http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-02-28
太空移民：200年后我们也是外星人
太空文明：我们无法预测，经过数百年之后太空移民的文化将变成什么样——我们唯一可以确定的是，它一定会改变。
太空飞船：太空飞船将搭载数以千计的人，以及支持这些人生活所必需的动植物。
太空移民的时代终将到来，未来人类将如何通过太空航行离开地球，开拓新的家园？在长时间的太空航行中，人类的生理功能和文化将向何处去？
撰文 卡梅隆•M•史密斯(Cameron M. Smith) 翻译 刘慈欣
“亚特兰蒂斯”号(Atlantis)航天飞机在2011年退役，这并没有像某些人忧虑的那样，成为人类太空飞行事业的终结。相反，正如恐龙的灭绝给早期哺乳动物的繁盛提供了机会，“亚特兰蒂斯”号航天飞机的退役，也给人类太空探索带来了更广阔的前景。在雄心勃勃的私营公司的引领下，一个向地球外移民，并且适应全新世界的新时代初露曙光。来自贝宝公司(PayPal)的亿万富翁埃伦•马斯科(Elon Musk)已经宣布以火星为目标，极地探险家斯耶格伦夫妇(Tom and Tina Sjogren)也在设计去往火星的个人探险，而欧洲一个由私人资助的“火星一号”项目(MarsOne)也希望在2023年前在火星上建立人类殖民地。太空移民的时代就要到来了。
但是，目前的技术还无法实现这些目标。要建立长期运行的太空殖民地，我们必须像对待工程问题一样，仔细考虑与之相关的生物学和文化因素。太空殖民地并不能只有火箭和机器人，还必须包含生命体、人、家庭、群体及文化。我们必须建立面向太空移民的人类学，以便研究种种复杂的因素，以及人类在生物学和文化上如何适应十分险恶的太空和外星环境。在我们策划新的太空探险时，必须牢记一个对于所有生命体都十分清楚的事实：随着时间的流逝，进化将使生命处于不断的变化中。
目前，对于太空移民，人们有三种想法。首先是火星移民。正如雄心勃勃的航天工程师和火星协会主席罗伯特•卓比林(Robert Zubrin)广泛宣传的，火星殖民地将是自给自足的，利用火星本地资源产生水、氧气以及建筑材料。第二个想法是自由漂浮在太空中的殖民地——利用来自月球和小行星的金属建造巨大的太空城。就像物理学家杰拉德•K•奥尼尔(Gerard K. O’Neill)在20世纪70年代所宣称的那样，太空城将能容纳几千人居住，它们能够通过自转产生类似地球的重力[1968年的电影《2001：太空漫游》(2001: A Space Odyssey)中就展示这样的美妙设想]。这样的太空城可以绕地球运行，也可以悬浮在拉格朗日点(Lagrangian points)，在这些位置上，太空城所受到的来自太阳、地球和月球的引力刚好平衡。最后一个设想是“太空方舟”(Space Ark)，载有几千名太空殖民者的巨型太空船，离开地球，世世代代地进行着没有回程的航行。我曾经就在非营利性的伊卡洛斯星际基金会工作，设计这样的太空航行任务。
这些方案都有各自的优势，而且我也认为这些都是技术发展的必然趋势。但是，我们必须把太空移民(space colonization)和太空远征(conquest of space)区分开来。地球之外的太空难以想象的广阔，在漫长的时间中都将一直如此。当人类在太空中构建自已的家园时，发生变化的不是太空，而是我们自己。
先驱者
谁将成为太空移民？这里，我们必须抛弃以往的选择宇航员团队的概念，电影《太空先锋》(The Right Stuff)中，那些对有着刚毅面孔的太空英雄所接受的严酷测试也不再适用。太空移民将是普通的家庭和群体，他们不是去执行使命，而是要在那里度过一生。我们当然需要一些像皮卡德船长(Captain Picard，《星际迷航》中“企业”号飞船的第二任船长)那样的人，但最初移民中的大部分应该是农民和建筑工人。
