Освоение Марса приведет к возникновению нового человеческого вида

Голливудский фильм «Космос между нами» (The Space Between Us), в скором времени выходящий в прокат, рассказывает историю мальчика, который рождается у одного из американских астронавтов на Марсе. Его мать умирает при родах, но ребенок выживает и растет под опекой небольшой колонии космонавтов на Красной планете. В трейлере к фильму мрачный закадровый голос сообщает исходную предпосылку фильма: «Его сердце просто не выдержит силы земного притяжения; у него слишком слабые кости». Иными словами, нет пути назад. Над этим вопросом стоит задуматься: если мы решим покинуть Землю, смогут ли наши потомки когда-нибудь вернуться назад?

С каждым годом мы становимся к Марсу все ближе. НАСА надеется, что нога человека ступит на Красную планету через 30 лет, а Илон Маск называет цифру в 10 лет: сначала это будет пробный полет, между тем конечная цель заключается в создании самодостаточных марсианских городов. В своем выступлении в сентябре 2016 года Маск упомянул «два основных пути», по которым может пойти человечество: «Один путь — остаться на Земле навсегда, и тогда нас ждет окончательное вымирание. Альтернатива в том, чтобы стать осваивающей космическое пространство цивилизацией и мультипланетным видом».

Если мы когда-нибудь достигнем Марса, условия жизни там будут отличаться от земных по всем параметрам. Адаптация к более слабому воздействию гравитации, интенсивному излучению, а также полному отсутствию бактериальной флоры заставит несколько поколений марсианских колонистов испытать на себе ряд кардинальных эволюционных изменений в человеческой родословной, сопоставимых с началом прямохождения и увеличением объема головного мозга.

Первые эволюционные изменения могут оказаться быстрыми и малозаметными. Поскольку группа первых людей на Марсе неизбежно будет ограничена числом — Маск предложил отправить на борту космического корабля около ста человек — первые марсианские колонисты будут переживать явление, известное как эффект основателя. Этот феномен наблюдается каждый раз, когда новое место, подобное вулканическому острову, поднявшемуся с океанского дна, колонизируют новоприбывшие. Несколько лиц, которые устраиваются на новом месте, вне зависимости от того, как они туда попали, едва ли станут представлять большинство, к которому первоначально принадлежали. Чем меньше выборка, тем меньше вероятность того, что она будет представлять большую группу, из которой вышла.

Если мы отправим на Марс сотню колонистов, вероятность того, что они в точности представят всех живущих на Земле людей с точки зрения роста, цвета волос, склонности к развитию диабета или рака молочной железы, способности шевелить ушами или любых других генетических факторов, оказывается крайне низкой. Какими бы ни были черты, наличествующие у первых колонистов, они перейдут их детям, и таким образом растущая марсианская колония, даже при отсутствии естественного отбора, станет чем-то отличным от обитателей Земли. К примеру, если бы все космонавты, которых мы отправили на Марс, были рыжими, появилась бы еще одна причина называть Марс Красной планетой.

Эффекту основателя, разумеется, подвержены не одни только исследователи Марса или межпланетные путешественники. Он может возникнуть в любой изолированной или отобранной популяции. Но по мере смены ряда поколений изменения могут приобретать более выраженный и специфический характер. В условиях, когда гравитация составляет лишь одну треть от силы земного притяжения, беременность и роды могут протекать на Марсе гораздо сложнее. Исследователи эмбрионального развития у мышей установили, что показатели рождаемости у мышей, чьи зародыши формировались в искусственно созданных условиях микрогравитации, ниже, чем при нормальной силе притяжения. Интересно, что на оплодотворение — осуществляемое в пробирке — снижение гравитации, по-видимому, не влияет, но некоторые из полученных эмбрионов развивались не так хорошо, как эмбрионы, появившиеся при нормальной силе тяжести. Причины этого пока не ясны, но результаты свидетельствуют о том, что млекопитающие, включая человека, во время вынашивания плода могут испытывать больше трудностей на Марсе, чем на Земле. А это в свою очередь может оказывать новое давление эволюционного отбора, которое на Земле не наблюдается.

