宇宙探索:火星居民会长什么样?

时间:2017-04-27 05:42:52
频道:科学猎奇
来源:大科技·科学之谜
作者:佚名

 这几年,移民火星是个非常热的话题,无论是NASA还是SpaceX,现在都已经推出了火星移民计划,到时,地球上的幸运儿将搭乘宇宙飞船前往火星。

许多人关心的是这些人将如何在火星上求生,又该怎么繁衍后代,建立永久的火星殖民地。但我们知道,在火星上,重力小、辐射强、微生物缺乏,跟地球环境有天壤之别,这就意味着移民者不仅要考虑如何适应火星环境,孤立隔绝的火星环境也会加速移民者后代的进化。那么,这些未来火星居民又会长成什么样呢?

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隔绝环境中会发生奠基者效应

由于技术的限制,最初到达火星的地球殖民者的数量将非常少,在这样隔绝和封闭的外星球环境里,移民者会受到奠基者效应的影响。奠基者效应说的是少数新个体在孤僻的环境中繁衍后,这个群体后来的数量虽然会增加,但因未与其他生物群体交配繁殖,彼此之间基因的差异性甚小。
假如我们只往火星运送100个移民,那么他们在身高、发色,得糖尿病或乳腺癌机率等方面的概率,往往不能代表人类的共性。在孤立的新火星环境中,他们身上无论有什么样的特征,都有可能代代相传。例如,如果送到火星上的所有的宇航员是红发的,火星居民将会变成红头发居民。经过世代进化后,由于基因多样性的丧失会扩大该种群的基因缺陷,最终,这些新人类不仅外形和声音与我们不同,甚至有可能是跟我们是截然不同的另一个物种。

火星居民将会更健壮

奠基者效应可以发生在任何孤僻或者隔绝的环境中,那么,独特的火星环境还会对人体有什么影响呢?
由于火星只有地球引力的三分之一,没有重力的牵引,在火星上妊娠和分娩可能会更加困难。对小鼠胚胎的一项研究发现,在模拟的微重力环境下,比起重力环境下,老鼠妈妈生的幼鼠存活率低。体外受精和试管婴儿虽然不受重力下降的影响,但在某些情况下,仍会导致胚胎发育不良,现在研究人员还不知道为什么这样。其他研究结果也显示,比起在地球上,哺乳动物,包括人类,可能在火星上经历更多孕期并发症。这些研究表明,火星居民的进化将会面临许多未知数。
低重力也会导致骨密度以每月1%至2%的速度流失。定居者可能会在两到三年后失去一半的骨量,孕妇骨密度下降的速度更快,因为妊娠需要大量的钙。骨密度损失使人们更容易受伤,尤其容易造成髋部和脊柱骨折。
在微重力环境中,由于“成骨细胞”的活性受到抑制,骨骼血液供应也相应减少,断骨会更难愈合,这样的骨折可能是致命的。所以,那些有更高骨密度的火星居民,将有更高的存活几率,并将他们的基因传递下去。因此,许多代后,火星人可能最终有比他们的地球祖先更结实的骨头,以及更健壮的外表。比起现代人类,这些人会更类似远古的人类祖先。

