Kā Marsa izpēte varētu radīt jaunu cilvēku sugu
Drīz iznākošā Holivudas filma “The Space Between Us” stāsta par zēnu, kurš dzimis amerikāņu astronautam Marsā. Viņa māte mirst dzemdībās, bet bērns izdzīvo un aug mazas astronautu kolonijas uzraudzībā uz Sarkanās planētas. Filmas treilerī tumšs balsojums nodrošina filmas priekšnoteikumu: “Viņa sirds vienkārši nespēj izturēt smagumu; viņa kauli ir pārāk vāji. Citiem vārdiem sakot, nav atgriešanās. Šo jautājumu ir vērts apdomāt: ja mēs nolemsim pamest Zemi, vai mūsu pēcnācēji kādreiz varēs atgriezties?
Katru gadu mēs arvien tuvāk Marsam. NASA cer, ka cilvēka pēdas nostāsies uz Sarkanās planētas 30 gadu laikā, un Elons Musks skaitli dēvē par 10 gadiem: sākumā tas būs izmēģinājuma lidojums, tikmēr galvenais mērķis ir izveidot pašpietiekamas Marsa pilsētas. Musks savā 2016. gada septembra runā pieminēja “divus galvenos ceļus”, pa kuriem cilvēce var iet: “Viens ceļš ir palikt uz Zemes mūžīgi, un tad mēs saskarsimies ar pilnīgu izzušanu. Alternatīva ir kļūt par kosmosu iekarojošu civilizāciju un daudzplanētu sugu."
Ja mēs kādreiz sasniegsim Marsu, tur dzīves apstākļi visādā ziņā atšķirsies no apstākļiem uz Zemes. Pielāgošanās vājākai gravitācijas ietekmei, intensīvam starojumam un pilnīgai baktēriju floras neesamībai vairākas Marsa kolonistu paaudzes liks piedzīvot vairākas dramatiskas evolūcijas izmaiņas cilvēku senčos, kas ir salīdzināmas ar stāvošas staigāšanas sākumu un smadzeņu tilpuma palielināšanos.
Pirmās evolūcijas izmaiņas var būt ātras un smalkas. Tā kā pirmo cilvēku uz Marsa cilvēku skaits neizbēgami būs ierobežots - Musks ir ierosinājis nosūtīt apmēram simts cilvēku uz kosmosa kuģa - pirmie Marsa kolonisti piedzīvos fenomenu, kas pazīstams kā dibinātāja efekts. Šī parādība tiek novērota katru reizi, kad jaunpienācēji kolonizē jaunu vietu, piemēram, vulkāna salu, kas paceļas no okeāna dibena. Tikai daži indivīdi, kas apmetas jaunā vietā, neatkarīgi no tā, kā viņi tur nokļuva, nepārstāv vairākumu, pie kura viņi sākotnēji piederēja. Jo mazāks paraugs, jo mazāk ticams, ka tas pārstāvēs lielāku grupu, no kuras tā nāca.
Ja mēs uz Marsu nosūtīsim simts kolonistu, ļoti maza iespēja, ka viņi precīzi attēlo visus uz Zemes dzīvojošos cilvēkus auguma, matu krāsas, diabēta vai krūts vēža tieksmes, spēju kustināt ausis vai citu ģenētisko faktoru ziņā. … Neatkarīgi no tā, kādas iezīmes bija agrīnajiem kolonistiem, tās tiks nodotas saviem bērniem, un tādējādi pieaugošā Marsa kolonija, pat ja nebūtu dabiskās atlases, kļūtu par kaut ko atšķirīgu no Zemes iedzīvotājiem. Piemēram, ja visi astronauti, kurus mēs sūtījām uz Marsu, bija sarkanā krāsā, būtu vēl viens iemesls saukt Marsu par Sarkano planētu.
