Hvordan Mars-efterforskning kunne føre til en ny menneskelig art
Den snart frigivne Hollywood-film The Space Between Us fortæller historien om en dreng, der er født til en amerikansk astronaut på Mars. Hans mor dør i fødsel, men barnet overlever og vokser op under pleje af en lille koloni af astronauter på den røde planet. I filmtraileren giver en mørk voiceover forudsætningen for filmen:”Hans hjerte klarer bare ikke tyngdekraften; hans knogler er for svage. Med andre ord er der ingen tilbagevenden. Dette spørgsmål er værd at overveje: Hvis vi beslutter at forlade Jorden, vil vores efterkommere nogensinde kunne vende tilbage?
Hvert år kommer vi tættere på Mars. NASA håber, at menneskelige fødder vil sætte foden på den røde planet på 30 år, og Elon Musk kalder tallet 10 år: i første omgang vil det være en testflyvning, i mellemtiden er det ultimative mål at skabe selvforsynende martiske byer. I en tale i september 2016 nævnte Musk "to hovedstier", som menneskeheden kan gå: "En sti er at forblive på Jorden for evigt, og så står vi over for den endelige udryddelse. Alternativet er at blive en rum-erobrende civilisation og en multiplanetær art."
Hvis vi nogensinde når Mars, vil levevilkårene der afvige fra dem på Jorden i alle henseender. Tilpasning til de svagere effekter af tyngdekraft, intens stråling og det fuldstændige fravær af bakterieflora vil tvinge flere generationer af martiske kolonister til at opleve en række dramatiske evolutionære ændringer i menneskelig aner, sammenlignelige med starten af opretstående gang og en stigning i hjernevolumen.
De første evolutionære ændringer kan være hurtige og subtile. Da gruppen af de første mennesker på Mars uundgåeligt vil være begrænset i antal - Musk har foreslået at sende omkring hundrede mennesker ombord på rumfartøjet - vil de første Martiske kolonister opleve et fænomen kendt som grundlæggereffekten. Dette fænomen observeres hver gang et nyt sted, som en vulkanø, der stiger op fra havbunden, koloniseres af nykommere. Det er usandsynligt, at de få individer, der bosætter sig på et nyt sted, uanset hvordan de kom der, repræsenterer det flertal, som de oprindeligt tilhørte. Jo mindre prøve, jo mindre sandsynligt er det for at repræsentere den større gruppe, den kom fra.
Hvis vi sender hundrede kolonister til Mars, er sandsynligheden for, at de nøjagtigt repræsenterer alle mennesker, der lever på Jorden med hensyn til højde, hårfarve, tilbøjelighed til at udvikle diabetes eller brystkræft, evnen til at bevæge ører eller andre genetiske faktorer ekstremt lav. … Uanset hvilke træk de tidlige kolonister havde, ville de videregive til deres børn, og dermed ville en voksende martansk koloni, selv i fravær af naturlig udvælgelse, blive noget andet end jordens indbyggere. For eksempel, hvis alle astronauterne, vi sendte til Mars, var røde, ville der være en anden grund til at kalde Mars den røde planet.
Grundlæggereffekten er selvfølgelig ikke begrænset til Mars-opdagelsesrejsende eller interplanetære rejsende. Det kan forekomme i enhver isoleret eller valgt population. Men når flere generationer skifter, kan ændringer få en mere udtalt og specifik karakter. Under forhold, hvor tyngdekraften kun er en tredjedel af jordens tyngdekraft, kan graviditet og fødsel være meget vanskeligere på Mars. Forskere af embryonal udvikling hos mus har fundet, at fertilitetsgraden hos mus, hvis embryoner blev dannet under kunstigt skabte mikrogravitetsbetingelser, er lavere end under normal tyngdekraft. Interessant nok ser fertilisering - udført in vitro - ikke ud til at være påvirket af faldet i tyngdekraften, men nogle af de opnåede embryoner udviklede sig ikke så godt som embryoerne.vises under normal tyngdekraft. Årsagerne til dette er endnu ikke klare, men resultaterne indikerer, at pattedyr, inklusive mennesker, kan opleve flere vanskeligheder under drægtighed på Mars end på Jorden. Og dette kan igen udøve et nyt pres på evolutionær markering, som ikke ses på Jorden.