Недостаточная сила тяжести также будет приводить к снижению костной массы со скоростью примерно 1% — 2% в месяц. После двух или трех лет пребывания на Марсе поселенцы рискуют потерять половину своей костной массы — вероятно, этому процессу еще сильнее будут подвержены беременные женщины, поскольку при беременности организму требуется много кальция. Потеря плотности костной ткани повышает склонность людей к травмам, особенно к переломам бедра и позвоночника. Поскольку на Марсе подобные травмы могут иметь необратимые последствия, люди, от природы имеющие более высокую плотность костей — что скорее было свойственно нашим предкам, нежели современному человеку — имеют больше шансов выжить и передать свои гены. Поэтому в результате смены многих поколений люди на Марсе в конечном итоге будут от природы обладать более плотными костями по сравнению со своими предшественниками, а значит, будут более крепкими на вид.

Марсианским поселенцам также придется адаптироваться к высоким уровням радиации. При отсутствии магнитосферы или атмосферы, способных защитить планету, Марс подвергается агрессивному воздействию высокоэнергетических космических лучей, интенсивного ультрафиолетового излучения и солнечных частиц. За 500 дней пребывания на поверхности Марса человек получит дозу радиации, которая в шесть раз превышает максимальную годовую дозу, разрешенную сотрудникам департамента энергетики Соединенных Штатов. Скафандры или подземные жилые помещения могут предоставить некоторую защиту, но, безусловно, определенное время все равно необходимо будет проводить на поверхности Марса, выращивая сельскохозяйственные культуры, возводя здания и тому подобное.

Радиация повреждает ДНК, вызывая своего рода мутации, которые приводят к раку. Хотя для марсианских поселенцев радиация может означать более высокие показатели заболеваемости раком, она также способна ускорить процесс эволюции путем создания случайных генетических вариаций, в том числе тех признаков, которые полезны в марсианской среде.

Эти генетические вариации могут стать способами защиты нашего тела от радиационного воздействия. На Земле наша кожа вырабатывает меланин, пигмент, который действует как естественный солнцезащитный крем. Пигментация кожи развилась в человеческих популяциях как баланс между риском избыточного излучения, которое разрушает производство ДНК, и опасностью недостатка радиации, который препятствует нормальному формированию костей. Многие другие организмы используют меланин, чтобы защитить себя от излучения, в том числе грибы темной окраски, растущие на месте расплавления активной зоны ядерного реактора в Чернобыле. Разновидностью меланина, который обеспечивает организм человека максимальной защитой от солнечной радиации, является эумеланин, придающий коже темно-коричневый или черный цвет. Люди, у которых в коже гораздо больше эумеланина, смогут лучше переносить экстремальные уровни радиации на Марсе, в результате чего кожа у марсиан будет темнее, чем у кого-либо из землян.

С другой стороны, интенсивное излучение на Марсе может способствовать эволюции новых пигментов кожи. Каротиноиды — оранжевые пигменты, которые придают моркови соответствующую окраску — производятся многими растениями и микроорганизмами для защиты от солнечного излучения. Хотя каротиноиды есть у многих животных, большинство получает их из своего рациона. Одним из исключений является гороховая тля, маленькое насекомое, которое как правило имеет зеленую окраску, но в некоторых случаях приобретает красный цвет благодаря каротиноидам, которые сама и вырабатывает. Геномный анализ показал, что гороховые тли получили гены, отвечающие за производство каротиноидов, от одного гриба, это означает, что в редких случаях животные могут заимствовать оборудование для производства пигмента у других организмов. Суровые условия на Марсе могли бы повысить вероятность столь редких заимствований, если бы конечный результат — скажем, кожа ярко-оранжевого цвета — оказался особенно полезным.