此外，早期的太空移民必须是在遗传学上健康的个体。在人口数量很少的太空移民中，有遗传疾病的个体会威胁到群体的未来，这种威胁在由数十亿人口构成的社会中是显现不出来的。但在世代飞船上，移民群体的命运很大程度上将由第一代移民的基因构成所决定——即便只有少数移民携带了遗传病基因，这些基因也会在后代中广泛传播。
我们现在已经查明了几百种致病基因，包括癌症、耳聋等(最近有研究者宣布，在人类胎儿时期就可以筛查出3 500多种这样的基因缺陷)。对太空移民的基因筛查程序看来是必须的——如果你携带了某些基因，你就只能永远呆在地球上了。但生命并非如此简单。许多遗传疾病是多基因决定的，也就是说，是许多致病基因之间复杂相互作用的结果。同时，即使某人携带了一个或多个致病基因，他一生中所遭遇的环境因素也会决定这些基因是否被激活，或者被激活后是否会对健康造成损害。
例如，人类的ATRX基因帮助调节与氧气运输有关的生命过程，但是许多种环境因素都会改变ATRX基因的活性，如营养摄入、精神状态等。当ATRX基因的功能被显著改变后，体内的氧气运输就会出现问题，导致癫痫、精神障碍和发育迟缓。所以，不可能简单地把携带ATRX基因的人全部排除在外，因为我们每个人都有这个基因。只是在某些人中，由于目前尚不知晓的某些环境因素的影响，ATRX基因可能会出现问题。我们能因为这类只是有可能出现的问题，而取消某些人的太空移民资格吗？
更复杂之处在于，我们必须保证太空移民在整体上的基因多样性。如果所有成员在基因上完全相同，一次疾病爆发就可能使他们全军覆灭。这种考虑否定了利用基因工程造就一个完美种群进行太空航行的设想，就像1997年的电影《盖特卡》(Gattaca)中描述的那样。
如果进行筛选，太空移民的总人数设为多少才合适？在火星殖民地，人口可以增长并扩展到新的疆域，但在世代飞船中，总人数将一直保持在相对较低的水平，这就不得不考虑近亲繁殖的问题。一项对阿米什人、印第安人、瑞典人和美国犹他州人的人口研究表明，第一代堂兄妹间婚配后，婴儿的死亡率大约是血缘无关人群中的两倍。
为了防止出现这样的问题，我们就必须考虑为了保持移民群体的遗传健康最少需要多少人，对于可生存群体的最小人口数量一直存在许多争论，有一些人类学家曾经提出，这个数量大约是500。由于人口数量较少的群体崩溃的危险总是较大，我认为一开始在一艘能够提供充足生存空间的宇宙飞船中，太空移民的人口数量至少应该是最小数量的4倍，也就是2 000，或者说大约是一艘满员航母舰载人数的一半。对于远离地球的人类太空移民，其安全性确实应该建立在成员数量上，即使是旨在到达另一个“太阳系”，并在其中行星上栖居的星际航行也要首先保证这一点，虽然在这种情况下，太空移民到达目的地之后人口数量可能再次增长。
此外，我们也必须仔细考虑太空移民群体的人口结构——年龄分布和性别比例。我的同事威廉•加德纳—奥科尔尼(William Gardner-O’Kearney)的模拟研究表明，当太空移民群体中最初的年轻人和老年人、男性和女性的比例取某些值时，经过几个世纪以后，移民群体的状况会比初始人口结构处于其他状态的群体更好。
总之，早期的太空移民应该保持个体健康和群体多样性，以便在未来面对新环境时，移民群体自身最大可能地拥有可能适应新环境的基因。不过，我们不可能控制所有的因素。在选择离开地球家园的太空移民时，就遗传因素而言，有时候我们只能碰运气——其实在地球上，我们每次选择生育下一代时也都是这样的。
太空中的自然选择
不管我们在选择太空移民时准备得多么仔细，可以肯定的是，太空移民离开地球之后的生活，至少在初期，是充满危险的，他们的寿命也可能比地球上更短。在远离地球时，人类将重新面对现代生活中许多已经不存在的自然选择因素的影响。在太空移民过程中，自然选择不太可能像科幻电影中表现的那样，以戏剧化的方式影响成年人的生活，但有可能在人类胚胎和婴儿期组织发育最关键的时候产生影响，这是生命最脆弱的时期。