Utilstrækkelig tyngdekraft vil også resultere i knogletab med en hastighed på ca. 1% til 2% pr. Måned. Efter to eller tre år på Mars risikerer nybyggerne at miste halvdelen af deres knoglemasse, hvilket sandsynligvis vil påvirke gravide kvinder endnu mere, da kroppen kræver meget kalk under graviditeten. Tab af knogletæthed gør folk mere udsatte for skader, især brud på hoften og rygsøjlen. Da sådanne skader kan have irreversible konsekvenser på Mars, er mennesker med naturligt højere knogletæthed - som var mere karakteristiske for vores forfædre end moderne mennesker - mere tilbøjelige til at overleve og videregive deres gener. Derfor, som følge af ændringerne i mange generationer, vil mennesker på Mars naturligvis ende med tættere knogler end deres forgængere, hvilket betyder, at de vil være stærkere i udseendet.
Salgsfremmende video:
Marsbosættere skal også tilpasse sig høje strålingniveauer. Uden magnetosfære eller atmosfære, der beskytter planeten, angribes Mars af kosmiske stråler med høj energi, intens ultraviolet stråling og solpartikler. I 500 dage på Mars's overflade vil en person modtage en stråledosis, der er seks gange den maksimale årlige dosis, som er tilladt af ansatte i det amerikanske energiministerium. Rumdrag eller underjordiske boliger kan muligvis give en vis beskyttelse, men selvfølgelig vil der stadig være brug for nogen tid på Mars's overflade, dyrke afgrøder, opføre bygninger og lignende.
Stråling beskadiger DNA, hvilket forårsager en slags mutation, der fører til kræft. Mens stråling kan betyde højere kræftsatser for Marsbosættere, kan det også fremskynde udviklingen ved at generere tilfældige genetiske variationer, herunder træk, der er gavnlige i Marsmiljøet.
Disse genetiske variationer kan være måder at beskytte vores kroppe mod strålingseksponering. På jorden producerer vores hud melanin, et pigment, der fungerer som en naturlig solcreme. Hudpigmentering har udviklet sig i humane populationer som en balance mellem risikoen for overskydende stråling, der forstyrrer DNA-produktionen, og risikoen for utilstrækkelig stråling, der forstyrrer normal knogledannelse. Mange andre organismer bruger melanin for at beskytte sig selv mod stråling, inklusive mørkefarvede svampe, der vokser, hvor kernen i Chernobyl-atomreaktoren smeltede. Den type melanin, der giver den menneskelige krop maksimal beskyttelse mod solstråling er eumelanin, der giver huden en mørkebrun eller sort farve. Mennesker, der har meget mere eumelanin i deres hudvil være i stand til bedre at tolerere ekstreme niveauer af stråling på Mars med det resultat, at Martians 'hud vil være mørkere end noget menneske.
Rover krydser Dingo Gap sandklitter
På den anden side kunne intens stråling på Mars bidrage til udviklingen af nye hudpigmenter. Carotenoider - de orange pigmenter, der giver gulerødder deres farve - produceres af mange planter og mikroorganismer for at beskytte dem mod sollys. Selvom mange dyr har carotenoider, får de fleste af dem fra deres diæt. En undtagelse er ærlusbladet, et lille insekt, der normalt er grøn i farve, men i nogle tilfælde bliver rød på grund af carotenoider, som det producerer selv. Genomanalyse viste, at ærlusbladene modtog de gener, der var ansvarlige for produktionen af carotenoider fra en svamp, hvilket betyder, at dyr i sjældne tilfælde kan låne udstyr til produktion af pigment fra andre organismer. De hårde forhold på Mars kunne øge sandsynligheden for sådanne sjældne lån, hvis slutresultatet - f.eks. Lys orange hud - var særligt fordelagtigt.
