицы и яйца». В начале 1980-х годов Сидни Альтман и Томас Чех продемонстрировали, что некоторые типы молекул РНК также могут действовать как катализаторы; они могли играть роль ферментов. Эти РНК-ферменты – или рибозимы – привели к идее «мира РНК» – времени в ранней истории жизни, когда каталитическая РНК обеспечивала все химические реакции, необходимые для примитивных клеточных структур. В некотором смысле, ни курица, ни яйцо не появились первыми: каталитическая РНК действовала и как генетический материал, и как ферменты.^[353]

Кажется, нет фундаментальной причины предполагать, что основные молекулы жизни не могли возникнуть в результате естественных процессов, имевших разумные шансы произойти. (Хотя, честно говоря, приходится признать, что химические пути, ведущие к первым молекулам РНК, все еще туманны. Последующая эволюция клеточных структур до LUCA столь же неясна. Существует несколько конкурирующих сценариев, каждый со своими преимуществами и недостатками. Кроме того, несколько вопросов – например, почему жизнь использует только левовращающую форму аминокислот, и является ли генетический код неизбежным или просто одним из множества возможных кодов – остаются нерешенными. Но прогресс в этих областях стремителен,^[354] и можно ожидать, что картина станет более ясной в течение нескольких лет. Даже если окажется, что жизнь имеет совершенно иное происхождение, чем описанное выше, – а существует несколько других конкурирующих гипотез – нас еще не принуждают к гипотезе о том, что жизнь была какой-то странной случайностью.) Однако есть еще один последний аргумент, который следует рассмотреть относительно вероятности того, что ранняя Земля была местом зарождения жизни: парадоксально, но жизнь, похоже, возникла здесь слишком легко!

Когда на Земле возникла жизнь?

Рис. 5.23 Строматолитовая формация на Багамах. Строматолиты, подобные изображенному здесь, являются древнейшими известными окаменелостями. Самые старые из них, найденные в Западной Австралии, имеют возраст 3,5 миллиарда лет. (Автор: Винсент Пуарье)

Похоже, жизнь без особых проблем возникла на Земле. Мы знаем, что наша планета сформировалась около 4,55 миллиарда лет назад. Максимум через 700 миллионов лет после образования Земли – 3,85 миллиарда лет назад – похоже, что жизнь уже эволюционировала. Мы считаем, что это так, потому что некоторые осадочные породы в Исуа, Гренландия – породы, которые являются одними из старейших на этой планете – содержат изотопы углерода в соотношении, которое является признаком биологических процессов. Интерпретация этих измерений не лишена противоречий. Возможно, что небиологические процессы могут генерировать аналогичное изотопное соотношение углерода. Тем не менее, многие биологи признают, что жизнь существовала в это время.^[355] Самые ранние окаменелости не намного моложе пород Исуа; строматолиты – холмы, сложенные слоями цианобактерий и захваченного осадка – сохранились в виде окаменелостей в Западной Австралии. Этим строматолитам 3,5 миллиарда лет.

Поспешность, с которой возникла жизнь, почти слишком быстра для комфорта. Временной интервал, упомянутый выше для возникновения жизни, а именно 700 миллионов лет, является верхним пределом: этот временной интервал сжимается с обеих сторон. С одной стороны, предположительно существовал некоторый эволюционный процесс, приведший к формам жизни, которые могли существовать в тех древних гренландских породах; безусловно, цианобактерии древней Западной Австралии обладали биохимией столь же сложной, как и более поздние формы жизни, и эта сложность должна была развиваться со временем. (Другими словами, если бы было возможно найти еще более древние породы, то мы вполне могли бы найти свидетельства жизни в этих породах – возможно, более простые формы жизни, но тем не менее жизнь. Жизнь могла возникнуть до того, как Земле исполнилось 700 миллионов лет.) С другой стороны, жизнь, предположительно, не могла выжить в условиях, которые существовали на самой ранней Земле. Начальный период после образования Земли, примерно от 4,55 до 3,9 миллиарда лет назад, называется Гадейской эрой. Недавние исследования предполагают, что земная кора сформировалась^[356] всего через 160 миллионов лет после образования самой Солнечной системы. Однако, хотя существование коры, предположительно, означает, что условия на Земле не были слишком суровыми, ранняя часть Гадейской эры видела нашу планету усеянной большими быстро движущимися камнями, и некоторые из этих ударов имели бы огромную силу. Трудно осознать насилие буквально разрушившего Землю удара, который выбил материал, ставший нашей Луной. Конечно, удар должен был стерилизовать Гадейскую Землю – если какая-либо форма жизни существовала до удара, трудно представить, как она могла выжить. Таким образом, период в 700 миллионов лет, постулированный для возникновения жизни, является верхним пределом: фактический период, вероятно, был намного меньше этого.

