Hogyan vezethet a Mars felfedezése új emberi fajhoz?
A hamarosan megjelenő hollywoodi film A tér köztünk egy fiú történetét meséli el, aki egy amerikai űrhajósnak született a Marson. Anyja szüléskor meghal, de a gyermek túléli és felnövekszik egy vörös bolygón egy kis űrhajós-kolónia gondozása alatt. A film előzetesében egy sötét hangátvitel biztosítja a film előfeltételét: „A szíve egyszerűen nem tudja kezelni a gravitációt; a csontok túl gyengék. Más szavakkal, nincs visszaút. Ezt a kérdést érdemes meggondolni: ha úgy döntünk, hogy elhagyjuk a Földet, leszármazóink valaha is visszatérhetnek?
Minden évben egyre közelebb állunk a Marshoz. A NASA azt reméli, hogy az emberi lábak 30 év múlva lépnek a Vörös Bolygóra, és Elon Musk ezt a számot tízévesnek nevezi: kezdetben próbarepülés lesz, míg a végső cél az önellátó marsi városok létrehozása. Egy 2016. szeptemberi beszédében Musk megemlítette a „két fő utat”, amelyeket az emberiség megtehetett: „Az egyik út az, hogy örökké a Földön maradjunk, majd a végső kihalás előtt állunk szemben. Alternatívája, ha űrhódító civilizációvá és multiplanetáris fajgá válik."
Ha valaha is elérjük a Marsot, az ottani életkörülmények minden tekintetben különböznek a Földön élőktől. A gravitáció gyengébb hatásaihoz való alkalmazkodás, az intenzív sugárzás és a bakteriális növényzet teljes hiánya arra kényszeríti a marsi gyarmatosítók több generációját, hogy az emberi ősök drámai evolúciós változásainak sorozatát tapasztalja meg, összehasonlítva a függőleges gyaloglás kezdetével és az agy térfogatának növekedésével.
Az első evolúciós változások gyorsak és finomak lehetnek. Mivel a Marson élő első emberek csoportja elkerülhetetlenül korlátozott lesz - Musk javasolta, hogy mintegy száz embert küldjenek az űrhajó fedélzetére - az első marsi gyarmatosítók megtapasztalják az alapító hatásként ismert jelenséget. Ezt a jelenséget minden alkalommal megfigyelik, amikor egy új helyet, például az óceán fenekéből emelkedő vulkáni szigetet, az újonnan érkezők gyarmatosítanak. Az a néhány ember, akik új helyre telepednek le, függetlenül attól, hogy oda jutottak, valószínűleg nem képviseli azt a többséget, amelybe eredetileg tartoztak. Minél kisebb a minta, annál kisebb a valószínűsége, hogy a nagyobb csoportot képviselje.
Ha száz gyarmatosítót küldünk a Marsba, rendkívül alacsony annak a valószínűsége, hogy pontosan képviselik az összes Földön élő embert a magasság, a hajszín, a cukorbetegségre vagy mellrákra való hajlam, a fülmozgatás képessége vagy bármely más genetikai tényező szempontjából. … Bármelyik vonása is volt a korai gyarmatosítóknak, átadják gyermekeiknek, és így a növekvő marsi kolónia, még a természetes szelekció hiányában is, valami különbözik a Föld lakóitól. Például, ha az összes űrhajós, amelyet elküldtünk a Marsra, vörös lenne, akkor lenne egy másik ok a Marsot Vörös Bolygónak hívni.
Az alapító hatás természetesen nem korlátozódik a Mars felfedezőire vagy a bolygóközi utazókra. Bármely izolált vagy kiválasztott populációban előfordulhat. De mivel a nemzedékek száma megváltozik, a változások kifejezettebb és specifikusabb jelleget kaphatnak. Olyan körülmények között, amikor a gravitáció a föld gravitációjának csak egyharmada, a terhesség és a szülés sokkal nehezebb lehet a Marson. Az egerek embrionális fejlődésének kutatói azt találták, hogy az egerek termékenységi aránya, amelynek embriói mesterségesen létrehozott mikrogravitációs körülmények között képződtek, alacsonyabb, mint a normál gravitáció esetén. Érdekes, hogy az in vitro megtermékenyítést nem befolyásolja a gravitáció csökkenése, ám a kapott embriók némelyike nem fejlõdött olyan jól, mint az embriók.normál gravitáció mellett jelenik meg. Ennek okai még nem világosak, de az eredmények azt mutatják, hogy az emlősök, köztük az emberek, több nehézséget tapasztalhatnak a Marson történő terhesség alatt, mint a Földön. És ez viszont új nyomást gyakorolhat az evolúciós szelekcióra, amelyet a Földön nem figyelnek meg.
