Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

а также начнут появляться ее новые применения. Они могут варьировать от забавных (вроде возвращения хвостов) до полезных (например, расширение спектра зрительного восприятия). То, что в начале 2000-х гг. казалось научной фантастикой, к 2201 г. может стать реальностью.

Например, можно радикально усовершенствовать механизм работы палочек и колбочек в нашей сетчатке. Палочки и колбочки поглощают фотоны, преобразуют их в сигналы, которые затем запускают длинные каскады с участием множества генов и клеток, позволяющие нам видеть цвета и контуры. На одном из ключевых этапов работы палочек используется циклический гуанозинмонофосфат, несущий информацию через цитоплазму к свободно плавающим дискам сетчатки. Представьте себе молекулярный вертолет, приземляющийся на движущуюся посадочную площадку. Плазматическая мембрана сплошь покрыта палочками и колбочками, и все они используют циклический гуанозинмонофосфат. В результате чрезмерно расходуется энергия, как будто вы всякий раз летаете на вертолете к соседу.

Еще один критически важный зрительный компонент – это молекула, которая называется ретиналь, производная витамина А. Ретиналь способствует передаче сигнала о восприятии света после улавливания фотона с конкретной длиной волны. Без витамина А такие цепи в человеческом глазу начинают деградировать, сначала снижается ночное зрение, а в конечном итоге наступает слепота. Но сами палочки и колбочки у человека витамин А не синтезируют. Как ни странно, этот важнейший витамин мы получаем только из пищи (о том, как решить эту проблему, мы поговорим в следующей главе).

Можно в целом улучшить улавливание света, изучая животных, которые обитают в плохо освещенной среде. На задней стенке глаза у некоторых из них есть слой ткани, функционально напоминающий зеркало. Эта ткань называется тапетум (tapetum lucidum), она отражает свет обратно на сетчатку, увеличивая количество света, который можно уловить и использовать для формирования изображения. Такой слой обнаружен у кошек, собак, глубоководных животных и у некоторых приматов, например у руконожек. В принципе человек тоже мог бы получить тапетум, но за счет некоторой потери фокусировки зрения.

Новые глаза для новых планет

Для решения проблемы фокусировки у некоторых ночных животных изменилась общая структура глазных клеток, и в будущем люди могут взять такие модификации на вооружение. Например, можно изменить положение ядра в палочках, поместив гетерохроматин в центре ядра, а эухроматин и другие факторы транскрипции – на периферии клетки. Толщину этого слоя можно увеличить. Такая конфигурация повысит вероятность попадания света на нужные фоторецепторы и поможет улучшить его восприятие без ущерба фокусировке. Модифицированные глаза могут стать крупнее, чтобы еще больше улучшить улавливание света.

Как уже говорилось, восприятие света зависит от длины волны. Можно представить себе модификацию колбочек, позволяющую им работать в расширенном спектре. Однако интерпретация новых фотонов потребует комплексной перестройки электрохимических цепей глаз и мозга. Если удастся преодолеть эти электрические барьеры, то перед нами откроются совершенно новые возможности восприятия мира и Вселенной (например, появится инфракрасное зрение).

Выяснить потенциал расширения человеческого зрения и связанные с этим вызовы поможет изучение многочисленных животных, зрение которых существенно отличается от нашего. Некоторые холоднокровные способны воспринимать инфракрасное излучение. У змей, например, вдоль челюстей расположены тепловые сенсоры. Комары (к нашему сожалению) могут видеть CO2 и чувствовать тепло тех животных, кровью которых они кормятся. Некоторые рыбы (золотые рыбки, лососи, пираньи и цихлиды) используют инфракрасное зрение, чтобы ориентироваться в мутной воде. Инфракрасное зрение есть даже у лягушек, у которых оно активируется при помощи витамина А и фермента Cyp27c1.

