Kako lahko raziskovanje Marsa privede do nove človeške vrste
Prihajajoči hollywoodski film Prostor med nama pripoveduje zgodbo o dečku, ki se je rodil ameriškemu astronavtu na Marsu. Njegova mati pri porodu umre, otrok pa preživi in odrašča pod skrbjo majhne kolonije astronavtov na Rdečem planetu. V filmski napovednici temen glasni pregovor predstavi predpostavko filma: "Njegovo srce preprosto ne prenese gravitacije; kosti so mu prešibke. " Z drugimi besedami, nazaj ni. To vprašanje je vredno razmisliti: če se bomo odločili zapustiti Zemljo, se bodo naši potomci sploh lahko vrnili nazaj?
Vsako leto se bližamo Marsu. NASA upa, da bodo človeška stopala stopila na Rdeči planet čez 30 let, Elon Musk pa številko imenuje 10 let: sprva bo to testni let, medtem ko je končni cilj ustvariti samozadostna marsovska mesta. Musk je v svojem septembrskem govoru 2016 omenil "dve glavni poti", ki jih človeštvo lahko pelje: "Ena pot je ostati na Zemlji za vedno, nato pa se bomo soočili z dokončnim izumrtjem. Alternativa je postati civilizacija, ki osvaja vesolje, in večplanetarna vrsta."
Če bomo kdaj dosegli Mars, se bodo tam življenjske razmere v vseh pogledih razlikovale od tistih na Zemlji. Prilagoditev šibkejšim učinkom gravitacije, intenzivnemu sevanju in popolni odsotnosti bakterijske flore bo prisililo več generacij marsovskih kolonistov, da bodo doživeli vrsto dramatičnih evolucijskih sprememb človekovega prednika, primerljivih z začetkom pokončne hoje in povečanjem možganske prostornine.
Prve evolucijske spremembe so lahko hitre in subtilne. Ker bo skupina prvih ljudi na Marsu neizogibno omejena - Musk je predlagal, da bi na vesoljsko plovilo poslali približno sto ljudi - bodo prvi marsovski kolonisti doživeli pojav, znan kot učinek ustanovitelja. Ta pojav opažamo vsakič, ko novomeški kraj, kot je vulkanski otok, ki se dviga iz oceanskega dna, kolonizira. Maloštevilni posamezniki, ki se naselijo v novem kraju, ne glede na to, kako so se tja pripeljali, verjetno ne bodo predstavljali večine, ki so ji prvotno pripadali. Manjši je vzorec, manj verjetno je, da predstavlja večjo skupino, iz katere je prišel.
Če na Mars pošljemo sto kolonistov, je verjetnost, da natančno predstavljajo vse ljudi, ki živijo na Zemlji, glede na višino, barvo las, nagnjenost k diabetesu ali raku dojke, sposobnost premikanja ušesa ali kakršnih koli drugih genetskih dejavnikov, izjemno majhna. … Ne glede na lastnosti, ki so jih imeli zgodnji kolonisti, bi jih prenesli na svoje otroke in tako bi rastoča marsovska kolonija, tudi če ni naravne selekcije, postala nekaj drugačnega od prebivalcev Zemlje. Če bi bili na primer vsi astronavti, ki smo jih poslali na Mars, rdeči, bi obstajal še en razlog, da Mars poimenujemo Rdeči planet.
Utemeljitveni učinek seveda ni omejen na raziskovalce Marsa ali medplanetarne popotnike. Pojavi se lahko pri kateri koli izolirani ali izbrani populaciji. Ker pa se številne generacije spreminjajo, lahko spremembe pridobijo bolj izrazit in specifičen značaj. V razmerah, ko je gravitacija le tretjina zemeljske gravitacije, je lahko nosečnost in porod na Marsu veliko težji. Raziskovalci embrionalnega razvoja pri miših so ugotovili, da je stopnja plodnosti pri miših, katerih zarodki so nastali v umetno ustvarjenih mikrogravitacijskih pogojih, nižja kot pri običajni gravitaciji. Zanimivo je, da oploditev - izvedena in vitro - ne vpliva na zmanjšanje gravitacije, vendar se nekateri pridobljeni zarodki niso razvijali tako dobro kot zarodki.pojavljajo se pod normalno težo. Razlogi za to še niso jasni, rezultati pa kažejo, da bodo sesalci, tudi ljudje, med nosečnostjo na Marsu lahko imeli več težav kot na Zemlji. In to lahko povzroči nov pritisk evolucijske selekcije, ki je na Zemlji ne opazimo.
