一位进化生物学家设想太空殖民者的未来特征

当航天飞机亚特兰蒂斯号在2011年停止运行时，它并没有像一些人担心的那样标志着人类太空飞行的结束。相反，正如恐龙的灭绝让早期哺乳动物得以蓬勃发展一样，航天飞机的退役标志着太空探索更为宏伟机遇的开启。在数十家雄心勃勃的私营公司的领导下，我们正在进入地球生命向整个太阳系扩散的早期阶段。欧洲航天局已经公布了月球栖息地的计划，而火星定居点是埃隆·马斯克的SpaceX公司的既定目标。国际研究团队伊卡洛斯星际正在利用本世纪来设计推进技术和伟大的星际飞船，最终将整个文化送往遥远的系外行星。人类在太空的定居现在开始了。

但仅仅有技术是不够的。如果太空定居要取得长期的成功，我们必须像仔细考虑工程学一样仔细考虑生物学和文化。太空定居不能仅仅是火箭和机器人——它必须拥抱身体、人、家庭、社区和文化。我们必须开始构建太空定居的人类学，以应对人类生物文化适应中模糊、混乱、动态且常常令人恼火的世界。我们必须在规划这项新事业时，记住关于生物最明确的事实：它们会随着时间的推移而改变，通过进化。

关于太空定居，当前的想法主要围绕三个概念。首先是火星殖民。火星学会的直言不讳的太空工程师兼主席罗伯特·祖布林广泛宣传了火星殖民地将是自给自足的，利用当地资源来生产水和氧气，以及制造建筑材料。其次是自由漂浮殖民地的概念——由月球或小行星金属建造的巨大栖息地。物理学家杰拉德·K·奥尼尔在1970年代普及了这一概念，这些栖息地将容纳数千人，可以旋转以提供类似地球的重力（正如1968年的电影《2001太空漫游》中精美地设想的那样），并且可以绕地球轨道运行或静止在所谓的拉格朗日点，这些点是物体的轨道运动平衡太阳、月球和地球的引力的地方。最后，我们还可以考虑太空方舟的概念，这是一艘巨型飞船，载着数千名太空殖民者进行单程、多代人的远离地球的航行。我一直在与非营利基金会伊卡洛斯星际合作设计这样的任务。

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这些方法各有优点，我认为它们在技术上都是不可避免的。但我们绝不能将太空殖民与征服太空混淆。成功地在地球以外的太空定居将是一个巨大的挑战。太空是浩瀚且无情的。当人类开始在太空安家时，改变的将是我们自己。

先驱者

谁将是太空殖民者？在这里，我们必须抛弃旧的船员选拔概念，以及《太空先锋》中描绘的喜剧性的、极其恶毒的对棱角分明的太空英雄的测试。太空殖民者将是普通的家庭和社区，他们不是在执行任务，而是打算度过他们的一生。我们需要一些皮卡德舰长，尽管大多数早期殖民者可能将是农民和建筑工人。

尽管如此，早期殖民者必须在基因上是健康的。在较小的人口中，携带遗传疾病的个体可能会以在数十亿人口中不会发生的方式威胁未来。在太空方舟中，殖民地的生物命运受到创始人口的基因构成的强烈制约——如果只有少数旅行者携带遗传疾病的基因，这些基因将更彻底地传播。

我们现在知道数百个导致疾病的基因的详细信息，从癌症到耳聋。（研究人员已经可以在产前和一个人的一生中筛查数千种这样的特征。）基因筛查计划似乎很明确——如果您携带某些基因，您就留在地球上——但生活并非如此简单。许多疾病是多基因的——也就是说，是无数基因之间复杂相互作用的结果。即使一个人可能携带某种疾病的基因或基因，一生中遇到的环境因素也可能决定这些基因是否会以健康或不健康的方式被激活。

例如，人类的ATRX基因有助于调节与氧气运输相关的过程。但是ATRX的活性可能会受到营养摄入或人的精神状态等多种环境因素的影响。当ATRX功能被显著改变时，氧气运输受阻，导致癫痫发作、智力障碍和发育迟缓。因此，人们不能简单地筛选掉携带ATRX基因的人：每个人都有它。然而，在某些人中，基于知之甚少的环境因素，ATRX会失控。我们能因为可能发生的事情而取消某人进行太空殖民的资格吗？在过去几年中审查了这个问题之后，我得出的结论是，除非太空定居人口非常少，只有几百人左右，否则就没有真正需要进行基因筛查的必要。

