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

заселили Плодородный полумесяц, а технология биоутилизации мочи в качестве питательной среды для микроорганизмов кажется перспективной. Например, A. platensis, выращиваемая в моче, производит питательные вещества и белки практически с тем же успехом, что и в обычной питательной среде. Однако требуется дополнительная генная модификация, чтобы справиться с угнетением роста бактериальной культуры под действием вторичных метаболитов. Также необходимо подстроить бактериальный метаболизм к составу мочи экипажа (обусловленному рационом во время экспедиции), а также к лимитирующим факторам, характерным для колонизируемой планеты.

С развитием технологий биоутилизации системы замкнутого цикла позволят перерабатывать и твердые органические отходы. Это гораздо более сложный процесс, учитывая разнородность человеческих фекалий, пищевых и растительных отходов. Неизвестно, насколько устойчивыми будут жизненные циклы бактерий в таких условиях, как на Марсе. Из-за криоконсервации они могут стать неактивными. Как бы то ни было, экскременты экипажа опасны, как и любой источник загрязнения (что справедливо и для Земли), поэтому их неизбежно придется утилизировать. На МКС экскременты экипажа, как правило, в упакованном виде сбрасываются с борта и сгорают в атмосфере. Если вам нравится смотреть в небо в надежде увидеть падающую звезду, учтите, что иной раз это может быть какашка[25].

В конечном итоге генно-модифицированные микробы, прижившиеся на Марсе, позволят повысить эффективность имеющихся систем переработки отходов. Более сложные системы утилизации, например для органического мусора, упаковки и химикатов, можно значительно улучшить с помощью метаболической инженерии микроорганизмов. Для этого используются пространственно-связанные микробные сообщества. При таком подходе микроорганизмы расселяются в отдельных биомодулях, через которые последовательно проходит питательная среда. Так удается поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности для каждого организма или микробного сообщества и передавать промежуточные продукты обмена веществ из одного биомодуля в другой.

Метаболическая инженерия позволяет оптимизировать пути биосинтеза и биоразложения, в которых участвует множество организмов, а также снизить метаболическую нагрузку на отдельный генно-модифицированный штамм. Сочетая генную инженерию с созданием микробных сообществ, можно «под заказ» создавать системы для биоутилизации и переработки различных отходов. Кроме того, как говорилось в предыдущих главах, продолжают создаваться все новые кластеры биосинтетических генов, которые могут привести к появлению совершенно новых биохимических процессов и методов утилизации отходов с использованием местных ресурсов. Эволюция наделила земную жизнь множеством уникальных адаптивных механизмов. В последующие десятилетия нас ждет богатый урожай новых биологических возможностей по мере открытия новых форм жизни на других планетах.

10

Этап 8:

заселение землеподобных планет

(2351–2400)

Лучше примерно решить актуальную задачу, чем найти точное решение никому не нужной.

РИЧАРД ХЭММИНГ,

американский математик

К 2351 г. прогресс в сфере биотехнологий и других областях позволит нам заглянуть в будущее, где готовится к запуску поколенческий корабль. У нас появятся беспрецедентные возможности перерабатывать, преобразовывать и утилизировать прямо на корабле любые жизненно необходимые микроорганизмы и материалы. В идеале мы сможем выбирать, к какой из множества планет отправиться. К 2400 г. мы сможем выбрать лучшие кандидаты (рис. 10.1) и вывести спутники на орбиты вокруг многочисленных планет (рис. 10.2). Попробую кратко обрисовать, что нам известно к сегодняшнему дню, как мы к этому пришли и на что можно рассчитывать к 2400 г.

Рис. 10.1. Темпы открытия и типы экзопланет. После 1989 г. выявлено более 4000 экзопланет.

Рис. 10.1a. Количество выведенных в космос искусственных объектов и их текущий статус. Зонды и космические корабли могут находиться на орбите, разрушаться на орбите, планово сводиться с орбиты, находиться на геоцентрической или гелиоцентрической орбите, возвращаться на Землю или находиться в неактивном состоянии (на орбитальном кладбище).

Рис. 10.1b. Местоположение искусственных объектов, запущенных в космос. С 1959 г. объекты побывали на Луне, Венере, Марсе, астероидах Эрос и Рюгу.