Nezadostna težnost bo povzročila tudi izgubo kosti s stopnjo približno 1% do 2% na mesec. Po dveh ali treh letih na Marsu naseljevalci tvegajo, da bodo izgubili polovico svoje kostne mase, kar bo verjetno še bolj prizadelo nosečnice, saj telo med nosečnostjo potrebuje veliko kalcija. Zaradi izgube kostne mase so ljudje bolj nagnjeni k poškodbam, zlasti zlomom kolka in hrbtenice. Ker imajo lahko take poškodbe na Marsu nepopravljive posledice, ljudje z naravno višjo kostno gostoto - ki je bila bolj značilna za naše prednike kot sodobni človek - bolj verjetno preživijo in prenesejo svoje gene. Zaradi sprememb mnogih generacij bodo ljudje na Marsu na koncu imeli gostejše kosti kot predhodniki, kar pomeni, da bodo na videz močnejši.
Promocijski video:
Marsovski naseljenci se bodo morali prilagoditi tudi visokim stopnjam sevanja. Brez magnetosfere ali atmosfere, ki bi zaščitila planet, Mars napadajo visokoenergijski kozmični žarki, intenzivno ultravijolično sevanje in sončni delci. Človek bo 500 dni na površini Marsa prejel odmerek sevanja, ki je šestkrat večji od največjega letnega odmerka, ki ga dovolijo zaposleni v ameriškem ministrstvu za energijo. Prostorne obleke ali podzemni bivalni prostori lahko nudijo nekaj zaščite, seveda pa bo treba še nekaj časa porabiti na površini Marsa, gojiti pridelke, postavljati zgradbe in podobno.
Sevanje poškoduje DNK in povzroči nekakšno mutacijo, ki vodi do raka. Čeprav sevanje marsovskih naseljencev lahko sevanje pomeni višje stopnje raka, lahko evolucijo tudi pospeši, tako da ustvari naključne genetske variacije, vključno z lastnostmi, ki so koristne v marsovskem okolju.
Te genetske spremembe so lahko načini zaščite naših teles pred izpostavljenostjo sevanju. Na Zemlji naša koža proizvaja melanin, pigment, ki deluje kot naravna krema za sončenje. Pigmentacija kože se je v človeški populaciji razvila kot ravnovesje med tveganjem za presežek sevanja, ki moti proizvodnjo DNK, in tveganjem nezadostnega sevanja, ki moti normalno tvorbo kosti. Številni drugi organizmi uporabljajo melanin, da se zaščitijo pred sevanjem, vključno s glivami temne barve, ki rastejo tam, kjer se je stalo jedro černobilskega jedrskega reaktorja. Vrsta melanina, ki človeškemu telesu zagotavlja največjo zaščito pred sončnim sevanjem, je eumelanin, ki daje koži temno rjavo ali črno barvo. Ljudje, ki imajo v svoji koži veliko več eumelaninabodo lažje prenašali ekstremne ravni sevanja na Marsu, kar bo povzročilo, da bo koža Marsovcev temnejša kot pri katerem koli človeku.
Rover prečka peščene sipine Dingo Gap
Po drugi strani pa lahko intenzivno sevanje na Marsu prispeva k razvoju novih kožnih pigmentov. Karotenoide - oranžne pigmente, ki korenčku dajejo barvo - proizvajajo številne rastline in mikroorganizmi, da jih zaščitijo pred sončno svetlobo. Čeprav ima veliko živali karotenoide, jih večina dobi iz svoje prehrane. Ena izjema je grahova listna uši, majhna žuželka, ki je ponavadi zelene barve, v nekaterih primerih pa postane rdeča zaradi karotenoidov, ki jih sam proizvaja. Genska analiza je pokazala, da so grahove listne uši dobile gene, ki so odgovorni za proizvodnjo karotenoidov iz ene glive, kar pomeni, da si lahko živali v redkih primerih izposodijo opremo za proizvodnjo pigmenta iz drugih organizmov. Ostre razmere na Marsu bi lahko povečale verjetnost tako redkih posojil, če bi bil še posebej koristen končni rezultat - recimo svetlo oranžna koža.