Az elégtelen gravitáció csontvesztést is eredményez, havonta körülbelül 1% és 2% között. Két vagy három Marson töltött év után a telepesek kockázata annak, hogy elveszítik csonttömegük felét, ami valószínűleg még inkább befolyásolja a terhes nőket, mivel a test terhesség alatt sok kalciumot igényel. A csontsűrűség csökkenése miatt az emberek hajlamosabbak a sérülésekre, különösen a csípő és a gerinc töréseire. Mivel az ilyen sérülések visszafordíthatatlan következményekkel járhatnak a Marson, az természetesen magasabb csontsűrűségű emberek - ami őseinkre jellemzőbb volt, mint a modern emberekre - nagyobb valószínűséggel maradnak fenn és továbbadják géneiket. Ezért sok nemzedékváltás eredményeként a Marson élő emberek természetesen sűrűbb csontokkal rendelkeznek, mint elődeik, ami azt jelenti, hogy erősebb megjelenésűek.
Promóciós videó:
A marsi telepeseknek is alkalmazkodniuk kell a magas sugárzási szinthez. Mivel a bolygó védelmére nincs magnetoszféra vagy légkör, a Marsot nagy energiájú kozmikus sugarak, intenzív ultraibolya sugárzás és napenergia-részecskék támadják meg. A Mars felszínén 500 napig egy személy sugárzási adagot kap, amely hatszorosa az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának alkalmazottainak megengedett maximális éves dózisának. Az űrruházat vagy a föld alatti lakóépületek bizonyos védelmet nyújthatnak, de természetesen mégis időt kell tölteni a Mars felszínén, növények termesztésén, épületek építésénél és hasonlóknál.
A sugárzás károsítja a DNS-t, egyfajta mutációt okozva, amely rákhoz vezet. Noha a sugárzás magasabb rákos megbetegedéseket jelenthet a marsi telepesek számára, ez felgyorsíthatja az evolúciót is véletlenszerű genetikai variációk generálásával, ideértve azokat a tulajdonságokat is, amelyek a marsi környezetben előnyösek.
Ezek a genetikai variációk lehetõvé teszik a testünk megóvását a sugárzásnak. A Földön bőrünk melanint termel, egy pigmentet, amely természetes fényvédő szerként működik. Az emberi populációkban a bőr pigmentációja egyensúlyként alakult ki a túlzott sugárzás kockázata között, amely megzavarja a DNS-termelést, és a nem megfelelő sugárzás kockázata között, amely zavarja a normális csontképződést. Számos más szervezet használ melanint a sugárzás elleni védelemhez, ideértve a sötét színű gombákat is, amelyek akkor nőnek, amikor a csernobili atomreaktor magja megolvad. Az a melanin, amely az emberi test számára maximális védelmet nyújt a napsugárzás ellen, az eumelanin, amely sötétbarna vagy fekete színűvé teszi a bőrt. Olyan emberek, akiknek bőrében sokkal több eumelanin vanképes lesz jobban tolerálni a Mars extrém szintű sugárzását, aminek eredményeként a marslakók bőre sötétebb lesz, mint bármely más embernél.
A rover keresztezi a Dingo Gap homokdűnéit
Másrészről, a Mars intenzív sugárzása hozzájárulhat az új bőrpigmentek kialakulásához. A karotinoidokat - azokat a narancssárga pigmenteket, amelyek színeik a sárgarépát - sok növény és mikroorganizmus előállítja, hogy megvédje őket a napfénytől. Bár sok állatnak van karotinoidja, többségük táplálékából nyeri őket. Kivételt képez a borsó levéltetű, egy kicsi rovar, amely általában zöld színű, de egyes esetekben vörösre vált a saját maga által termelt karotinoidok miatt. A genomiális elemzés kimutatta, hogy a borsó levéltetvek az egyik gombaból megkapják a karotinoidok termeléséért felelős géneket, ami azt jelenti, hogy ritka esetekben az állatok kölcsönözhetnek berendezéseket pigmentek előállításához más szervezetekből. A Mars súlyos körülményei növelhetik az ilyen ritka hitelfelvételek valószínűségét, ha a végeredmény - mondjuk fényes narancssárga bőr - különösen előnyös lenne.