Хотя несколько сотен миллионов лет могут показаться достаточным временем для эволюции жизни, стоит помнить, что разрыв между жизнью и нежизнью огромен, и что эволюция может быть медленным процессом. Как знаменито выразилась биолог Линн Маргулис: «Разрыв между нежизнью и бактерией намного больше, чем разрыв между бактерией и человеком». И все же этот разрыв был преодолен относительно быстро. Некоторым ученым трудно смириться с тем, что жизнь могла зародиться так рано на Земле без посторонней помощи, и они прибегли к гипотезе панспермии (см. Решение 6). Если жизнь пришла на Землю из глубин межзвездного пространства, то, предположительно, бесчисленное количество планет в Галактике было бы засеяно аналогичным образом; жизнь была бы повсюду, и парадокс Ферми остается таким же сильным, как и прежде. Однако если жизнь пришла на Землю с Марса, то это может указывать на то, что жизнь редка: эта возможность обсуждается далее в Решении 66.

Поиск жизни на других мирах

Конечно, есть прямой способ определить, может ли жизнь возникнуть в естественных условиях: мы могли бы попытаться найти ее на других планетах. Деятельность SETI – один из способов сделать это, но современная дисциплина астробиологии^[357] подчеркивает другую возможность: мы могли бы искать примитивную жизнь в других местах Солнечной системы или попытаться наблюдать биосигнатуры – молекулы или явления, указывающие на прошлое или настоящее присутствие жизни – на далеких экзопланетах. Если бы мы нашли жизнь где-нибудь еще, даже простейшего микроба, то мы, по крайней мере, знали бы, что жизнь не уникальна для Земли. Обнаружение жизни всего лишь на одном другом мире почти наверняка рассказало бы нам что-то о том, как она возникла на этом. Это также сказало бы нам что-то о вероятном распространении жизни в Галактике.

Рис. 5.24 Если под льдом Европы есть океан, то для его исследования, вероятно, будет использоваться гидробот, подобный этому художественному изображению. Ученые НАСА в настоящее время изучают детали того, как отправить гидробот на Европу, заставить его проникнуть сквозь лед и достичь океана, не внося загрязнений, а затем заставить его отправить информацию обратно на Землю. (Автор: НАСА)

Ключевым ингредиентом жизни, по-видимому, является вода: найдите воду, и есть шанс найти жизнь. Мы знаем, что в прошлом Марс почти наверняка обладал водой; так что есть шанс – каким бы отдаленным он ни был – найти ископаемые остатки прошлой марсианской жизни. Энцелад, шестой по величине спутник Сатурна, наблюдался космическим аппаратом НАСА «Кассини» как обладающий большим подповерхностным океаном^[358] жидкой воды – и луна, вероятно, также обладает источником энергии и питательными веществами. Это хорошее место для поиска жизни. Титан, самый большой спутник Сатурна, также может обладать подповерхностным океаном аммиачно-водного раствора. И два спутника Юпитера – Европа и Каллисто – потенциально могут обладать жидкой водой. Эти тела далеки от тепла Солнца, конечно, и на поверхности этих лун находятся толстые ледяные щиты, но геотермального и приливного нагрева может быть достаточно для поддержания жидкой воды глубоко под поверхностью. Эти четыре тела, возможно – просто возможно – являются домом для инопланетной жизни. Это не была бы жизнь, с которой мы могли бы общаться, но если бы мы знали, что жизнь возникла независимо в нашей Солнечной системе более одного раза, то как мы могли бы разумно утверждать, что жизнь редка во всей Галактике? Конечно, тогда миссия по исследованию этих лун – и особенно Энцелада – должна быть приоритетной. Астрономы, тем временем, настаивают на строительстве телескопов, которые могут искать биосигнатуры на планетах далеко за пределами нашей Солнечной системы. Если зарождение жизни является обычным явлением, то однажды, возможно, в не столь отдаленном будущем, наука найдет пример инопланетной жизни.

