Kuidas võiks Marsi uurimine viia uue inimliigi tekkeni
Peatselt ilmuv Hollywoodi film "Meie vaheline ruum" räägib loo poisist, kes on sündinud Ameerika astronaudile Marsil. Tema ema sureb sünnitusel, kuid laps jääb ellu ja kasvab punase planeedi väikese astronautide koloonia hoole all. Filmi treileris annab tume häälestus filmi eelduse: „Tema süda lihtsalt ei saa raskusega hakkama; tema luud on liiga nõrgad. " Teisisõnu, tagasi ei pöörata. Seda küsimust tasub mõelda: kui otsustame Maalt lahkuda, kas meie järeltulijad saavad kunagi tagasi naasta?
Igal aastal jõuame Marsile lähemale. NASA loodab, et inimese jalad seavad Punasele planeedile jala 30 aasta pärast ja Elon Musk nimetab seda arvu kümneks aastaks: algul saab see proovilennuks, vahepeal on aga lõppeesmärk luua isemajandavad Marsi linnad. 2016. aasta septembris peetud kõnes mainis Musk "kahte peamist teed", mida inimkond võib võtta: "Üks tee on jääda Maale igaveseks ja siis seisame silmitsi lõpliku väljasuremisega. Alternatiiv on saada kosmose vallutavaks tsivilisatsiooniks ja mitme planeedi liigiks."
Kui jõuame kunagi Marsile, erinevad sealsed elamistingimused igas mõttes Maa omast. Kohanemine raskusjõu nõrgema mõju, intensiivse kiirguse ja bakteriaalse floora täieliku puudumisega sunnib mitut Marsi kolonistide põlvkonda kogema mitmeid põlvkondi inimese esivanemustes, mis on võrreldav püstise kõndimise alguse ja aju mahu suurenemisega.
Esimesed evolutsioonilised muutused võivad olla kiired ja peened. Kuna esimeste inimeste rühm Marsil on paratamatult piiratud arv - Musk on teinud ettepaneku saata umbes sada inimest kosmoselaeva pardale - kogevad esimesed Marsi kolonistid nähtust, mida tuntakse asutajafektina. Seda nähtust täheldatakse iga kord, kui uustulnukad koloniseerivad uue koha, näiteks ookeani põhjast tõusva vulkaanilise saare. Need vähesed isikud, kes elavad uude kohta, sõltumata sellest, kuidas nad sinna jõudsid, ei esinda tõenäoliselt enamust, kuhu nad algselt kuulusid. Mida väiksem on valim, seda vähem on tõenäoline, et ta esindab suuremat rühma, kust see tuli.
Kui saadame Marsile sada kolonisti, on tõenäosus, et nad esindavad täpselt kõiki Maal elavaid inimesi pikkuse, juuksevärvi, diabeedi või rinnavähi kalduvuse, kõrvade liigutamise võime või muude geneetiliste tegurite osas. … Olenemata varajaste kolonistide omadustest, kanduksid need edasi oma lastele ja seega muutuks kasvav Marsi koloonia isegi loodusliku valiku puudumisel Maa elanikest erinevaks. Näiteks kui kõik astronaudid, kelle me Marsile saatsime, oleksid punased, oleks veel üks põhjus nimetada Marsi Punaseks planeediks.
Asutajatefekt ei piirdu muidugi ainult Marsi maadeavastajate või planeetidevaheliste ränduritega. See võib esineda igas isoleeritud või valitud populatsioonis. Kuid mitme põlvkonna vahetumisel võivad muutused omandada selgema ja konkreetsema iseloomu. Tingimustes, kus gravitatsioon on vaid üks kolmandik Maa gravitatsioonist, võib rasedus ja sünnitus olla Marsil palju raskem. Hiirte embrüonaalse arengu teadlased leidsid, et hiirte, kelle embrüod moodustati kunstlikult loodud mikrogravitatsiooni tingimustes, viljakuse määr on madalam kui normaalse gravitatsiooni korral. Huvitaval kombel näib, et raskusjõu langus ei mõjuta viljastamist - in vitro -, kuid mõned saadud embrüod ei arenenud nii hästi kui embrüod.ilmub normaalse raskuse korral. Selle põhjused pole veel selged, kuid tulemused näitavad, et imetajad, sealhulgas inimesed, võivad Marsil raseduse ajal kogeda rohkem raskusi kui Maa peal. Ja see võib omakorda avaldada evolutsioonilise valiku uut survet, mida Maal ei täheldata.
