Jak může průzkum na Marsu vést k novým lidským druhům
Připravovaný hollywoodský film Vesmír mezi námi vypráví příběh chlapce, který se narodil americkému astronautovi na Marsu. Jeho matka zemřela při porodu, ale dítě přežije a vyrůstá v péči malé kolonie astronautů na Rudé planetě. Ve filmovém upoutávce poskytuje filmový předpoklad temný hlas: „Jeho srdce nedokáže zvládnout gravitaci; jeho kosti jsou příliš slabé. “Jinými slovy, nedá se vrátit. Tato otázka stojí za to přemýšlet: pokud se rozhodneme opustit Zemi, budou se naši potomci někdy moci vrátit zpět?
Každý rok se přibližujeme k Marsu. NASA doufá, že lidské nohy vstoupí na Rudou planetu za 30 let a Elon Musk ji nazývá 10 let: nejprve to bude zkušební let, mezitím bude cílem vytvořit soběstačná marťanská města. V projevu v září 2016 Musk zmínil „dvě hlavní cesty“, které může lidstvo vzít: „Jednou z cest je navždy zůstat na Zemi, a pak budeme čelit konečnému vyhynutí. Alternativou je stát se civilizací dobývající vesmír a více planetárním druhem. ““
Pokud se někdy dostaneme na Mars, životní podmínky se budou ve všech ohledech lišit od podmínek na Zemi. Přizpůsobení slabším účinkům gravitace, intenzivního záření a úplné absence bakteriální flóry donutí několik generací marťanských kolonistů zažít řadu dramatických evolučních změn v lidském původu, srovnatelných s nástupem vzpřímené chůze a zvýšením objemu mozku.
První evoluční změny mohou být rychlé a jemné. Protože počet prvních lidí na Marsu bude nevyhnutelně omezen v počtu - Musk navrhl vyslat na palubu kosmické lodi asi sto lidí - první marťanští kolonisté zažijí jev známý jako efekt zakladatele. Tento jev je pozorován pokaždé, když nové místo, jako sopečný ostrov stoupající z dna oceánu, je kolonizováno nováčky. Nemnoho jednotlivců, kteří se usadí na novém místě, bez ohledu na to, jak se tam dostali, pravděpodobně nebude představovat většinu, k níž původně patřili. Čím menší je vzorek, tím menší je pravděpodobnost, že bude reprezentovat větší skupinu, ze které pochází.
Pokud na Mars pošleme sto kolonistů, pravděpodobnost, že přesně reprezentují všechny lidi žijící na Zemi, co se týče výšky, barvy vlasů, náchylnosti k rozvoji cukrovky nebo rakoviny prsu, schopnost pohybovat se ušima nebo jinými genetickými faktory, je extrémně nízká. … Ať už vlastnili rané kolonisté jakékoli rysy, byly by předávány jejich dětem, a tak by se rostoucí marťanská kolonie, i kdyby neexistoval přirozený výběr, stal něčím jiným než obyvateli Země. Například, pokud by všichni astronauti, které jsme poslali na Mars, byli červení, byl by další důvod nazývat Mars Rudou planetou.
Zakladatelský efekt se samozřejmě neomezuje pouze na průzkumníky na Marsu nebo meziplanetární cestovatele. Může se vyskytovat v jakékoli izolované nebo vybrané populaci. Ale jak se mění řada generací, mohou změny získat výraznější a specifičtější charakter. V podmínkách, kdy gravitace představuje pouze jednu třetinu zemské gravitace, může být na Marsu těhotenství a porod mnohem obtížnější. Výzkumníci embryonálního vývoje u myší zjistili, že míry plodnosti u myší, jejichž embrya byla vytvořena za uměle vytvořených podmínek mikrogravitace, jsou nižší než za normální gravitace. Je zajímavé, že oplodnění - prováděné in vitro - se nezdá být ovlivněno poklesem gravitace, ale některá získaná embrya se nevyvinula stejně jako embrya.objevují se v normální gravitaci. Důvody nejsou zatím jasné, ale výsledky naznačují, že savci, včetně lidí, se mohou během těhotenství na Marsu setkat s většími obtížemi než na Zemi. A to zase může vyvíjet nový tlak evolučního výběru, který na Zemi není pozorován.
