Bagaimana Eksplorasi Mars Dapat Menghasilkan Spesies Manusia Baru
Film Hollywood mendatang The Space Between Us menceritakan kisah seorang anak laki-laki yang lahir dari seorang astronot Amerika di Mars. Ibunya meninggal saat melahirkan, tetapi anak itu bertahan dan tumbuh di bawah asuhan koloni kecil astronot di Planet Merah. Dalam trailer film, sulih suara gelap memberikan premis film: “Hatinya tidak bisa menahan gravitasi; tulangnya terlalu lemah. Dengan kata lain, tidak ada jalan untuk mundur. Pertanyaan ini patut direnungkan: jika kita memutuskan untuk meninggalkan Bumi, akankah keturunan kita dapat kembali?
Setiap tahun kami semakin dekat ke Mars. NASA berharap kaki manusia akan menginjakkan kaki di Planet Merah dalam 30 tahun, dan Elon Musk menyebut angka itu 10 tahun: pada awalnya itu akan menjadi uji terbang, sementara tujuan akhirnya adalah untuk menciptakan kota-kota Mars yang mandiri. Dalam pidatonya pada September 2016, Musk menyebutkan "dua jalan utama" yang dapat diambil umat manusia: "Satu jalan adalah tetap di Bumi selamanya, dan kemudian kita akan menghadapi kepunahan terakhir. Alternatifnya adalah menjadi peradaban yang menaklukkan ruang angkasa dan spesies multi-planet."
Jika kita pernah mencapai Mars, kondisi kehidupan di sana akan berbeda dari yang ada di Bumi dalam segala hal. Adaptasi terhadap efek gravitasi yang lebih lemah, radiasi yang intens, dan tidak adanya flora bakteri sama sekali akan memaksa beberapa generasi koloni Mars untuk mengalami sejumlah perubahan evolusioner dramatis pada nenek moyang manusia, sebanding dengan permulaan berjalan tegak dan peningkatan volume otak.
Perubahan evolusioner pertama bisa cepat dan halus. Karena kelompok manusia pertama di Mars pasti akan dibatasi jumlahnya - Musk telah mengusulkan pengiriman sekitar seratus orang ke pesawat luar angkasa - penjajah Mars pertama akan mengalami fenomena yang dikenal sebagai efek pendiri. Fenomena ini diamati setiap kali tempat baru, seperti pulau vulkanik yang naik dari dasar laut, dijajah oleh pendatang baru. Beberapa individu yang menetap di tempat baru, terlepas dari bagaimana mereka sampai di sana, tidak mungkin mewakili mayoritas tempat mereka berasal. Semakin kecil sampelnya, semakin kecil kemungkinannya untuk mewakili kelompok yang lebih besar asalnya.
Jika kita mengirim seratus koloni ke Mars, kemungkinan mereka secara akurat mewakili semua orang yang hidup di Bumi dalam hal tinggi badan, warna rambut, kecenderungan untuk mengembangkan diabetes atau kanker payudara, kemampuan untuk menggerakkan telinga atau faktor genetik lainnya sangatlah rendah. … Apa pun ciri yang dimiliki koloni awal, mereka akan diturunkan kepada anak-anak mereka, dan dengan demikian koloni Mars yang sedang tumbuh, bahkan tanpa adanya seleksi alam, akan menjadi sesuatu yang berbeda dari penghuni Bumi. Misalnya, jika semua astronot yang kami kirim ke Mars berwarna merah, akan ada alasan lain untuk menyebut Mars sebagai Planet Merah.
Efek pendiri, tentu saja, tidak terbatas pada penjelajah Mars atau pelancong antarplanet. Ini dapat terjadi pada populasi yang terisolasi atau dipilih. Tetapi seiring dengan perubahan jumlah generasi, perubahan dapat memperoleh karakter yang lebih nyata dan spesifik. Dalam kondisi di mana gravitasi hanya sepertiga dari gravitasi bumi, kehamilan dan persalinan bisa jadi jauh lebih sulit di Mars. Para peneliti perkembangan embrio pada tikus telah menemukan bahwa tingkat kesuburan pada tikus, yang embrio-nya terbentuk di bawah kondisi gayaberat mikro yang dibuat secara artifisial, lebih rendah dibandingkan dengan gravitasi normal. Menariknya, pembuahan - yang dilakukan secara in vitro - tampaknya tidak terpengaruh oleh penurunan gravitasi, tetapi beberapa embrio yang diperoleh tidak berkembang sebaik embrio.muncul di bawah gravitasi normal. Alasannya masih belum jelas, tetapi hasil penelitian menunjukkan bahwa mamalia, termasuk manusia, mungkin mengalami lebih banyak kesulitan selama masa kehamilan di Mars daripada di Bumi. Dan ini, pada gilirannya, dapat memberikan tekanan baru pada seleksi evolusioner, yang tidak teramati di Bumi.