Ebapiisav gravitatsioon põhjustab ka luukoe kaotust kiirusega umbes 1% kuni 2% kuus. Pärast kahte või kolme aastat Marsil kaotavad asunikud poole oma luumassist, mis mõjutab rasedaid tõenäoliselt veelgi, kuna keha vajab raseduse ajal palju kaltsiumi. Luutiheduse vähenemine muudab inimesed kalduvamaks vigastuste tekkeks, eriti puusa ja lülisamba murdudeks. Kuna sellised vigastused võivad Marsil põhjustada pöördumatuid tagajärgi, on looduslikult suurema luutihedusega inimestel - mis oli meie esivanematele iseloomulikum kui tänapäeva inimestele - tõenäolisem, et nad ellu jäävad ja oma geenid edasi annavad. Seetõttu on paljude põlvkondade vahetuse tulemusel Marsil olevatel inimestel lõpuks eelkäijatega võrreldes olemuselt tihedamad luud, mis tähendab, et nad on välimuselt tugevamad.
Reklaamvideo:
Marsi asunikud peavad kohanema ka kõrge radiatsioonitasemega. Ilma planetaadi kaitsmiseks vajaliku magnetosfääri või atmosfääriga ründavad Marsi kõrge energiaga kosmilised kiired, intensiivne ultraviolettkiirgus ja päikeseosakesed. 500 päeva Marsi pinnal saab inimene kiirgusdoosi, mis on kuus korda suurem USA Ühendriikide energeetikaministeeriumi töötajate lubatud maksimaalsest aastasest doosist. Ruumikostüümid või maa-alused eluruumid võivad küll teatavat kaitset pakkuda, kuid muidugi tuleb mõni aeg siiski kulutada Marsi pinnale, põllukultuuride kasvatamisele, hoonete püstitamisele jms.
Kiirgus kahjustab DNA-d, põhjustades omamoodi mutatsiooni, mis viib vähini. Kiirgus võib tähendada kõrgemat vähktõbe Marsi asunike jaoks, kuid see võib kiirendada ka evolutsiooni, genereerides juhuslikke geneetilisi variatsioone, sealhulgas Marsi keskkonnas kasulikke jooni.
Need geneetilised variatsioonid võivad olla viisid, kuidas kaitsta oma keha kiirguse eest. Maakeral toodab meie nahk melaniini - pigmenti, mis toimib loodusliku päikesekaitsekreemina. Naha pigmentatsioon on inimpopulatsioonides arenenud tasakaaluna ülemäärase kiirguse ohu, mis häirib DNA tootmist, ja ebapiisava kiirguse ohu vahel, mis häirib luude normaalset moodustumist. Paljud teised organismid kasutavad melaniini, et kaitsta end kiirguse eest, sealhulgas tumedat värvi seened, mis kasvavad seal, kus Tšernobõli tuumareaktori tuum sulas. Melaniini tüüp, mis pakub inimkehale päikesekiirguse eest maksimaalset kaitset, on eumelaniin, mis annab nahale tumepruuni või musta värvi. Inimesed, kelle nahas on eumelaniini palju rohkemsuudab Marsil paremini taluda äärmuslikku kiirgustasemat, mille tagajärjel on marslaste nahk tumedam kui ühegi inimese oma.
Rover ületab Dingo Gap'i liivaluiteid
Teisalt võib intensiivne kiirgus Marsil aidata kaasa uute nahapigmentide arengule. Karotenoide - oranžid pigmendid, mis annavad porgandile oma värvi - toodavad paljud taimed ja mikroorganismid, et kaitsta neid päikesevalguse eest. Kuigi paljudel loomadel on karotenoide, saab enamik neist neid oma dieedist. Üks erand on herne lehetäi, väike putukas, mis on tavaliselt rohelise värvusega, kuid mõnel juhul muutub punaseks enda toodetavate karotenoidide tõttu. Genoomianalüüs näitas, et hernes lehetäid said karotenoidide tekke eest vastutavad geenid ühest seenest, mis tähendab, et harvadel juhtudel saavad loomad laenata seadmeid pigmendi tootmiseks teistest organismidest. Karmid tingimused Marsil võivad selliste haruldaste laenude tõenäosust suurendada, kui lõpptulemus - ütleme, heleoranž nahk - oleks eriti kasulik.