Nedavne raziskave so pokazale, da visoka raven sevanja vpliva tudi na možgane, spreminja prostorski spomin in vedenje tveganj pri nekaterih, vendar ne vseh, miši. Takšne kršitve bi lahko resno grozile uspehu marsovske kolonije. Če pa med ljudmi na Marsu najdemo enaka nihanja občutljivosti na sevanje, kot jih vidimo pri glodalcih, bo naravna selekcija delovala v korist tistim, ki jih sevanje manj prizadene. Prihodnje generacije bodo lahko razvile odpornost proti škodljivim vplivom sevanja na možgane, kar bo pomagalo človeku, da se bo bolje prilagodil marsovskemu okolju in povečala sposobnost nadaljnjega raziskovanja vesolja, morda celo potovala na bolj oddaljene planete, kot je Proxima b.
Potem je tu še mikrobiom - bakterije in drugi drobni organizmi, ki živijo znotraj in na površini naših teles in resno vplivajo na naše telo. Te mikrobe pridobimo pri nas skozi vse življenje, začenši s tistimi, ki jih prejmemo od mater pri prehodu skozi porodni kanal. Zgodnje otroštvo je pomembno obdobje za razvoj zdravega mikrobioma, saj otroci dobijo dodatne mikrobe od staršev, sorojencev, prijateljev in okolja. Otroci na Marsu ne bodo izpostavljeni številnim različnim mikrobom, ki jih najdemo tukaj na Zemlji, in čeprav znanstveniki še vedno upajo, da bodo na Marsu našli življenje mikrobov, še vedno ni prepričljivih dokazov o njegovem obstoju.
Ljudje na Marsu
Izguba koristnih mikrobov lahko privede do škodljivih telesnih in duševnih posledic za marsovske naseljence. Tu na Zemlji že opažamo zmanjšanje mikrobne raznolikosti mikrobiomov ljudi, ki živijo v urbanem okolju, kjer se trudimo, da razkužimo svoje telo in okoliške predmete, da preprečimo izmenjavo bolezni. Ta postopek je v mnogih pogledih nesporno koristen - ko so se z razvojem cepiv porazile razširjene bolezni, kot je na primer ostriga, izboljšane sanitarne razmere in razpoložljivost antibiotikov pa so omejile širjenje drugih bolezni na določena območja. Vendar je bila nepredvidena posledica naše vojne z mikrobi zasledovanje mikroorganizmov, koristnih za naše zdravje, vključno s tistimi,ki z nami obstajajo tisočletja in trenutno ogrožajo izumrtje.
Premik na Mars je lahko preveč preizkus za te mikrobe, njihova popolna izguba pa bo skoraj zagotovo škodovala človeku. Ljudje s slabo raznolikim mikrobiomom pogosteje razvijejo debelost, diabetes tipa 1 in morda tudi druge bolezni, vključno z alergijami, astmo, celiakijo in nekaterimi vrstami raka. Poskusi, v katerih se miši in zajci vzrejajo v sterilnih pogojih, ne da bi jim omogočili, da razvijejo kakršne koli mikrobiome, kar kaže na precej nejasne možnosti. Njihov imunski in živčni sistem se ne razvijata pravilno, njihova sposobnost pridobivanja hranil iz hrane pa je ogrožena.
Mikrobi, ki živijo v našem črevesju, igrajo vitalno vlogo pri prebavi, zato se morajo zaradi popolne izgube mikrobioma prehrane marsovskih naseljencev spremeniti. Znanstveniki lahko oblikujejo posebej pripravljeno hrano, ki vključuje le preproste sladkorje, beljakovine in maščobe, ki se brez prebave mikroorganizmov zlahka prebavijo. Po drugi strani pa, če nekateri koristni mikrobi človeka spremljajo na Mars, se lahko sami razvijejo z njim. Zaradi kratkega obdobja generacije - nekatere vrste bakterij se množijo vsakih 30 minut - mikrobi se razvijejo veliko hitreje kot ljudje, kar jim omogoča, da se hitro prilagodijo spreminjajočim se razmeram. Na njih bo vplivalo tudi sevanje, s čimer se bo povečala njihova mutacijska frekvenca in še pospešila njihova evolucija.
Enaki procesi se bodo zgodili z vsemi rastlinami ali živalmi, ki jih prinesemo s seboj, pa tudi z mikrobi, ki živijo znotraj in na površini teh vrst. Z drugimi besedami, z ustvarjanjem marsovske kolonije bomo postavili temelje za nov tip ekosistema. Urejanje Marsa - namerno spreminjanje marsovskega okolja z namenom približevanja njegovih pogojev tistim na Zemlji - lahko privede do razvoja ekosistemov, ki niso enaki nobenemu na planetu Zemlja.