皮肤颜色会改变

火星居民还得适应高浓度的辐射环境。大家知道,火星没有磁圈或大气层,持续遭受着高能宇宙射线、强烈的紫外线辐射、太阳粒子的轰击。一个人在火星表面生活了500天之后,所受的辐射剂量是美国最低安全标准的6倍。虽然宇航服或者地下建筑会一定程度上保护宇航员,但毫无疑问,宇航员如果要种植庄稼,修建建筑等,还是得在火星表面活动。
辐射会损害DNA,造成的突变会导致癌症。对于火星移民来说,这可能意味着更高的癌症发病率。但在环境压力下,它也能推动基因变异,加速进化进程,产生有利于火星生存的特性。
比如,在地球上,我们的皮肤会产生黑色素,这是一种充当自然防晒霜的色素。在人类进化中出现的皮肤色素充当着一个平衡的角色,因为如果辐射量过高,会破坏DNA的生成,太低的辐射量又会阻碍骨骼的正常形成。许多生物使用黑色素保护自己免受辐射,比如在切尔诺贝利核灾难现场,人们发现有一种深色真菌正在那儿大面积繁殖。
对于我们人类来说,让大多数人类免受太阳辐射的一种黑色素是真黑素,这种黑色素会使得皮肤呈现深棕色或黑色皮肤。所以,那些皮肤里有更多真黑素的人类将可能更好地在极端辐射环境中存活,所以比起地球上,未来的火星居民可能皮肤的颜色更深。
另外,火星上的强烈辐射可能有利于新的皮肤色素的进化。类葫萝卜素,这是一种橙色色素,决定了胡萝卜的颜色,许多植物和微生物为了免受太阳辐射,会生产这种色素。许多动物也有类胡萝卜素,不过,动物体内的大部分类胡萝卜素需要从摄取的食物中获得。然而,豌豆蚜虫是一个例外,这个刺吸式小昆虫,通常是绿色的,但当它从真菌那儿获得了制造类胡萝卜素的基因后,会变成红色的。这就说明,在罕见情况下,动物可以借用其他生物体的基因来生产自己的皮肤颜色。所以,研究者推测,如果橙色皮肤有利于人类抵御火星的高辐射环境,那么,人类也可能像豌豆蚜虫一样,从环境中获取制造胡萝卜素的基因,进化出明亮的橙色皮肤。

大脑基因也会改变

高辐射量不仅会影响人类皮肤的颜色,最近的研究表明,它还会影响大脑。在对小鼠的实验中,研究人员发现高剂量的辐射会损害大脑神经,降低一些老鼠的空间记忆学习能力,还会使它们的行为更大胆更冒险。
火星居民必须会驾驶宇宙飞船或者对火星上的基础设施进行维护,这些活动都对空间学习能力有很高的要求,而且如果火星居民行为更冒险并且不计后果,在危险重重的外太空无疑也是致命的。所以,这些大脑改变可能会是人类成功殖民火星的一个不利因素。
然而,这次试验也表明,对辐射的敏感性因个体的差异而有所变化,因为不是所有的老鼠会受到辐射的影响。如果人类的情形跟老鼠一样,那么,自然选择就会更加偏向于那些较不易受辐射影响的个体,他们的后代可能会演化出更擅长抵御有害辐射的大脑基因,以便更好地适应火星环境。而且,这些未来火星居民后代的太空探险能力可能会更强,更适合前往比邻星b这样的遥远宜居行星,成为真正的多行星居住者。

微生物部落群减少

人的身体是微生物聚集地,这些细菌帮助人类维持身心健康。然而,与我们共生的这些微小生命,并不是人类天生就有的。胚胎时,我们从母体那里获取;幼年期,是形成微生物部落的重要时间段,我们会从父母、兄弟姐妹、朋友和环境中获得。
而现在,科学家们还没有发现火星上有任何微生物的存在迹象,换句话说,如果你在火星上出生,体内将可能无法形成健康的微生物群。
研究表明,体内微生物多样性较低的人更容易肥胖,也更容易患I型糖尿病、过敏、哮喘、腹腔疾病和某些癌症。实验表明,如果让老鼠和兔子在无菌的环境中成长,防止它们的身体里形成任何微生物后,它们的免疫系统和神经系统会发育不正常,从食物中恢复营养的能力也会变弱。所以,有益微生物的损失,可能会严重损害火星移民者的身心健康。
不过,有利就有弊。在火星上,传染病可能不会再“横行霸道”。人类的传染病大多数是由动物传染的,特别是鸟类和哺乳动物。比如炭疽和狂犬病,要怪家畜,如羊、牛、狗。其他的,像莱姆病,主要是野生动物传染的。一些新的传染病的产生,部分原因也是人类接触了被感染的动物,如埃博拉和寨卡病毒,这些微生物经常从感染的动物身上传染到人类中。当我们移民到火星时,完全可以不带任何鸟类或哺乳动物,来减少传染源,避免传染病的肆虐。同时,人类可以只带一些昆虫,这些节肢动物不太可能携带能感染人类的病菌,而且吃得也少,也好养。