Värskeimad uuringud on näidanud, et kõrge radiatsioonitase mõjutab ka aju, muutes mõne, kuid mitte kõigi hiirte ruumilist mälu ja riskikäitumist. Sellised rikkumised võivad kujutada tõsist ohtu Marsi koloonia edule. Kui aga Marsil leiduvate inimeste seas leitakse samu kiirguse tundlikkuse kõikumisi, mida näeme närilistel, töötab looduslik valik nende jaoks, keda radiatsioon vähem mõjutab. Tulevased põlvkonnad saavad arendada vastupidavust aju kiirguse kahjulike mõjude vastu, aidates inimestel paremini Marsi keskkonnaga kohaneda ja suurendades nende võimet kosmoses veelgi uurida, võib-olla isegi reisida kaugematesse asustatavatele planeetidele nagu Proxima b.
Siis on veel mikrobioom - bakterid ja muud pisikesed organismid, kes elavad meie keha sees ja pinnal ning avaldavad tõsist mõju meie kehale. Need mikroobid omandavad me kogu oma elu, alustades nendest, mida saame emalt sünnikanali läbimisel. Varases lapsepõlves on oluline osa tervisliku mikrobiomi kujunemisel, kuna lapsed saavad täiendavaid mikroobid oma vanematelt, õdedelt, sõpradelt ja keskkonnalt. Marsil olevad lapsed ei puutu kokku paljude erinevate mikroobidega, mida me siin Maal leiame, ja kuigi teadlased loodavad endiselt leida mikroobide elu Marsil, pole selle olemasolu kohta veel veenvaid tõendeid.
Inimesed Marsil
Kasulike mikroobide kaotamine võib Marsi asunikele põhjustada kahjulikke füüsilise ja vaimse tervise tagajärgi. Siin Maal näeme juba mikroobide mitmekesisuse langust linnakeskkonnas elavate inimeste mikrobiomides, kus anname endast parima oma keha ja ümbritsevate objektide desinfitseerimiseks, et vältida haiguste vahetust. See protsess on mitmel moel vaieldamatult kasulik - kui vaktsiinide väljatöötamisega on levinud sellised levinud haigused nagu rõuged, paranenud kanalisatsioon ja antibiootikumide kättesaadavus on piiranud teiste haiguste levikut konkreetsetesse piirkondadesse. Kuid meie sõja mikroobide vastu võitlemise ettenägematu tagajärg oli meie tervisele kasulike mikroorganismide, sealhulgas nende jälitaminemis on koos meiega eksisteerinud aastatuhandeid ja on praegu väljasuremisohus.
Marsile kolimine võib nende mikroobide jaoks olla liiga suur proovikivi ja nende täielik kaotus on inimestele kindlasti kahjulik. Halvasti mitmekesise mikrobiomiga inimestel on tõenäolisem rasvumine, 1. tüüpi diabeet ja võimalik, et ka muud haigused, sealhulgas allergia, astma, tsöliaakia ja mõned vähiliigid. Katsed, milles hiired ja küülikud kasvatatakse steriilsetes tingimustes, laskmata neil areneda mingeid mikrobiome, viitavad üsna süngele väljavaatele. Nende immuun- ja närvisüsteem ei arene korralikult ning nende võime toidust toitaineid saada on kahjustatud.
Meie soolestikus elavad mikroobid mängivad seedimisel üliolulist rolli, seega peavad mikroobioomi täieliku kadumise korral muutuma Marsi asunike dieedid. Teadlased saavad kujundada spetsiaalselt valmistatud toidud, mis sisaldavad ainult lihtsaid suhkruid, valke ja rasvu, mis on kergesti mikroorganismide abita seeditavad. Teisest küljest, kui inimesega Marsil on kaasas mõned kasulikud mikroobid, saavad nad ise koos temaga areneda. Lühikese põlvkonnaperioodi tõttu - teatud tüüpi bakterid paljunevad iga 30 minuti järel - arenevad mikroobid inimestest palju kiiremini, mis võimaldab neil kiiresti muutuvate tingimustega kohaneda. Neid mõjutab ka kiirgus, suurendades nende mutatsiooni sagedust ja kiirendades veelgi nende arengut.
Samad protsessid toimuvad kõigi taimede või loomade puhul, mille me endaga kaasa võtame, samuti nende liikide sees ja pinnal elavate mikroobidega. Teisisõnu, luues Marsi koloonia, paneme aluse uut tüüpi ökosüsteemile. Marsi korraldamine - Marsi keskkonna tahtlik muutmine, et lähendada selle tingimusi Maakera tingimustele - võib viia ökosüsteemide arenguni, mis erineb kõigist olemasolevatest planeedil Maa.
