Космос между нами: как эволюция изменит покорителей Марса
В декабре состоится премьера голливудского фильма «Космос между нами», который повествует о судьбе ребенка, рожденного на Марсе и воспитанного в колонии астронавтов. Условия Красной планеты сделали его организм хрупким и неустойчивым к сильной земной гравитации, поэтому возвращение на Землю — это настоящая драма. Однако эволюция способна изменить марсианских колонистов сильнее, чем это могли бы предположить сценаристы.
В фильме «Космос между нами» у американского астронавта рождается ребенок. Если бы это произошло на Земле, радость не была бы ничем омрачена. Но его мать — член небольшой колонии астронавтов, обосновавшейся на Марсе. Она умирает при родах, но ее сын выживает, и его практически до совершеннолетия воспитывают другие астронавты. Мрачный голос в трейлере возвещает: «Его сердце просто не сможет преодолеть силу земного притяжения». Похоже, путь к родной планете для мальчишки закрыт навсегда. Однако подросток — на то и подросток, чтобы нарушать запреты врачей и астробиологов.
Мы все ближе к Марсу. НАСА надеется доставить людей на Красную планету и создать условия для выживания на ней в ближайшие 30 лет. Илон Маск планирует опередить государство и отправить пилотируемую миссию к Марсу уже через 10 лет. Возможно, в первый раз это будет просто визит с торжественным водружением флага на неизведанной территории, но отступаться от плана по созданию марсианских городов миллиардер не намерен. В сентябре 2016 года Илон Маск обозначил в своей речи два пути развития человечества.
«Мы можем остаться на Земле навсегда, и наш вид окончательно вымрет. Но есть и другой путь — человечество становится космической цивилизацией и мультипланетным видом».
Так что красочная выдумка из голливудского фильма может стать острой проблемой для покорителей космоса. Когда мы достигнем Марса, нас будут поджидать условия, совершенно непохожие на земные. Адаптация к более слабой гравитации, интенсивному излучению и отсутствию микробной жизни заставит поколения марсианских колонистов пережить самые крутые эволюционные изменения в истории человечества, по значимости равные прямохождению и формированию структуры нашего мозга.
Дети Марса
Первые эволюционные изменения будут быстрыми и незаметными. Поскольку число первых колонистов неизбежно будет небольшим, они испытают на себе явление, известное как эффект основателя. Это снижение генетического разнообразия в изолированной популяции — оно возникает на свежеобразованных островах на Земле. Вероятность, что 100 колонистов на Марсе будут представлять генетику всего человечества, крайне низка. Это число не сможет охватить все цвета волос, глаз, типы телосложения, склонности к заболеваниям, которые есть у людей на Земле. Какими бы ни были черты марсианских колонистов, они перейдут к их детям без естественного отбора, и новорожденная колония будет отличаться от населения Земли.
Если отправить на Марс только рыжих астронавтов, он станет Красной планетой еще в одном смысле
Из-за того, что гравитация на Марсе в три раза меньше земной, беременность и роды могут протекать тяжелее. Исследование эмбрионального развития у мышей показало, что из эмбрионов, созданных в условиях низкой гравитации (микрогравитации), родилось меньшее количество живых мышат. Снижение силы тяжести не влияет на оплодотворение в пробирке. Однако некоторые эмбрионы не развиваются при низкой гравитации.
Низкая сила тяжести приведет к снижению костной массы. Она будет снижаться со скоростью примерно от 1 до 2 процентов в месяц. Поселенцы потеряют половину костной массы после двух или трех лет пребывания на Марсе. Особенно это касается беременных женщин, поскольку беременность требует большого количества кальция. Кости станут хрупкими, переломы бедра и позвоночника станут самой распространенной травмой у марсиан.