最终结果:一个全新的人类物种的进化

生活在没有传染病威胁的微重力环境下,可能会造成火星殖民者的免疫系统萎缩,变成一个像阑尾这样的退化器官,或完全消失。
那么,火星居民如果返回地球会发生什么呢?
很显然,由于免疫系统受损,当没有免疫力系统的火星居民重新返回微生物生机勃勃的地球时,将不得不面临致命疾病。而当地球人去往火星时,如果任何人携带着任何疾病,将有可能导致整个火星殖民地的人们有“灭族”之灾,比如假如地球人携带一些潜伏期很长的疾病,火星人与地球人的性接触将是非常危险的。
现在,让我们将所有这些因素考虑进来。地球人与火星人之间缺少基因交流;在人类携带的任何植物或动物身上,以及生活在这些物种的微生物中,也会加速进化或者突变。换句话说,在人类建立一个火星殖民地的过程中,也将会建立一个新型的生态系统,这种系统将会与我们地球上的任何现有生态系统都不一样;由于奠基者效应、人体内微生物的变化、火星恶劣环境中的自然选择等等因素的影响,定居火星的人类,经过许多代的繁殖后,最终的结果是会进化出一个全新的人类物种。
这种情况经常发生在孤立岛屿上的动植物身上,比如加拉帕戈斯群岛的达尔文地雀,是物种通过地理隔离、导致生殖隔离而形成新种的典型例子。在这个岛屿上,这些有同一祖先的达尔文雀,因为适应不同的生活环境而分化成相对独立的14个种。
一般,在孤立的岛屿上,新物种的形成会花几千年的时间,但火星环境不仅很孤立,而且和地球环境有天壤之别,还会加速这一进化过程。研究者预计,在短短几百代的时间里,可能小于6000年,新型的人类将可能出现。
1950年,雷·布莱伯利发表了名为《火星编年史》的系列短篇小说,他想象在一个遥远的未来,人类很早就在火星居住,火星人有棕色的皮肤,黄色的眼睛,有一天,他们想重返地球。“你有没有想过在地球上是否有居民吗?”一位火星人问道。“地球是无法支持生命的。”她的丈夫回答道:“我们的科学家们说在他们星球上,有太多的氧气。”
布拉德伯里的小说很可能有先见之明。为了预防地球的灾难性物种灭绝事件的发生,对于人类来说,殖民火星可能是必要的。然而,地球移民在适应了全新的环境后,也将会彻底地改变人类这个物种,那时的火星居民还真的能代表“地球人”吗?

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宇宙探索:火星居民会长什么样?

 这几年,移民火星是个非常热的话题,无论是NASA还是SpaceX,现在都已经推出了火星移民计划,到时,地球上的幸运儿将搭乘宇宙飞船前往火星。

许多人关心的是这些人将如何在火星上求生,又该怎么繁衍后代,建立永久的火星殖民地。但我们知道,在火星上,重力小、辐射强、微生物缺乏,跟地球环境有天壤之别,这就意味着移民者不仅要考虑如何适应火星环境,孤立隔绝的火星环境也会加速移民者后代的进化。那么,这些未来火星居民又会长成什么样呢?

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隔绝环境中会发生奠基者效应

由于技术的限制,最初到达火星的地球殖民者的数量将非常少,在这样隔绝和封闭的外星球环境里,移民者会受到奠基者效应的影响。奠基者效应说的是少数新个体在孤僻的环境中繁衍后,这个群体后来的数量虽然会增加,但因未与其他生物群体交配繁殖,彼此之间基因的差异性甚小。
假如我们只往火星运送100个移民,那么他们在身高、发色,得糖尿病或乳腺癌机率等方面的概率,往往不能代表人类的共性。在孤立的新火星环境中,他们身上无论有什么样的特征,都有可能代代相传。例如,如果送到火星上的所有的宇航员是红发的,火星居民将会变成红头发居民。经过世代进化后,由于基因多样性的丧失会扩大该种群的基因缺陷,最终,这些新人类不仅外形和声音与我们不同,甚至有可能是跟我们是截然不同的另一个物种。