Gravitasi yang tidak mencukupi juga akan menyebabkan keropos tulang dengan kecepatan sekitar 1% hingga 2% per bulan. Setelah dua atau tiga tahun di Mars, pemukim berisiko kehilangan setengah dari massa tulang mereka, yang kemungkinan akan lebih memengaruhi wanita hamil, karena tubuh membutuhkan banyak kalsium selama kehamilan. Kehilangan kepadatan tulang membuat orang lebih mudah mengalami cedera, terutama patah tulang pinggul dan tulang belakang. Karena cedera semacam itu dapat memiliki konsekuensi yang tidak dapat diubah di Mars, orang dengan kepadatan tulang yang lebih tinggi secara alami - yang lebih merupakan karakteristik nenek moyang kita daripada manusia modern - lebih mungkin untuk bertahan hidup dan menurunkan gen mereka. Oleh karena itu, sebagai akibat dari perubahan banyak generasi, manusia di Mars pada akhirnya akan memiliki tulang yang lebih padat secara alami dibandingkan dengan pendahulunya, yang berarti mereka akan lebih kuat secara penampilan.
Video promosi:
Pemukim Mars juga harus beradaptasi dengan radiasi tingkat tinggi. Tanpa magnetosfer atau atmosfer untuk melindungi planet, Mars diserang oleh sinar kosmik berenergi tinggi, radiasi ultraviolet yang intens, dan partikel matahari. Selama 500 hari di permukaan Mars, seseorang akan menerima dosis radiasi yang enam kali lipat dosis tahunan maksimum yang diizinkan oleh karyawan Departemen Energi Amerika Serikat. Pakaian luar angkasa atau tempat tinggal bawah tanah mungkin memberikan perlindungan, tetapi tentu saja, beberapa waktu masih perlu dihabiskan di permukaan Mars, bercocok tanam, mendirikan bangunan dan sejenisnya.
Radiasi merusak DNA, menyebabkan semacam mutasi yang mengarah ke kanker. Meskipun radiasi dapat berarti tingkat kanker yang lebih tinggi bagi para pemukim Mars, radiasi juga dapat mempercepat evolusi dengan menghasilkan variasi genetik acak, termasuk sifat-sifat yang berguna di lingkungan Mars.
Variasi genetik ini bisa menjadi cara melindungi tubuh kita dari paparan radiasi. Di Bumi, kulit kita menghasilkan melanin, pigmen yang berfungsi sebagai tabir surya alami. Pigmentasi kulit telah berkembang pada populasi manusia sebagai keseimbangan antara risiko radiasi berlebih, yang mengganggu produksi DNA, dan risiko radiasi yang tidak mencukupi, yang mengganggu pembentukan tulang normal. Banyak organisme lain menggunakan melanin untuk melindungi diri dari radiasi, termasuk jamur berwarna gelap yang tumbuh di tempat inti reaktor nuklir Chernobyl meleleh. Jenis melanin yang memberikan perlindungan maksimal bagi tubuh manusia dari radiasi matahari adalah eumelanin, yang membuat kulit berwarna coklat tua atau hitam. Orang yang memiliki lebih banyak eumelanin di kulitnyaakan dapat mentolerir tingkat radiasi yang ekstrem di Mars dengan lebih baik, sehingga kulit Mars akan lebih gelap daripada kulit manusia mana pun.
Kendaraan penjelajah melintasi bukit pasir Dingo Gap
Di sisi lain, radiasi intens di Mars dapat berkontribusi pada evolusi pigmen kulit baru. Karotenoid - pigmen oranye yang memberi warna pada wortel - diproduksi oleh banyak tumbuhan dan mikroorganisme untuk melindunginya dari sinar matahari. Meskipun banyak hewan memiliki karotenoid, kebanyakan dari mereka mendapatkannya dari makanan mereka. Satu pengecualian adalah pea aphid, serangga kecil yang biasanya berwarna hijau, tetapi dalam beberapa kasus berubah menjadi merah karena karotenoid yang dihasilkannya sendiri. Analisis genomik menunjukkan bahwa kutu daun kacang menerima gen yang bertanggung jawab atas produksi karotenoid dari satu jamur, yang berarti bahwa dalam kasus yang jarang terjadi, hewan dapat meminjam peralatan untuk memproduksi pigmen dari organisme lain. Kondisi keras di Mars dapat meningkatkan kemungkinan pinjaman langka seperti itu jika hasil akhirnya - katakanlah, kulit oranye cerah - sangat menguntungkan.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa tingkat radiasi yang tinggi juga memengaruhi otak, mengubah memori spasial dan perilaku pengambilan risiko pada beberapa, tetapi tidak semua, tikus. Pelanggaran semacam itu bisa menjadi ancaman serius bagi keberhasilan koloni Mars. Namun, jika fluktuasi sensitivitas radiasi yang sama yang kita lihat pada hewan pengerat ditemukan di antara manusia di Mars, seleksi alam akan mendukung mereka yang kurang terpengaruh oleh radiasi. Generasi mendatang akan mampu mengembangkan ketahanan terhadap efek berbahaya radiasi pada otak, membantu manusia beradaptasi lebih baik dengan lingkungan Mars dan meningkatkan kemampuan mereka untuk eksplorasi ruang angkasa lebih jauh, bahkan mungkin melakukan perjalanan ke planet yang lebih jauh dan dapat dihuni seperti Proxima b.