Решение 65: Возникновение жизни редко (еще раз)

Законы вероятности, такие верные в общем, такие ошибочные в частности… Эдвард Гиббон, Воспоминания о моей жизни и сочинениях

Лучший способ узнать, изобилует ли жизнь во Вселенной, – это выйти и посмотреть. Если бы мы обнаружили инопланетные формы жизни на множестве экзопланет, то мы могли бы быть достаточно уверены, что абиогенез – развитие жизни из пребиотических сред – является обычным явлением. Распространенность разумных форм жизни осталась бы неизвестной, но, по крайней мере, мы бы знали, что парадокс Ферми не может быть разрешен утверждением о редкости абиогенеза. Однако трудно провести соответствующие наблюдения, и неясно, как быстро астробиологи добьются прогресса в этом отношении. Учитывая трудности наблюдения, не можем ли мы попробовать теоретический подход? К сожалению для теоретиков, нам не хватает критически важной информации: мы не знаем скорости абиогенеза в единицу времени и в единицу объема как функции пребиотических химических и физических условий. В отсутствие этой информации один из способов продолжить – использовать наши знания о том, что жизнь возникла по крайней мере один раз на ранней Земле, и использовать эти знания, чтобы попытаться оценить вероятность абиогенеза на землеподобной планете.

Если абиогенез маловероятен, то – по определению – пройдет много времени между тем, как планета достигнет условий, подходящих для жизни, и тем, как жизнь действительно разовьется. Однако на нашей планете прошел относительно короткий период времени между остыванием Земли и появлением жизни. Указывает ли поспешность, с которой клетки появились на Земле, на то, что зарождение жизни из неживой материи – это простой процесс? Можем ли мы заключить из примера Земли, что вероятность абиогенеза вряд ли мала^[359] – и, следовательно, что жизнь, вероятно, распространена во Вселенной? Я должен признать, что долгое время я считал, что это почти наверняка так, но является ли это разумной точкой зрения, учитывая имеющиеся у нас доказательства?

Если мы собираемся обсуждать вероятность абиогенеза, концепцию, о которой у нас крайне мало информации, то мы должны использовать правильный подход к вероятности. Существуют две системы взглядов на вероятность.

Первая – интерпретировать вероятность как частоту, с которой результат происходит при многократном повторении эксперимента. Если вы подбросите идеальную честную монету миллиард раз, то, плюс-минус несколько бросков, монета выпадет орлом полмиллиарда раз. Таким образом, вероятность выпадения орла равна 0,5. С этим все могут согласиться. Проблема этого подхода в том, что в большинстве ситуаций вы не можете повторить эксперимент. Если вас просят выступить в качестве присяжного заседателя и вы должны решить вопрос о виновности подсудимого вне всяких разумных сомнений, то вероятность становится вопросом «степени уверенности», а не частоты возникновения. Этот второй подход к вероятности – степень уверенности в исходе, а не частота, с которой исход происходит, – имеет дело с запутанными реалиями мира, в котором мы живем. Он количественно определяет степень уверенности, которую вы должны иметь в гипотезе при наличии некоторых доказательств; по мере изменения доказательств должна меняться и степень уверенности. (Знаменитого экономиста Джона Мейнарда Кейнса однажды упрекнули за то, что он изменил свое мнение по ключевым вопросам. Он вполне резонно ответил: «Когда моя информация меняется, я меняю свои выводы. А что делаете вы, сэр?»)