Dibinātāja efekts, protams, neaprobežojas tikai ar Marsa pētniekiem vai starpplanētu ceļotājiem. Tas var rasties jebkurā izolētā vai atlasītā populācijā. Bet, mainoties vairākām paaudzēm, izmaiņas var iegūt izteiktāku un specifiskāku raksturu. Apstākļos, kad gravitācija ir tikai viena trešdaļa no zemes gravitācijas, grūtniecība un dzemdības uz Marsa var būt daudz grūtākas. Peļu embrionālās attīstības pētnieki ir noskaidrojuši, ka pelēm, kuru embriji tika veidoti mākslīgi radītos mikrogravitācijas apstākļos, auglības rādītāji ir zemāki nekā normālā smaguma apstākļos. Interesanti, ka mēslošanu, ko veic in vitro, neliecina par gravitācijas samazināšanos, bet daži iegūtie embriji neattīstījās tik labi kā embriji.parādās normālā smaguma stāvoklī. Iemesli tam vēl nav skaidri, taču rezultāti norāda, ka zīdītājiem, ieskaitot cilvēkus, grūtniecības laikā uz Marsa var rasties lielākas grūtības nekā uz Zemes. Un tas, savukārt, var radīt jaunu evolūcijas atlases spiedienu, kas uz Zemes netiek novērots.
Nepietiekams smagums arī izraisīs kaulu zudumu ar ātrumu aptuveni 1% līdz 2% mēnesī. Pēc diviem vai trim gadiem uz Marsa iedzīvotāji riskē zaudēt pusi no savas kaulu masas, kas, iespējams, vēl vairāk ietekmē grūtnieces, jo grūtniecības laikā ķermenis prasa daudz kalcija. Kaulu blīvuma samazināšanās liek cilvēkiem vairāk pakļauties traumām, īpaši gūžas un mugurkaula lūzumiem. Tā kā šādiem ievainojumiem var būt neatgriezeniskas sekas uz Marsu, cilvēki ar dabiski lielāku kaulu blīvumu - kas bija raksturīgāks mūsu senčiem nekā mūsdienu cilvēki - biežāk izdzīvo un nodod savus gēnus. Tāpēc daudzu paaudžu maiņas rezultātā cilvēkiem uz Marsa dabiski būs blīvāki kauli nekā viņu priekšgājējiem, kas nozīmē, ka viņi būs stiprāki pēc izskata.
Reklāmas video:
Arī Marsa kolonistiem būs jāpielāgojas augstajam radiācijas līmenim. Tā kā planētas aizsardzībai nav magnetosfēras vai atmosfēras, Marsam uzbrūk augstas enerģijas kosmiskie stari, intensīvs ultravioletais starojums un saules daļiņas. 500 dienas uz Marsa virsmas cilvēks saņems starojuma devu, kas sešas reizes pārsniedz maksimālo gada devu, ko atļauj Amerikas Savienoto Valstu enerģētikas departamenta darbinieki. Kosmosa kostīmi vai pazemes dzīvojamās telpas var nodrošināt zināmu aizsardzību, taču, protams, kādu laiku tomēr vajadzēs pavadīt uz Marsa virsmas, audzēt kultūraugus, celt ēkas un tamlīdzīgi.
Radiācija bojā DNS, izraisot sava veida mutācijas, kas noved pie vēža. Kaut arī radiācija var nozīmēt lielāku vēža līmeni Marsa apmetnes iemītniekiem, tas var arī paātrināt evolūciju, ģenerējot nejaušas ģenētiskas variācijas, ieskaitot pazīmes, kas ir labvēlīgas Marsa vidē.
Šīs ģenētiskās variācijas var būt veids, kā pasargāt mūsu ķermeni no starojuma iedarbības. Uz Zemes mūsu āda ražo melanīnu - pigmentu, kas darbojas kā dabīgs sauļošanās līdzeklis. Ādas pigmentācija ir izveidojusies cilvēku populācijā kā līdzsvars starp pārmērīga starojuma risku, kas traucē DNS ražošanu, un nepietiekama starojuma risku, kas traucē normālu kaulu veidošanos. Daudzi citi organismi izmanto melanīnu, lai pasargātu sevi no starojuma, ieskaitot tumšās krāsas sēnītes, kas aug tur, kur izkusa Černobiļas kodolreaktora kodols. Melanīna veids, kas cilvēka ķermenim nodrošina maksimālu aizsardzību no saules starojuma, ir eumelanīns, kas ādai piešķir tumši brūnu vai melnu krāsu. Cilvēki, kuru ādā ir daudz vairāk eumelanīnavarēs labāk panest ārkārtēju radiācijas līmeni uz Marsa, kā rezultātā Marsa āda būs tumšāka nekā jebkura cilvēka.