这样的自然选择如何实现？举例来说，想想在过去几百万年中，人类几乎一直在气压约100千帕的海平面高度生活、进化，呼吸的是大约80%氮气和20%氧气组成的混合气体。但是在太空航行所需的加压居住区，要维持更高的气压所需的成本更高，难度更大。为了降低工程难度，地外建筑中的气压将比地球上的更低。
正是这个原因，在“阿波罗”号飞船上，宇航员所生活的环境气压只有大约35千帕。但是，如果降低气压，就必须提高气体中的氧气含量，“阿波罗”号飞船上的宇航员在月球之旅中呼吸的是100%的氧气。
不幸的是，降低气压和增加氧气含量都会影响脊椎动物的胚胎发育，至少会暂时性地导致流产和婴儿死亡率上升。不可避免的是，自然选择将保留能够适应地球外环境的基因，而淘汰那些不适应的基因。
一个需要特别关注的问题是，在太空殖民地这样空间狭小、人口密集的居住区，很容易暴发传染病，这当然也会给太空移民带来新的自然选择压力。不管免疫和检疫措施多么完善，传染病最终一定会席卷太空殖民地，那些在疫情爆发时有较强抵抗力的人有更大机会存活，而抗病能力较差的人则更容易被淘汰。
最后，我们必须谨记，与太空移民一起离开地球的还有数以千计、用来提供食物和原材料的驯化动物和植物，以及人体内数以百万计、对健康起着关键作用的“搭便车的”微生物，自然选择的压力同样也会作用在它们身上。
根据一些计算结果，我认为经过大约150年——按30年一代，也就是经过5代之后，自然选择给太空移民的身体带来的变化将变得明显起来。
太空移民到底会进化出什么样的生物机能，以适应新的环境，很大程度上取决于我们建立的太空居住区的大气和化学环境。我们可以在很大程度上控制这些因素，不过，另外两个重要因素——引力和辐射，则是我们很难控制的，它们必将影响并塑造太空中的人类。
火星移民将感受到完全不同的引力环境，因为火星上的重力只有地球的三分之一。在地球上，我们为了应对较大的重力，就需要强健的躯体，而在火星上，较小的重力更有利于轻柔灵活的身体结构。在世代飞船以及其他太空中自由漂浮的环境中，由离心力产生的模拟重力可以与地球相当，所以地球上的人体结构特征就有可能保留下来。
辐射会导致变异，而任何太空殖民地所能提供的辐射保护，都不太可能比得上地球大气层和磁场。辐射引起的更多变异是否会导致身体畸变？比如多了几个指头，或者像腭裂一样，某些部位出现畸形。当然，我们并不能确定太空辐射会导致人体出现哪种变化。我们唯一能够确定的是，自然选择将使得太空移民对辐射有更高的抵抗力。那些拥有较强DNA修复能力的人，将有更多机会把自己的基因传递给下一代。
较强的DNA修复能力是否会通过某种相关的外部特征表现出来，比如特别颜色的头发？对于这个问题，我们目前并不清楚。不过，如果有利基因并不表现出相关的外部特征，它们也可能会在群体中传播。美国南达科塔州的哈特派信徒，一直保持着一种习俗：结婚、生育后代，都是在一个人数相对较少的群体内部进行。人类学家发现，他们对配偶的选择很大程度上受到体味的影响——很有意思的是，在这个群体中，免疫系统越强的人体味越有吸引力。
在5代人这样中等长度的时间尺度上，环境影响将使人体产生微妙的变化。在安第斯山和一些高原地区的原住民中，我们能够看到这类适应性变化，他们拥有更宽深的胸腔，进化出了更高效的氧气运输能力。但是，每种进化产生的改变都是多种因素的折衷妥协，这些生活在高海拔地区的人如果留在高海拔地区生育，婴儿的死亡率也将更高。于是，就有了相应的文化习俗来适应这样的生理变化，那就是让产妇到空气含氧量较高的低海拔地区去生育。我们可以预测，离开地球的太空移民群体中，也可能出现类似的适应生理变化的文化转变，我们需要对那些最可能出现的转变做好准备。比如在火星上，产妇可以转移到轨道空间站里生育，在那里，空间站的自转可以产生与地球上相似的模拟重力，而且大气环境也与地球非常相似，但我相信，火星移民最终一定会进化出相应的生理机能，到那时他们生孩子就不用这么麻烦了。