Недавние исследования показали, что высокие уровни радиации также влияют на мозг, изменяя у некоторых, но не всех, мышей пространственную память и готовность предпринимать рискованные действия. Такого рода нарушения могут представлять серьезную угрозу успеху марсианской колонии. Тем не менее, если те же колебания чувствительности к радиации, которые мы наблюдаем у грызунов, обнаружатся среди людей, оказавшихся на Марсе, естественный отбор будет работать в пользу тех, кто менее подвержен влиянию излучения. Последующие поколения смогут развить устойчивость к вредному воздействию радиации на мозг, способствуя лучшей адаптации людей к марсианской среде и повышая их способность к дальнейшему освоению космоса, возможно, даже к путешествиям к более далеким пригодным для жизни планетам, таким как Проксима b.

Потом есть еще микробиом — бактерии и другие крошечные организмы, обитающие внутри и на поверхности наших тел и оказывающие на наш организм серьезное воздействие. Эти микробы приобретаются нами в течение всей жизни, начиная с тех, которые мы получаем от наших матерей при прохождении через родовые пути. Раннее детство является важным периодом для развития здорового микробиома, поскольку дети получают дополнительные микробы от своих родителей, братьев и сестер, друзей и окружающей среды. Дети на Марсе не будут подвержены воздействию того множества разнообразных микробов, которые мы находим здесь, на Земле, и хотя ученые все еще надеются найти микробную жизнь на Марсе, убедительных доказательств ее существования до сих пор нет.

Утрата полезных микробов может привести к неблагоприятным физическим и психическим последствиями для здоровья марсианских поселенцев. Здесь на Земле мы уже видим снижение микробного разнообразия в микробиомах людей, живущих в городской среде, где мы делаем все возможное, чтобы дезинфицировать наши тела и окружающие предметы в целях предотвращения обмена заболеваниями. Во многих отношениях этот процесс приносит несомненную пользу — некогда повсеместно распространенные болезни, например, оспа, были побеждены благодаря разработке вакцин, а улучшение санитарных условий и доступность антибиотиков ограничили распространение других заболеваний конкретными регионами. Однако непредвиденным последствием нашей войны с микробами стало преследование полезных для нашего здоровья микроорганизмов, в том числе тех, которые сосуществуют с нами на протяжении тысячелетий и в настоящее время находятся под угрозой исчезновения.

Переселение на Марс может стать для этих микробов слишком большим испытанием, а их полная утрата почти наверняка окажется пагубной для человека. Люди с недостаточно разнообразным микробиомом более склонны к развитию ожирения, диабета 1-го типа, а также, возможно, других заболеваний, в том числе аллергии, астмы, целиакии и некоторых типов рака. Эксперименты, в которых мышей и кроликов выращивают в стерильных условиях, не позволяя им развивать какой бы то ни было микробиом вообще, свидетельствуют о довольно мрачных перспективах. Их иммунная и нервная системы не развиваются должным образом, к тому же под угрозой оказывается способность получать из пищи питательные вещества.

Микробы, обитающие в нашем кишечнике, играют крайне важную роль в пищеварении, поэтому в условиях полной утраты микробиома диеты марсианских поселенцев должны подвергнуться изменениям. Ученые могут разработать специально продукты питания, которые будут включать в себя только простые сахара, белки и жиры, которые легко усваиваются без помощи микроорганизмов. С другой стороны, если некоторые полезные микробы будут сопровождать человека на Марс, они сами могут развиваться вместе с ним. Благодаря короткому периоду генерации — некоторые виды бактерий размножаются каждые 30 минут — микробы развиваются гораздо быстрее, чем люди, что позволяет им быстро адаптироваться к меняющимся условиям. На них также повлияет радиация, повышая частоту их мутаций и способствуя дальнейшему ускорению их эволюции.

Те же процессы будут происходить с любыми растениями или животными, которые мы привезем с собой, а также с микробами, живущими внутри и на поверхности этих видов. Иными словами, создавая марсианскую колонию, мы заложим основы экосистемы нового типа. Обустройство Марса — намеренное изменение марсианской среды с целью приблизить ее условия к земным — может привести к развитию экосистем, которые не похожи ни на одну из существующих на планете Земля.

