Ako môže výskum na Marse viesť k novým ľudským druhom
Pripravovaný hollywoodsky film Vesmír medzi nami rozpráva príbeh chlapca, ktorý sa narodil americkému astronautovi na Marse. Jeho matka zomiera pri narodení dieťaťa, ale dieťa prežije a vyrastie v starostlivosti malej kolónie astronautov na Červenej planéte. Vo filmovom upútavke je premisou filmu tmavý hlas: „Jeho srdce nedokáže zvládnuť gravitáciu; jeho kosti sú príliš slabé. “Inými slovami, nedá sa vrátiť. Táto otázka stojí za zváženie: ak sa rozhodneme opustiť Zem, budú sa naši potomkovia niekedy môcť vrátiť?
Každý rok sa približujeme k Marsu. NASA dúfa, že ľudské nohy vstúpia na Červenú planétu za 30 rokov a Elon Musk túto postavu nazýva 10 rokov: spočiatku to bude skúšobný let, zatiaľ konečným cieľom je vytvoriť sebestačné marťanské mestá. V prejave v septembri 2016 Musk spomenul „dve hlavné cesty“, ktoré môže ľudstvo zvoliť: „Jednou z ciest je zostať na Zemi navždy a potom budeme čeliť konečnému vyhynutiu. Alternatívou je stať sa civilizáciou dobývajúcou vesmír a mnohonárodným druhom. “
Ak sa niekedy dostaneme na Mars, životné podmienky sa budú vo všetkých ohľadoch líšiť od životných podmienok na Zemi. Prispôsobenie slabším účinkom gravitácie, intenzívneho žiarenia a úplnej neprítomnosti bakteriálnej flóry prinúti niekoľko generácií marťanských kolonistov zažiť niekoľko dramatických vývojových zmien v ľudskom predku, porovnateľných s nástupom vzpriamenej chôdze a zvýšením objemu mozgu.
Prvé vývojové zmeny môžu byť rýchle a jemné. Keďže počet prvých ľudí na Marse bude nevyhnutne obmedzený - Musk navrhol vyslať na palubu kozmickej lode asi sto ľudí - prví marťanskí kolonisti zažijú jav známy ako zakladateľský efekt. Tento jav sa pozoruje zakaždým, keď nové miesto, napríklad sopečný ostrov, ktorý vystupuje z dna oceánu, kolonizujú noví prisťahovalci. Niekoľko jednotlivcov, ktorí sa usadia na novom mieste, bez ohľadu na to, ako sa tam dostali, pravdepodobne nebude predstavovať väčšinu, ku ktorej pôvodne patrili. Čím je vzorka menšia, tým menšia je pravdepodobnosť, že bude reprezentovať väčšiu skupinu, z ktorej pochádza.
Ak na Mars pošleme sto kolonistov, je veľmi nízka pravdepodobnosť, že presne reprezentujú všetkých ľudí žijúcich na Zemi z hľadiska výšky, farby vlasov, sklonu k rozvoju cukrovky alebo rakoviny prsníka, schopnosti pohybovať sa ušami alebo inými genetickými faktormi. … Nech už boli čokoľvek čo charakterizovali prví kolonisti, odovzdali by ich deťom, a tak sa rastúca marťanská kolónia, dokonca aj bez prirodzeného výberu, stala niečo iné ako obyvatelia Zeme. Napríklad, ak by všetci astronauti, ktorých sme poslali na Mars, boli červení, existoval by ďalší dôvod nazvať Mars červenou planétou.
Zakladajúci účinok sa, samozrejme, neobmedzuje iba na prieskumníkov na Marse alebo medziplanetárnych cestujúcich. Môže sa vyskytnúť v akejkoľvek izolovanej alebo vybranej populácii. Ale ako sa mení generácia, zmeny môžu nadobudnúť výraznejší a špecifickejší charakter. V podmienkach, keď gravitácia predstavuje iba jednu tretinu zemskej gravitácie, môže byť na Marse tehotenstvo a pôrod oveľa ťažšie. Výskumníci embryonálneho vývoja u myší zistili, že miera plodnosti u myší, ktorých embryá boli vytvorené za umelo vytvorených podmienok mikrogravitácie, je nižšia ako pri normálnej gravitácii. Je zaujímavé, že oplodnenie - uskutočňované in vitro - sa nezdá byť ovplyvnené poklesom gravitácie, ale niektoré získané embryá sa nevyvinuli rovnako ako embryá.objavujú sa pri normálnej gravitácii. Dôvody zatiaľ nie sú jasné, ale výsledky naznačujú, že cicavce vrátane ľudí môžu mať počas tehotenstva na Marse väčšie problémy ako na Zemi. A to zase môže vyvíjať nový tlak evolučného výberu, ktorý na Zemi nie je pozorovaný.