Nylig forskning har vist, at høje niveauer af stråling også påvirker hjernen, ændrer den rumlige hukommelse og tager adfærd hos nogle, men ikke alle, mus. Sådanne krænkelser kunne udgøre en alvorlig trussel mod den Martiske kolonis succes. Men hvis de samme udsving i strålingsfølsomhed, som vi ser hos gnavere, findes blandt mennesker på Mars, vil naturlig selektion fungere til fordel for dem, der er mindre påvirket af stråling. Fremtidige generationer vil være i stand til at udvikle modstand mod de skadelige virkninger af stråling på hjernen, hvilket hjælper mennesker med at tilpasse sig det Marsmiljø og øge deres evne til yderligere rumudforskning, måske endda rejse til fjernere beboelige planeter som Proxima b.
Så er der mikrobiomet - bakterier og andre små organismer, der lever inde i og på overfladen af vores kroppe og har en alvorlig effekt på vores krop. Disse mikrober erhverves af os gennem vores liv, begynder med dem, vi modtager fra vores mødre, når de passerer gennem fødselskanalen. Tidlig barndom er en vigtig periode for udviklingen af et sundt mikrobiom, da børn får yderligere mikrober fra deres forældre, søskende, venner og miljøet. Børn på Mars vil ikke blive udsat for de mange forskellige mikrober, vi finder her på Jorden, og selvom forskere stadig håber at finde mikrobielt liv på Mars, er der stadig ingen afgørende bevis for dens eksistens.
Folk på Mars
Tabet af gavnlige mikrober kan føre til ugunstige fysiske og psykiske helbredsmæssige konsekvenser for de Martiske bosættere. Her på Jorden ser vi allerede et fald i mikrobiel mangfoldighed i mikrobiomerne hos mennesker, der bor i bymiljøer, hvor vi gør vores bedste for at desinficere vores kroppe og omgivende genstande for at forhindre udveksling af sygdomme. På mange måder er denne proces ubestrideligt fordelagtig - når først gennemgribende sygdomme som kopper er blevet besejret ved vaccineudvikling, og forbedret sanitet og tilgængeligheden af antibiotika har begrænset spredningen af andre sygdomme til specifikke regioner. En uforudset konsekvens af vores krig mod mikrober var imidlertid udøvelsen af mikroorganismer, der var gavnlige for vores helbred, inklusive demsom har eksisteret sammen med os i årtusinder og i øjeblikket er truet af udryddelse.
At flytte til Mars kan være for meget en test for disse mikrober, og deres fuldstændige tab vil næsten helt sikkert være til skade for mennesker. Mennesker med et dårligt forskelligartet mikrobiom er mere tilbøjelige til at udvikle fedme, type 1-diabetes og muligvis andre sygdomme, herunder allergier, astma, cøliaki og visse typer kræft. Eksperimenter, hvor mus og kaniner opdrages under sterile betingelser uden at lade dem udvikle noget mikrobiom overhovedet, antyder et ret dystre udsigter. Deres immun- og nervesystem udvikler sig ikke ordentligt, og deres evne til at få næringsstoffer fra fødevarer kompromitteres.
Mikroberne, der lever i vores tarm, spiller en vigtig rolle i fordøjelsen, så i lyset af det fuldstændige tab af mikrobiomet skal diæt fra de Martiske bosættere gennemgå ændringer. Forskere kan designe specielt formulerede fødevarer, der kun indeholder enkle sukkerarter, proteiner og fedtstoffer, der let fordøjes uden hjælp af mikroorganismer. På den anden side, hvis nogle gavnlige mikrober ledsager en person til Mars, kan de selv udvikle sig med ham. På grund af den korte produktionsperiode - nogle typer bakterier formerer sig hvert 30. minut - udvikler mikrober meget hurtigere end mennesker, hvilket giver dem mulighed for hurtigt at tilpasse sig skiftende forhold. De vil også blive påvirket af stråling, øge deres mutationsfrekvens og yderligere fremskynde deres udvikling.
De samme processer vil forekomme med planter eller dyr, som vi bringer med os, samt med mikroberne, der lever inden i og på overfladen af disse arter. Med andre ord, ved at oprette en Martian-koloni, lægger vi grundlaget for en ny type økosystem. At arrangere Mars - bevidst ændre Marsmiljøet for at bringe dens forhold tættere på Jorden - kan føre til udvikling af økosystemer, der er ulige nogen som findes på planeten Jorden.