更复杂的是，我们还必须确保基因库的广泛遗传多样性。如果一个人口的所有成员在基因上都是相同的，那么一场疾病的扫荡可能会消灭所有人。（这种考虑推翻了1997年电影《千钧一发》中描绘的基因工程超级太空旅行者的概念。）

一旦筛选完毕，太空殖民地的人口应该是多少？在火星殖民地，人口可以增长并扩展到新的领土。但是在太空方舟中，人口将相对较少，近亲繁殖成为一个问题。例如，在对阿米什人、印度人、瑞典人和犹他州人口的研究中，一级表亲之间交配时，婴儿死亡率大约是不相关的人之间交配时的两倍。

为了避免这些问题，我们将不得不考虑维持健康基因库所需的最低人口。我们最低生存人口一直备受争议，但几位人类学家提出了大约500人的数字。由于小人口总是面临更大的崩溃风险，过去我曾建议在太空飞船中建立约2000人的创始人口，以便该人口有充足的增长空间。对于远离地球的人类来说，安全确实将在数量中找到。（即使是星际航行也将侧重于到达另一个太阳系并居住在其行星上，在那里人口可以再次增长。）在过去一年中，我和我的同事使用计算机模型和统计调查来验证这些数字。我们发现，多个村庄规模的人口，每个约1000人左右，可以作为甚至持续多个世纪的星际航行的基础。十个这样的飞行器并行飞行，连接起来，以便人们可以访问其他“城镇”以寻求友谊和寻找伴侣，这可能是理想的。

我们还将不得不仔细考虑殖民地的人口结构——殖民地人口的年龄和性别。我的同事威廉·加德纳-奥基尔尼的模拟表明，在几个世纪内，以某些年轻人与老年人和男性与女性比例开始的人口比其他人持续得更好。

因此，早期的殖民地人口应该在个体上健康，在集体上多样化，以便为未来的人口提供最好的机会，使其手头拥有可能适应新环境的基因。但我们无法控制一切。在某个时候，我们将不得不掷出基因的骰子——我们每次选择在地球上生育孩子时都已经这样做了——然后从我们的摇篮星球出发。

太空选择

无论我们多么仔细地准备我们的殖民地人口，在地球以外的生命，至少在最初，将比地球上的生命更危险，也可能更短暂。远离地球，人们将暴露于自然选择的力量之下，而我们在技术上几乎已经从现代生活中消除了这些力量。这种选择很少会以我们可能从科幻电影中期望的那种戏剧性的方式上演，科幻电影往往侧重于成年人的生活。相反，它将发生在胚胎和婴儿组织发育的关键时期，那时生命最为脆弱。

这种选择会如何发挥作用？举个例子，考虑到人体在过去数百万年中，在接近海平面、大气压力约为每平方英寸15磅（psi）的环境下进化，呼吸着大约80%的氮气和20%的氧气的混合气体。然而，太空旅行需要加压栖息地，压力越大，建造起来就越昂贵和费力。为了减轻工程要求，任何地球外结构中的大气压力都将低于地球上的大气压力。

没问题——阿波罗号宇航员在5 psi的压力下也活得很好——但是如果你降低大气压力，你必须增加氧气在你呼吸的空气中所占的百分比。（同样的宇航员在他们的登月之旅中呼吸了100%的氧气。）

不幸的是，较低的大气压力和升高的氧气水平都会干扰脊椎动物胚胎的发育。流产和婴儿死亡率将会上升——至少在一段时间内。不可避免地，选择将保留适合地外条件的基因，并去除那些不太适合的基因。

传染病——小型、人口稠密的群体（如太空殖民地）尤其容易受到传染病的影响——将重新成为一个重大问题，施加新的选择压力。无论我们多么小心地进行免疫接种和隔离，瘟疫最终将席卷殖民地，导致选择更能够从疾病中幸存下来的人，并淘汰那些能力较弱的人。

最后，我们必须记住，我们还带来了数千种驯养物种——用于食物和材料的植物和动物——选择压力也将作用于它们。与人类身体内外寄生的数百万种微生物物种也是如此——这些看不见的基因搭便车者对我们的健康至关重要。

