Comment l'exploration de Mars pourrait conduire à une nouvelle espèce humaine
Le prochain film hollywoodien The Space Between Us raconte l'histoire d'un garçon né d'un astronaute américain sur Mars. Sa mère meurt en couches, mais l'enfant survit et grandit sous la garde d'une petite colonie d'astronautes sur la planète rouge. Dans la bande-annonce du film, une voix off sombre fournit la prémisse du film: «Son cœur ne peut tout simplement pas supporter la gravité; ses os sont trop faibles. En d'autres termes, il n'y a pas de retour en arrière. Cette question mérite d'être posée: si nous décidons de quitter la Terre, nos descendants pourront-ils un jour revenir?
Chaque année, nous nous rapprochons de Mars. La NASA espère que des pieds humains poseront le pied sur la planète rouge dans 30 ans, et Elon Musk appelle le chiffre 10 ans: au début, ce sera un vol d'essai, alors que l'objectif ultime est de créer des villes martiennes autosuffisantes. Dans son discours de septembre 2016, Musk a évoqué «deux voies principales» que l'humanité peut emprunter: «Une voie consiste à rester sur Terre pour toujours, puis nous ferons face à l'extinction ultime. L'alternative est de devenir une civilisation conquérante de l'espace et une espèce multi-planétaire."
Si jamais nous atteignons Mars, les conditions de vie y seront différentes de celles sur Terre à tous égards. L'adaptation aux effets plus faibles de la gravité, des radiations intenses et l'absence totale de flore bactérienne obligera plusieurs générations de colons martiens à subir un certain nombre de changements évolutifs dramatiques dans l'ascendance humaine, comparables à l'apparition de la marche verticale et à une augmentation du volume cérébral.
Les premiers changements évolutifs peuvent être rapides et subtils. Étant donné que le groupe des premiers humains sur Mars sera inévitablement limité en nombre - Musk a proposé d'envoyer une centaine de personnes à bord du vaisseau spatial - les premiers colons martiens connaîtront un phénomène connu sous le nom d'effet fondateur. Ce phénomène s'observe à chaque fois qu'un nouvel endroit, comme une île volcanique émergeant du fond de l'océan, est colonisé par de nouveaux arrivants. Les quelques personnes qui s'installent dans un nouveau lieu, quelle que soit la manière dont elles y sont arrivées, ne représentent probablement pas la majorité à laquelle elles appartenaient à l'origine. Plus l'échantillon est petit, moins il est susceptible de représenter le plus grand groupe dont il est issu.
Si nous envoyons une centaine de colons sur Mars, la probabilité qu'ils représentent avec précision toutes les personnes vivant sur Terre en termes de taille, de couleur de cheveux, de propension à développer un diabète ou un cancer du sein, la capacité à bouger les oreilles ou tout autre facteur génétique est extrêmement faible. … Quels que soient les traits que possédaient les premiers colons, ils les transmettraient à leurs enfants, et ainsi une colonie martienne grandissante, même en l'absence de sélection naturelle, deviendrait quelque chose de différent des habitants de la Terre. Par exemple, si tous les astronautes que nous avons envoyés sur Mars étaient rouges, il y aurait une autre raison d'appeler Mars la planète rouge.
L'effet fondateur, bien sûr, ne se limite pas aux explorateurs de Mars ou aux voyageurs interplanétaires. Elle peut survenir dans n'importe quelle population isolée ou sélectionnée. Mais à mesure que plusieurs générations changent, les changements peuvent acquérir un caractère plus prononcé et spécifique. Dans des conditions où la gravité ne représente qu'un tiers de la gravité terrestre, la grossesse et l'accouchement peuvent être beaucoup plus difficiles sur Mars. Les chercheurs sur le développement embryonnaire chez la souris ont découvert que les taux de fertilité chez les souris, dont les embryons ont été formés dans des conditions de microgravité créées artificiellement, sont inférieurs à la gravité normale. Fait intéressant, la fécondation - réalisée in vitro - ne semble pas affectée par la diminution de la gravité, mais certains des embryons obtenus ne se sont pas développés aussi bien que les embryons.apparaissant sous gravité normale. Les raisons ne sont pas encore claires, mais les résultats indiquent que les mammifères, y compris les humains, peuvent rencontrer plus de difficultés pendant la gestation sur Mars que sur Terre. Et cela, à son tour, peut exercer une nouvelle pression de sélection évolutive, qui n'est pas observée sur Terre.