A legfrissebb kutatások kimutatták, hogy a magas szintű sugárzás az agyra is hatással van, megváltoztatva a térbeli memóriát és a kockázatvállalási viselkedést néhány, de nem minden egér esetében. Az ilyen jogsértések súlyos veszélyt jelenthetnek a marsi kolónia sikerére. Ha azonban a Marson élő emberek körében ugyanazok a sugártérzékenységi ingadozások tapasztalhatók, mint a rágcsálók, akkor a természetes szelekció a sugárzás által kevésbé érintett személyek javát szolgálja. A jövő nemzedékek képesek lesznek fejleszteni az ellenállást a sugárzásnak az agyra gyakorolt káros hatásaival szemben, jobban adaptálva az embereket a marsi környezethez, és növelik képességüket az űr tovább kutatására, esetleg akár távolabbi távolabbi bolygókra, például a Proxima b.
Aztán ott vannak a mikrobióm - baktériumok és más apró szervezetek, amelyek testünkben és felületén élnek, és súlyos hatással vannak a testünkre. Ezeket a mikrobákat egész életünk alatt megszerezzük, kezdve azokkal, amelyeket anyáinktól kapunk, amikor átjutunk a szülési csatornán. A korai gyermekkor fontos időszak az egészséges mikrobióma kialakulásában, mivel a gyermekek további mikrobákat kapnak szüleiktől, testvéreiktől, barátaidtól és a környezettől. A Marson élő gyermekek nem kerülnek kitéve a sok különféle mikrobának, amelyeket itt a Földön találunk, és bár a tudósok továbbra is remélik, hogy a Marson mikrobiális életet találnak, még mindig nincs meggyőző bizonyítéka annak létezésére.
Emberek a Marson
A jótékony mikrobák elvesztése kedvezőtlen fizikai és mentális egészségi következményekkel járhat a marsi telepesek számára. Itt, a Földön, már látjuk a városi környezetben élő emberek mikrobiológiai sokféleségének csökkenését, ahol minden tőle telhetőt megteszünk a test és a környező tárgyak fertőtlenítése érdekében a betegségek cseréjének megelőzése érdekében. Ez a folyamat sok szempontból tagadhatatlanul jótékony hatással jár - mivel az átható betegségeket, például a himlőket a vakcinák fejlesztése révén legyőzték, és a jobb szennyvízkezelés és az antibiotikumok rendelkezésre állása korlátozta más betegségek elterjedését bizonyos régiókban. A mikrobákkal szembeni háborúnk előre nem látható következménye az egészségünk számára előnyös mikroorganizmusok üldözése volt, ideértve azokat isamelyek évezredek óta léteznek velünk együtt, és amelyeket jelenleg kihalás fenyeget.
A Marsba való költözés túl sok próbát jelenthet ezeknek a mikrobáknak, és teljes veszteségük szinte biztosan káros lesz az emberekre. A gyengén változatos mikrobiómú emberek nagyobb valószínűséggel alakulnak elhízásban, 1. típusú cukorbetegségben és esetleg más betegségekben, ideértve az allergiákat, asztmát, celiakia és bizonyos típusú rákos betegségeket. Azok a kísérletek, amelyekben egereket és nyulakat steril körülmények között tenyésztik anélkül, hogy bármiféle mikrobiomát kialakulhatnának, meglehetősen tompa kilátásokra utalnak. Immun- és idegrendszerük nem fejlõdik rendesen, és képességük tápanyagok elõállítására étellel veszélyeztetett.
A bélünkben élő mikrobák létfontosságú szerepet játszanak az emésztésben, tehát a mikrobióma teljes elvesztése esetén a marsi telepesek étrendjét meg kell változtatni. A tudósok kifejezetten olyan élelmiszereket készíthetnek, amelyek csak egyszerű cukrokat, fehérjéket és zsírokat tartalmaznak, és amelyek mikroorganizmusok nélkül könnyen emészthetők. Másrészt, ha valamilyen jótékony mikrobák kísérik az embert a Marsra, akkor maguk is fejlődhetnek vele. A rövid generációs időszak miatt - bizonyos baktériumtípusok 30 percenként szaporodnak - a mikrobák sokkal gyorsabban fejlődnek ki, mint az emberek, ami lehetővé teszi számukra, hogy gyorsan alkalmazkodjanak a változó körülményekhez. A sugárzás is befolyásolja őket, növeli a mutáció gyakoriságát és tovább gyorsítja fejlődését.
Ugyanezek a folyamatok zajlanak minden növénynél vagy állatnál, amelyet magunkkal hozunk, valamint az ezen fajok belsejében és felületén élő mikrobákkal. Más szavakkal: egy marsi kolónia létrehozásával megteremtjük az alapokat az új típusú ökoszisztéma számára. A Mars elrendezése - a marsi környezet szándékos megváltoztatása annak érdekében, hogy közelebb álljon annak körülményeihez a Földön - ökoszisztémák fejlődéséhez vezethet, amelyek eltérnek a Föld bolygóján létezőktől.