Хорошая новость в том, что, вероятно, на Марсе не будет проблемы с инфекционными болезнями. Как и в случае с микробиомом человека, единственными вирусами, патогенными бактериями и другими болезнетворными микроорганизмами на Марсе, вероятно, будут те, которые мы принесем с собой. Долгое межпланетное путешествие может стать карантином, который ограничит вероятность случайного появления инфекционных заболеваний на Марсе. Большинство инфекционных болезней, которые поражают людей, являются результатом инфекций, подхваченных нами у животных, в частности птиц и млекопитающих. Многие из них, например, сибирская язва и бешенство, переносят домашние животные, такие как овцы, крупный рогатый скот и собаки. Другие, такие как болезнь Лайма, в основном происходят от диких животных. На Земле мы постоянно сталкиваемся с новыми заболеваниями, такими как Эбола и Зика, отчасти потому, что эти микробы регулярно поражают то животных, то людей. На Марсе мы можем избежать этой проблемы, если не станем привозить туда птиц или млекопитающих, вместо этого отдав предпочтение набору насекомых, которые с меньшей вероятностью будут переносчиками инфекции, способной поражать организм человека (и требуют меньше корма).

С другой стороны, жизнь вне угрозы инфекционных заболеваний может привести к атрофии иммунной системы, которая рискует стать пережитком, подобным аппендиксу, или, возможно, полностью исчезнет. Эта атрофия может быть вызвана не только отсутствием заболеваний: во время космических полетов астронавты нередко страдают иммуносупрессией, которая во многом обусловлена стрессом, связанным со взлетом, посадкой и нахождением в замкнутом пространстве, но по некоторым данным, здесь также играет свою роль микрогравитация.

Марсиане с ослабленным иммунитетом в случае возвращения на Землю столкнутся с опасными для жизни болезнями, а люди, прибывшие с Земли, рискуют уничтожить всю марсианскую колонию, если принесут с собой какие-либо заболевания. Особенно высокими будут риски, связанные с болезнями, у которых нет явных симптомов, как это обычно происходит с передаваемыми половым путем инфекциями, такими как ВИЧ или хламидия. Тесные личные контакты — подобные сексу — между землянами и марсианами были бы чреваты очень большими рисками.

Соберите все это вместе: запрет на половые контакты между землянами и марсианами, эффект основателя, изменения в микробиоме, естественный отбор в суровых условиях марсианской среды, плюс слабая гравитация — и вам станет ясно: заселение Марса в конечном итоге приведет к развитию совершенно нового человеческого вида. Это обычное явление в мире животных и растений, изолированных на островах — вспомним знаменитых зябликов Дарвина. Но в то время как видообразование на островах может занять тысячи лет, ускоренная частота мутаций на Марсе и разительный контраст между условиями жизни на Марсе и на Земле, скорее всего, ускорят этот процесс. Всего за несколько сотен поколений — возможно, всего-навсего за шесть тысяч лет, сможет появиться новый вид человека.

В 1950 году Рэй Брэдбери опубликовал ряд связанных между собой коротких рассказов под названием «Марсианские хроники», где изобразил далекое будущее, в котором Марс колонизирован людьми, давно потерявшими всякий интерес к Земле и связь с ней. У марсиан Брэдбери коричневая кожа и желтые глаза. «Вы когда-нибудь задумывались о том — ну, о том живут ли люди на третьей планете?» — спрашивает одна из марсианок. «Третья планета не пригодна для жизни, — отвечает ее муж. — Наши ученые говорят, что в ее атмосфере слишком много кислорода».

Фантастика Брэдбери вполне может оказаться пророческой. Если Землю постигнут какие-то серьзные бедствия, колонизация Марса в долгосрочной перспективе может оказаться необходимым условием нашего выживания. Однако стратегия, призванная сохранить человеческий вид, в конечном счете может навсегда изменить нас.

Скотт Соломон — биолог и автор научных публикаций из Хьюстона. Преподает экологию, эволюционную биологию и научную коммуникацию в Университете Райс, где является профессором на кафедре Бионаук. Его первая книга Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution была опубликована 25 октября 2016 года издательством Йельского университета.