人類が地球上で進化する可能性は極めて低く、地球外知的生命は極めて稀であるとする進化モデルが広く知られている。
しかし、生命と私たちの惑星の絡み合った歴史の専門家として、私たちは、生命と地球の表層環境の共進化は、人類のような知的生命の進化的起源をより予測可能、あるいは予期された結果にするような方法で展開された可能性があると提案する。
ハードステップモデル
20世紀の最も偉大な進化生物学者の何人かは、地球外での人類のような知的生命の可能性を有名な形で否定した。
この生物学に深く根ざした見解は、1983年に理論物理学者のBrandon Carterによる影響力のある論文で、物理学からも独立して支持を得た。
1983年、Carterは彼が「驚くべき偶然」と呼んだものを説明しようとした：太陽の推定寿命（100億年）と、地球が人類を生み出すのに要した時間（切り上げて50億年）との近似である。
彼は3つの可能性を想定した。1つ目は、人類のような知的生命が一般的に、地質学的に見て非常に早く – おそらく数百万年で発生する場合。2つ目は、地球でかかった時間と同程度の時間で一般的に発生する場合。そして最後に、地球は幸運だった – 通常であれば、そのような生命が形成されるまでに数兆年かかるだろうという場合を想定した。
Carterは、地球上の生命がそれよりもはるかに長い時間を要したため、最初の可能性を否定した。2つ目の可能性については、太陽の寿命を支配する過程（核融合）と生物進化が同じタイムスケールを持つ理由がないため、ありそうもない偶然として否定した。
そこでCarterは3つ目の説明に行き着いた：人類のような生命は一般的に、恒星の寿命が提供する時間よりもはるかに長い時間を要するというものである。
人類のような生命の出現に非常に長い時間がかかった理由を説明するため、Carterは、それが極めて起こりにくい進化の段階に依存していなければならず、地球はそれらすべてを経験できた極めて幸運な存在だったと提案した。
彼はこれらの進化段階をハードステップと呼び、主に2つの基準を設けた。1つ目は、ハードステップが人類の存在に必要不可欠でなければならない – つまり、それらが起こらなければ人類は存在しないということである。2つ目は、ハードステップは利用可能な時間内に発生する確率が極めて低くなければならず、通常100億年に近いタイムスケールを必要とするということである。
ハードステップは存在するのか？
物理学者のFrank TiplerとJohn Barrowは、ハードステップは生命の歴史の中で一度だけ起こったはずだと予測した – この論理は進化生物学から導き出されたものである。
人類の存在に必要な進化的革新が利用可能な時間内で本当に起こりにくいものであったなら、それは一度以上は起こらなかったはずである。ただし、私たちが存在している以上、少なくとも一度は起こったはずである。
例えば、核を持つ細胞（真核細胞）の起源は、科学者たちが提案する最も一般的なハードステップの1つである。人類は真核生物であるため、真核細胞の起源が一度も起こらなかったなら、人類は存在しなかったはずである。
生命の普遍的系統樹において、すべての真核生物は正確に1つの枝に属している。これは真核細胞が一度だけ起源したことを示唆しており、その起源が起こりにくかったという考えと一致する。
その他の最も一般的なハードステップの候補 – 生命の起源、酸素を生成する光合成、多細胞動物、そして人類のような知能 – はすべて同じパターンを共有している。それらはそれぞれ生命の系統樹の単一の枝に限定されている。
しかし、進化生物学者で古生物学者のGeerat Vermeijが主張したように、これらの進化的出来事が一度だけ起こったように見える理由には他の説明もある。
一見単一の起源に見えるこのパターンは、絶滅による情報の損失と化石記録の不完全性によって生じた可能性がある。おそらくこれらの革新はそれぞれ複数回進化したが、現代まで生き残ったのは1つの例だけなのかもしれない。絶滅した例は化石化しなかったか、古生物学者が化石記録の中でそれらを認識していない可能性がある。
あるいは、これらの革新は実際に一度だけ起こったかもしれないが、それは一度しか起こり得なかったからかもしれない。例えば、おそらくこれらの革新のいずれかを達成した最初の進化系統が、他の系統の同様の生物から資源を素早く奪い取った可能性がある。あるいは、最初の系統が地球環境を劇的に変化させたため、他の系統は同じ革新を進化させる機会を失った可能性がある。言い換えれば、1つの系統でその段階が起こると、化学的または生態学的条件が十分に変化し、他の系統は同じように発展できなくなった可能性がある。
もしこれらの代替メカニズムが、提案されたハードステップの独自性を説明するのであれば、それらのどれもが実際にはハードステップとして認定されないことになる。
しかし、もしこれらの段階のどれもがハードでなかったとすれば、なぜ人類のような知能は生命の歴史の中でもっと早く進化しなかったのだろうか？
環境の進化
古代地球の条件を再構築する地球生物学者たちは、知的生命が地球の歴史の中でより早く進化しなかった理由を容易に挙げることができる。
例えば、地球の歴史の90%は、大気中に人類を支えるのに十分な酸素がない状態で経過した。同様に、地球の歴史の最大50%は、大気中に現代の真核細胞を支えるのに十分な酸素がない状態で経過した。
ハードステップの候補はすべて、それぞれの環境要件を持っている。地球が形成された時、これらの要件は整っていなかった。代わりに、それらは地球の表層環境が変化するにつれて後から現れた。
私たちは、地球が時間とともに物理的・化学的に変化するにつれて、その表層条件が生命にとってより多様な生息地を可能にしたと示唆する。そしてこれらの変化は地質学的タイムスケール – 数十億年 – で作用し、提案されたハードステップがなぜそれほど早くではなく、その時期に進化したのかを説明している。
この見方では、人類は地球が人類にとって生息可能になったのが比較的最近であったために、その時期に出現したのである。Carterは1983年にこれらの点を考慮していなかった。
今後の展開
しかし、ハードステップは依然として存在する可能性がある。科学者たちはそれらが存在するかどうかをどのように検証できるだろうか？
地球科学者と生命科学者は協力して、地球の表層環境が提案された各ハードステップを最初に支持するようになった時期を決定することができる。地球科学者はまた、地球が各提案されたハードステップに関連する異なる種類の生命 – 人類、動物、真核細胞など – にとってどれくらい長く生息可能な状態を維持するかを予測することができる。
進化生物学者と古生物学者は、各ハードステップ候補が何回発生したかをより正確に制約することができる。もしそれらが実際に一度ずつしか発生しなかったのであれば、それが本来の生物学的な起こりにくさによるものなのか、環境要因によるものなのかを見極めることができる。
最後に、天文学者は太陽系外の惑星からのデータを使用して、生命を宿す惑星がどの程度一般的であるか、そしてこれらの惑星が酸素を生成する光合成や知的生命といったハードステップ候補をどの程度の頻度で持っているかを解明することができる。
もし私たちの見方が正しければ、地球と生命は生命を支える惑星としてより典型的な方法で共に進化してきた – ハードステップモデルが予測するような稀で起こりにくい方法ではない。そうなると、人類のような知能は地球の進化のより予期された結果であり、宇宙的な偶然ではないことになる。
古生物学者や生物学者から天文学者まで、様々な分野の研究者が協力して、地球上や宇宙の他の場所での知的生命の進化の確率についてより多くを学ぶことができる。
もし人類のような生命の進化がハードステップモデルが予測するよりも起こりやすかったのであれば、研究者たちは将来、地球外知的生命の証拠を発見する可能性が高くなる。