Den gode nyhed er, at Mars sandsynligvis ikke har et infektionssygdomsproblem. Som med det humane mikrobiom er det sandsynligvis, at de eneste vira, patogene bakterier og andre patogener på Mars er de, vi har med os. Lang interplanetær rejse kan blive en karantæne, der begrænser chancerne for utilsigtet udseende af infektionssygdomme på Mars. De fleste af de infektionssygdomme, der påvirker mennesker, er resultatet af infektioner, vi har fået fra dyr, især fugle og pattedyr. Mange af disse, såsom miltbrand og rabies, bæres af husdyr som får, kvæg og hunde. Andre, såsom Lyme sygdom, kommer hovedsageligt fra vilde dyr. På Jorden står vi konstant over for nye sygdomme,såsom Ebola og Zika, delvis fordi disse mikrober inficerer regelmæssigt dyr og mennesker. På Mars kan vi undgå dette problem ved ikke at bringe fugle eller pattedyr der, og i stedet vælge et udvalg af insekter, der er mindre tilbøjelige til at bære infektioner, der kan inficere mennesker (og kræver mindre mad).
På den anden side kan det at leve uden for truslen om smitsom sygdom føre til immunsystematrofi, som risikerer at blive et appendikslignende relikvie eller måske forsvinde helt. Denne atrofi kan ikke kun skyldes fraværet af sygdom: under rumflugt lider astronauter ofte af immunsuppression, hvilket i vid udstrækning skyldes stress forbundet med start, landing og at være i et begrænset rum, men ifølge nogle rapporter spiller mikrogravitet også en rolle her.
Immunkompromitterede martiere vil blive udsat for livstruende sygdomme, hvis de vender tilbage til Jorden, og mennesker, der kommer fra Jorden risikerer at ødelægge hele Mars-kolonien, hvis de bringer en sygdom med sig. Risikoen forbundet med sygdomme, der ikke viser åbenlyse symptomer, som normalt er tilfældet med seksuelt overførte infektioner som HIV eller klamydia, vil være særlig høje. Tæt personlig kontakt - som sex - mellem Earthlings og Martians ville være meget risikabelt.
Sæt det hele sammen: forbuddet mod seksuel omgang mellem Earthlings og Martians, grundlæggereffekten, ændringer i mikrobiomet, naturlig udvælgelse under de hårde forhold i det Martiske miljø, plus svag tyngdekraft - og det bliver klart for dig: bosættelsen af Mars vil i sidste ende føre til udvikling af en helt ny menneskelig art … Dette er et almindeligt fænomen i verdenen af dyr og planter isoleret på øerne - husk den berømte Darwins finker. Men selvom speciation på øer kan tage tusinder af år, vil de accelererede mutationsrater på Mars og den skarpe kontrast mellem levevilkårene på Mars og på Jorden sandsynligvis fremskynde processen. På bare nogle få hundrede generationer - måske så lidt som seks tusind år - kunne en ny art af mennesker opstå.
I 1950 udgav Ray Bradbury en række relaterede noveller kaldet The Martian Chronicles, hvor han skildrede en fjern fremtid, hvor Mars koloniseres af mennesker, der længe har mistet al interesse for og forbindelse til Jorden. Martians Bradbury har brun hud og gule øjne. "Har du nogensinde tænkt over - ja, om mennesker bor på en tredje planet?" - spørger en af martianerne.”Den tredje planet er ikke beboelig,” svarer hendes mand. "Vores forskere siger, at der er for meget ilt i dets atmosfære."
Bradburys fiktion kan godt være profetisk. Hvis Jorden er ramt af nogle alvorlige katastrofer, kan koloniseringen af Mars på lang sigt være en nødvendig betingelse for vores overlevelse. Imidlertid kan en strategi for at bevare den menneskelige art i sidste ende ændre os for evigt.
Scott Solomon er en biolog og videnskabelig forfatter med base i Houston. Han underviser i økologi, evolutionær biologi og videnskabelig kommunikation ved Rice University, hvor han er professor i Institut for Biovidenskab. Hans første bog Future Humans: In the Science of Our Continuing Evolution blev udgivet den 25. oktober 2016 af Yale University Press.