Une gravité insuffisante entraînera également une perte osseuse à un taux d'environ 1% à 2% par mois. Après deux ou trois ans sur Mars, les colons risquent de perdre la moitié de leur masse osseuse, ce qui est susceptible d'affecter encore plus les femmes enceintes, car le corps a besoin de beaucoup de calcium pendant la grossesse. La perte de densité osseuse rend les personnes plus sujettes aux blessures, en particulier aux fractures de la hanche et de la colonne vertébrale. Étant donné que de telles blessures peuvent avoir des conséquences irréversibles sur Mars, les personnes dont la densité osseuse est naturellement plus élevée - ce qui était plus caractéristique de nos ancêtres que les humains modernes - sont plus susceptibles de survivre et de transmettre leurs gènes. Par conséquent, à la suite du changement de nombreuses générations, les gens sur Mars finiront naturellement par avoir des os plus denses que leurs prédécesseurs, ce qui signifie qu'ils seront plus forts en apparence.
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Les colons martiens devront également s'adapter à des niveaux élevés de rayonnement. Sans magnétosphère ni atmosphère pour protéger la planète, Mars est attaquée par des rayons cosmiques à haute énergie, des rayons ultraviolets intenses et des particules solaires. Pendant 500 jours à la surface de Mars, une personne recevra une dose de rayonnement qui est six fois la dose annuelle maximale autorisée par les employés du département américain de l'énergie. Les combinaisons spatiales ou les logements souterrains peuvent fournir une certaine protection, mais il faudra certainement encore passer du temps à la surface de Mars, à cultiver des cultures, à ériger des bâtiments, etc.
Les radiations endommagent l'ADN, provoquant une sorte de mutation qui mène au cancer. Bien que les radiations puissent signifier des taux de cancer plus élevés pour les colons martiens, elles peuvent également accélérer l'évolution en générant des variations génétiques aléatoires, y compris des traits bénéfiques dans l'environnement martien.
Ces variations génétiques peuvent être des moyens de protéger notre corps de l'exposition aux radiations. Sur Terre, notre peau produit de la mélanine, un pigment qui agit comme un écran solaire naturel. La pigmentation de la peau a évolué dans les populations humaines comme un équilibre entre le risque de rayonnement excessif, qui perturbe la production d'ADN, et le risque de rayonnement insuffisant, qui interfère avec la formation osseuse normale. De nombreux autres organismes utilisent la mélanine pour se protéger des radiations, y compris les champignons de couleur sombre qui poussent là où le cœur du réacteur nucléaire de Tchernobyl a fondu. Le type de mélanine qui fournit au corps humain une protection maximale contre le rayonnement solaire est l'eumélanine, qui donne à la peau une couleur brun foncé ou noire. Les personnes qui ont beaucoup plus d'eumélanine dans leur peausera en mesure de mieux tolérer des niveaux extrêmes de rayonnement sur Mars, avec pour résultat que la peau des Martiens sera plus sombre que celle de n'importe quel humain.
Le rover traverse les dunes de sable de Dingo Gap
D'autre part, un rayonnement intense sur Mars pourrait contribuer à l'évolution de nouveaux pigments cutanés. Les caroténoïdes - les pigments orange qui donnent leur couleur aux carottes - sont produits par de nombreuses plantes et micro-organismes pour les protéger du soleil. Bien que de nombreux animaux aient des caroténoïdes, la plupart d'entre eux les tirent de leur alimentation. Une exception est le puceron du pois, un petit insecte qui est généralement de couleur verte, mais qui, dans certains cas, devient rouge en raison des caroténoïdes qu'il produit lui-même. L'analyse génomique a montré que les pucerons du pois recevaient les gènes responsables de la production de caroténoïdes à partir d'un champignon, ce qui signifie que dans de rares cas, les animaux peuvent emprunter du matériel pour la production de pigments d'autres organismes. Les conditions difficiles sur Mars pourraient augmenter la probabilité de tels emprunts rares si le résultat final - par exemple, une peau orange vif - était particulièrement bénéfique.
