在火星上能懷孕、分娩和生長嗎?

 在火星上能懷孕、分娩和生長嗎?
Photo Credit: By ESO/M. Kornmesser (Artist’s impression of Mars four billion years ago), CC BY 4.0 , via Wikimedia Commons Design: Alex Lai
我們想讓你知道的是

過去幾十年裡的廣泛學術研究,都得到人類這物種不僅從未停止演化,甚至正在加速演化中。居住在火星或其他行星上的人類,以及我們攜帶過去的任何其他物種,可能透過加速天擇的過程,更快地適應明顯不同的外在環境。

唸給你聽
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文:史考特・索羅門(Scott Solomon)

歡迎來到火星!

向我打招呼的兩個人穿著黑色連身衣,頂著魚缸般的頭盔,上頭有著PVC管連接到上面印有斗大紅色數字的長方形背包。他們自我介紹是肯恩・沙利文(Ken Sullivan)和潘蜜拉・尼可雷塔托(Pamela Nicoletatos)後,便領我走上台階到白色圓柱形的建物。周圍四面八方都是荒蕪的紅色岩石和沙地地景,沙利文伸出戴著黑色厚手套的手,打開有著圓形窗戶的厚重金屬門。我們三人走進一間小房間,沉重的大門在我們身後關上。

沙利文按下一個按鈕,按鈕迅速從白色變成紅色,我看著牆上的儀表板慢慢從左邊寫著火星環境條件的黃色區域,緩慢移動到右邊寫著居住艙環境條件的藍色區域。儀表板上方顯示一個穩定攀升的數字,最終停在一千。沙利文按下他對講機上的按鈕,對著耳機說話。另一扇厚重的門打開了,我們走進了居住艙。

火星沙漠研究站的擁有者與管理者為火星學會,這是一個非營利組織,目的為支持火星探險與定居。四到七人的團隊每回花費數周時間,在位於猶他州沙漠偏遠地區的研究站進行模擬試驗。我抵達時正逢一四九團進行模擬的第一天,團員們正面臨他們的首度危機——為居住艙提供電力的柴油發電機似乎故障了。

居住艙是研究站的主要住宅和工作空間,沙利文和尼可雷塔托被派去調查問題,他們的短期解決方案是使用越野車(實際上是一輛卡車)來保持動力運行,但好像也沒有用。向來冷靜自若的團隊指揮官保羅・巴肯(Paue Bakken)是曾經從事軍職、身形硬朗的明尼蘇達州人,正忙著解決問題。越野車的保險絲爆炸過幾回後,他廣播告知唯一的選擇是派遣一組團隊到最近的城鎮取得補給品。為了盡可能保持模擬狀態, 他們穿著太空服、戴著頭盔和所有設備、開著越野車到漢克斯維爾小鎮。

同一時間,其他團員仍持續進行日常業務。照顧居住艙溫室的尼可雷塔托(負責團員飲食中植物來源的溫室)是名地質學家,向我展示團隊正在進行的一項實驗——確定高粱和啤酒花(釀造啤酒的原料)是否能在與火星土壤中化學成分相同的環境下生長。團員中的生物學家安——蘇菲・舒魯斯(Ann-Sofie Schreurs)和長沼武(Takeshi Naganuma),已經開始調查居住艙周圍地帶是否有地衣存在。地衣是一種外貌看似堅硬、由真菌組成的生物,與藻類有著共生關係。長沼是一名日本生物學家,研究極端環境中的生命形態讓他有機會到南極洲和海底等處。他認為地衣的耐寒夥伴藻類,可能有辦法在火星上生長。

在商用太空梭公司上班的團隊公關凱利・赫拉爾迪(Kellie Gerardi),向我展示團隊其他計畫的部分內容。她指向團隊計畫用來製造工具的攜帶式3D列印機,她的同事已利用電子郵件提供團隊從未想過會派上用場的工具設計圖——一個捕鼠器。她領我走上樓,來到居住艙的上層甲板,這裡是廚房和宿舍所在。團員中的保健人員——羅馬尼亞創傷外科醫生埃琳娜・蜜思科丹(Elena Miscodan),坐在廚房的桌邊檢查一個蠻大型的急救箱內容物。在她身後的廚房櫃檯上有個盒子,赫拉爾迪從中拉出大包小包,包括鹽漬的斑馬狼蛛和蟋蟀麵粉——這是團隊人員計畫在模擬過程中嘗試的蛋白質來源。她解釋說,比起雞或牛,昆蟲是更加永續的動物蛋白質來源,這使牠們更適合成為火星上飼養的動物。