基于一些计算，我认为在五个30年世代（约150年）之内，这些变化将明显地出现在地外人体中，这是合理的。

究竟会进化出哪些生物适应性，将很大程度上取决于我们建造的栖息地的大气和化学环境。我们可以在很大程度上控制这些。然而，我们无法轻易控制另外两个将塑造太空人类的重要因素：重力和辐射。

火星殖民者将感受到地球重力的三分之一。经过几代人，在没有地球重力的情况下，较重的体格可能会被更轻盈、更灵活的火星身材所取代。在太空方舟和其他自由漂浮的场景中，重力可能仍然与地球正常重力相似，因此地球正常身材可能会持续存在。

辐射会导致突变，任何太空殖民地都不太可能提供地球大气层和磁场提供的辐射防护。增加的突变是否会产生身体缺陷——重复的部位，如额外的手指或畸形的部位，如唇裂？当然，但我们无法知道是哪种缺陷。我们唯一可以有信心地预测的是，选择将倾向于增强对辐射损伤的抵抗力。有些人比其他人拥有更好、更活跃的DNA修复机制，他们更有可能将他们的基因传递下去。

更有效的DNA修复机制是否可能具有任何可见的相关性——例如，某种特定的发色？我们再次不知道。但有益的基因也可能在没有这种可见相关性的情况下传播。在南达科他州的胡特尔人中，他们在相对较少的几个小社区中通婚，人类学家发现，人们在选择配偶时似乎受到身体气味的强烈影响——而且有趣的是，一个人的免疫系统越好，气味就越好闻。

因此，在适度的五代人的时间尺度上，人体将通过其环境被微妙地重塑。我们将看到类似安第斯山脉和西藏高地居民的适应性起源，在那里，更有效的氧气运输生理机能已经进化出来，导致胸部更宽更深。然而，每一种改变都是一种妥协，这些高海拔地区的人口在高海拔地区分娩时，婴儿死亡率也更高。对这种生物学变化的一种文化适应是母亲下降到富氧海拔地区分娩。我们可以期待在地球外发生类似的生物文化转变，我们应该为其中最有可能发生的转变做好计划。例如，在火星上，分娩的母亲可能会往返于轨道站，在那里分娩可以在旋转的、1-g的设施中进行，并具有更接近地球正常的大气，但我敢打赌，最终他们不会费心这样做，并且独特的火星人类特征将会进化出来。

太空文化

在150年的时间跨度内，文化变化将比生物变化更为明显。对人类迁徙的研究告诉我们，虽然迁徙的人们倾向于延续一些传统以保持身份，但他们也会在新环境中根据需要设计新的传统和习俗。例如，公元800年后首次殖民冰岛的斯堪的纳维亚人继续崇拜北欧诸神并说维京语，但很快就发展出独特的饮食——以肉类为主（而斯堪的纳维亚半岛则种植黑麦和燕麦），并以腌制食品为主，以度过严酷的冬季——因为他们探索了一个未知土地的资源。

在火星上，这种文化适应将以无数种方式上演。在那里，在低压、富氧的大气中，包含在独特的建筑材料和布置中，声音的传播方式可能不同——即使是微妙的——可能会影响发音甚至说话的节奏，从而产生新的口音和方言。较轻的重力可能会影响肢体语言，这是人类交流的重要组成部分，并且会影响各种表演艺术。文化差异正是随着这些微小的、无数的差异的积累而发生的。

更深刻的文化变革可能发生在太空方舟场景中，在那里，生活将与地球的联系越来越少，星际飞船飞速驶离。在这里，空间和时间的基本概念很可能会迅速转变。例如，太空方舟文化会在多长时间内使用地球计时？在没有地球的昼夜和年份的情况下，文明可能会发明一种以10为基数的计时尺度。或者他们可能会决定倒计时到遥远的太阳系到达的时间，而不是从过去的某个事件（例如，离开他们永远不会返回的地球）开始向上计数时间。

长期基因变化

当新基因在一个群体中变得普遍时，就会发生显着的基因变化。史前时期的一个例子是导致成人乳糖耐受性的基因的传播，这种基因在牛被驯化后不久在非洲和欧洲独立出现。这种基因设备允许从牛身上获取更多能量，在这些人群中，它很快变得几乎普遍，或者说是“固定”的。

