Эволюция – базовое понятие биологии. Через 120 лет после формулирования ее основных принципов Чарльзом Дарвиным ее исследования добрались и в космос.
В космосе уже бывали организмы, которые прожили несколько поколений и смогли измениться. Среди них бактерии (инфузория-туфелька, палочка Коха), низшие растения (хлорелла, хламидомонада), высшие растения (крепис, арабидопсис, ячмень, салат, горох), насекомые (дрозофила, хабробракон, триболиум), амфибии (ксенопус), рыбы (гуппи, данио рерио).
Правда, орбитальные полеты начались относительно недавно, и изучить смену поколений человека и соответственно эволюционные изменения пока возможности не было.Тем не менее в конце мы попробуем помечтать, как человек, возможно, будет эволюционировать в длительных космических полетах.
Эволюция стоит на трех китах – трех основных понятиях: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Живые организмы передают свои гены, и потомки благодаря этому похожи на родителей. Иногда проявляются мутации, и дети могут иметь отличия и новые признаки. Если новый ген и признак полезен или хотя бы не вреден, он передается следующим поколениям, в противном случае особь не выживает, и плохая мутация не сохраняется. Так выживают самые приспособленные и происходит развитие и усложнение организмов.
Наследственность в космическом полете тоже работает, что выяснилось в первых исследованиях. Генетика в СССР в те года была далеко не самой популярной наукой, однако эксперименты проводились под руководством Николая Петровича Дубинина — выдающегося генетика СССР, что говорит о важности проведения этих экспериментов в космосе».
Так, вместе с Белкой и Стрелкой полетели мыши двух различных линий, мухи-дрозофилы двух линий, семена различных сортов гороха, кукурузы, лука и нигеллы, грибки-актиномицеты и побеги традесканции. Буквально через полет было запущено еще семь гибридов от мышей СБА и С57, шесть колб с высокомутабельной и семь колб с низкомутабельной линиями дрозофил, а также шесть колб с гибридами. Все объекты на Земле дали потомство в соответствии с законами наследования. Собака Стрелка тоже родила здоровых щенков.
Тут стоит заметить важность гибридов. Согласно первому закону Менделя в первом поколении от особей чистых линий (организмов, которые на протяжении многих поколений скрещиваний друг с другом проявляют одинаковые признаки) получаются только гибриды с доминантными признаками. Например, при скрещивании гороха с зелеными и желтыми семенами все потомство будет с желтыми семенами. А во втором поколении при скрещивании гибридов будут в среднем в одном из четырех случаев появляться особи с рецессивным признаком (четверть потомства будет с зелеными семенами). Так по статистике и определяются особенности наследования, и они никак не отличаются от земных.
Другое дело – мутации. Повышенный уровень радиации увеличивает процесс повреждения ДНК.
https://cosmos.vdnh.ru/izdoma/dnk-v-kosmose/
Заряженные частицы и гамма-излучение от Солнца на орбите не блокируются магнитным полем и атмосферой. Они могут выбивать атомы из молекул, из-за чего механизмы восстановления генов могут допускать ошибки. Это и приводит к изменению генной структуры и мутациям. Однако в подавляющем большинстве это вредные мутации.
В ходе одного эксперимента клетки креписа еще до старта облучили и повредили сам механизм восстановления ДНК. После этого в полете на станции «Салют-6» возникло значительно больше мутаций, чем во всех исследованиях ранее.
Было несколько экспериментов, например, на станции «Салют-4», в которых запускались высокомутабельные дрозофилы в толстых свинцовых контейнерах, полностью блокирующих радиацию, но все равно в невесомости количество мутантных особей было больше, чем на Земле, а значит, помимо радиации есть и другие причины.
Молекула ДНК – это скрученная в клубок двойная спираль. Чтобы скопировать ДНК при делении клеток, нужно расплести, раскрутить и разделить спирали. Так получаются две последовательные цепочки. Для каждой из них нужно синтезировать недостающие половинки. После копирования молекулы нужно снова закрутить в двойную спираль.
В отсутствии силы тяжести все эти процессы идут иначе, в основном из-за изменения скорости химических реакций между белками и большей вероятностью того, что молекула при сборке искривится и цепочки нуклеотидов соединятся в неправильном месте. Увеличение скорости деления усиливает этот эффект. В невесомости клетки растут и размножаются во все стороны без ограничений, а питательная среда распределяется равномерно по всей клетке. Кстати, с эти связана еще одна проблема – «первичное нерасхождение хромосом». При делении клетки в одной появлялась лишняя хромосома, а в другой этой хромосомы не доставало. Важным является положение ДНК в клетке, а оно в невесомости может быть в самых разных местах.