以標準的地球式通心粉和起司做為午餐後,團隊討論火星殖民者存活必須克服的某些障礙。安——蘇菲・舒魯斯是比利時的生物化學家,她在美國國家航空暨太空總署工作,研究輻射和微重力對人類生理的影響。她指出,這兩者對於生活在火星上的人來說都會是問題。火星上的重力是地球的三分之一,如果跟月亮相比,差異不算很極端;但由於微重力和輻射都會造成骨質疏鬆,身處太空每月骨質密度流失的速率約為百分之一至二,這可能會導致長時間待在火星上的人無法返回地球,因為太空人進入地球的大氣層時歷經的重力幾乎是地表的八倍——骨骼變弱的人可能會被壓碎。

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Photo Credit: ESO/M. Kornmesser CC BY 4.0

要在火星上生活,輻射是特別棘手的問題。火星缺乏磁層或大氣層保護,因此高能量的宇宙射線輻射、強烈紫外線輻射和太陽能粒子,幾乎是全力衝擊星球表面。即使是從地球到火星估計大約六個月的旅程,殖民者所暴露的輻射量也相當於美國能源部允許輻射相關工作人員年度最大暴露量的十六倍。在火星表面上每度過五百天,所暴露的輻射量就類似這個數值。輻射中毒將是火星殖民者慎重關切的問題,而太空裝也不能提供太多保護,所以生活區可能必須建立在地底下。不過有時還是會有在地表耕作(作物也將受到輻射損害)和執行其他任務的需要,所以暴露在輻射中似乎是不可避免的。除了骨質流失,游離輻射損害DNA也會直接造成突變,導致惡性腫瘤形成。因此在火星上避免罹患癌症會比在地球上困難得多。

儘管面臨挑戰,還是有許多人認為殖民火星是不遠將來的首要之務。二〇一四年,商用太空梭公司SpaceX開始在德州南部建立發射台,在動工典禮上,公司執行長伊隆・馬斯克(Elon Musk)提到,第一個造訪其他行星的人類可能就會從該處出發。許多人視永久移民火星和其他行星是人類長期生存所必須,馬斯克就是其中一人。正如我們已經看到的,人類能生存在地球上的時間可能受限於小行星撞擊、超級火山和人類自身的破壞性行為。火星是距離最近的行星,有可能建立自給自足的殖民地。火星的極地地區土壤中有結凍的水,在其他地方也可能發現,這能提供人類使用和灌溉作物。火星也有二氧化碳可以轉化為氧氣,意味著殖民者可以在殖民地生產呼吸所需的空氣。其他物產例如建設所需的金屬也能開採。


將人員和用品運送到火星是項成就——讓同一批人返回地球同樣不容小覷。幾艘無人太空船已經成功抵達火星,但沒有一艘的設計是能夠返航的,當中難處有部分來自太空船需要有足夠的燃料才能駛離火星的重力,並獲得足夠動力一路航向地球。工程師羅伯特・祖布林(Robert Zubrin)首度在一九九六年提出解決方案,就是乾脆避開返航的問題。二〇一一年,荷蘭企業家巴斯・蘭斯多普(Bas Lansdorp)追隨祖布林的願景,成立非營利組織火星一號(Mars One)。火星一號對外宣稱其目標是從二〇二七年開始在紅色星球上建立人類殖民地,並以單程旅行的方式將殖民者送上火星。儘管確定永遠不會返回地球,仍有超過四千人申請希望擠身第一批殖民者之列。火星沙漠研究站一四九團的七名成員中,就有六名名列榜上。

沙利文有四個孩子,年齡從不足一歲到十五歲;他談到如果獲選為火星殖民者,離開家人可能會面臨的情緒挑戰。他的工作是救護直升機機師,也曾在伊拉克擔任軍事承包商,所以他承擔過這類風險。但他說特意離開孩子住在另一個星球上,將是完全不同的嘗試。沙利文解釋說,對他而言參加這種史詩般的冒險,將會正當化個人的犧牲——在他看來,這對人類的存續至關重要。不過他也說,希望孩子能在他永遠離開地球之前長大成人。

