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

академии США (проект Longshot), загрузив в термоядерный звездолет всего 2000 т топлива, можно разогнаться до 100 млн км/ч и сократить путешествие всего до 45 лет (примерно одно поколение). Еще более высокую эффективность может обеспечить двигатель на антивеществе (предлагаемом, например, в проекте Valkyrie). Но хорошо известно, насколько сложно контролировать антивещество и даже просто получать его, поскольку Вселенная в основном состоит из вещества.

Даже если нам удастся решить проблемы, связанные с энергией и преодолением расстояния (сконструировав двигатель с высочайшим КПД, позволяющий развивать огромную скорость), мы упремся в следующую проблему: на пути через Вселенную нас ждет град убийственных «булавочных» уколов. Например, песчинка, движущаяся со скоростью 90 % от скорости света, имеет достаточную кинетическую энергию, чтобы превратиться в небольшую ядерную бомбу (2 кт в тротиловом эквиваленте). Учитывая, что в космическом пространстве летают частички самого разного размера, а для целей экспедиции потребуется сверхвысокая скорость, нас в любой момент могут ожидать катастрофические столкновения. Даже микрометеориты или увесистые пылинки могут серьезно повредить поколенческий корабль. Для преодоления этих сложностей потребуются дополнительные технические решения. Толстая броня в данном случае не подойдет, поскольку она не только износится со временем, но и чрезмерно утяжелит корабль. Возможно, эту проблему удастся решить путем: 1) создания более легких полимеров, которые прямо в полете можно будет латать и менять по мере необходимости; 2) организации дальнего мониторинга, позволяющего отслеживать потенциально опасные объекты задолго до столкновения; 3) выбрасывания из носовой части корабля некого вещества, которое позволит гасить энергию встречных частиц или как минимум замедлять их перед столкновением.

Физиологические и психологические риски

Как показывают исследования Twins Study и других годичных миссий под эгидой NASA, экипажу поколенческого корабля придется столкнуться и с четвертой проблемой: физиологическим и психологическим стрессом. Как уже говорилось, технические ограничения преодолеваются либо увеличением скорости корабля, либо наращиванием защиты от столкновений с космическим мусором. А в случае четвертой проблемы можно замедлить биоритмы человека, погрузив путешественников в спячку или диапаузу. Однако если человек переедает и проводит целые дни напролет без движения, то у него повышается риск развития диабета второго типа, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний и даже смерти. Но медведи впадают в спячку и выходят из нее без какого-либо риска. Как? Почему?

В период спячки с медведем не происходит ничего экстраординарного. У него немного понижается температура тела, сердцебиение замедляется до пяти ударов в минуту, и он несколько месяцев обходится без еды, мочеиспускания и дефекации. Он почти не движется, но при этом сохраняет нормальную мышечную массу и плотность костей. В период спячки медведица даже может принести потомство и кормить детенышей молоком. Во время спячки медведи почти идеально перерабатывают отходы собственной жизнедеятельности, тогда как другие животные в таком случае рискуют отравиться, получить сепсис и даже погибнуть. Фокус с переходом в спячку отчасти можно объяснить снижением чувствительности к инсулину и поддержанием стабильного уровня сахара в крови. Можно сказать, что медведь спит в «энергосберегающем» и «кардиощадящем» режиме. В сердце работают всего две камеры из четырех, а кровь сгущается, приближаясь по вязкости к соусу барбекю.

В 2019 г. под руководством Джоанны Келли было проведено эпохальное исследование, выявившее у медведей в период спячки резкие изменения экспрессии генов. В этой работе использовалась та же технология секвенирования РНК (Illumina), что и в эксперименте Twins Study. Ученые наблюдали за медведями гризли в период накопления жира с последующей спячкой. Оказалось, что во время спячки в тканях всего тела происходят скоординированные динамические изменения экспрессии генов. Хотя медведи крепко спали, в их жировой ткани сохранялась высокая активность: происходил метаболизм, наблюдались изменения экспрессии более 1000 генов. Эти «гены спячки» нужно в первую очередь изучать у людей, которые решат путешествовать на поколенческом корабле в состоянии анабиоза[24].