Dobra novica je, da Mars verjetno ne bo imel težav z nalezljivimi boleznimi. Kot pri človeškem mikrobiomu so verjetno edini virusi, patogene bakterije in drugi povzročitelji bolezni na Marsu tisti, ki jih prinesemo s seboj. Dolga medplanetarna potovanja bi lahko postala karantena, ki omejuje možnosti naključnega pojava nalezljivih bolezni na Marsu. Večina nalezljivih bolezni, ki prizadenejo človeka, so posledica okužb, ki smo jih prebolele živali, zlasti ptice in sesalci. Veliko teh, kot so antraks in steklina, nosijo domače živali, kot so ovce, govedo in psi. Drugi, kot je lajmska bolezen, večinoma izvirajo od divjih živali. Na Zemlji se nenehno srečujemo z novimi boleznimi,kot sta Ebola in Zika, deloma zato, ker ti mikrobi redno okužijo živali in ljudi. Na Marsu se lahko tej težavi izognemo, če tja ne pripeljemo ptic ali sesalcev in se odločimo za izbor žuželk, za katere je manj verjetno, da prenašajo okužbe, ki lahko okužijo ljudi (in potrebujejo manj hrane).
Po drugi strani pa življenje zunaj grožnje nalezljive bolezni lahko privede do atrofije imunskega sistema, kar tvega, da postane relikvija podobna dodatku ali morda v celoti izgine. To atrofijo lahko povzroči ne le odsotnost bolezni: med vesoljskimi leti astronavti pogosto trpijo zaradi imunosupresije, kar je v veliki meri posledica stresa, povezanega z vzletom, pristajanjem in bivanjem v zaprtem prostoru, vendar po nekaterih poročilih tu igra tudi vlogo mikrogravitacija.
Marsijci z oslabljenimi imunskimi lastnostmi se bodo soočili z življenjsko nevarnimi boleznimi, če se bodo vrnili na Zemljo, in ljudje, ki prihajajo z Zemlje, tvegajo, da bodo uničili celotno marsovsko kolonijo, če s seboj prinesejo kakšno bolezen. Tveganja, povezana z boleznimi, ki ne kažejo očitnih simptomov, kot je običajno pri spolno prenosljivih okužbah, kot sta HIV ali klamidija, bodo še posebej velika. Tesen osebni stik - kot je seks - med Zemljani in Marsovci bi bil zelo tvegan.
Vse skupaj: prepoved spolnih odnosov med zemljani in Marsovci, učinek ustanovitelja, spremembe mikrobioma, naravna selekcija v ostrih pogojih marsovskega okolja in šibka gravitacija - in postalo vam bo jasno: naselitev Marsa bo sčasoma privedla do razvoja popolnoma nove človeške vrste … To je pogost pojav v svetu živali in rastlin, izoliranih na otokih - spomnite se znamenitih Darwinovih plazilcev. Medtem ko lahko specifikacije na otokih trajajo več tisoč let, bodo pospešene stopnje mutacije na Marsu in izrazito nasprotje med življenjskimi razmerami na Marsu in na Zemlji ta proces še pospešile. V samo nekaj sto generacijah - morda kar šest tisoč let - bi se lahko pojavila nova vrsta človeka.
Leta 1950 je Ray Bradbury objavil serijo sorodnih kratkih zgodb z naslovom The Martian Chronicles, v katerih je upodobil daljno prihodnost, v kateri so Mars kolonizirani ljudje, ki so že zdavnaj izgubili vse zanimanje in povezavo z Zemljo. Marsovci Bradbury imajo rjavo kožo in rumene oči. "Ste kdaj pomislili - no, o tem, ali ljudje živijo na tretjem planetu?" - vpraša eden od Marsovcev. "Tretjega planeta ni mogoče bivati," odgovarja njen mož. "Naši znanstveniki pravijo, da je v njeni atmosferi preveč kisika."
Bradburyjeva fikcija je morda preroška. Če bo Zemljo prizadela kakšna resna nesreča, je kolonizacija Marsa dolgoročno lahko nujen pogoj za naše preživetje. Vendar pa nas lahko strategija za ohranjanje človeške vrste za vedno spremeni.
Scott Solomon je biolog in znanstveni pisec s sedežem v Houstonu. Poučuje ekologijo, evolucijsko biologijo in znanstveno komunikacijo na univerzi Rice, kjer je profesor na oddelku za bioznanost. Njegovo prvo knjigo Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution je 25. oktobra 2016 izdala Yale University Press.