Оранжевые человечки
Марсианским поселенцам придется приспособиться к высокому уровню излучения. Из-за того, что магнитосфера и атмосфера планеты слишком слабы, она беззащитна перед бомбардировкой высокоэнергетических космических лучей, интенсивного ультрафиолетового излучения и частиц солнечного ветра. Через 500 солов (марсианских суток) на поверхности Марса, колонисты получат дозу радиации, эквивалентную шести максимальным годовым порогам для сотрудников Департамента энергетики США. Конечно, скафандры или бункеры немного защищают от радиации. Однако астронавтам все равно придется провести много времени на поверхности, возделывая сельскохозяйственные культуры и возводя здания.
Радиация повреждает ДНК клеток, создавая мутации, которые приводят к раку. Показатели заболеваемости раком у марсианских поселенцев будут повышены. Но помимо этого радиация способна ускорить процесс эволюции, создавая случайные генетические вариации. Среди множества разнообразных мутаций должны оказаться признаки, полезные в марсианской среде.
Эти генетические вариации могут включать в себя способы защиты тела от радиационного поражения. На Земле кожа вырабатывает меланин —пигмент, который действует как естественный солнцезащитный крем. Пигментация кожи развивается по-разному в различных человеческих популяциях, балансируя между опасностью избыточного излучения, которое разрушает производство ДНК, и недостатком радиации, который не позволяет костям формироваться должным образом. Другие организмы также используют меланин для защиты от излучения. К примеру, на территории Чернобыльской АЭС после страшной техногенной катастрофы стали расти темные грибы. Эумеланин — форма меланина, которая создает темно-коричневую или черную кожу — максимально защищает нас от солнечной радиации. Люди с высоким содержанием эумеланина в коже способны легче, чем кто-либо, переносить экстремальные радиации на Марсе. Поэтому у марсиан, скорее всего, будет очень темная кожа.
С другой стороны, интенсивное излучение на Марсе может способствовать эволюции новых пигментов кожи. Каротиноиды — пигменты, которые придают моркови оранжевую окраску — производятся многими растениями и микроорганизмами для защиты от солнечного излучения. Хотя у многих животных в организме есть каротиноиды, большинство получает их из своего рациона. Одним из исключений является гороховая тля, маленькое насекомое, которое, как правило, зеленого цвета, но из-за красных каротиноидов, которые оно производит, встречается и другая окраска. Анализ генома гороховой тли показал, что у насекомого имеются гены, которые позволяют добывать каротиноиды из других организмов — например, из грибов. Суровые условия на Марсе могли бы увеличить вероятность появления таких генов.
Недавние исследования показали, что высокие уровни радиации также влияют на мозг. Они изменяют пространственную память и поведение некоторых мышей и крыс. Такие нарушения — серьезная угроза для марсианской колонии. Однако естественный отбор на Марсе сработает в пользу тех людей, которые менее подвержены влиянию радиации. Более поздние поколения разовьют устойчивость к вредному воздействию радиации на мозг. Возможно, именно они смогут отправиться к далекой Проксиме b.
Цена чистоты
Важную роль в человеческом организме играет микробиом — это бактерии и другие крошечные организмы, которые обитают в нашем теле. Мы приобретаем их в течение всей нашей жизни — первых представителей микробиома мы получаем от наших матерей во время родов. Раннее детство — важный период для развития здорового микробиома, так как дети получают все новые и новые микробы от своих родителей, братьев и сестер, друзей и окружающей среды. Ученые надеются обнаружить под поверхностью Марса микробную жизнь, и орбитальный аппарат миссии «ЭкзоМарс» TGO сейчас ищет свидетельства ее существования. Однако убедительных доказательств наличия микроорганизмов на Красной планете до сих пор нет. Поэтому разумно предположить, что дети, рожденные на Марсе, не получат такого обилия и разнообразия микробов, как на Земле.