Nedostatočná gravitácia bude mať tiež za následok stratu kostí rýchlosťou približne 1% až 2% za mesiac. Po dvoch alebo troch rokoch na Marse osadníci riskujú stratu polovice svojej kostnej hmoty, čo pravdepodobne ešte viac ovplyvní tehotné ženy, pretože telo počas tehotenstva potrebuje veľa vápnika. Strata hustoty kostí spôsobuje, že ľudia sú viac náchylní na zranenia, najmä zlomeniny bedra a chrbtice. Keďže takéto zranenia môžu mať na Mars nezvratné následky, ľudia s prirodzene vyššou hustotou kostí - ktorá bola pre našich predkov viac charakteristická ako moderní ľudia - s väčšou pravdepodobnosťou prežijú a odovzdajú svoje gény. Preto v dôsledku zmeny mnohých generácií budú ľudia na Marse prirodzene mať hustejšie kosti ako ich predchodcovia, čo znamená, že budú mať silnejší vzhľad.
Propagačné video:
Marťanskí osadníci sa tiež budú musieť prispôsobiť vysokej úrovni žiarenia. Bez magnetosféry alebo atmosféry na ochranu planéty je Mars napadnutý vysokoenergetickými kozmickými lúčmi, intenzívnym ultrafialovým žiarením a slnečnými časticami. Počas 500 dní na povrchu Marsu dostane osoba dávku žiarenia, ktorá je šesťnásobkom maximálnej ročnej dávky povolenej zamestnancami amerického ministerstva energetiky. Ochranu môžu poskytnúť aj kozmické kozy alebo podzemné obytné štvrte, ale samozrejme, ešte stále bude treba nejaký čas stráviť na povrchu Marsu, pestovaním plodín, stavaním budov a podobne.
Žiarenie poškodzuje DNA a spôsobuje druh mutácie, ktorá vedie k rakovine. Kým ožarovanie môže pre marťanských osadníkov znamenať vyššiu mieru rakoviny, môže tiež urýchliť vývoj generovaním náhodných genetických variácií, vrátane vlastností, ktoré sú prospešné pre marťanské prostredie.
Tieto genetické variácie môžu byť spôsobmi, ako chrániť naše telo pred ožiarením. Na Zemi naša pokožka produkuje melanín, pigment, ktorý pôsobí ako prírodný krém. V ľudskej populácii sa vyvinula pigmentácia kože ako rovnováha medzi rizikom nadmerného žiarenia, ktoré narúša produkciu DNA, a rizikom nedostatočného žiarenia, ktoré narúša normálnu tvorbu kostí. Mnoho iných organizmov používa melanín na ochranu pred žiarením, vrátane tmavých húb, ktoré rastú tam, kde sa topilo jadro jadrového reaktora v Černobyle. Typom melanínu, ktorý poskytuje ľudskému telu maximálnu ochranu pred slnečným žiarením, je eumelanín, ktorý dodáva pokožke tmavohnedú alebo čiernu farbu. Ľudia, ktorí majú omnoho viac eumelanínu v pokožkebude môcť lepšie tolerovať extrémne úrovne žiarenia na Marse, čo bude mať za následok, že marťanská pokožka bude tmavšia ako pokožka každého človeka.
Rover prechádza cez piesočné duny Dingo Gap
Na druhej strane intenzívne žiarenie na Marse by mohlo prispieť k vývoju nových kožných pigmentov. Karotenoidy - oranžové pigmenty, ktoré dávajú mrkvi farbu - sú produkované mnohými rastlinami a mikroorganizmami, ktoré ich chránia pred slnečným žiarením. Aj keď veľa zvierat má karotenoidy, väčšina z nich ich získava zo stravy. Výnimkou je hrachová mšička, malý hmyz, ktorý je zvyčajne zelený, ale v niektorých prípadoch z červenej kvôli karotenoidom, ktoré sám produkuje. Genomická analýza ukázala, že hrachové vošky dostali gény zodpovedné za produkciu karotenoidov z jednej huby, čo znamená, že si zvieratá môžu v zriedkavých prípadoch požičať zariadenie na výrobu pigmentu z iných organizmov. Drsné podmienky na Marse by mohli zvýšiť pravdepodobnosť takýchto vzácnych pôžičiek, ak by konečný výsledok - povedzme, jasne oranžová pokožka - bol obzvlášť výhodný.
