Как изследването на Марс може да доведе до нов човешки вид
Предстоящият холивудски филм Пространството между нас разказва историята на момче, което е родено на американски астронавт на Марс. Майка му умира при раждане, но детето оцелява и израства под грижите на малка колония от астронавти на Червената планета. В трейлъра на филма мрачният глас предлага предпоставката на филма: „Сърцето му просто не може да се справи с гравитацията; костите му са твърде слаби. С други думи, няма връщане назад. Този въпрос си струва да се замислим: ако решим да напуснем Земята, дали нашите потомци някога ще могат да се върнат обратно?
Всяка година се приближаваме до Марс. НАСА се надява, че човешките крака ще стъпят на Червената планета след 30 години, а Илон Мъск нарича цифрата 10 години: в началото това ще бъде тестов полет, а междувременно крайната цел е да се създадат самодостатъчни марсиански градове. В реч през септември 2016 г. Мъск спомена „два основни пътя”, които може да поеме човечеството: „Един път е да останеш на Земята завинаги и тогава ще бъдем изправени пред окончателното изчезване. Алтернативата е да се превърне в завоюваща космическа цивилизация и многопланетен вид."
Ако някога достигнем Марс, условията на живот там ще се различават от тези на Земята във всички отношения. Адаптирането към по-слабите ефекти на гравитацията, интензивното излъчване и пълното отсъствие на бактериална флора ще принудят няколко поколения марсиански колонисти да преживеят поредица от драматични еволюционни промени в човешкото потекло, сравними с началото на изправено ходене и увеличаване на мозъчния обем.
Първите еволюционни промени могат да бъдат бързи и фини. Тъй като групата на първите хора на Марс неизбежно ще бъде ограничена по брой - Мъск предложи да изпрати около сто души на борда на космическия кораб - първите марсиански колонисти ще изпитат феномен, известен като ефект на основателя. Това явление се наблюдава всеки път, когато ново място, подобно на вулканичен остров, издигащ се от океанското дъно, е колонизирано от новодошлите. Малкото хора, които се заселват на ново място, независимо от това как са попаднали там, е малко вероятно да представляват мнозинството, към което първоначално са принадлежали. Колкото по-малка е извадката, толкова по-малка е вероятността да представлява по-голямата група, от която произлиза.
Ако изпратим на Марс сто колонисти, вероятността те точно да представят всички хора, които живеят на Земята по отношение на височина, цвят на косата, склонност към развитие на диабет или рак на гърдата, способност за движение на ушите или други генетични фактори е изключително ниска. … Каквито и черти да са имали ранните колонисти, те биха се предали на техните деца и по този начин нарастващата марсианска колония, дори и при липса на естествена селекция, ще се превърне в нещо различно от жителите на Земята. Например, ако всички астронавти, които изпратихме на Марс, бяха червени, щеше да има друга причина да наречем Марс Червената планета.
Ефектът на основателя, разбира се, не се ограничава до изследователи на Марс или междупланетни пътници. Тя може да се появи във всяка изолирана или избрана популация. Но тъй като редица поколения се променят, промените могат да придобият по-ясно изразен и специфичен характер. В условия, когато гравитацията е само една трета от земната гравитация, бременността и раждането могат да бъдат много по-трудни на Марс. Изследователи на ембрионалното развитие при мишки са установили, че степента на плодовитост при мишки, чиито ембриони са формирани при изкуствено създадени условия на микрогравитация, са по-ниски, отколкото при нормална гравитация. Интересното е, че оплождането - проведено in vitro - изглежда не се влияе от намаляването на гравитацията, но някои от получените ембриони не се развиват, както и ембрионите.появяващи се при нормална гравитация. Причините за това все още не са ясни, но резултатите сочат, че бозайниците, включително хората, могат да изпитат повече трудности по време на гестацията на Марс, отколкото на Земята. А това от своя страна може да окаже нов натиск на еволюционния подбор, какъвто не се наблюдава на Земята.
Недостатъчната гравитация също ще доведе до загуба на кост със скорост от около 1% до 2% на месец. След две-три години на Марс заселниците рискуват да загубят половината от костната си маса, което вероятно ще засегне бременните жени още повече, тъй като тялото изисква много калций по време на бременност. Загубата на костна плътност прави хората по-податливи на нараняване, особено фрактури на тазобедрената става и гръбначния стълб. Тъй като подобни наранявания могат да имат необратими последици на Марс, хората с естествено по-висока плътност на костите - което беше по-характерно за нашите предци от съвременните хора - е по-вероятно да оцелеят и да предадат своите гени. Следователно, в резултат на смяната на много поколения, хората на Марс естествено ще имат по-плътни кости от предшествениците си, което означава, че ще имат по-силен външен вид.
Промоционално видео:
Марсианските заселници също ще трябва да се адаптират към високите нива на радиация. Без магнитосфера или атмосфера за защита на планетата, Марс е атакуван от космически лъчи с висока енергия, интензивно ултравиолетово лъчение и слънчеви частици. За 500 дни на повърхността на Марс човек ще получи доза радиация, която е шест пъти максималната годишна доза, разрешена от служители на Министерството на енергетиката на Съединените щати. Спални костюми или подземни жилищни помещения може да осигурят известна защита, но разбира се, все още ще трябва да се отдели време на повърхността на Марс, за отглеждане на култури, издигане на сгради и други подобни.