Lalu ada mikrobioma - bakteri dan organisme kecil lainnya yang hidup di dalam dan di permukaan tubuh kita dan memiliki efek serius pada tubuh kita. Mikroba ini didapat oleh kita sepanjang hidup kita, dimulai dengan yang kita terima dari ibu kita saat melewati jalan lahir. Anak usia dini merupakan masa penting untuk perkembangan mikrobioma yang sehat karena anak menerima tambahan mikroba dari orang tua, saudara, teman, dan lingkungan. Anak-anak di Mars tidak akan terpapar pada banyak mikroba berbeda yang kita temukan di Bumi, dan sementara para ilmuwan masih berharap untuk menemukan kehidupan mikroba di Mars, masih belum ada bukti konklusif untuk keberadaannya.
Orang-orang di Mars
Hilangnya mikroba yang bermanfaat dapat menyebabkan konsekuensi kesehatan fisik dan mental yang merugikan bagi para pemukim Mars. Di Bumi ini, kita telah melihat penurunan keanekaragaman mikroba dalam mikrobioma orang yang tinggal di lingkungan perkotaan, di mana kita melakukan yang terbaik untuk mendisinfeksi tubuh kita dan benda-benda di sekitarnya untuk mencegah pertukaran penyakit. Dalam banyak hal, proses ini tidak dapat disangkal bermanfaat - setelah penyakit yang menyebar luas seperti cacar telah dikalahkan dengan pengembangan vaksin, dan sanitasi yang lebih baik serta ketersediaan antibiotik telah membatasi penyebaran penyakit lain ke wilayah tertentu. Namun, konsekuensi tak terduga dari perang kita melawan mikroba adalah pencarian mikroorganisme yang bermanfaat bagi kesehatan kita, termasuk mikroba.yang telah hidup berdampingan dengan kita selama ribuan tahun dan saat ini terancam punah.
Pindah ke Mars bisa menjadi ujian yang terlalu berat bagi mikroba ini, dan kehilangan totalnya hampir pasti akan merugikan manusia. Orang dengan mikrobioma yang kurang beragam lebih cenderung mengembangkan obesitas, diabetes tipe 1, dan kemungkinan penyakit lain, termasuk alergi, asma, penyakit celiac, dan jenis kanker tertentu. Percobaan di mana tikus dan kelinci dibesarkan dalam kondisi steril tanpa membiarkan mereka mengembangkan mikrobioma sama sekali menunjukkan prospek yang agak suram. Sistem kekebalan dan saraf mereka tidak berkembang dengan baik, dan kemampuan mereka untuk memperoleh nutrisi dari makanan terganggu.
Mikroba yang hidup di usus kita memainkan peran penting dalam pencernaan, jadi dalam menghadapi hilangnya mikrobioma sepenuhnya, pola makan para pemukim Mars harus mengalami perubahan. Ilmuwan dapat merancang makanan yang diformulasikan secara khusus yang hanya mengandung gula, protein, dan lemak sederhana yang mudah dicerna tanpa bantuan mikroorganisme. Di sisi lain, jika beberapa mikroba bermanfaat menemani seseorang ke Mars, mereka sendiri dapat berkembang bersamanya. Karena periode generasi yang pendek - beberapa jenis bakteri berkembang biak setiap 30 menit - mikroba berkembang jauh lebih cepat daripada manusia, yang memungkinkan mereka dengan cepat beradaptasi dengan kondisi yang berubah. Mereka juga akan terpengaruh oleh radiasi, yang meningkatkan frekuensi mutasi dan semakin mempercepat evolusinya.
Proses yang sama akan terjadi pada tumbuhan atau hewan apa pun yang kita bawa, serta dengan mikroba yang hidup di dalam dan di permukaan spesies ini. Dengan kata lain, dengan membuat koloni Mars, kami akan meletakkan dasar untuk jenis ekosistem baru. Mengatur Mars - dengan sengaja mengubah lingkungan Mars agar kondisinya lebih dekat dengan yang ada di Bumi - dapat mengarah pada perkembangan ekosistem yang tidak seperti yang ada di planet Bumi.