Nedávne štúdie ukázali, že vysoká úroveň žiarenia ovplyvňuje aj mozog, mení priestorovú pamäť a správanie pri riskovaní u niektorých myší, ale nie u všetkých. Takéto porušenia by mohli vážne ohroziť úspech marťanskej kolónie. Ak sa však medzi ľuďmi na Marse vyskytnú rovnaké výkyvy citlivosti na žiarenie, aké vidíme u hlodavcov, prirodzený výber bude pôsobiť v prospech tých, ktorí sú menej radiovaní. Budúce generácie si budú môcť vyvinúť odolnosť proti škodlivým účinkom žiarenia na mozog, pomôžu ľuďom lepšie sa prispôsobiť marťanskému prostrediu a zvýšia ich schopnosť ďalšieho prieskumu vesmíru.
Potom sú tu mikrobiómy - baktérie a iné drobné organizmy, ktoré žijú vo vnútri a na povrchu nášho tela a majú závažný vplyv na naše telo. Tieto mikróby získavame počas celého života, počnúc tými, ktoré dostávame od matiek pri prechode pôrodným kanálom. Rané detstvo je dôležitým obdobím pre rozvoj zdravého mikrobiómu, pretože deti dostávajú ďalšie mikróby od svojich rodičov, súrodencov, priateľov a životného prostredia. Deti na Marse nebudú vystavené mnohým rôznym mikróbom, ktoré tu nachádzame na Zemi, a zatiaľ čo vedci stále dúfajú, že na Marse nájdu mikrobiálny život, stále neexistujú presvedčivé dôkazy o jeho existencii.
Ľudia na Marse
Strata prospešných mikróbov môže mať pre marťanských osadníkov nepriaznivé dôsledky na fyzické a duševné zdravie. Tu na Zemi už vidíme pokles mikrobiálnej diverzity v mikrobiómoch ľudí žijúcich v mestskom prostredí, kde sa snažíme dezinfikovať naše telá a okolité objekty, aby sme zabránili výmene chorôb. V mnohých ohľadoch je tento proces nepopierateľne prospešný - akonáhle sa pervazívne choroby, ako sú kiahne, porazili vývojom vakcíny, a zlepšená hygiena a dostupnosť antibiotík obmedzili šírenie ďalších chorôb na konkrétne regióny. Neočakávaným dôsledkom našej vojny s mikróbmi však bolo hľadanie mikroorganizmov prospešných pre naše zdravie vrátane tých, ktoréktoré s nami existujú už tisícročia a v súčasnosti im hrozí vyhynutie.
Presun na Mars môže byť pre tieto mikróby príliš veľkým testom a ich úplná strata bude pre ľudí takmer určite škodlivá. U ľudí so slabo rozmanitým mikrobiómom je väčšia pravdepodobnosť, že sa u nich vyvinie obezita, cukrovka typu 1 a pravdepodobne aj iné choroby vrátane alergií, astmy, celiakie a určitých druhov rakoviny. Pokusy, v ktorých sú myši a králiky chované v sterilných podmienkach bez toho, aby im umožnili vyvinúť akýkoľvek mikrobióm, naznačujú dosť pochmúrnu vyhliadku. Ich imunitný a nervový systém sa nevyvíja správne a ich schopnosť získavať výživné látky z potravín je oslabená.
Mikróby, ktoré žijú v našom čreve, zohrávajú pri trávení životne dôležitú úlohu, takže vzhľadom na úplnú stratu mikróbov sa musia diéty marťanských osadníkov zmeniť. Vedci môžu navrhovať špeciálne zložené potraviny, ktoré obsahujú iba jednoduché cukry, bielkoviny a tuky, ktoré sa ľahko strávia bez pomoci mikroorganizmov. Na druhú stranu, ak nejaké užitočné mikróby sprevádzajú človeka na Mars, môžu sa spolu s ním vyvíjať. Vzhľadom na krátke generačné obdobie - niektoré typy baktérií sa množia každých 30 minút - sa mikróby vyvíjajú oveľa rýchlejšie ako ľudia, čo im umožňuje rýchlo sa prispôsobiť meniacim sa podmienkam. Budú tiež ovplyvnení ožarovaním, zvýšením frekvencie mutácií a ďalším zrýchlením ich vývoja.
Rovnaké procesy nastanú s akýmikoľvek rastlinami alebo zvieratami, ktoré so sebou prinášame, ako aj s mikróbmi žijúcimi vnútri a na povrchu týchto druhov. Inými slovami, vytvorením marťanskej kolónie položíme základy pre nový typ ekosystému. Usporiadanie Marsu - úmyselné zmeny marťanského prostredia s cieľom priblížiť jeho podmienky podmienkam na Zemi - môže viesť k rozvoju ekosystémov, ktoré sú na rozdiel od všetkých existujúcich na planéte Zem.