火星居民将会更健壮

奠基者效应可以发生在任何孤僻或者隔绝的环境中,那么,独特的火星环境还会对人体有什么影响呢?
由于火星只有地球引力的三分之一,没有重力的牵引,在火星上妊娠和分娩可能会更加困难。对小鼠胚胎的一项研究发现,在模拟的微重力环境下,比起重力环境下,老鼠妈妈生的幼鼠存活率低。体外受精和试管婴儿虽然不受重力下降的影响,但在某些情况下,仍会导致胚胎发育不良,现在研究人员还不知道为什么这样。其他研究结果也显示,比起在地球上,哺乳动物,包括人类,可能在火星上经历更多孕期并发症。这些研究表明,火星居民的进化将会面临许多未知数。
低重力也会导致骨密度以每月1%至2%的速度流失。定居者可能会在两到三年后失去一半的骨量,孕妇骨密度下降的速度更快,因为妊娠需要大量的钙。骨密度损失使人们更容易受伤,尤其容易造成髋部和脊柱骨折。
在微重力环境中,由于“成骨细胞”的活性受到抑制,骨骼血液供应也相应减少,断骨会更难愈合,这样的骨折可能是致命的。所以,那些有更高骨密度的火星居民,将有更高的存活几率,并将他们的基因传递下去。因此,许多代后,火星人可能最终有比他们的地球祖先更结实的骨头,以及更健壮的外表。比起现代人类,这些人会更类似远古的人类祖先。

皮肤颜色会改变

火星居民还得适应高浓度的辐射环境。大家知道,火星没有磁圈或大气层,持续遭受着高能宇宙射线、强烈的紫外线辐射、太阳粒子的轰击。一个人在火星表面生活了500天之后,所受的辐射剂量是美国最低安全标准的6倍。虽然宇航服或者地下建筑会一定程度上保护宇航员,但毫无疑问,宇航员如果要种植庄稼,修建建筑等,还是得在火星表面活动。
辐射会损害DNA,造成的突变会导致癌症。对于火星移民来说,这可能意味着更高的癌症发病率。但在环境压力下,它也能推动基因变异,加速进化进程,产生有利于火星生存的特性。
比如,在地球上,我们的皮肤会产生黑色素,这是一种充当自然防晒霜的色素。在人类进化中出现的皮肤色素充当着一个平衡的角色,因为如果辐射量过高,会破坏DNA的生成,太低的辐射量又会阻碍骨骼的正常形成。许多生物使用黑色素保护自己免受辐射,比如在切尔诺贝利核灾难现场,人们发现有一种深色真菌正在那儿大面积繁殖。
对于我们人类来说,让大多数人类免受太阳辐射的一种黑色素是真黑素,这种黑色素会使得皮肤呈现深棕色或黑色皮肤。所以,那些皮肤里有更多真黑素的人类将可能更好地在极端辐射环境中存活,所以比起地球上,未来的火星居民可能皮肤的颜色更深。
另外,火星上的强烈辐射可能有利于新的皮肤色素的进化。类葫萝卜素,这是一种橙色色素,决定了胡萝卜的颜色,许多植物和微生物为了免受太阳辐射,会生产这种色素。许多动物也有类胡萝卜素,不过,动物体内的大部分类胡萝卜素需要从摄取的食物中获得。然而,豌豆蚜虫是一个例外,这个刺吸式小昆虫,通常是绿色的,但当它从真菌那儿获得了制造类胡萝卜素的基因后,会变成红色的。这就说明,在罕见情况下,动物可以借用其他生物体的基因来生产自己的皮肤颜色。所以,研究者推测,如果橙色皮肤有利于人类抵御火星的高辐射环境,那么,人类也可能像豌豆蚜虫一样,从环境中获取制造胡萝卜素的基因,进化出明亮的橙色皮肤。

大脑基因也会改变

高辐射量不仅会影响人类皮肤的颜色,最近的研究表明,它还会影响大脑。在对小鼠的实验中,研究人员发现高剂量的辐射会损害大脑神经,降低一些老鼠的空间记忆学习能力,还会使它们的行为更大胆更冒险。
火星居民必须会驾驶宇宙飞船或者对火星上的基础设施进行维护,这些活动都对空间学习能力有很高的要求,而且如果火星居民行为更冒险并且不计后果,在危险重重的外太空无疑也是致命的。所以,这些大脑改变可能会是人类成功殖民火星的一个不利因素。
然而,这次试验也表明,对辐射的敏感性因个体的差异而有所变化,因为不是所有的老鼠会受到辐射的影响。如果人类的情形跟老鼠一样,那么,自然选择就会更加偏向于那些较不易受辐射影响的个体,他们的后代可能会演化出更擅长抵御有害辐射的大脑基因,以便更好地适应火星环境。而且,这些未来火星居民后代的太空探险能力可能会更强,更适合前往比邻星b这样的遥远宜居行星,成为真正的多行星居住者。