Уравнение, которое нам нужно использовать при обсуждении вероятности, следующее:

Это одно из самых важных уравнений в науке. Вполне возможно, оно даже более полезно, чем F = ma или E = mc². Однако, в отличие от уравнения Ньютона для второго закона движения или уравнения Эйнштейна, показывающего эквивалентность массы и энергии, это уравнение – несмотря на свою важность – как правило, неизвестно широкой аудитории. Даже некоторые ученые не до конца понимают формулу или применяют ее правильно, и тем не менее подход к вероятности, воплощенный в формуле, незаменим^[360] во всех отраслях экспериментальной науки и в медицине, технике, бизнесе, военном деле… действительно, в любой области, где приходится принимать решения на основе неполных знаний. Люди сидят в тюрьме прямо сейчас, потому что судьи и адвокаты не смогли понять это уравнение; люди умирали от рака, потому что их врачи не смогли правильно применить вероятностное мышление; эта формула имеет значение.

Формула выше является наиболее распространенным представлением теоремы Байеса, математического труда, названного в честь английского священника Томаса Байеса,^[361] который записал конкретное утверждение более общей теоремы в эссе, опубликованном после его смерти в 1761 году. Формула позволяет рассчитать P(H∣E), так называемую апостериорную вероятность гипотезы при наличии некоторых доказательств. Чтобы рассчитать эту вероятность, вам нужно знать или уметь оценить априорную вероятность P(H), правдоподобие P(E∣H) и вероятность свидетельства P(E). Прежде чем я обсужу, какое отношение эта формула имеет к парадоксу Ферми (или, вернее, как оказалось, какое она не имеет отношения к парадоксу Ферми), мне нужно немного подробнее объяснить теорему Байеса. Если вы уже понимаете, что преподобный Байес сказал о вероятности, то смело пропустите следующие пару страниц.

Давайте рассмотрим пример рассуждений в стиле Байеса в научно-фантастическом контексте. Предположим, правительственные агенты раскрыли заговор инопланетян с целью захвата мира: инопланетные оборотни, которые могут принимать облик мужчины или женщины, смешиваются с населением. Их пока не так много – у агентов есть веские основания полагать, что только 1% населения на самом деле являются замаскированными инопланетянами. Существует приложение для определения, является ли данный человек инопланетянином, и оно эффективно: 80% инопланетян будут правильно показаны как обладающие инопланетной ДНК. Но тест не идеален: 9,6% людей ложно окажутся инопланетными самозванцами. Агент использует приложение на случайном прохожем, и приложение показывает положительный результат. Учитывая этот сценарий, какова вероятность того, что прохожий действительно инопланетянин?

Прежде чем читать дальше, подумайте над сценарием и сделайте оценку вероятности.

Если вы оценили вероятность в пределах 70%–80%, вы в хорошей компании. Исследование за исследованием показывает, что^[362] когда врачам дают эту задачу (заменив язык рака груди и маммографии на язык инопланетян и приложений для обнаружения оборотней), примерно 6 из 7 из них дают оценку в диапазоне 70%–80%. Правильный ответ – 7,76%. Другими словами, даже несмотря на то, что точность теста составляет 80%, положительный результат теста означает лишь 7,76% вероятность того, что человек является инопланетянином (или болен раком груди, если проблема сформулирована на этом языке). Если вы хотите увидеть, как складываются числа, в рамке ниже применяется формула Байеса с числами, приведенными в сценарии.

Байес и проблема оборотней Мы хотим знать P(H∣E) – вероятность того, что гипотеза об инопланетном оборотне верна, учитывая свидетельство положительного результата теста. Нам дана вероятность P(E∣H) – вероятность получения положительного теста, если человек является инопланетянином, что в данном случае составляет 80%. Байес говорит нам, что мы также должны учесть P(H), то есть вероятность того, что случайно выбранный человек является инопланетянином – в данном случае 1%. Кроме того, нам также необходимо учесть P(E), то есть вероятность получения любого положительного теста – либо истинно положительного, либо ложноположительного. В данном случае вероятность истинно положительного результата составляет 1% × 80% или 0,008. Вероятность ложноположительного результата составляет 99% × 9,6% или 0,09504.

Таким образом, P(E) равна 0,008 + 0,09504 или 0,10304. Подставьте эти числа в формулу Байеса, и вы обнаружите, что P(H∣E)=7,76%.