Рис. 10.2. Количество объектов, запущенных в космос, с разбивкой по годам и странам. Сюда входят Россия, США, Китай и другие страны или агентства, в том числе Япония, Франция, Индия, Великобритания, Европейское космическое агентство (ЕКА), Германия, Intelsat.

Две магистрали открытий: планеты и гены

Как уже говорилось в главе 3, процесс открытия новых генов ускоряется с увеличением количества отсеквенированных и аннотированных геномов, и эта работа не останавливается ни на день. С незапамятных времен люди замечали явное наследование черт в семьях, а также сходство близнецов. Попытки описать эти черты и связать их с конкретными генами или группами генов не прекращаются со времен Менделя, экспериментировавшего с горохом в 1850-е гг. Точно так же, как генетика изучает перестроения, воспроизводство и изменчивость сложных биологических молекул, астрономия исследует взаимодействие молекулярных комплексов и энергии (от атомного до галактического уровня). В результате этого взаимодействия постоянно рождается, умирает и возрождается все, что мы воспринимаем как Вселенную.

Со времен открытий вавилонских звездочетов, относящихся ко второму тысячелетию до нашей эры, нам известно, что помимо Земли существуют и другие планеты, например Венера и Марс. В наши дни любой человек при желании может разглядеть Венеру на ночном небе, а обладатели хорошего телескопа могут даже увидеть кольца Сатурна. Хотя Земля долгое время воспринималась как центр Вселенной (геоцентрическая система), в конце концов люди поняли, что она лишь одна из планет, обращающихся вокруг большой звезды (гелиоцентрическая система). Постепенно мы составили более полное представление о нашей Солнечной системе и тех объектах, которые входят в ее состав. Так, официально считается, что в ней восемь планет и множество карликовых планет, в частности Плутон, Эрида и Макемаке, расположенные далеко в поясе Койпера[26]. Но только в последние десятилетия мы начали понимать, как много других объектов вращается вокруг Солнца (например, спутников и астероидов). Только в нашей Солнечной системе было описано более 200 лун.

Ранее предполагалось, но оставалось недоказанным, что другие звезды во Вселенной тоже имеют планетные системы. Первые внесолнечные планеты (экзопланеты) были открыты только в 1992 г. После первых открытий число найденных экзопланет росло довольно медленно, но сейчас мы располагаем данными о множестве мест, пригодных для существования инопланетной жизни. Кстати, именно в начале 1990-х гг. технологические достижения позволили перейти к автоматизации секвенирования ДНК, а впоследствии и к анализу целых геномов (1995 г.).

Взрывное ускорение открытия новых генов в организме человека и других живых существ – прекрасная параллель с быстрым открытием небесных тел в нашей Солнечной системе и в бесчисленном множестве других систем в галактике. Эти области знаний формировались и вынашивались как близнецы. Эти два генератора научных открытий необходимы для выживания человеческого рода. Они открывают простор для поиска, отбора и идентификации будущих мест нашего обитания, а также для картирования биологических субстратов и биохимических адаптаций, которые помогут нам выжить в новых экосистемах. Начнем с краткого обзора наших возможностей в выборе планет, начиная с худших.

Выжженные экзопланеты

Представьте, что человек развивается в обратном порядке. Со временем его тело сжимается все сильнее и сильнее, пока не превратится в маленький эмбрион. В сущности, именно так рождаются планеты в протопланетном диске (это космическая версия зародышевого мешка). Как вы, вероятно, уже поняли, весь материал для формирования ребенка в начале рассеян, поэтому его гораздо легче заметить, чем отдельную клетку. Эта метафора вполне применима к планетам и протопланетным дискам. Первое свидетельство существования планеты на орбите у отдаленной звезды (Бета Живописца) было обнаружено в 1984 г. в результате анализа формы протопланетного диска (открытого с помощью телескопа чилийской обсерватории Лас-Кампанас). Однако возможности наземных обсерваторий ограничены из-за флуктуаций атмосферы. Чтобы преодолеть эту проблему, NASA в 1990 г. вывело на орбиту космический телескоп «Хаббл», который впервые позволил получать четкие снимки далеких небесных тел.

Всего через два года после запуска «Хаббла» были открыты первые экзопланеты – два скалистых небесных тела, обращающихся вокруг смертоносного пульсара (разновидность нейтронной звезды). Когда в центре планетной системы находится пульсар, в ней определенно не может быть жизни, хотя бы отдаленно напоминающей земную. Однако это открытие доказало, что за пределами нашей