Hea uudis on see, et Marsil pole tõenäoliselt nakkushaiguse probleemi. Nagu inimese mikrobiomi puhul, on tõenäoliselt ka meie ainsateks viirusteks, patogeenseteks bakteriteks ja muudeks patogeenideks Marsil. Pikk planeedidevaheline reis võib muutuda karantiiniks, mis piirab nakkushaiguste tahtmatu ilmumise võimalusi Marsile. Enamik nakkushaigusi, mis inimesi mõjutavad, tulenevad nakkustest, mille oleme nakatunud loomadelt, eriti lindudelt ja imetajatelt. Paljusid neist, näiteks siberi katku ja marutaudi, kannavad koduloomad nagu lambad, veised ja koerad. Teised, näiteks puukborrelioos, pärinevad peamiselt metsloomadest. Maal seisame pidevalt silmitsi uute haigustega,nagu Ebola ja Zika, osaliselt seetõttu, et need mikroobid nakatavad regulaarselt loomi ja inimesi. Marsil saame seda probleemi vältida, kui me linde või imetajaid sinna ei vii, valides selle asemel putukate valiku, kes kannavad vähem nakkusi, mis võivad inimesi nakatada (ja vajavad vähem toitu).
Teisest küljest võib väljaspool nakkushaiguse ohtu elamine põhjustada immuunsussüsteemi atroofiat, mis võib muutuda pimesooletaoliseks jäänukiks või kaob täielikult. Selle atroofia võib põhjustada mitte ainult haiguse puudumine: kosmoselendude ajal kannatavad astronaudid sageli immunosupressiooni all, mis on suuresti tingitud stardist, maandumisest ja kinnises ruumis viibimisest põhjustatud stressist, kuid mõne teate kohaselt mängib siin rolli ka mikrogravitatsioon.
Immuunpuudulikkusega marsilased seisavad Maale naastes silmitsi eluohtlike haigustega ja Maalt pärit inimesed võivad kogu Marsi koloonia hävitada, kui nad mingid haigused endaga kaasa toovad. Eriti kõrge on risk, mis on seotud haigustega, millel pole ilmseid sümptomeid, nagu tavaliselt sugulisel teel levivate nakkuste, näiteks HIV või klamüüdia korral. Maalaste ja marslaste vaheline tihe isiklik kontakt - nagu seks - oleks väga riskantne.
Pange see kõik kokku: maarahva ja marsi vahelise seksuaalvahekorra keeld, asutajafekt, muutused mikrobiomis, looduslik valik Marsi keskkonna karmides tingimustes, pluss nõrk gravitatsioon - ja teile saab selgeks: Marsi asustus viib lõpuks täiesti uue inimliigi arenguni … See on saartel isoleeritud loomade ja taimede maailmas tavaline nähtus - pidage meeles kuulsaid Darwini vitsasid. Kuid kuigi saarte varjamine võib võtta tuhandeid aastaid, kiirendavad protsessi kiirendatud kiirendatud mutatsioonimäärad Marsil ning terav kontrast Marsi ja Maa elutingimuste vahel. Vaid mõnesaja põlvkonna jooksul - võib-olla nii vähe kui kuus tuhat aastat - võis ilmneda uus inimliik.
1950. aastal avaldas Ray Bradbury sellega seotud lühijuttude sarja nimega Marsi kroonikad, milles ta kujutas kauget tulevikku, milles Marsi koloniseerivad inimesed, kes on juba ammu kaotanud igasuguse huvi Maa ja ühenduse vastu. Marslastel Bradbury on nahk pruun ja kollased silmad. "Kas olete kunagi mõelnud - noh, kas inimesed elavad kolmandal planeedil?" - küsib üks marslastest. "Kolmas planeet pole elamiskõlblik," vastab tema abikaasa. "Meie teadlaste sõnul on selle atmosfääris liiga palju hapnikku."
Bradbury väljamõeldis võib olla prohvetlik. Kui Maad tabas tõsine katastroof, võib pikas perspektiivis Marsi koloniseerimine olla meie ellujäämiseks vajalik tingimus. Inimliikide säilitamise strateegia võib meid lõpuks siiski igaveseks muuta.
Scott Solomon on Houstonis asuv bioloog ja teaduskirjanik. Ta õpetab ökoloogiat, evolutsioonibioloogiat ja teaduslikku kommunikatsiooni Rice ülikoolis, kus ta on bioteaduste osakonna professor. Tema esimene raamat Future Humans: Inside Science of Our Continuing Evolution ilmus 25. oktoobril 2016 Yale University Press poolt.