Rovers šķērso Dingo Gap smilšu kāpas
No otras puses, intensīvs starojums uz Marsa varētu veicināt jaunu ādas pigmentu attīstību. Karotinoīdus - oranžos pigmentus, kas burkāniem piešķir krāsu - ražo daudzi augi un mikroorganismi, lai pasargātu tos no saules stariem. Lai gan daudziem dzīvniekiem ir karotinoīdi, vairums no viņiem tos iegūst no uztura. Viens izņēmums ir zirņu laputis - mazs kukainis, kas parasti ir zaļā krāsā, bet dažos gadījumos kļūst sarkans, pateicoties karotinoīdiem, ko tas pats ražo. Genomiskā analīze parādīja, ka zirņu laputis no viena sēnītes saņēma gēnus, kas atbild par karotinoīdu veidošanos, kas nozīmē, ka retos gadījumos dzīvnieki var aizņemties iekārtas pigmenta ražošanai no citiem organismiem. Skarbie apstākļi uz Marsa varētu palielināt šādu retu aizņēmumu iespējamību, ja gala rezultāts - teiksim, koši oranža āda - būtu īpaši labvēlīgs.
Jaunākie pētījumi liecina, ka augsts radiācijas līmenis ietekmē arī smadzenes, mainot telpisko atmiņu un uzvedību risku uzņemties dažās, bet ne visās pelēs. Šādi pārkāpumi varētu radīt nopietnus draudus Marsa kolonijas panākumiem. Tomēr, ja uz Marsa cilvēkiem tiek atrasti tie paši radiācijas jutības svārstības, ko mēs novērojam grauzējiem, dabiskā atlase darbosies tiem, kurus radiācija ietekmē mazāk. Nākamās paaudzes spēs attīstīt izturību pret smadzeņu radiācijas kaitīgo iedarbību, padarot cilvēkus labāk pielāgojamus Marsa videi un palielinot viņu iespējas tālāk izpētīt kosmosu, varbūt pat ceļot uz attālākām apdzīvojamām planētām, piemēram, Proxima b.
Tad ir mikrobioms - baktērijas un citi sīki organismi, kas dzīvo mūsu ķermeņa iekšpusē un virspusē un nopietni ietekmē mūsu ķermeni. Šos mikrobus mēs iegūstam visu mūžu, sākot ar tiem, ko mēs saņemam no mātēm, izejot caur dzemdību kanālu. Agrīnā bērnība ir svarīgs periods veselīga mikrobioma attīstībā, jo bērni saņem papildu mikrobus no vecākiem, brāļiem un māsām, draugiem un apkārtējās vides. Bērni uz Marsa netiks pakļauti daudzajiem dažādajiem mikrobiem, ko mēs atrodam šeit uz Zemes, un, lai gan zinātnieki joprojām cer atrast mikrobu dzīvību uz Marsa, joprojām nav pārliecinošu pierādījumu par tā esamību.
Cilvēki uz Marsa
Labvēlīgo mikrobu zaudēšana var nelabvēlīgi ietekmēt fizisko un garīgo veselību Marsa kolonistiem. Šeit, uz Zemes, mēs jau redzam mikrobu daudzveidības samazināšanos cilvēku vidē, kuri dzīvo pilsētvidē, kur mēs darām visu iespējamo, lai dezinficētu savu ķermeni un apkārtējos objektus, lai novērstu slimību apmaiņu. Daudzos veidos šis process nenoliedzami ir labvēlīgs - savulaik izplatītās slimības, piemēram, bakas, ir uzvarētas vakcīnu izstrādes rezultātā, un uzlabotā sanitārija un antibiotiku pieejamība ir ierobežojusi citu slimību izplatību noteiktos reģionos. Tomēr mūsu kara pret mikrobiem neparedzētas sekas bija mūsu veselībai labvēlīgu mikroorganismu, ieskaitot tos, meklēšanakuras ir pastāvējušas kopā ar mums gadu tūkstošiem ilgi un kurām pašlaik draud izmiršana.