Почему так много людей ошибаются в решении подобных задач? Основная причина, по-видимому, заключается в том, что они мысленно заменяют вопрос («какова вероятность того, что человек является инопланетянином, если у него положительный тест») данной информацией («какова вероятность того, что инопланетянин даст положительный результат теста»). Одно из ключевых преимуществ теоремы Байеса, помимо того, что это правильный подход к рассуждениям, заключается в том, что она напоминает нам о необходимости учитывать всю релевантную информацию при расчете вероятностей. Байес заставляет нас быть честными.

Еще один пример того, как Байес может помочь разобраться в вероятностях и подсказать, как нам нужно пересматривать наши оценки в свете меняющейся информации, – это печально известная проблема Монти Холла.^[363] Задача была вдохновлена американским телевизионным игровым шоу под названием «Давай заключим сделку», которое шло с 1963 по 1976 год. Ведущим шоу был Монти Холл.

Монти показывает вам три закрытые двери, за одной из которых находится блестящий новый Bugatti Veyron Grand Sport Vitesse; за двумя другими дверями прячутся лимоны. Вам предоставляется возможность выбрать одну из дверей и выиграть то, что находится за ней. Очевидно, если вы не очень любите лимоны, вы захотите выиграть Bugatti. Вы выбираете дверь. Монти, который знает, что находится за каждой из дверей, затем открывает одну из оставшихся дверей и показывает лимон. Затем он предлагает вам выбор: вы можете либо остаться при своем первоначальном выборе, либо выбрать другую неоткрытую дверь. Следует ли вам переключиться или остаться при своем первоначальном выборе? Имеет ли значение, переключитесь ли вы?

Как и в случае с проблемой оборотней выше, подумайте над сценарием и примите решение, прежде чем читать дальше. Когда я впервые услышал этот вопрос, моей реакцией^[364] было то, что не может иметь значения, останетесь вы или переключитесь. Машина с равной вероятностью может находиться за любой из дверей, так что мой шанс на выигрыш будет 50:50. С таким же успехом можно остаться. Оказывается, у вас в два раза больше шансов выиграть, если вы смените дверь. Если вы хотите увидеть, как байесовский подход приводит к правильному ответу и как он демонстрирует, что мы должны изменять свои выводы, когда меняется наша информация, смотрите рамку ниже.

Байес и проблема Монти Холла. Давайте обозначим три двери A, B и C и пусть эти буквы обозначают событие, что Bugatti находится за этими дверями. Неважно, какую дверь вы выберете, но предположим, что вы выбираете A. Поскольку Монти не откроет дверь, за которой находится Bugatti, то, если машина находится за дверью A, Монти случайным образом выберет дверь B или дверь C.

Априорные вероятности легко понять, потому что в начале игры вы можете быть одинаково уверены в том, что Bugatti находится за любой из трех дверей:

P(A) = P(B) = P(C) = ⅓.

Теперь давайте посмотрим на правдоподобие. Вы должны быть в состоянии понять, почему вероятности принимают такие значения.

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью A, равна:

P(Монти открывает B|A)=½.

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью B, равна:

P(Монти открывает B|B)=0.

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью C, равна:

P(Монти открывает B|C)=1.

Теперь мы можем рассчитать вероятность того, что Монти откроет дверь B:

P(A) × P(Монти открывает B|A) + P(B) × P(Монти открывает B|B) + P(C) × P(Монти открывает B|C) = ⅙ + 0 + ⅓ = ½.

Наконец, примените теорему Байеса:

P(A|Монти открывает B) = ⅙ ÷ ½ = ⅓.

P(C|Монти открывает B) = ⅓ ÷ ½ = ⅔.

Простыми словами: если вы случайно выбрали дверь A, и Монти открывает дверь B, чтобы показать лимон, то вероятность того, что Bugatti находится за дверью C, равна ⅔. Если вы когда-нибудь окажетесь в такой ситуации, вы удвоите свои шансы, переключившись.

Эти примеры показывают, что если мы хотим говорить о вероятности абиогенеза, нам нужно использовать байесовский язык. Мы наблюдаем, что жизнь возникла быстро на Земле, но мы не можем просто заключить из этого наблюдения, что абиогенез легок. Он может быть легким – но только байесовский анализ может количественно определить степень уверенности, которую мы должны иметь, когда говорим, что абиогенез легок. Два астрофизика, Дэвид Шпигель и Эдвин Тернер, провели именно такой байесовский анализ.^[365]