Nedostatečná gravitace bude mít také za následek úbytek kostní hmoty v množství asi 1% až 2% za měsíc. Po dvou nebo třech letech na Marsu osadníci riskují ztrátu poloviny své kostní hmoty, což pravděpodobně ještě více ovlivní těhotné ženy, protože tělo během těhotenství potřebuje hodně vápníku. Ztráta hustoty kostí způsobuje, že lidé jsou více náchylní k poranění, zejména zlomeninám kyčle a páteře. Protože taková zranění mohou mít na Mars nezvratné důsledky, lidé s přirozeně vyšší hustotou kostí - která byla pro naše předky charakterističtější než moderní lidé - s větší pravděpodobností přežijí a předají své geny. Proto v důsledku změny mnoha generací skončí lidé na Marsu přirozeně hustší kosti než jejich předchůdci, což znamená, že budou mít silnější vzhled.
Propagační video:
Marťanští osadníci se také budou muset přizpůsobit vysoké úrovni záření. Bez magnetosféry nebo atmosféry chránící planetu je Mars napaden vysoce energetickými kosmickými paprsky, intenzivním ultrafialovým zářením a slunečními částicemi. Po dobu 500 dnů na povrchu Marsu obdrží osoba dávku záření, která je šestinásobkem maximální roční dávky povolené zaměstnanci Ministerstva energetiky Spojených států. Kosmická loď nebo podzemní obytná část může poskytnout určitou ochranu, ale určitě bude ještě nějakou dobu třeba strávit na povrchu Marsu, pěstováním plodin, budováním budov a podobně.
Radiace poškozuje DNA a způsobuje takovou mutaci, která vede k rakovině. I když záření může pro marťanské osadníky znamenat vyšší míru rakoviny, může také urychlit evoluci generováním náhodných genetických variací, včetně zvláštností, které jsou v marťanském prostředí prospěšné.
Tyto genetické variace mohou být způsoby, jak chránit naše těla před ozářením. Na Zemi naše kůže produkuje melanin, pigment, který působí jako přírodní opalovací krém. V lidské populaci se vyvinula pigmentace kůže jako rovnováha mezi rizikem nadměrného záření, které narušuje produkci DNA, a rizikem nedostatečného záření, které narušuje normální tvorbu kostí. Mnoho jiných organismů používá melanin, aby se chránilo před zářením, včetně tmavě zbarvených hub, které rostou tam, kde se roztavilo jádro jaderného reaktoru v Černobylu. Typ melaninu, který poskytuje lidskému tělu maximální ochranu před slunečním zářením, je eumelanin, který dodává pokožce tmavě hnědou nebo černou barvu. Lidé, kteří mají mnohem více eumelaninu v kůžibude schopen lépe snášet extrémní úrovně záření na Marsu, což bude mít za následek, že marťanská kůže bude tmavší než kůže jakéhokoli člověka.
Rover prochází písečnými dunami Dingo Gap
Na druhé straně by intenzivní záření na Marsu mohlo přispět k vývoji nových kožních pigmentů. Karotenoidy - oranžové pigmenty, které dávají mrkvi jejich barvu - jsou produkovány mnoha rostlinami a mikroorganismy, které je chrání před slunečním zářením. Ačkoli mnoho zvířat má karotenoidy, většina z nich je získává z potravy. Jedinou výjimkou je hrachová mšice, malý hmyz, který má obvykle zelenou barvu, ale v některých případech zčervená kvůli karotenoidům, které sama produkuje. Genomická analýza ukázala, že hrachové mšice dostaly geny zodpovědné za produkci karotenoidů z jedné houby, což znamená, že si zvířata ve vzácných případech mohou půjčit vybavení pro produkci pigmentu z jiných organismů. Drsné podmínky na Marsu by mohly zvýšit pravděpodobnost takových vzácných výpůjček, pokud by konečný výsledek - řekněme jasně oranžová kůže - byl obzvláště prospěšný.