Pārcelšanās uz Marsu var būt pārāk liels pārbaudījums šiem mikrobiem, un to pilnīga zaudēšana gandrīz noteikti kaitēs cilvēkiem. Cilvēkiem ar vāji daudzveidīgu mikrobiomu, visticamāk, attīstās aptaukošanās, 1. tipa cukura diabēts un, iespējams, citas slimības, tai skaitā alerģijas, astma, celiakija un daži vēža veidi. Eksperimenti, kuros peles un truši tiek audzēti sterilos apstākļos, neļaujot viņiem attīstīties mikrobiomam, liek domāt par diezgan drūmu izredzi. Viņu imūnsistēma un nervu sistēmas neattīstās pareizi, un tiek traucēta viņu spēja iegūt barības vielas no pārtikas.
Mikrobiem, kas dzīvo mūsu zarnās, ir būtiska nozīme gremošanā, tāpēc, saskaroties ar pilnīgu mikrobioma zaudēšanu, Marsa kolonistu uzturā ir jāveic izmaiņas. Zinātnieki var izstrādāt speciāli izstrādātus pārtikas produktus, kas satur tikai vienkāršus cukurus, olbaltumvielas un taukus, kurus viegli sagremot bez mikroorganismu palīdzības. No otras puses, ja daži labvēlīgi mikrobi pavada cilvēku uz Marsu, viņi paši var attīstīties kopā ar viņu. Īsās paaudzes perioda dēļ - dažu veidu baktērijas vairojas ik pēc 30 minūtēm - mikrobi attīstās daudz ātrāk nekā cilvēki, kas viņiem ļauj ātri pielāgoties mainīgajiem apstākļiem. Tos ietekmēs arī radiācija, palielinot mutāciju biežumu un vēl vairāk paātrinot to attīstību.
Tie paši procesi notiks ar visiem augiem vai dzīvniekiem, kurus mēs nesam sev līdzi, kā arī ar mikrobiem, kas dzīvo šo sugu iekšienē un uz tām. Citiem vārdiem sakot, izveidojot Marsa koloniju, mēs ieliksim pamatus jauna veida ekosistēmai. Marsa sakārtošana - apzināti mainot Marsa vidi, lai tuvinātu tā apstākļus Zemes apstākļiem - var izraisīt tādu ekosistēmu attīstību, kuras ir atšķirīgas no visām esošajām uz planētas Zeme.
Labās ziņas ir tādas, ka Marsam, iespējams, nebūs infekcijas slimības problēmu. Tāpat kā cilvēka mikrobiomā, visticamāk, vienīgie vīrusi, patogēnās baktērijas un citi patogēni uz Marsa ir tie, ko mēs nesam sev līdzi. Ilgi starpplanētu ceļojumi varētu kļūt par karantīnu, kas ierobežo infekcijas slimību nejaušas parādīšanās iespējas uz Marsa. Lielākā daļa infekcijas slimību, kas ietekmē cilvēkus, ir infekciju rezultāts, ko esam saslēguši no dzīvniekiem, jo īpaši putniem un zīdītājiem. Daudzus no tiem, piemēram, Sibīrijas mēri un trakumsērgu, pārvadā mājas dzīvnieki, piemēram, aitas, liellopi un suņi. Citi, piemēram, Laima slimība, galvenokārt nāk no savvaļas dzīvniekiem. Uz Zemes mēs pastāvīgi saskaramies ar jaunām slimībām,piemēram, Ebolas un Zikas, daļēji tāpēc, ka šie mikrobi regulāri inficē dzīvniekus un cilvēkus. Uz Marsa mēs varam izvairīties no šīs problēmas, nevedot tur putnus vai zīdītājus, tā vietā izvēloties kukaiņus, kuriem ir mazāka iespējamība pārnēsāt infekcijas, kas var inficēt cilvēkus (un kam nepieciešama mazāk barības).
