Wie die Erforschung des Mars zu einer neuen menschlichen Spezies führen könnte
Der kommende Hollywood-Film The Space Between Us erzählt die Geschichte eines Jungen, der einem amerikanischen Astronauten auf dem Mars geboren wurde. Seine Mutter stirbt bei der Geburt, aber das Kind überlebt und wächst unter der Obhut einer kleinen Astronautenkolonie auf dem Roten Planeten auf. Im Filmtrailer liefert ein dunkler Voice-Over die Prämisse des Films: „Sein Herz kann einfach nicht mit der Schwerkraft umgehen; seine Knochen sind zu schwach. Mit anderen Worten, es gibt kein Zurück. Diese Frage ist es wert, darüber nachzudenken: Wenn wir uns entscheiden, die Erde zu verlassen, werden unsere Nachkommen jemals zurückkehren können?
Jedes Jahr nähern wir uns dem Mars. Die NASA hofft, dass menschliche Füße in 30 Jahren den Roten Planeten betreten werden, und Elon Musk nennt die Zahl 10 Jahre: Zunächst wird es ein Testflug sein, während das ultimative Ziel darin besteht, autarke Marsstädte zu schaffen. In einer Rede im September 2016 erwähnte Musk "zwei Hauptwege", die die Menschheit einschlagen kann: "Ein Weg besteht darin, für immer auf der Erde zu bleiben, und dann werden wir vor dem endgültigen Aussterben stehen. Die Alternative besteht darin, eine weltraumerobernde Zivilisation und eine multiplanetare Spezies zu werden."
Wenn wir jemals den Mars erreichen, werden sich die Lebensbedingungen dort in jeder Hinsicht von denen auf der Erde unterscheiden. Die Anpassung an die schwächeren Auswirkungen der Schwerkraft, die intensive Strahlung und das völlige Fehlen der Bakterienflora wird mehrere Generationen von Mars-Kolonisten dazu zwingen, eine Reihe dramatischer evolutionärer Veränderungen der menschlichen Abstammung zu erleben, die mit dem Einsetzen des aufrechten Gehens und einer Zunahme des Gehirnvolumens vergleichbar sind.
Die ersten evolutionären Veränderungen können schnell und subtil sein. Da die Anzahl der ersten Menschen auf dem Mars unweigerlich begrenzt sein wird - Musk hat vorgeschlagen, etwa hundert Menschen an Bord des Raumfahrzeugs zu schicken -, werden die ersten Mars-Kolonisten ein Phänomen erleben, das als Gründereffekt bekannt ist. Dieses Phänomen wird jedes Mal beobachtet, wenn ein neuer Ort wie eine vom Meeresboden aufsteigende Vulkaninsel von Neuankömmlingen besiedelt wird. Es ist unwahrscheinlich, dass die wenigen Personen, die sich an einem neuen Ort niederlassen, unabhängig davon, wie sie dorthin gekommen sind, die Mehrheit repräsentieren, zu der sie ursprünglich gehörten. Je kleiner die Stichprobe ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass sie die größere Gruppe darstellt, aus der sie stammt.
Wenn wir hundert Kolonisten zum Mars schicken, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie alle auf der Erde lebenden Menschen in Bezug auf Größe, Haarfarbe, Neigung zur Entwicklung von Diabetes oder Brustkrebs, Fähigkeit, Ohren zu bewegen oder andere genetische Faktoren genau zu repräsentieren, äußerst gering. … Welche Eigenschaften auch immer die frühen Kolonisten besaßen, sie würden an ihre Kinder weitergeben, und so würde eine wachsende Mars-Kolonie, selbst ohne natürliche Auslese, etwas anderes werden als die Bewohner der Erde. Wenn zum Beispiel alle Astronauten, die wir zum Mars geschickt haben, rot wären, gäbe es einen weiteren Grund, den Mars den Roten Planeten zu nennen.