尽管我们无法预测会产生哪些突变，但群体遗传学使我们能够估计突变在太空探索者的基因组中变得固定需要多长时间。我的计算——基于年龄和性别结构确定的2000人火星人口模型——表明这可能在短短几代人内发生，并且肯定在300年内发生；我们可以预期在这种时间尺度上，人类种群会出现细微的、最初的地球外身体特征。这些变化将与我们今天在人类身上看到的广泛的地理变异相当——身材、肤色、头发质地和其他特征的变异。

在火星上，可能会出现进一步的内部差异，因为一些人口选择一生中的大部分时间都生活在地下栖息地，而另一些人口则宁愿冒着增加辐射的风险生活在地面栖息地，从而提供更大的流动性。在人口有限的封闭系统太空方舟场景中，基因固定可能会更快地发生，可能比火星上更趋于统一。

虽然会发生一些生物变化，但长期的文化变化将更为深刻。想想从17世纪早期到20世纪早期这三个世纪中，英语发生了如此大的变化，以至于今天理解17世纪的英语文本需要专门的培训。三个世纪后，太空方舟上使用的语言可能会截然不同。

更大规模的文化变革也很有可能发生。究竟是什么将一种文化与另一种文化区分开来是人类学中一个备受争议的话题，但我认为人类学家罗伊·拉帕波特明确地指出了这种区别。不同的文化有不同的“终极神圣假设”——核心概念，通常是不容置疑和毋庸置疑的，通过传统和仪式根深蒂固，塑造了一个人口的基本哲学和道德准则。例如，对于基督教来说，一个这样的假设是“起初，上帝创造天地”。这种基本信仰在地球外需要多长时间才能改变——以及朝哪个方向改变——是无法预测的，但几个世纪的时间肯定足以让新文化出现。

地外智人的进化

我们何时会看到更根本的生物变化——即物种形成？小种群可以迅速改变，维京船只放下普通家鼠1200年后，漫游在法罗群岛的异常大的老鼠就证明了这一点。但是，解剖学上的现代人类已经存在了10万多年——从非洲迁徙到各种各样的环境中，从沙漠到开阔的海洋——显然没有发生生物物种形成。（我们最近的原始人类亲属，如适应寒冷的尼安德特人和西太平洋弗洛勒斯岛上显然小型化的“霍比特人”，与我们的共同祖先的分裂时间要早得多。）这主要是因为我们更多地使用文化和技术来适应，而不是仅仅依靠生物学。因此，需要显著的自然和文化选择来重塑地外人类，以至于他们无法再与地球人进行有效交配。

除非，当然，人类设计出他们自己的物种形成。地球外居民最终似乎不可避免地会利用DNA的惊人力量来为许多条件定制自己的身体。我们在火星上的遥远后代可能会生物工程改造出类似鳃的结构，以从大气中的二氧化碳中分离出氧气——美国宇航局目前正在研究这一过程——以及能够承受低表面压力的皮肤组织。他们可能会通过有意识的选择将自己塑造成一个新物种，地外智人。

从哪里开始？

人类太空殖民将需要大量的工程和技术进步。我们还必须提高我们对人类生物学和文化如何适应新条件的理解，并利用这些知识来帮助太空殖民取得成功。我建议立即开始采取三项行动。

首先，我们必须抛弃技术官僚对人性的基本厌恶，并开始在地球外生育，在那里分娩并在那里抚养孩子，以了解人类在新辐射、压力、大气和重力环境中繁殖、发育和生长的关键问题。官僚们会对所涉及的风险感到退缩——儿童面临的风险超出了戴着自行车头盔的第一世界郊区居民！——但随着太空通道私有化，担忧将会减少。尽管如此，适应太空有时会是痛苦的——但出生也是如此。

其次，我们必须尝试在地球外种植和维持驯养物种的健康。没有我们的微生物、植物和其他动物，我们将寸步难行。

为了促进前两个目标，应该为地球外第一个功能齐全、适宜人类居住的栖息地颁发X大奖：不是无菌的轨道实验室（尽管这些实验室很重要），而是一个人们可以种植植物、饲养动物甚至生育孩子的家。许多人会对待在这种地方的前景感到不寒而栗，但与此同时，志愿者将不会短缺。

最后，我们必须重新参与使人类生存至今的主动方法，并利用这种能力来塑造我们在家园星球之外的自身进化。我们必须比我们的官僚机构更大胆。否则，随着时间的推移，我们将像地球上的所有其他事物一样灭绝。正如H. G. 威尔斯在1936年写到人类的未来时所说，它是“整个宇宙或一无所有”。