Des recherches récentes ont montré que des niveaux élevés de rayonnement affectent également le cerveau, modifiant la mémoire spatiale et le comportement à risque chez certaines souris, mais pas toutes. De telles violations pourraient constituer une menace sérieuse pour le succès de la colonie martienne. Cependant, si les mêmes fluctuations de sensibilité aux radiations que nous observons chez les rongeurs se retrouvent chez les humains sur Mars, la sélection naturelle fonctionnera en faveur de ceux qui sont moins affectés par les radiations. Les générations futures pourront développer leur résilience aux effets néfastes des radiations sur le cerveau, rendant les humains mieux adaptés à l'environnement martien et augmentant leur capacité à explorer davantage l'espace, peut-être même à voyager vers des planètes habitables plus éloignées telles que Proxima b.
Ensuite, il y a le microbiome - des bactéries et d'autres petits organismes qui vivent à l'intérieur et à la surface de notre corps et ont un effet grave sur notre corps. Ces microbes sont acquis par nous tout au long de notre vie, à commencer par ceux que nous recevons de nos mères en passant par le canal génital. La petite enfance est une période importante pour le développement d'un microbiome sain car les enfants reçoivent des microbes supplémentaires de leurs parents, frères et sœurs, amis et de l'environnement. Les enfants sur Mars ne seront pas exposés aux nombreux microbes différents que nous trouvons ici sur Terre, et bien que les scientifiques espèrent toujours trouver une vie microbienne sur Mars, il n'y a toujours aucune preuve concluante de son existence.
Les gens sur Mars
La perte de microbes bénéfiques peut avoir des conséquences néfastes sur la santé physique et mentale des colons martiens. Ici sur Terre, on assiste déjà à une diminution de la diversité microbienne des microbiomes des personnes vivant en milieu urbain, où nous faisons de notre mieux pour désinfecter notre corps et les objets environnants afin de prévenir l'échange de maladies. À bien des égards, ce processus est indéniablement bénéfique - une fois que des maladies omniprésentes telles que la variole ont été vaincues par le développement de vaccins, un meilleur assainissement et la disponibilité d'antibiotiques ont limité la propagation d'autres maladies dans des régions spécifiques. Cependant, une conséquence imprévue de notre guerre contre les microbes a été la recherche de micro-organismes bénéfiques pour notre santé, y compris ceuxqui coexistent avec nous depuis des millénaires et sont actuellement menacés d'extinction.
Se déplacer sur Mars peut être trop difficile pour ces microbes, et leur perte complète sera presque certainement préjudiciable aux humains. Les personnes dont le microbiome est peu diversifié sont plus susceptibles de développer l'obésité, le diabète de type 1 et éventuellement d'autres maladies, notamment les allergies, l'asthme, la maladie cœliaque et certains types de cancer. Des expériences dans lesquelles des souris et des lapins sont élevés dans des conditions stériles sans leur permettre de développer le moindre microbiome suggèrent une perspective plutôt sombre. Leurs systèmes immunitaire et nerveux ne se développent pas correctement et leur capacité à obtenir des nutriments à partir des aliments est compromise.
Les microbes qui habitent notre intestin jouent un rôle vital dans la digestion, donc avec le microbiome complètement perdu, le régime alimentaire des colons martiens doit subir des changements. Les scientifiques peuvent concevoir des aliments spécialement formulés qui ne contiennent que des sucres simples, des protéines et des graisses faciles à digérer sans l'aide de micro-organismes. En revanche, si des microbes bénéfiques accompagnent une personne sur Mars, ils peuvent eux-mêmes se développer avec lui. En raison de la courte période de génération - certains types de bactéries se multiplient toutes les 30 minutes - les microbes se développent beaucoup plus rapidement que les humains, ce qui leur permet de s'adapter rapidement aux conditions changeantes. Ils seront également affectés par les radiations, augmentant leur fréquence de mutation et accélérant encore leur évolution.