Der Gründereffekt ist natürlich nicht auf Marsforscher oder interplanetare Reisende beschränkt. Es kann in jeder isolierten oder ausgewählten Population auftreten. Wenn sich jedoch eine Reihe von Generationen ändert, können Änderungen einen ausgeprägteren und spezifischeren Charakter erhalten. Unter Bedingungen, bei denen die Schwerkraft nur ein Drittel der Schwerkraft der Erde ausmacht, können Schwangerschaft und Geburt auf dem Mars viel schwieriger sein. Forscher der Embryonalentwicklung bei Mäusen haben herausgefunden, dass die Fertilitätsraten bei Mäusen, deren Embryonen unter künstlich erzeugten Mikrogravitationsbedingungen gebildet wurden, niedriger sind als unter normaler Schwerkraft. Interessanterweise scheint die in vitro durchgeführte Befruchtung nicht durch die Abnahme der Schwerkraft beeinflusst zu werden, aber einige der erhaltenen Embryonen entwickelten sich nicht so gut wie die Embryonen.erscheint unter normaler Schwerkraft. Die Gründe dafür sind noch nicht klar, aber die Ergebnisse zeigen, dass Säugetiere, einschließlich Menschen, während der Schwangerschaft auf dem Mars mehr Schwierigkeiten haben können als auf der Erde. Und dies kann wiederum einen neuen Druck der evolutionären Selektion ausüben, der auf der Erde nicht beobachtet wird.
Eine unzureichende Schwerkraft führt auch zu einem Knochenverlust von etwa 1% bis 2% pro Monat. Nach zwei oder drei Jahren auf dem Mars riskieren Siedler, die Hälfte ihrer Knochenmasse zu verlieren, was schwangere Frauen wahrscheinlich noch mehr betrifft, da der Körper während der Schwangerschaft viel Kalzium benötigt. Der Verlust der Knochendichte macht Menschen anfälliger für Verletzungen, insbesondere für Frakturen der Hüfte und der Wirbelsäule. Da solche Verletzungen irreversible Folgen für den Mars haben können, überleben Menschen mit natürlich höherer Knochendichte - was für unsere Vorfahren charakteristischer war als für moderne Menschen - eher und geben ihre Gene weiter. Infolge des Wandels vieler Generationen werden die Menschen auf dem Mars natürlich dichtere Knochen haben als ihre Vorgänger, was bedeutet, dass sie ein stärkeres Aussehen haben.
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Mars-Siedler müssen sich auch an hohe Strahlungswerte anpassen. Ohne Magnetosphäre oder Atmosphäre zum Schutz des Planeten wird der Mars von energiereichen kosmischen Strahlen, intensiver ultravioletter Strahlung und Sonnenpartikeln angegriffen. Für 500 Tage auf der Marsoberfläche erhält eine Person eine Strahlungsdosis, die sechsmal so hoch ist wie die maximale jährliche Dosis, die Mitarbeiter des US-Energieministeriums zulassen. Raumanzüge oder unterirdische Wohnräume bieten zwar einen gewissen Schutz, aber natürlich muss noch einige Zeit auf der Marsoberfläche verbracht werden, um Getreide anzubauen, Gebäude zu errichten und dergleichen.
Strahlung schädigt die DNA und verursacht eine Art Mutation, die zu Krebs führt. Während Strahlung für Mars-Siedler höhere Krebsraten bedeuten kann, kann sie auch die Evolution beschleunigen, indem sie zufällige genetische Variationen erzeugt, einschließlich Eigenschaften, die für die Mars-Umgebung von Vorteil sind.
Diese genetischen Variationen können unseren Körper vor Strahlenexposition schützen. Auf der Erde produziert unsere Haut Melanin, ein Pigment, das als natürlicher Sonnenschutz wirkt. Die Hautpigmentierung hat sich in menschlichen Populationen als Gleichgewicht zwischen dem Risiko einer übermäßigen Strahlung, die die DNA-Produktion stört, und dem Risiko einer unzureichenden Strahlung, die die normale Knochenbildung beeinträchtigt, entwickelt. Viele andere Organismen verwenden Melanin, um sich vor Strahlung zu schützen, einschließlich dunkler Pilze, die dort wachsen, wo der Kern des Kernreaktors von Tschernobyl geschmolzen ist. Die Art von Melanin, die dem menschlichen Körper maximalen Schutz vor Sonneneinstrahlung bietet, ist Eumelanin, das der Haut eine dunkelbraune oder schwarze Farbe verleiht. Menschen, die viel mehr Eumelanin in ihrer Haut habenwird in der Lage sein, extreme Strahlungswerte auf dem Mars besser zu tolerieren, mit dem Ergebnis, dass die Haut der Marsmenschen dunkler ist als die eines Menschen.