Несмотря на значительный объем экспериментов, точную зависимость количества мутаций от факторов невесомости выявить не удается. Результаты от полета к полету разные. Более того, на биологических спутниках «Бион» размещалась центрифуга, внутри которой на разном расстоянии от центра располагались контейнеры с дрозофилами. Те насекомые, что были в центре, испытывали невесомость, а дальше, в зависимости от расстояния до оси вращения, равномерно росла центробежная сила, что заменяла силу тяжести: 0.1 g, 0.2 g, 0.5g, 0,8g 1g (земные обычные условия), 1.5g, 2.g. Существенной разницы у дрозофил в разных контейнерах не наблюдалось. При изучении влияния длительности полета зависимость тоже не прослеживалась, и количество мутаций менялось хаотично от старта к старту.
Мы же перейдем к следующему фактору эволюции – естественному отбору. Тут в космосе очень много проблем. Более того, если мы говорим об открытом космосе, то там из животных могут в высушенном состоянии существовать только тихоходки, рачки Артемия, щитни и личинки комаров. Однако размножаться в таком состоянии нельзя. Семена растений лучше выдерживают перепады температуры, отсутствие воздуха и вакуум. Сейчас даже на МКС проводится активная селекционная работа по отбору самых устойчивых сортов и образцов. Внутри станции условия чуть лучше, но все равно невесомость – среда, где выживают не все. В частности, полезный признак – быть вытянутым, чтобы было больше возможностей цепляться.
Самый яркий пример эволюции можно было наблюдать на станции «Салют-7» Владимир Джанибеков выращивал хлопок сорта 108-Ф и смог получить образец с лучшими свойствами. Из растения получалась на 34% более длинная нить. Космический сорт получил обозначение С-7305 и стал активно применяться.
В отсутствии конвекции возникает проблема с этиленом. Он выделяется растением и является гормоном, блокирующим цветение, но провоцирующим рост. На Земле этот газ быстро разлетается в воздухе и не мешает, а на станции вызывает проблемы. Тем не менее во время работы Максима Сураева на МКС получилось вырастить карликовую пшеницу «Апогей», которая почти не реагирует на этилен. Правда, в данном случае помогли искусственный отбор селекционеров и предшествовавшая этому эксперименту работа космонавтов на станции «Мир».
Бактерии в космосе быстро размножаются, быстро погибают, если в них нет полезных мутации, и, как следствие, очень активно эволюционируют. Многие из них становятся устойчивыми не только к космическим факторам, но и к антибиотикам. Как следствие, случайные патогены могут вызывать болезни в невесомости. В ответ на это растения, которые стали вырабатывать больше витамина С, например, томаты, стали и лучше выживать. А полученный сорт люди стали выращивать на Земле.
С животными примеров эволюции мало, так как чем сложнее организм, тем дольше идет процесс, но уже по имеющимся результатам видно, что отбор будет идти в первую очередь на органы равновесия. В невесомости внутреннее ухо не способно понять, где верх, а где низ, и вызывает больше проблем, чем пользы.
А теперь помечтаем, как изменится человек через несколько поколений, если полностью будет жить в невесомости. В первую очередь упростится внутреннее ухо. Ему уже не нужно будет понимать положение тела относительно Земли. Космонавт станет более вытянутым, руки удлинятся. Сейчас еда в космосе мягкая, а больные зубы будут вызывать неудобства. Вероятно, количество зубов уменьшится или они вообще пропадут. Ноги тоже в невесомости не нужны, но конечности требуются, так что стопы могут стать более похожими на руки. Может вырасти хвост или щупальца. Образ становится похож на обезьяну. Длинные волосы на голове – большая проблема, возможно будет отбор на их длину. Возможно, человек вообще облысеет. Почки станут больше, чтобы усиленный ток крови не вызывал образование камней, а вот сердце уменьшится, как и многие мышцы, которые станут не нужны. Кожа станет более темной, чтобы защититься от ультрафиолета. Также, вероятно, вновь включится фермент L-гулонолактоноксидаза, чтобы позволить организму снова научиться вырабатывать витамин С, которого будет не хватать в космической еде.
Последний абзац – это фантазия автора, и все может быть не так. А как, на Ваш взгляд, будет эволюционировать человек и какие у него появятся новые признаки?