No otras puses, dzīvošana ārpus infekcijas slimības draudiem var izraisīt imūnsistēmas atrofiju, kas riskē kļūt par pielikumam līdzīgu relikviju vai varbūt pilnībā izzust. Šo atrofiju var izraisīt ne tikai slimības neesamība: kosmisko lidojumu laikā astronauti bieži cieš no imūnsupresijas, kas lielā mērā ir saistīta ar stresu, kas saistīts ar pacelšanos, nosēšanos un atrašanos slēgtā telpā, taču saskaņā ar dažiem ziņojumiem šeit loma ir arī mikrogravitācijai.
Imūndeficīti marsieši saskarsies ar dzīvībai bīstamām slimībām, ja atgriezīsies uz Zemes, un cilvēki, kas nāk no Zemes, riskē iznīcināt visu Marsa koloniju, ja viņi nes sev līdzi kādu slimību. Īpaši augsts būs risks, kas saistīts ar slimībām, kurām nav acīmredzamu simptomu, kā tas parasti notiek ar seksuāli transmisīvām infekcijām, piemēram, HIV vai hlamīdiju. Ciešs personīgais kontakts, piemēram, sekss, starp Earthlings un Marsiešiem būtu ļoti riskants.
Salieciet to visu kopā: dzimumakta aizliegums starp Earthlings un Marsiešiem, dibinātāja efekts, izmaiņas mikrobiomā, dabiskā atlase Marsa vides skarbajos apstākļos, kā arī vāja gravitācija - un jums kļūst skaidrs: Marsa apmešanās galu galā novedīs pie pilnīgi jaunas cilvēku sugas attīstības … Šī ir izplatīta parādība salu izolēto dzīvnieku un augu pasaulē - atcerieties slavenos Darvina žubītes. Bet, lai arī salu specifikācija var aizņemt tūkstošiem gadu, paātrinātie mutāciju līmeņi uz Marsa un krasais kontrasts starp dzīves apstākļiem uz Marsa un uz Zemes varētu paātrināt procesu. Tikai dažos simtos paaudžu - varbūt pat sešos tūkstošos gadu - varētu parādīties jauna cilvēka suga.
1950. gadā Rijs Bredberijs publicēja saistītu noveļu sēriju ar nosaukumu “Marsa hronikas”, kurā viņš attēloja tālo nākotni, kurā Marsu kolonizēja cilvēki, kuri jau sen ir zaudējuši visu interesi un saikni ar Zemi. Marsiešiem Bradberijai ir brūna āda un dzeltenas acis. "Vai esat kādreiz domājuši - labi, vai cilvēki dzīvo uz trešās planētas?" - jautā kāds no marsiešiem. “Trešā planēta nav apdzīvojama,” atbild viņas vīrs. "Mūsu zinātnieki saka, ka atmosfērā ir pārāk daudz skābekļa."
Bredberija izdomājumi var būt pravietiski. Ja Zemi skar kādas nopietnas katastrofas, Marsa kolonizācija ilgtermiņā var būt nepieciešams mūsu izdzīvošanas nosacījums. Tomēr cilvēku sugas saglabāšanas stratēģija galu galā var mūs mainīt uz visiem laikiem.
Skots Solomons ir biologs un zinātniskais rakstnieks, kas atrodas Hjūstonā. Viņš māca ekoloģiju, evolūcijas bioloģiju un zinātnisko komunikāciju Rīza universitātē, kur viņš ir profesors Bioszinātņu katedrā. Viņa pirmo grāmatu Future Humans: Inside Science of Our Continuing Evolution publicēja 2016. gada 25. oktobrī Yale University Press.