Der Rover überquert die Sanddünen von Dingo Gap
Andererseits könnte intensive Strahlung auf dem Mars zur Entwicklung neuer Hautpigmente beitragen. Carotinoide - die Orangenpigmente, die Karotten ihre Farbe verleihen - werden von vielen Pflanzen und Mikroorganismen produziert, um sie vor Sonnenlicht zu schützen. Obwohl viele Tiere Carotinoide haben, bekommen die meisten von ihnen diese aus ihrer Nahrung. Eine Ausnahme bildet die Erbsenblattlaus, ein kleines Insekt, das normalerweise eine grüne Farbe hat, in einigen Fällen jedoch aufgrund der von ihm selbst produzierten Carotinoide rot wird. Die Genomanalyse zeigte, dass die Erbsenblattläuse die Gene erhielten, die für die Produktion von Carotinoiden von einem Pilz verantwortlich sind, was bedeutet, dass Tiere in seltenen Fällen Geräte für die Produktion von Pigmenten von anderen Organismen ausleihen können. Die rauen Bedingungen auf dem Mars könnten die Wahrscheinlichkeit solcher seltenen Anleihen erhöhen, wenn das Endergebnis - beispielsweise leuchtend orangefarbene Haut - besonders vorteilhaft wäre.
Neuere Forschungen haben gezeigt, dass hohe Strahlungswerte auch das Gehirn beeinflussen und das räumliche Gedächtnis und das Risikoverhalten bei einigen, aber nicht allen Mäusen verändern. Solche Verstöße könnten den Erfolg der Mars-Kolonie ernsthaft gefährden. Wenn jedoch beim Menschen auf dem Mars die gleichen Schwankungen der Strahlungsempfindlichkeit auftreten, die wir bei Nagetieren beobachten, wirkt sich die natürliche Selektion zugunsten derjenigen aus, die weniger von Strahlung betroffen sind. Zukünftige Generationen werden in der Lage sein, Resistenzen gegen die schädlichen Auswirkungen der Strahlung auf das Gehirn zu entwickeln, um den Menschen zu helfen, sich besser an die Marsumgebung anzupassen und ihre Fähigkeit zur weiteren Erforschung des Weltraums zu verbessern, vielleicht sogar zu weiter entfernten bewohnbaren Planeten wie Proxima b.
Dann gibt es das Mikrobiom - Bakterien und andere winzige Organismen, die innerhalb und auf der Oberfläche unseres Körpers leben und ernsthafte Auswirkungen auf unseren Körper haben. Diese Mikroben werden von uns während unseres gesamten Lebens erworben, beginnend mit denen, die wir von unseren Müttern erhalten, wenn sie durch den Geburtskanal gehen. Die frühe Kindheit ist eine wichtige Zeit für die Entwicklung eines gesunden Mikrobioms, da Kinder zusätzliche Mikroben von ihren Eltern, Geschwistern, Freunden und der Umwelt erhalten. Kinder auf dem Mars werden nicht den vielen verschiedenen Mikroben ausgesetzt sein, die wir hier auf der Erde finden, und während Wissenschaftler immer noch hoffen, mikrobielles Leben auf dem Mars zu finden, gibt es noch keine schlüssigen Beweise für seine Existenz.