Радиацията уврежда ДНК, причинявайки вид мутация, която води до рак. Въпреки че радиацията може да означава по-високи нива на рак за марсианските заселници, тя може също да ускори еволюцията, като генерира случайни генетични вариации, включително черти, които са полезни в марсианската среда.
Тези генетични вариации могат да бъдат начини за предпазване на телата ни от радиационно облъчване. На Земята кожата ни произвежда меланин, пигмент, който действа като естествен слънцезащитен крем. Кожната пигментация се е развила в човешките популации като баланс между риска от излишна радиация, която нарушава производството на ДНК, и риска от недостатъчно лъчение, което пречи на нормалното образуване на кост. Много други организми използват меланин, за да се предпазят от радиация, включително гъбички с тъмен цвят, които растат там, където се стопи ядрото на ядрения реактор в Чернобил. Типът меланин, който осигурява на човешкото тяло максимална защита от слънчевата радиация, е еумеланинът, който придава на кожата тъмнокафяв или черен цвят. Хората, които имат много повече еумеланин в кожата сище може по-добре да понася екстремни нива на радиация на Марс, в резултат на което кожата на марсианците ще бъде по-тъмна от тази на всеки човек.
Роувърът пресича пясъчните дюни на Динго Гап
От друга страна, интензивното излъчване на Марс може да допринесе за еволюцията на нови кожни пигменти. Каротеноидите - оранжевите пигменти, които придават на морковите си цвят - се произвеждат от много растения и микроорганизми, за да ги предпазят от слънчева светлина. Въпреки че много животни имат каротеноиди, повечето от тях ги получават от диетата си. Едно изключение е граховата листна въшка, малко насекомо, което обикновено е със зелен цвят, но в някои случаи става червено поради каротеноидите, които сам произвежда. Геномният анализ показа, че граховите листни въшки са получили гените, отговорни за производството на каротеноиди от една гъбичка, което означава, че в редки случаи животните могат да вземат назаем оборудване за производството на пигмент от други организми. Тежките условия на Марс биха могли да увеличат вероятността от такива редки заеми, ако крайният резултат - да речем, ярко оранжевата кожа - е особено полезен.
Последните изследвания показват, че високите нива на радиация също влияят на мозъка, променяйки пространствената памет и поведението на рискове при някои, но не всички мишки. Подобни нарушения могат да представляват сериозна заплаха за успеха на марсианската колония. Ако обаче при Марс на хората на Марс се открият същите колебания в чувствителността към радиация, които виждаме при гризачите, естественият подбор ще работи в полза на по-слабо засегнатите от радиацията. Бъдещите поколения ще могат да развият устойчивост към вредното въздействие на радиацията върху мозъка, помагайки на хората да се адаптират по-добре към марсианската среда и да увеличат способността си за по-нататъшно изследване на космоса, може би дори да пътуват до по-далечни обитаеми планети като Proxima b.
Тогава е микробиома - бактерии и други мънички организми, които живеят вътре и на повърхността на телата ни и оказват сериозно влияние върху тялото ни. Тези микроби се придобиват от нас през целия ни живот, започвайки от тези, които получаваме от нашите майки при преминаване през родилния канал. Ранното детство е важен период за развитието на здравословен микробиом, тъй като децата получават допълнителни микроби от своите родители, братя и сестри, приятели и околната среда. Децата на Марс няма да бъдат изложени на многото различни микроби, които намираме тук на Земята, и докато учените все още се надяват да открият микробния живот на Марс, все още няма категорични доказателства за неговото съществуване.
Хората на Марс
Загубата на полезни микроби може да доведе до неблагоприятни последици за физическото и психическото здраве за марсианските заселници. Тук, на Земята, вече наблюдаваме намаляване на микробното разнообразие в микробиомите на хората, живеещи в градска среда, където правим всичко възможно да дезинфекцираме телата си и околните предмети, за да предотвратим обмена на болести. В много отношения този процес е безспорно полезен - след като широко разпространените болести като едра шарка са били победени от развитието на ваксините, а подобрената санитария и наличието на антибиотици ограничиха разпространението на други заболявания до конкретни региони. Въпреки това, непредвидена последица от нашата война срещу микробите беше стремежът към микроорганизми, полезни за нашето здраве, включително тезикоито съществуват съвместно с нас от хилядолетия и в момента са застрашени от изчезване.
Преминаването до Марс може да бъде твърде много изпитание за тези микроби и пълната им загуба почти сигурно ще бъде пагубна за хората. Хората със слабо разнообразен микробиом са по-склонни да развият затлъстяване, диабет тип 1 и евентуално други заболявания, включително алергии, астма, целиакия и някои видове рак. Експерименти, при които мишки и зайци се отглеждат при стерилни условия, без да им позволяват да развият какъвто и да било микробиом, предполагат доста мрачна перспектива. Имунната и нервната им система не се развиват правилно и способността им да получават хранителни вещества от храната е нарушена.