Kabar baiknya, Mars mungkin tidak akan memiliki masalah penyakit menular. Seperti halnya mikrobioma manusia, satu-satunya virus, bakteri patogen, dan patogen lain di Mars kemungkinan besar adalah yang kita bawa bersama kita. Perjalanan antarplanet yang panjang bisa menjadi karantina yang membatasi kemungkinan munculnya penyakit menular yang tidak disengaja di Mars. Sebagian besar penyakit menular yang menyerang manusia disebabkan oleh infeksi yang kita alami dari hewan, khususnya burung dan mamalia. Banyak di antaranya, seperti antraks dan rabies, dibawa oleh hewan peliharaan seperti domba, sapi, dan anjing. Penyakit lainnya, seperti penyakit Lyme, terutama berasal dari hewan liar. Di Bumi, kita terus dihadapkan pada penyakit baru,seperti Ebola dan Zika, sebagian karena mikroba ini secara teratur menginfeksi hewan dan manusia. Di Mars, kita dapat menghindari masalah ini jika kita tidak membawa burung atau mamalia ke sana, sebaliknya memilih serangga yang cenderung tidak membawa infeksi yang dapat menginfeksi manusia (dan membutuhkan lebih sedikit makanan).
Di sisi lain, hidup di luar ancaman penyakit menular dapat menyebabkan atrofi sistem kekebalan, yang berisiko menjadi peninggalan seperti usus buntu, atau mungkin hilang seluruhnya. Atrofi ini dapat disebabkan tidak hanya oleh tidak adanya penyakit: selama penerbangan luar angkasa, astronot sering menderita imunosupresi, yang sebagian besar disebabkan oleh stres yang terkait dengan lepas landas, pendaratan, dan berada di ruang terbatas, tetapi menurut beberapa laporan, gayaberat mikro juga berperan di sini.
Orang Mars yang terganggu kekebalannya akan menghadapi penyakit yang mengancam jiwa jika mereka kembali ke Bumi, dan manusia yang datang dari Bumi berisiko menghancurkan seluruh koloni Mars jika mereka membawa penyakit apa pun. Risiko yang terkait dengan penyakit yang tidak menunjukkan gejala yang jelas, seperti biasanya kasus infeksi menular seksual seperti HIV atau klamidia, akan sangat tinggi. Kontak pribadi yang dekat - seperti seks - antara penduduk Bumi dan Mars akan sangat berisiko.
Gabungkan semuanya: larangan hubungan seksual antara penduduk Bumi dan Mars, efek pendiri, perubahan mikrobioma, seleksi alam dalam kondisi lingkungan Mars yang keras, ditambah gravitasi yang lemah - dan ini menjadi jelas bagi Anda: penyelesaian Mars pada akhirnya akan mengarah pada perkembangan spesies manusia yang benar-benar baru … Ini adalah fenomena umum di dunia hewan dan tumbuhan yang terisolasi di pulau-pulau - ingat kutilang Darwin yang terkenal. Tetapi sementara spesiasi di pulau bisa memakan waktu ribuan tahun, laju mutasi yang dipercepat di Mars dan kontras yang mencolok antara kondisi kehidupan di Mars dan di Bumi kemungkinan besar akan mempercepat proses ini. Hanya dalam beberapa ratus generasi - mungkin hanya dalam enam ribu tahun - spesies baru manusia dapat muncul.
Pada tahun 1950, Ray Bradbury menerbitkan serangkaian cerita pendek terkait yang disebut The Martian Chronicles, di mana ia menggambarkan masa depan yang jauh di mana Mars dijajah oleh orang-orang yang telah lama kehilangan minat dan hubungannya dengan Bumi. Mars Bradbury memiliki kulit coklat dan mata kuning. "Pernahkah Anda memikirkan - yah, tentang apakah orang hidup di planet ketiga?" - tanya salah satu Mars. “Planet ketiga tidak bisa dihuni,” jawab suaminya. "Ilmuwan kami mengatakan ada terlalu banyak oksigen di atmosfernya."
Fiksi Bradbury mungkin saja bersifat profetik. Jika Bumi dilanda beberapa bencana serius, kolonisasi Mars dalam jangka panjang mungkin menjadi syarat yang diperlukan untuk kelangsungan hidup kita. Namun, strategi untuk melestarikan spesies manusia pada akhirnya dapat mengubah kita selamanya.
Scott Solomon adalah seorang ahli biologi dan penulis ilmiah yang tinggal di Houston. Dia mengajar ekologi, biologi evolusioner dan komunikasi ilmiah di Rice University, di mana dia menjadi profesor di Departemen Biosains. Buku pertamanya Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution diterbitkan pada 25 Oktober 2016 oleh Yale University Press.