Человеку вполне можно было бы добавить зрение в инфракрасном или ближнем инфракрасном диапазоне, это позволило бы нам, подобно комарам, различать тепловые сигнатуры окружающих объектов. Человеческий глаз создан для восприятия света в видимом диапазоне (длина волны 400–700 нм), но Ган Хань из Медицинской школы Массачусетского университета показал, что этот диапазон можно расширить и включить в него ближнюю инфракрасную область, 750–1400 нм. Это позволило бы глазу работать как тепловизор. В 2019 г. Хань с коллегами ввели за сетчатку мышам наноматериал, так называемые апконвертирующие наночастицы. Они содержат атомы редкоземельных элементов (эрбия и иттербия), позволяющие преобразовывать низкоэнергетические фотоны ближнего инфракрасного излучения в видимый спектр, где они воспринимаются как зеленоватые. Мыши нормально реагировали на вспышки такого света. Проделать такую операцию удалось, добавив белок, который связывается с глюкозой в фоторецепторах. Такие генно-модифицированные мыши смогли ориентироваться в Y-образном сосуде с инфракрасным освещением, тогда как обычные мыши блуждали во тьме.

Пожалуй, в данном случае наиболее важно, что апконвертирующие наночастицы оказались безвредными. Они работали в мышиных глазах на протяжении не менее двух с половиной месяцев, не вызывая заметных побочных эффектов. В принципе, термографическое зрение у млекопитающих можно схожим образом реализовать при помощи органических красителей, благодаря которым будет казаться, что предмет окрашен в более разнообразную гамму. Эта функция может быть очень полезной в долгосрочных экспедициях, когда астронавты попадут в отдаленные от Солнца миры (например, на Титан).

Усовершенствованию поддается даже структура мозга. Например, сравнивая животных из разных частей эволюционного древа (т. е. в филогенетическом отношении), можно заметить явные отличия у высших млекопитающих, касающиеся устройства сенсорных и моторных путей в коре головного мозга (они управляют базовыми движениями). Отличия прослеживаются и в устройстве кортикоспинального тракта (это магистраль моторных нейронов, отходящая из головного мозга в спинной). В частности, количество окончаний аксонов в этом тракте, дотягивающихся до спинномозговых моторных нейронов, устойчиво растет от полуобезьян к человекообразным обезьянам и людям и даже может влиять на сроки/качество развития речи (как показано Эриком Джарвисом). Следовательно, увеличение числа таких нейронов может привести к развитию более тонкой моторики и повышению выживаемости и адаптивности на других планетах. После расширения пределов достижимого для существующей жизни мы сможем перейти к расширению пределов самой жизни.

8

Этап 6:

расширение пределов жизни

(2201–2250)

Лучший способ предсказать будущее – изобрести его.

АЛАН КЭЙ,

американский ученый в области теории вычислительных систем

К 2201 г. множество видоизменений организма улучшит жизнь на Земле, а также поможет астронавтам совершать дальние экспедиции и успешно осваиваться на новой планете. Их суть и подходы к реализации будут зависеть от того, куда мы направляемся. Именно физические и экологические условия новых миров, которые мы собираемся посетить или обжить, определят спектр генетических или молекулярных изменений, необходимых для выживания. Одни планеты окажутся гостеприимными, другие – не очень, в зависимости от того, насколько мы сможем расширить пределы жизни.

Пределы жизни

Практически все ожидаемые свойства жизни, которую мы рассчитываем встретить в Солнечной системе, основаны на наших знаниях о пределах адаптации, характерных для обитателей Земли. Но здесь возникают принципиальные вопросы: что нам известно о пределах жизни? Как далеко она может зайти и как это связано с ее способностью к адаптации и процветанию в новых экосистемах?

Чтобы ответить на эти вопросы, обратимся снова к старым добрым экстремофилам. Некоторые экстремофилы настолько приспособились к своей среде обитания, что уже не могут существовать вне ее. Другие же способны выживать в экстремальных ситуациях, но предпочитают более умеренные. Таких существ называют экстремотолерантными, в принципе, они могут навещать своих подлинно экстремальных собратьев. В идеале генная и клеточная модификация должна позволить сделать людей, и в частности астронавтов, экстремотолерантными. Возможно, когда-нибудь мы обнаружим или создадим идеальную копию Земли (либо сами доведем какую-либо планету до такого состояния), но проживание на других планетах Солнечной системы потребует серьезной биоинженерии. Если некоторые районы Марса могут быть сопоставимы по климату с наиболее суровыми северными регионами нашей планеты, то на других, например на Венере, гораздо жарче, чем когда-либо было на Земле (рис. 8.1). Если мы планируем наделить организм человека экстремальными возможностями, то сначала должны как следует изучить экстремофилов, обитающих рядом с нами.

Рис. 8.1. Градиенты выживаемости: с точки зрения давления и температуры совершенно ясно, что Земля занимает особое место в Солнечной системе

Именно на это нацелены