Еще один биологический механизм, которому может найтись применение на звездолете, – диапауза. Во время нее организм может затормозить собственное развитие, чтобы переждать неблагоприятные условия окружающей среды (скажем, перепады температур, засуху или нехватку пищи). Многие виды мотыльков, в частности амбарная огневка, могут переходить в диапаузу на разных стадиях развития в зависимости от окружающих условий. Если огневке нечего есть (например, она попадет в пустыню, где нет зеленых растений), то она попробует выждать, пока не наступят более благоприятные времена и не появится пища.

Диапауза не такое уж редкое явление. Эмбриональная диапауза наблюдается более чем у 100 млекопитающих. Даже после оплодотворения эмбрион некоторых млекопитающих может «попробовать выждать». Бластоциста (эмбрион на начальной стадии развития) не сразу прикрепляется к матке, а словно дремлет и практически не развивается. Это немного похоже на то, как альпинист делает паузу во время восхождения, чтобы переждать усилившийся ветер, и тем временем продумывает возможные маршруты. Хотя в период диапаузы эмбрион и не прикреплен к стенке матки, ему удается переждать неблагоприятную ситуацию (например, недостаток питательных веществ). Таким образом, срок беременности у самки может существенно варьировать. Пока не существует технологий, которые позволяли бы погружать человека в спячку или диапаузу, но к 2251 г. они вполне могут появиться. Первой проверкой этих идей станет путешествие на Марс и обратно, а затем экспедиция на Титан (это уже, скорее всего, без возврата на Землю).

Невесомость, радиация и общий стресс, с которым сопряжена экспедиция, скажутся на мышцах, суставах, костях, иммунной системе и глазах астронавтов – и эти факторы нельзя недооценивать. Особое беспокойство вызывают физиологические и психологические риски, учитывая, что большинство моделей опирается на результаты относительно кратких экспедиций. Во время таких полетов мы остаемся под защитой земной магнитосферы. Наиболее длительное исследование такого рода – 340-дневный орбитальный полет капитана Скотта Келли.

Многие из этих проблем отпали бы, если, например, сконструировать вращающуюся платформу, создающую искусственную гравитацию ~1g. Другая серьезная проблема, уже рассмотренная выше, – радиация. Теоретически существует много способов снизить этот риск, будь то экранирование корабельного корпуса (для такой защиты будут во многом характерны те же проблемы, что и для брони от космического мусора), упреждающее медицинское вмешательство (активно изучается NASA в XXI в.), регулярный и частый мониторинг внеклеточной ДНК для раннего обнаружения мутаций. Также можно было бы подвергать астронавтов клеточной или генной модификации для повышения стойкости к радиации (речь о генах Dsup и TP3, также рассмотренных выше). Наиболее подходящей, особенно для долгосрочной экспедиции за пределы Солнечной системы, будет, пожалуй, многоуровневая защита от радиации: корабль, фармацевтика, модификация клеток и ДНК.

Но даже если решить проблему с радиацией, надо что-то делать с психологическим и когнитивным стрессом, связанным с изоляцией и необходимостью постоянно быть в окружении одних и тех же людей. Представьте, например, что вам придется всю жизнь провести в компании своей семьи и коллег в одном и том же здании. Если первое поколение астронавтов можно подобрать специально с учетом психического здоровья, то их дети на поколенческом корабле могут быть не так хорошо приспособлены к полету.

Как показывают испытания на Земле с моделированием аналогичных условий, небольшой экипаж (команда проекта Mars-500) с трудом выдерживает 500-дневную изоляцию: как правило, отношения становятся напряженными и даже антагонистическими. В художественной и нехудожественной литературе существует множество описаний «космического безумия», но данные по моделированию такого синдрома и связанных с ним рисков пока ограничены. Мы просто не знаем, как бессменный экипаж и его потомки смогут работать десятки, сотни и тем более тысячи лет спустя. На корабле возможны расколы, мятежи и даже вооруженный конфликт. Такие модели поведения всегда были свойственны людям, и остается лишь надеяться, что при наличии четкой цели они окажутся не столь острыми. История человечества изобилует примерами не только смут, войн, раздоров и политического вероломства, но и сотрудничества, взаимопомощи и коллективного управления во имя больших целей (например, на исследовательских станциях в Антарктиде).

Выбираем новый дом

Прежде чем будут запущены первые поколенческие корабли, нужно решить еще одну, пятую проблему: собрать максимум информации о планетах-кандидатах, куда мы отправим первых колонистов. Наиболее оперативный способ – как можно быстрее отправить космические зонды в звездные системы, выбранные для заселения, с их помощью собрать как можно более детальную информацию и снабдить ею