A jó hír az, hogy Marsnak valószínűleg nem lesz fertőző betegsége. Mint az emberi mikrobiómban, valószínűleg az egyetlen vírus, kórokozó baktérium és más kórokozó a Marson lesz, amit magunkkal hozunk. A hosszú bolygóközi utazás karanténré válhat, amely korlátozza a fertőző betegségek véletlenszerű megjelenésének esélyét a Marson. Az embereket érintő fertőző betegségek többsége olyan állatok, különösen madarak és emlősök által okozott fertőzések eredménye. Ezek közül sokat, például a antracit és a veszettséget, háziállatok, például juhok, szarvasmarhák és kutyák hordoznak. Mások, például a Lyme-kór, elsősorban vadállatokból származnak. A Földön állandóan új betegségekkel kell szembenéznünk,mint például az Ebola és a Zika, részben azért, mert ezek a mikrobák rendszeresen megfertőzik az állatokat és az embereket. A Marson elkerülhetjük ezt a problémát, ha nem hozunk oda madarakat vagy emlősöket, inkább olyan rovarok kiválasztására választunk, amelyek kevésbé valószínűleg olyan fertőzéseket hordoznak, amelyek az embereket megfertőzik (és kevesebb élelmet igényelnek).
Másrészt, ha a fertőző betegség fenyegetésén kívül élünk, az immunrendszer atrófiájához vezethet, amely azzal jár, hogy függelékhez hasonló ereklyé válhat, vagy esetleg teljesen eltűnik. Ezt a atrófiát nemcsak a betegség hiánya okozhatja: az űrrepülések során az űrhajósok gyakran immunszuppressziót szenvednek, amely nagyrészt a felszálláshoz, leszálláshoz és a zárt térben való tartózkodáshoz kapcsolódó stressz következménye, de néhány jelentés szerint a mikrogravitáció is szerepet játszik itt.
Az immunhiányos marslakók életveszélyes betegségekkel néznek szembe, ha visszatérnek a Földre, és a Földről érkező emberek azzal a kockázattal járnak, hogy elpusztítják az egész marsi kolóniát, ha bármilyen betegséget magukkal hoznak. Különösen magas lesz az olyan betegségekkel kapcsolatos kockázat, amelyek nem mutatnak nyilvánvaló tüneteket, mint általában a szexuális úton terjedő fertőzések, például a HIV vagy a chlamydia esetében. A földiek és a marslakók közötti szoros személyes kapcsolat - mint például a szex - nagyon kockázatos lenne.
Mindent összevetve: a földlakók és a marslakók közötti nemi közösülés tilalma, az alapító hatás, a mikrobiómban bekövetkező változások, a természetes válogatás a marsi környezet szélsőséges körülményei között, valamint a gyenge gravitáció - és nektek egyértelművé válik: a Mars települése végül egy teljesen új emberi faj fejlődéséhez vezet. … Ez a szigetekkel elkülönített állatok és növények világában gyakori jelenség - emlékezzen a híres Darwin pintyre. De míg a szigeteken történő specifikáció több ezer évet vehet igénybe, a Marson felgyorsult mutációs arányok, valamint a Mars és a Föld életkörülményei közötti éles kontraszt valószínűleg felgyorsítják a folyamatot. Alig néhány száz generációban - talán akár hat ezer év alatt - új emberfajok léphetnek fel.
1950-ben Ray Bradbury közzétette a Mars-krónikák című kapcsolódó novellák sorozatát, amelyben egy távoli jövőt ábrázolt, amelyben a Marsot olyan emberek gyarmatosították, akik már régóta elvesztették minden érdeklődésüket a Föld iránt. A marslakók Bradbury barna bőrrel és sárga szemmel rendelkeznek. "Gondolt már valaha azon, hogy az emberek harmadik bolygón élnek?" - kérdezi az egyik marsi. „A harmadik bolygó nem lakható” - felelte a férje. "Tudósok szerint túl sok oxigén van a légkörben."
Bradbury kitalálása valószínűleg prófétai. Ha a Földet súlyos katasztrófák sújtják, akkor a Mars hosszú távú gyarmatosítása a túlélésünk szükséges feltétele lehet. Az emberi fajok megóvásának stratégiája azonban végül örökre megváltoztathat bennünket.
Scott Solomon biológus és tudományos író, Houstonban található. Ökológiát, evolúciós biológiát és tudományos kommunikációt tanít a Rice Egyetemen, ahol a biológiai tudományok tanszékének professzora. Első könyve A jövő emberei: a folyamatos evolúciónk tudományán belül 2016. október 25-én jelent meg a Yale University Press részéről.