Микробите, които живеят в червата ни, играят жизненоважна роля в храносмилането, така че при пълната загуба на микробиома диетите на марсианските заселници трябва да претърпят промени. Учените могат да проектират специално формулирани храни, които включват само прости захари, протеини и мазнини, които лесно се усвояват без помощта на микроорганизми. От друга страна, ако някои полезни микроби придружават човек до Марс, те самите могат да се развият заедно с него. Поради краткия период на генерация - някои видове бактерии се размножават на всеки 30 минути - микробите се развиват много по-бързо от хората, което им позволява бързо да се адаптират към променящите се условия. Те също ще бъдат засегнати от радиация, увеличавайки честотата на мутациите си и допълнително ускорявайки еволюцията си.
Същите процеси ще се случват с всички растения или животни, които носим със себе си, както и с микробите, живеещи вътре и на повърхността на тези видове. С други думи, създавайки марсианска колония, ние ще поставим основите на нов тип екосистема. Подреждането на Марс - умишлено промяна на марсианската среда с цел да се доближат условията му до тези на Земята - може да доведе до развитието на екосистеми, които за разлика от всички съществуващи на планетата Земя.
Добрата новина е, че Марс вероятно няма да има проблем с инфекциозни заболявания. Както при човешкия микробиом, единствените вируси, патогенни бактерии и други патогени на Марс вероятно са тези, които носим със себе си. Дългото междупланетно пътуване може да се превърне в карантина, която ограничава шансовете за случайна поява на инфекциозни заболявания на Марс. Повечето от инфекциозните заболявания, които засягат хората, са резултат от инфекции, които сме заразили от животни, по-специално птици и бозайници. Много от тях, като антракс и бяс, се носят от домашни животни като овце, говеда и кучета. Други, като лаймската болест, идват главно от диви животни. На Земята постоянно се сблъскваме с нови болести,като Ебола и Зика, отчасти защото тези микроби редовно заразяват животни и хора. На Марс можем да избегнем този проблем, ако не докараме там птици или бозайници, избирайки вместо това, селекция от насекоми, които е по-малко вероятно да пренасят инфекции, които могат да заразят хората (и да изискват по-малко храна).
От друга страна, животът извън заплахата от инфекциозно заболяване може да доведе до атрофия на имунната система, която рискува да стане реликва, наподобяваща апендикс, или може би изчезне изцяло. Тази атрофия може да бъде причинена не само от липсата на болести: по време на космически полети астронавтите често страдат от имуносупресия, което до голяма степен се дължи на стреса, свързан с излитане, кацане и пребиваване в затворено пространство, но според някои доклади тук играе роля и микрогравитацията.
Имунокомпрометираните марсианци ще се сблъскат с животозастрашаващи заболявания, ако се върнат на Земята, а хората, идващи от Земята, рискуват да унищожат цялата марсианска колония, ако донесат някаква болест със себе си. Рисковете, свързани с заболявания, които не показват очевидни симптоми, както обикновено е при полово предавани инфекции като ХИВ или хламидия, ще бъдат особено големи. Тесният личен контакт - като секс - между земляни и марсианци би бил много рисков.
Поставете всичко заедно: забраната за сексуален контакт между земляни и марсианци, ефектът на основателя, промените в микробиома, естественият подбор в суровите условия на марсианската среда плюс слаба гравитация - и на вас ви става ясно: заселването на Марс в крайна сметка ще доведе до развитието на напълно нов човешки вид … Това е често срещано явление в света на животни и растения, изолирани на островите - помнете известните перки на Дарвин. Но докато спецификацията на островите може да отнеме хиляди години, ускореният процент на мутации на Марс и рязък контраст между условията на живот на Марс и на Земята вероятно ще ускорят процеса. Само за няколкостотин поколения - може би едва шест хиляди години - може да се появи нов вид човек.
През 1950 г. Рей Бредбъри публикува поредица от свързани кратки истории, наречени „Марсианските хроники“, в които той представя далечно бъдеще, в което Марс е колонизиран от хора, които отдавна са загубили всякакъв интерес и връзка със Земята. Марсианците Бредбъри имат кафява кожа и жълти очи. "Замисляли ли сте се някога - е, дали хората живеят на трета планета?" - пита един от марсианците. „Третата планета не е обитаема“, отговаря съпругът ѝ. "Нашите учени твърдят, че в атмосферата му има твърде много кислород."
Измислицата на Бредбъри може би е пророческа. Ако Земята е засегната от някои сериозни бедствия, колонизацията на Марс в дългосрочен план може да бъде необходимо условие за нашето оцеляване. Въпреки това, стратегия за опазване на човешкия вид може в крайна сметка да ни промени завинаги.
Скот Соломон е биолог и научен писател със седалище в Хюстън. Преподава екология, еволюционна биология и научна комуникация в Университета Райс, където е професор в катедрата по биологии. Първата му книга „Бъдещи хора: вътре в науката за нашата непрекъсната еволюция“е публикувана на 25 октомври 2016 г. от Yale University Press.