Menschen auf dem Mars
Der Verlust nützlicher Mikroben kann zu nachteiligen körperlichen und geistigen Folgen für die Mars-Siedler führen. Hier auf der Erde sehen wir bereits eine Abnahme der mikrobiellen Vielfalt in den Mikrobiomen von Menschen, die in städtischen Umgebungen leben. Wir tun unser Bestes, um unseren Körper und die umgebenden Objekte zu desinfizieren, um den Austausch von Krankheiten zu verhindern. In vielerlei Hinsicht ist dieser Prozess unbestreitbar vorteilhaft - sobald allgegenwärtige Krankheiten wie Pocken durch die Entwicklung von Impfstoffen besiegt wurden und eine verbesserte Hygiene und die Verfügbarkeit von Antibiotika die Ausbreitung anderer Krankheiten auf bestimmte Regionen beschränkt haben. Eine unvorhergesehene Folge unseres Krieges gegen Mikroben war jedoch das Streben nach gesundheitsfördernden Mikroorganismen, einschließlich solcherdie seit Jahrtausenden mit uns koexistieren und derzeit vom Aussterben bedroht sind.
Der Umzug zum Mars kann für diese Mikroben ein zu großer Test sein, und ihr vollständiger Verlust wird mit ziemlicher Sicherheit für den Menschen schädlich sein. Menschen mit einem schlecht diversifizierten Mikrobiom entwickeln häufiger Fettleibigkeit, Typ-1-Diabetes und möglicherweise andere Krankheiten, einschließlich Allergien, Asthma, Zöliakie und bestimmten Krebsarten. Experimente, bei denen Mäuse und Kaninchen unter sterilen Bedingungen aufgezogen werden, ohne dass sie irgendein Mikrobiom entwickeln können, deuten auf eine eher trostlose Aussicht hin. Ihr Immun- und Nervensystem entwickelt sich nicht richtig und ihre Fähigkeit, Nährstoffe aus der Nahrung zu gewinnen, ist beeinträchtigt.
Die Mikroben, die in unserem Darm leben, spielen eine wichtige Rolle bei der Verdauung. Angesichts des vollständigen Verlusts des Mikrobioms müssen sich die Ernährungsgewohnheiten der Mars-Siedler ändern. Wissenschaftler können speziell formulierte Lebensmittel entwickeln, die nur einfache Zucker, Proteine und Fette enthalten, die ohne die Hilfe von Mikroorganismen leicht verdaulich sind. Wenn andererseits einige nützliche Mikroben einen Menschen zum Mars begleiten, können sie sich selbst mit ihm entwickeln. Aufgrund der kurzen Generationszeit - einige Arten von Bakterien vermehren sich alle 30 Minuten - entwickeln sich Mikroben viel schneller als Menschen, wodurch sie sich schnell an veränderte Bedingungen anpassen können. Sie werden auch von Strahlung betroffen sein, was ihre Mutationsfrequenz erhöht und ihre Entwicklung weiter beschleunigt.
Die gleichen Prozesse treten bei allen Pflanzen oder Tieren auf, die wir mitbringen, sowie bei den Mikroben, die in und auf der Oberfläche dieser Arten leben. Mit anderen Worten, durch die Schaffung einer Mars-Kolonie werden wir den Grundstein für eine neue Art von Ökosystem legen. Die Anordnung des Mars - eine gezielte Veränderung der Marsumgebung, um ihre Bedingungen denen auf der Erde näher zu bringen - kann zur Entwicklung von Ökosystemen führen, die sich von denen auf dem Planeten Erde unterscheiden.
Die gute Nachricht ist, dass der Mars wahrscheinlich kein Problem mit Infektionskrankheiten haben wird. Wie beim menschlichen Mikrobiom sind die einzigen Viren, pathogenen Bakterien und anderen Krankheitserreger auf dem Mars wahrscheinlich diejenigen, die wir mitbringen. Lange interplanetare Reisen könnten zu einer Quarantäne werden, die die Wahrscheinlichkeit des versehentlichen Auftretens von Infektionskrankheiten auf dem Mars begrenzt. Die meisten Infektionskrankheiten, die den Menschen betreffen, sind das Ergebnis von Infektionen, die wir von Tieren, insbesondere Vögeln und Säugetieren, bekommen haben. Viele davon, wie Anthrax und Tollwut, werden von Haustieren wie Schafen, Rindern und Hunden getragen. Andere, wie die Lyme-Borreliose, stammen hauptsächlich von Wildtieren. Auf der Erde sind wir ständig mit neuen Krankheiten konfrontiert,wie Ebola und Zika, teilweise weil diese Mikroben regelmäßig Tiere und Menschen infizieren. Auf dem Mars können wir dieses Problem vermeiden, indem wir keine Vögel oder Säugetiere dorthin bringen und uns stattdessen für eine Auswahl von Insekten entscheiden, die weniger wahrscheinlich Infektionen übertragen, die Menschen infizieren können (und weniger Nahrung benötigen).