Nedávný výzkum ukázal, že vysoká úroveň záření také ovlivňuje mozek, mění prostorovou paměť a chování podstupující riziko u některých, ale ne všech, myší. Taková porušení by mohla představovat vážnou hrozbu pro úspěch marťanské kolonie. Pokud se však na lidech na Marsu vyskytnou stejné výkyvy citlivosti na záření, jaké vidíme u hlodavců, bude přirozený výběr fungovat ve prospěch těch méně postižených zářením. Budoucí generace budou schopny vyvinout odolnost vůči škodlivým účinkům záření na mozek, pomoci lidem lépe se přizpůsobit marťanskému prostředí a zvýšit jejich schopnost dalšího průzkumu vesmíru, možná dokonce cestují na vzdálenější obyvatelné planety, jako je Proxima b.
Pak jsou tu mikrobiomy - bakterie a další drobné organismy, které žijí uvnitř a na povrchu našeho těla a mají vážný účinek na naše tělo. Tyto mikroby získáváme po celý život, počínaje těmi, které dostáváme od našich matek při průchodu porodním kanálem. Rané dětství je důležitým obdobím pro rozvoj zdravého mikrobiomu, protože děti dostávají další mikroby od svých rodičů, sourozenců, přátel a životního prostředí. Děti na Marsu nebudou vystaveny mnoha různým mikrobům, které zde najdeme na Zemi, a zatímco vědci stále doufají, že na Marsu najdou mikrobiální život, stále neexistuje žádný přesvědčivý důkaz o jeho existenci.
Lidé na Marsu
Ztráta prospěšných mikrobů může mít pro marťanské osadníky nepříznivé důsledky na fyzické a duševní zdraví. Tady na Zemi již vidíme pokles mikrobiální rozmanitosti v mikrobiomech lidí žijících v městském prostředí, kde se snažíme dezinfikovat naše těla a okolní objekty, abychom zabránili výměně chorob. V mnoha ohledech je tento proces nepopiratelně prospěšný - jakmile jsou pervazivní onemocnění, jako jsou neštovice, poraženy vývojem vakcíny, a zlepšená hygiena a dostupnost antibiotik omezily šíření dalších chorob na specifické regiony. Neočekávaným důsledkem naší války s mikroby však bylo sledování mikroorganismů prospěšných pro naše zdraví, včetně těch,které s námi existovaly po tisíciletí a v současné době jim hrozí vyhynutí.
Přesun na Mars může být pro tyto mikroby příliš velkou zkouškou a jejich úplná ztráta bude pro člověka téměř jistě škodlivá. U lidí se špatně různorodým mikrobiomem je větší pravděpodobnost, že se vyvine obezita, diabetes 1. typu a možná i jiná onemocnění, včetně alergií, astmatu, celiakie a některých typů rakoviny. Pokusy, ve kterých jsou myši a králíci chováni za sterilních podmínek, aniž by jim umožnil vyvinout jakýkoli mikrobiom, naznačují spíše ponuré vyhlídky. Jejich imunitní a nervový systém se nevyvíjí správně a jejich schopnost získávat živiny z potravy je ohrožena.
Mikroby, které žijí v našem střevě, hrají při trávení zásadní roli, takže vzhledem k úplné ztrátě mikrobiomu musí být stravování marťanských osadníků změněno. Vědci mohou navrhnout speciálně připravené potraviny, které obsahují pouze jednoduché cukry, bílkoviny a tuky, které jsou snadno stravitelné bez pomoci mikroorganismů. Na druhou stranu, pokud některé užitečné mikroby doprovázejí člověka na Mars, mohou se s ním rozvíjet. Kvůli krátké generační periodě - některé typy bakterií se množí každých 30 minut - se mikroby vyvíjejí mnohem rychleji než lidé, což jim umožňuje rychle se přizpůsobit měnícím se podmínkám. Budou také zasaženi zářením, zvýšením frekvence mutací a dalším urychlením jejich vývoje.
Stejné procesy nastanou u všech rostlin nebo živočichů, které přineseme s námi, stejně jako u mikrobů žijících uvnitř a na povrchu těchto druhů. Jinými slovy, vytvořením marťanské kolonie položíme základy pro nový typ ekosystému. Uspořádání Marsu - úmyslné změny marťanského prostředí s cílem přiblížit jeho podmínky podmínkám na Zemi - může vést k rozvoji ekosystémů, které nejsou na rozdíl od existujících na planetě Zemi.