Dobrá správa je, že Mars pravdepodobne nebude mať problém s infekčnými chorobami. Rovnako ako pri ľudskom mikrobióme, jediné vírusy, patogénne baktérie a ďalšie patogény na Marse budú pravdepodobne také, ktoré si so sebou prinesieme. Dlhé medziplanetárne cestovanie by sa mohlo stať karanténou, ktorá obmedzuje šance na náhodný výskyt infekčných chorôb na Marse. Väčšina infekčných chorôb, ktoré postihujú ľudí, je výsledkom infekcií, ktoré sme dostali od zvierat, najmä vtákov a cicavcov. Mnohé z nich, ako sú antrax a besnota, sú prepravované domácimi zvieratami, ako sú ovce, hovädzí dobytok a psy. Iné, napríklad lymská choroba, pochádzajú hlavne z divých zvierat. Na Zemi neustále čelíme novým chorobám,ako napríklad Ebola a Zika, čiastočne preto, že tieto mikróby pravidelne infikujú zvieratá a ľudí. Na Marse sa tomuto problému môžeme vyhnúť tým, že tam nebudeme prinášať vtáky alebo cicavce a namiesto toho vyberáme hmyz, ktorý bude menej náchylný na infekcie, ktoré môžu infikovať človeka (a vyžaduje menej potravy).
Na druhej strane, život mimo hrozby infekčných chorôb môže viesť k atrofii imunitného systému, čo môže viesť k tomu, že sa stane pamiatkou podobnou dodatku alebo možno zmizne úplne. Táto atrofia môže byť spôsobená nielen neprítomnosťou choroby: astronauti počas vesmírnych letov často trpia imunosupresiou, ktorá je do značnej miery spôsobená stresom spojeným s odletom, pristátím a pobytom v obmedzenom priestore, ale podľa niektorých správ tu hrá úlohu aj mikrogravitácia.
Imunokompromitovaní Marťania budú čeliť život ohrozujúcim chorobám, ak sa vrátia na Zem, a ľudia, ktorí pochádzajú zo Zeme, riskujú zničenie celej marťanskej kolónie, ak so sebou prinesú nejaké ochorenie. Riziká spojené s chorobami, ktoré nevykazujú zjavné príznaky, ako je to zvyčajne v prípade sexuálne prenosných infekcií, ako je HIV alebo chlamydia, budú obzvlášť vysoké. Blízky osobný kontakt - napríklad sex - medzi pozemšťanmi a Marťanmi by bol veľmi riskantný.
Dajte to všetko dohromady: zákaz sexuálneho styku medzi pozemšťanmi a Marťanmi, zakladajúci účinok, zmeny v mikrobióme, prirodzený výber v drsných podmienkach marťanského prostredia plus slabá gravitácia - a to vám bude jasné: osídlenie Marsu nakoniec povedie k vývoju úplne nového ľudského druhu. … Toto je bežný jav vo svete zvierat a rastlín izolovaných na ostrovoch - pamätajte na slávne darwinské pinky. Zatiaľ čo špekulácie na ostrovoch môžu trvať tisíce rokov, zrýchlené miery mutácií na Marse a výrazný kontrast medzi životnými podmienkami na Marse a na Zemi tento proces pravdepodobne urýchlia. Len za niekoľko stoviek generácií - možno len za šesť tisíc rokov - sa mohol objaviť nový druh človeka.
V roku 1950, Ray Bradbury publikoval sériu súvisiacich poviedok s názvom Marťanské kroniky, v ktorých vykreslil vzdialenú budúcnosť, v ktorej je Mars kolonizovaný ľuďmi, ktorí už dávno stratili všetok záujem a spojenie so Zemou. Marťania Bradbury majú hnedú pokožku a žlté oči. "Už ste niekedy premýšľali - dobre, o tom, či ľudia žijú na tretej planéte?" - žiada jedného z Marťanov. "Tretia planéta nie je obývateľná," odpovedá jej manžel. „Naši vedci tvrdia, že v atmosfére je príliš veľa kyslíka.“
Bradburyho fikcia môže byť prorocká. Ak je Zem zasiahnutá vážnymi katastrofami, môže byť kolonizácia Marsu z dlhodobého hľadiska nevyhnutnou podmienkou pre naše prežitie. Stratégia na ochranu ľudského druhu nás však môže v konečnom dôsledku zmeniť navždy.
Scott Solomon je biológ a vedecký spisovateľ so sídlom v Houstone. Vyučuje ekológiu, evolučnú biológiu a vedeckú komunikáciu na Rice University, kde je profesorom na Katedre biologických vied. Jeho prvá kniha Budúci ľudia: Vnútri vedy o našom pokračujúcom vývoji bola vydaná 25. októbra 2016 spoločnosťou Yale University Press.