太空文化
在150年的时间跨度上，文化的变化将比生物学变化更明显。对人类移民史的研究表明，虽然移民倾向于保留自己原有的某些传统和习俗，以维持文化的认同感，但是他们同时也会创造出在新环境中生存所需要的新传统和习俗。例如，大约公元800年，斯勘的纳维亚人首次迁移到冰岛，他们仍然崇拜挪威众神，讲维京语，但随着在这片未知土地上不断探索，他们很快就发展出了完全不同的烹饪和饮食方式，以肉食和腌制食物为主(而斯勘的纳维亚盛产黑麦和燕麦)，以应对严酷的冬季。
在火星上，这样的文化适应现象将在许多方面显现出来。在有着独特材料和结构的火星建筑中，气压较低，氧气含量较高，声音的传播可能与地球上有所不同——尽管差别或许并不明显，这可能会影响火星移民的发音和语速，从而产生火星腔，甚至火星方言。另外，火星上更小的重力可能会影响人们的肢体语言——这是人类交流方式中非常重要的一种，进而影响各种表演艺术。当许多个这种看似微小的变化积累起来后，火星文化就会从地球文化中分化出来。
在每时每刻都在高速飞离地球的世代飞船中，可能会发生更深刻的文化改变，随着飞船不断远去，飞船中人们的生活与地球的关系也越来越小。在世代飞船中，时间和空间这些基本概念可能很快就会发生转变。例如，飞船上使用地球计时的方式会保持多久？在没有昼夜和年份的情况下，飞船文明或许会发明一种10进制的计时方式。也有可能，他们会放弃以过去某个事件为起点(例如，当他们永远离开地球之时)的计时方式，而是将抵达某个遥远“太阳系”的时间作为参考点，采用倒计时的方式。
长期的遗传变化
重要的遗传变化出现时，新基因会在群体中广泛传播。比如史前时代的一个例子，在牛被人类驯化不久之后，能使成年人耐受乳糖的基因就分别在非洲和欧洲独立出现了，在这种基因的帮助下，人们能够从牛身上获取更多能量，于是，这种基因在人群中迅速普及，并“固定”下来。
虽然我们无法预测太空移民将出现怎样的基因突变，但群体遗传学的知识使我们能够预估，基因突变在太空探险者这个群体中固定下来需要多长时间。假设由2 000人组成的火星移民具有特定的年龄和性别结构，我以此为基础进行的计算表明，突变固定下来只需要几代人的时间，一定不会超过300年；我们可以预测，在这个时间尺度上，太空移民群体将进化出与地球人类明显不同的身体特征。这些变化将类似于如今在人类中广泛存在的地理差异，比如不同的身材、肤色、头发形态以及其他特征。
在火星上，一部分人可能会选择长期居住在屏蔽条件较好的地下城，而另一部分人则可能更倾向于居住在地面上，从而可以更方便地移动，当然这需要面对更大的辐射危险。居住环境的不同可能会加大各个群体间遗传基因的分化。与火星移民的情况不同，在封闭的、人口有限的世代飞船上，有利基因突变固定下来的速度可能会更快，从而使群体朝着基因一致性更高的方向进化。
与生物学变化相比，长期的文化变革将具有更深远的意义。看看从17世纪初到20世纪初的300年时间里，英语发生了多么大的改变：现在要想理解17世纪的英语文章，甚至需要特殊的培训。同样地，世代飞船上的语言经过3个世纪的演化，可能会变得面目全非。
更大规模的文化变革也是可能的。到底是什么东西使一种文化区别于另一种，这是人类学中引起大量争论的一个问题，不过，我觉得人类学家罗伊•拉帕波特(Roy Rappaport)已经阐述得很清楚：不同的文化有着不同的核心思想，这些通常不会被质疑，也不允许被质疑，传统和仪式使它们早已根深蒂固，也正是这些核心思想塑造了一个种族的基本哲学和道德规范。以基督教为例，它的一个核心思想就是：“最初，神创造了天地。”在远离地球的太空中，像这样的基础信仰经过多长时间会发生变化，以及向什么方向变化，都是很难说的，但几个世纪的时间足以让新文化诞生。