Dobrou zprávou je, že na Marsu pravděpodobně nebude problém s infekční nemocí. Stejně jako u lidského mikrobiomu jsou jedinými viry, patogenními bakteriemi a dalšími patogeny na Marsu pravděpodobně ty, které s sebou přineseme. Dlouhé meziplanetární cestování by se mohlo stát karanténou, která omezuje šance na náhodný výskyt infekčních chorob na Marsu. Většina infekčních nemocí, které postihují lidi, je výsledkem infekcí, které jsme dostali od zvířat, zejména ptáků a savců. Mnoho z nich, jako jsou antrax a vzteklina, jsou přepravována domácími zvířaty, jako jsou ovce, dobytek a psi. Jiní, například Lymeova choroba, pocházejí hlavně z divokých zvířat. Na Zemi neustále čelíme novým nemocem,jako Ebola a Zika, částečně proto, že tyto mikroby pravidelně infikují zvířata a lidi. Na Marsu se tomuto problému můžeme vyhnout tím, že tam nepřivezeme ptáky nebo savce a místo toho se rozhodneme pro výběr hmyzu, u kterého je méně pravděpodobné, že přenáší infekce, které mohou nakazit člověka (a vyžadují méně potravy).
Na druhé straně může žít mimo hrozbu infekčního onemocnění vést k atrofii imunitního systému, což může vést k tomu, že se stane relikvií podobnou slepé střevě nebo že úplně zmizí. Tato atrofie může být způsobena nejen nepřítomností nemoci: během kosmických letů astronauti často trpí imunosupresí, což je do značné míry způsobeno stresem spojeným s vzletem, přistáním a umístěním ve stísněném prostoru, ale podle některých zpráv zde hraje roli také mikrogravitace.
Imunokompromitovaní Marťané budou čelit život ohrožujícím chorobám, pokud se vrátí na Zemi, a lidé, kteří pocházejí ze Země, riskují zničení celé marťanské kolonie, pokud s sebou přinesou nějakou nemoc. Rizika spojená s nemocemi, které nevykazují zřejmé příznaky, jako je tomu obvykle u sexuálně přenosných infekcí, jako je HIV nebo chlamydie, budou zvláště vysoká. Úzký osobní kontakt - jako sex - mezi pozemšťany a Marťany by byl velmi riskantní.
Dej to dohromady: zákaz sexuálního styku mezi pozemšťany a Marťany, zakladatelský efekt, změny v mikrobiomech, přirozený výběr v drsných podmínkách marťanského prostředí plus slabá gravitace - a to vám bude jasné: osídlení Marsu nakonec povede k vývoji zcela nového lidského druhu … Toto je běžný jev ve světě zvířat a rostlin izolovaných na ostrovech - pamatujte na slavné darwinské finches. Ale zatímco spekulace na ostrovech mohou trvat tisíce let, zrychlené mutace na Marsu a ostrý kontrast mezi životními podmínkami na Marsu a na Zemi pravděpodobně tento proces urychlí. Za pouhých několik stovek generací - snad za pouhých šest tisíc let by se mohl objevit nový druh člověka.
V roce 1950, Ray Bradbury publikoval sérii souvisejících povídek opravňoval Martian kroniky, ve kterém on líčil vzdálenou budoucnost ve kterém Mars je kolonizovaný lidmi, kteří dlouho ztratili veškerý zájem a spojení se Zemí. Marťané Bradbury mají hnědou kůži a žluté oči. "Přemýšleli jste někdy - dobře, o tom, zda lidé žijí na třetí planetě?" - ptá se jednoho z Marťanů. "Třetí planeta není obyvatelná," odpověděl její manžel. "Naši vědci říkají, že v atmosféře je příliš mnoho kyslíku."
Bradburyho beletrie může být prorocká. Pokud je Země zasažena některými vážnými katastrofami, může být kolonizace Marsu z dlouhodobého hlediska nezbytnou podmínkou našeho přežití. Strategie ochrany lidského druhu nás však může nakonec navždy změnit.
Scott Solomon je biolog a vědecký spisovatel se sídlem v Houstonu. Vyučuje ekologii, evoluční biologii a vědeckou komunikaci na Rice University, kde je profesorem na Katedře biologie. Jeho první kniha Budoucí lidé: Uvnitř vědy našeho pokračujícího vývoje byla vydána 25. října 2016 společností Yale University Press.