微生物部落群减少

人的身体是微生物聚集地,这些细菌帮助人类维持身心健康。然而,与我们共生的这些微小生命,并不是人类天生就有的。胚胎时,我们从母体那里获取;幼年期,是形成微生物部落的重要时间段,我们会从父母、兄弟姐妹、朋友和环境中获得。
而现在,科学家们还没有发现火星上有任何微生物的存在迹象,换句话说,如果你在火星上出生,体内将可能无法形成健康的微生物群。
研究表明,体内微生物多样性较低的人更容易肥胖,也更容易患I型糖尿病、过敏、哮喘、腹腔疾病和某些癌症。实验表明,如果让老鼠和兔子在无菌的环境中成长,防止它们的身体里形成任何微生物后,它们的免疫系统和神经系统会发育不正常,从食物中恢复营养的能力也会变弱。所以,有益微生物的损失,可能会严重损害火星移民者的身心健康。
不过,有利就有弊。在火星上,传染病可能不会再“横行霸道”。人类的传染病大多数是由动物传染的,特别是鸟类和哺乳动物。比如炭疽和狂犬病,要怪家畜,如羊、牛、狗。其他的,像莱姆病,主要是野生动物传染的。一些新的传染病的产生,部分原因也是人类接触了被感染的动物,如埃博拉和寨卡病毒,这些微生物经常从感染的动物身上传染到人类中。当我们移民到火星时,完全可以不带任何鸟类或哺乳动物,来减少传染源,避免传染病的肆虐。同时,人类可以只带一些昆虫,这些节肢动物不太可能携带能感染人类的病菌,而且吃得也少,也好养。

最终结果:一个全新的人类物种的进化

生活在没有传染病威胁的微重力环境下,可能会造成火星殖民者的免疫系统萎缩,变成一个像阑尾这样的退化器官,或完全消失。
那么,火星居民如果返回地球会发生什么呢?
很显然,由于免疫系统受损,当没有免疫力系统的火星居民重新返回微生物生机勃勃的地球时,将不得不面临致命疾病。而当地球人去往火星时,如果任何人携带着任何疾病,将有可能导致整个火星殖民地的人们有“灭族”之灾,比如假如地球人携带一些潜伏期很长的疾病,火星人与地球人的性接触将是非常危险的。
现在,让我们将所有这些因素考虑进来。地球人与火星人之间缺少基因交流;在人类携带的任何植物或动物身上,以及生活在这些物种的微生物中,也会加速进化或者突变。换句话说,在人类建立一个火星殖民地的过程中,也将会建立一个新型的生态系统,这种系统将会与我们地球上的任何现有生态系统都不一样;由于奠基者效应、人体内微生物的变化、火星恶劣环境中的自然选择等等因素的影响,定居火星的人类,经过许多代的繁殖后,最终的结果是会进化出一个全新的人类物种。
这种情况经常发生在孤立岛屿上的动植物身上,比如加拉帕戈斯群岛的达尔文地雀,是物种通过地理隔离、导致生殖隔离而形成新种的典型例子。在这个岛屿上,这些有同一祖先的达尔文雀,因为适应不同的生活环境而分化成相对独立的14个种。
一般,在孤立的岛屿上,新物种的形成会花几千年的时间,但火星环境不仅很孤立,而且和地球环境有天壤之别,还会加速这一进化过程。研究者预计,在短短几百代的时间里,可能小于6000年,新型的人类将可能出现。
1950年,雷·布莱伯利发表了名为《火星编年史》的系列短篇小说,他想象在一个遥远的未来,人类很早就在火星居住,火星人有棕色的皮肤,黄色的眼睛,有一天,他们想重返地球。“你有没有想过在地球上是否有居民吗?”一位火星人问道。“地球是无法支持生命的。”她的丈夫回答道:“我们的科学家们说在他们星球上,有太多的氧气。”
布拉德伯里的小说很可能有先见之明。为了预防地球的灾难性物种灭绝事件的发生,对于人类来说,殖民火星可能是必要的。然而,地球移民在适应了全新的环境后,也将会彻底地改变人类这个物种,那时的火星居民还真的能代表“地球人”吗?

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