在火星上建立永久性且可自給自足的人類殖民地,將不僅涉及人類在火星上的生活和死亡,還包括了出生。迄今為止,關於在類似太空或另一個星球的條件下生育和成長的研究很少。火星上的低重力對懷孕、分娩和生長特別容易造成問題。雖然針對魚類、兩棲動物和鳥類的研究顯示,在微重力的狀況下受孕機率與地球上相似,但日本研究人員的老鼠胚胎發育研究卻指出,哺乳動物可能會比其他物種遇到更多問題。和歌山沙也加(Sayaka Wakayama)和同事在模擬微重力的條件下,為老鼠進行體外受精並培育所得胚胎,結果發現相較於在正常重力條件下使用相同技術,前者出生的健康幼鼠數量較少。

出生在缺乏微生物的環境可能帶來的影響也仍舊未知。小孩從母親陰道分娩而出的過程中獲得部分身體所需的細菌,但剩下的則需從周圍環境中獲得。據瞭解,火星上缺乏微生物的踪影,所以孩子在火星可能觸及的唯一細菌,將會是有意無意情況下從地球帶去的。導入微生物的必要性,不僅出於人類健康的考量,也是為了展開所謂的生態系統服務,諸如分解(設想如果缺乏生物分解,垃圾將堆積成山)、固氮作用(轉化大氣中的氮成為可使用的形式)和發酵(缺乏酵母的幫助,高粱和啤酒花無法釀成啤酒)。

環顧桌邊的這群願意以生命做賭注、踏上遠征紅色星球單程旅行的志願者,我好奇他們是否就會成為新人類物種的始祖。如果火星殖民地可以自給自足幾千年,可能成就了種化的適當條件。就像群島島嶼上的雀鳥,生活在我們所處的太陽系或超出太陽系範疇不同行星上的人類,可以透過天擇適應當地條件獨立演化。

這個過程在其他行星上,甚至可能比在地球上更快發生——因為輻射改變了DNA,可承受範圍內的輻射暴露量增加,會加速生殖器官的突變,使得基因庫的遺傳變異以比地球更快的速度增加。居住在火星或其他行星上的人類,以及我們攜帶過去的任何其他物種,可能透過加速天擇的過程,更快地適應明顯不同的外在環境。最初殖民的人數少,也意味著遺傳漂移和基因衝浪將在改變外星殖民地基因庫的過程中扮演重要角色。也許長期來看,人類的未來(如果我們能設法避免滅絕)將會從被稱為智人的單一地球物種,開枝散葉成為一個家族,有許多後代佔據現今我們仍在探索的眾多世界。

書籍介紹

本文摘錄自《未來人類:人類將演化到哪裡去?》,八旗文化出版

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作者:史考特・索羅門(Scott Solomon)
譯者:黃珮玲

在這本引人入勝的書中,演化生物學家索羅門爬梳近幾年來爆炸性的發現,檢驗人類演化的未來後,提出令人信服的證據說明:演化仍舊影響著今日的我們。但問題是,現代化的結果,包括壽命的延長、飲食習慣的改變、全球遷徙、抗生素和避孕藥廣泛的使用,也成為影響我們人類的演化的重要力量。並且,天擇不再人類演化唯一可能的方式。包括族群間因移民造成的基因混合,以及當族群擴大或縮小時可能發生的隨機波動,都已成為現代人面對的處境。

本書作者為演化生物學家,以六大章,分別就天擇透過傳染病,包括老對手如瘧疾以及新威脅如伊博拉病毒,如何繼續影響人類未來的演化;以及其他演化力量,包括突變、性選擇、遺傳漂變和基因流動,在今日如何對人類演化具有影響力,深入地探討了這個問題。如此告訴我們,如果人類仍在演化,哪些部分的歷史發展趨勢可能會影響人類,而哪些和現代甚至未來世界無關。

未來人類
Photo Credit: 八旗文化出版

責任編輯:游家權
核稿編輯:翁世航

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