Auf der anderen Seite kann das Leben außerhalb der Gefahr von Infektionskrankheiten zu einer Atrophie des Immunsystems führen, die zu einem anhangsähnlichen Relikt werden oder möglicherweise ganz verschwinden kann. Diese Atrophie kann nicht nur durch das Fehlen von Krankheiten verursacht werden: Während der Raumfahrt leiden Astronauten häufig an einer Immunsuppression, die hauptsächlich auf den Stress zurückzuführen ist, der mit dem Start, der Landung und dem Aufenthalt auf engstem Raum verbunden ist. Nach einigen Berichten spielt hier jedoch auch die Mikrogravitation eine Rolle.
Immungeschwächte Marsmenschen werden bei ihrer Rückkehr auf die Erde mit lebensbedrohlichen Krankheiten konfrontiert sein, und Menschen, die von der Erde gekommen sind, riskieren, die gesamte Mars-Kolonie zu zerstören, wenn sie Krankheiten mit sich bringen. Die mit Krankheiten verbundenen Risiken, die keine offensichtlichen Symptome aufweisen, wie dies normalerweise bei sexuell übertragbaren Infektionen wie HIV oder Chlamydien der Fall ist, sind besonders hoch. Ein enger persönlicher Kontakt - wie Sex - zwischen Erdlingen und Marsmenschen wäre sehr riskant.
Alles zusammen: Das Verbot des Geschlechtsverkehrs zwischen Erdlingen und Marsmenschen, der Gründereffekt, Veränderungen im Mikrobiom, natürliche Selektion unter den rauen Bedingungen der Marsumgebung sowie schwache Schwerkraft - und es wird Ihnen klar: Die Besiedlung des Mars wird letztendlich zur Entwicklung einer völlig neuen menschlichen Spezies führen … Dies ist ein weit verbreitetes Phänomen in der Welt der auf den Inseln isolierten Tiere und Pflanzen - erinnern Sie sich an die berühmten Darwin-Finken. Während die Speziation auf Inseln Tausende von Jahren dauern kann, dürften die beschleunigten Mutationsraten auf dem Mars und der starke Kontrast zwischen den Lebensbedingungen auf dem Mars und auf der Erde diesen Prozess beschleunigen. In nur wenigen hundert Generationen - vielleicht schon in sechstausend Jahren - könnte eine neue Spezies des Menschen entstehen.
1950 veröffentlichte Ray Bradbury eine Reihe verwandter Kurzgeschichten mit dem Titel The Martian Chronicles, in denen er eine ferne Zukunft darstellte, in der der Mars von Menschen kolonisiert wird, die seit langem jegliches Interesse an und Verbindung zur Erde verloren haben. Die Marsianer Bradbury haben braune Haut und gelbe Augen. "Hast du jemals darüber nachgedacht - nun, darüber, ob Menschen auf einem dritten Planeten leben?" - fragt einer der Marsmenschen. "Der dritte Planet ist nicht bewohnbar", antwortet ihr Mann. "Unsere Wissenschaftler sagen, dass die Atmosphäre zu viel Sauerstoff enthält."
Bradburys Fiktion mag durchaus prophetisch sein. Wenn die Erde von schweren Katastrophen heimgesucht wird, kann die langfristige Besiedlung des Mars eine notwendige Voraussetzung für unser Überleben sein. Eine Strategie zur Erhaltung der menschlichen Spezies kann uns jedoch letztendlich für immer verändern.
Scott Solomon ist Biologe und wissenschaftlicher Autor in Houston. Er unterrichtet Ökologie, Evolutionsbiologie und wissenschaftliche Kommunikation an der Rice University, wo er Professor am Department of Biosciences ist. Sein erstes Buch Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution wurde am 25. Oktober 2016 von Yale University Press veröffentlicht.