太空人类崛起
什么时候会出现更根本的生物学改变，也就是新物种的诞生？小群体的进化速度可能会很快，比如，当维京人的船只把普通家鼠带到法罗岛上仅1 200年后，岛上就出现了体形异常硕大的鼠类。而现代人在长达100 000年时间中，尽管走出非洲，并迁栖到从沙漠到大洋的各种不同环境，但很显然，并没有进化出生物学意义上的新物种(我们的人类近亲，如耐寒的尼安德特人，以及西太平洋弗洛勒斯岛上外形类似“霍比特人”的矮小人种，都是在更早的时候从更古老的共同祖先分化出来的)。这在很大程度上是因为，我们可以更多借助文化和技术来适应自然环境，而不仅仅依靠生物学上的改变。因此在太空中，自然选择和文化选择将发挥重要作用，重新塑造太空人类，这甚至可能使太空人类和地球人类之间产生生殖隔离。
当然，人类也有可能自主设计新的物种。太空人类最终很可能会掌握驾驭DNA的力量，针对不同的环境定制自己的身体。火星移民可能会通过基因工程，设计出类似于腮的器官以便从火星大气的二氧化碳中分离出氧，或者设计出坚韧的皮肤和肌肉组织以适应低气压环境。他们或许会有意识地使自己成为一个新物种：太空人类(Homo extraterrestrialis)。
从现在开始
人类的太空移民需要许多工程和技术领域的进步。与此同时，我们也必须对人类将如何通过生物学和文化改变来适应新环境有更多了解，并运用这些知识帮助建成太空殖民地。我认为，我们应该立刻从三个方面着手开展工作。
首先，我们必须克服政治和技术方面的忧虑和恐惧感，开始在地球之外进行生育实验，在太空中生育和抚养孩子，以便了解人类在全新的辐射、气压、大气组成以及重力环境中生殖、发育和成长所面临的关键问题。让孩子离开舒适的城市环境，暴露在地球之外的危险中，这是一个很难做出的决定，但是，当太空探索转向民间和私有化之后，这种顾虑可能会少一些。当然，适应太空环境有时要付出痛苦的代价，但新生就是这样。
其次，我们必须在太空中进行驯化生物的养殖实验，研究它们是否能正常、健康地生长。离开微生物和动植物，我们哪里也去不了。
为了早日实现这两个目标，应该设立一个大奖，奖励第一个研制出功能良好、可供人类生活的太空居住区的研究者。这种太空居住区不是轨道无菌实验室(虽然这个也很重要)，而是一个家园，在那里，人们能够种植农作物，饲养牲畜，甚至生养孩子。很多人可能会对生活在这样的地方感到恐惧，但同时肯定不会缺少志愿者。
最后，我们必须重拾使人类生存至今的进取心，在地球家园之外开拓新的生存空间。在进行与太空移民相关的研究上，我们必须更勇敢。否则，总有一天，我们将同地球上的其他物种一起灭绝——就像威尔斯(H. G. Wells)在1936年写下的关于人类未来的名言：“要么遍布宇宙，要么终将毁灭。”
精彩速览
人类长时间离开地球的太空任务——比如移居火星殖民地，或者飞往临近恒星的多代太空航行，必将使人类进化出新的文化和生理特征。
长距离太空航行将面临许多独特的环境危险，比如更多的辐射和更低的气压。在航行过程中，飞船将是人们唯一的家园。这些危险将在人类最脆弱的阶段——子宫里的胎儿和刚出生的婴儿，产生最严重的影响。
太空移民任务的规划者必须仔细选择参与太空旅行的“船员”。他们必须筛选出一个基因健康的人群，同时还要保证群体多样性既足以承受可能出现的疾病流行，也能使群体在太空新环境中繁荣壮大。
本文作者 卡梅隆•M•史密斯在美国波特兰州立大学担任人类遗传学教职。他在《科学美国人•心理学》(Scientific American Mind)杂志上撰写过与进化有关的文章，另外还著有《进化的真相》(The Fact of Evolution)和《移民地球之外》(Emigrating Beyond Earth)。
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