Потеря полезных микробов может привести к неблагоприятным физическим и психическим последствиями для здоровья марсианских поселенцев. Здесь, на Земле, мы уже стали свидетелями снижения микробного разнообразия в наших микробиомах. Люди, которые живут в городской среде, стремятся защититься от инфекции, и стараются сделать окружающую среду стерильной. Во многих отношениях это верный путь: благодаря разработке вакцин, улучшению санитарных условий и созданию антибиотиков, человечество победило такие смертоносные заболевания, как оспа. Однако непредвиденным последствием нашей войны с микробами было снижение количества полезных микроорганизмов. Люди с низким разнообразием в их микробиоме более склонны к развитию ожирения, диабета I типа, а также аллергии, астмы, целиакии и некоторых онкологических заболеваний. В ходе экспериментов, в которых мышей и кроликов выращивали в стерильных условиях, мешающих им выработать микробиом, иммунная и нервная система животных не развивалась. Кроме того, способность организма получать питательные вещества из пищи оказалась под угрозой.
Микробы, которые живут в нашем кишечнике, играют важную роль в пищеварении. Поэтому марсианские поселенцы в случае потери микробиома должны изменить свой рацион. Им придется питаться продуктами, которые включают в себя только простые сахара, белки, и жиры. Такая пища легко усваивается без помощи микробов.
Однако полезные микробы, которые прибыли на Марс в организмах астронавтов, могут развиваться вместе с ними. Некоторые виды бактерий размножаются каждые 30 минут. Быстрая смена поколений позволяет им быстро адаптироваться к новым условиям. Космическое излучение ускорит эволюцию микроорганизмов. Те же процессы должны произойти с растениями и животными, которые мы привезем на Красную планету. Марсианская колония станет экосистемой нового типа, которая будет отличаться от земных.
Хорошая новость: инфекционные болезни не испортят жизнь марсианским поселенцам. Единственные вирусы, патогены и болезнетворные микроорганизмы, возможные на Марсе — это те, которые астронавты привезут с собой. Долгое путешествие от Земли до Марса — это своеобразный карантин. Большинство инфекционных болезней, которые поражают людей, передалось нам от птиц и млекопитающих. Сибирская язва и бешенство — цена дружбы человека с овцами, коровами и собаками. Болезнь Лайма разносят дикие животные. Новые эпидемии, такие как Эбола и Зика, появляются на Земле из-за того, что микробы, которые раньше заражали только животных, перекинулись на людей. На Земле мы постоянно сталкиваемся с новыми заболеваниями, как Эбола и Зика, отчасти потому, что эти микробы регулярно прыгать от заражения животных к заражению людей. На Марсе нет животных, поэтому нет риска эпидемии.
С другой стороны, без угрозы инфекционных заболеваний иммунная система марсианских колонистов атрофируется. Она либо станет атавизмом вроде аппендикса, либо полностью исчезнет. Даже во время коротких полетов иммунная система астронавтов дает сбои — не только из-за отсутствия микробов, но и из-за стресса взлета и посадки, замкнутого пространства и микрогравитации.
Секс между землянином и марсианином — еще более рискованная затея
Когда «марсиане» вернутся на Землю, они подхватят опасные для жизни инфекции. Земляне, которые прилетят навестить «марсиан», могут привезти с собой смертоносный букет заболеваний — и колонисты не смогут им противостоять.
Марсианские хроники
Колонизация Марса приведет к эволюции нового человеческого вида. Но если на нашей планете это занимает десятки тысяч лет, ускоренная частота мутаций на Марсе и разительный контраст между условиями на Марсе и Земле создадут новый тип Homo всего за шесть тысяч лет.
В 1950 году Рэй Брэдбери опубликовал цикл коротких рассказов под названием «Марсианские хроники». В них он представил далекое будущее, в котором Марс давно колонизирован людьми. Марсиане с коричневой кожей и желтыми глазами потеряли интерес к Земле.
«Вы когда-нибудь задумывались, есть ли разумная жизнь на третьей планете?» — спрашивает марсианка. «Третья планета не способна поддерживать жизнь», — говорит ее муж. «Наши ученые сказали, что в их атмосфере слишком много кислорода»
Фантастика Брэдбери вполне может оказаться пророческой. Если на Земле произойдут катаклизмы, от колонизации Марса будет зависеть наше выживание. Тем не менее, эта стратегия, призванная сохранить наш вид, возможно, изменит нас навсегда.
Комментарии