Les mêmes processus se produiront avec toutes les plantes ou animaux que nous apportons avec nous, ainsi qu'avec les microbes vivant à l'intérieur et à la surface de ces espèces. En d'autres termes, en créant une colonie martienne, nous poserons les bases d'un nouveau type d'écosystème. Organiser Mars - changer délibérément l'environnement martien afin de rapprocher ses conditions de celles de la Terre - peut conduire au développement d'écosystèmes qui ne ressemblent à aucun écosystème existant sur la planète Terre.
La bonne nouvelle est que Mars n'aura probablement pas de problème de maladie infectieuse. Comme pour le microbiome humain, les seuls virus, bactéries pathogènes et autres agents pathogènes sur Mars sont probablement ceux que nous apportons avec nous. Un long voyage interplanétaire pourrait devenir une quarantaine qui limite les chances d'apparition accidentelle de maladies infectieuses sur Mars. La plupart des maladies infectieuses qui affectent les humains sont le résultat d'infections que nous avons contractées chez les animaux, en particulier les oiseaux et les mammifères. Beaucoup d’entre eux, comme l’anthrax et la rage, sont transportés par des animaux domestiques comme les moutons, les bovins et les chiens. D'autres, comme la maladie de Lyme, proviennent principalement d'animaux sauvages. Sur Terre, nous sommes constamment confrontés à de nouvelles maladies,comme Ebola et Zika, en partie parce que ces microbes infectent régulièrement les animaux et les humains. Sur Mars, nous pouvons éviter ce problème si nous n'y amenons pas d'oiseaux ou de mammifères, en optant plutôt pour une sélection d'insectes moins susceptibles de porter des infections pouvant infecter les humains (et nécessitant moins de nourriture).
D'un autre côté, vivre en dehors de la menace d'une maladie infectieuse peut entraîner une atrophie du système immunitaire, qui risque de devenir une relique semblable à un appendice, ou peut-être de disparaître complètement. Cette atrophie peut être causée non seulement par l'absence de maladie: lors des vols spatiaux, les astronautes souffrent souvent d'immunosuppression, qui est en grande partie due au stress lié au décollage, à l'atterrissage et au séjour dans un espace confiné, mais selon certains rapports, la microgravité joue également un rôle ici.
Les martiens immunodéprimés feront face à des maladies mortelles s'ils retournent sur Terre, et les humains qui viennent de la Terre risquent de détruire toute la colonie martienne s'ils apportent une maladie avec eux. Les risques associés aux maladies qui ne présentent pas de symptômes évidents, comme c'est généralement le cas avec les infections sexuellement transmissibles telles que le VIH ou la chlamydia, seront particulièrement élevés. Un contact personnel étroit - comme le sexe - entre les Terriens et les Martiens serait très risqué.
Mettez tout cela ensemble: l'interdiction des rapports sexuels entre terriens et martiens, l'effet fondateur, les changements dans le microbiome, la sélection naturelle dans les conditions difficiles de l'environnement martien, plus une gravité faible - et cela devient clair pour vous: la colonisation de Mars conduira finalement au développement d'une toute nouvelle espèce humaine. … C'est un phénomène courant dans le monde des animaux et des plantes isolés sur les îles - rappelez-vous les célèbres pinsons de Darwin. Mais si la spéciation sur les îles peut prendre des milliers d'années, les taux de mutation accélérés sur Mars et le contraste saisissant entre les conditions de vie sur Mars et sur Terre sont susceptibles d'accélérer le processus. Dans quelques centaines de générations - peut-être aussi peu que six mille ans - une nouvelle espèce humaine pourrait émerger.
En 1950, Ray Bradbury a publié une série d'histoires courtes similaires appelées The Martian Chronicles, dans lesquelles il dépeint un avenir lointain dans lequel Mars est colonisée par des personnes qui ont depuis longtemps perdu tout intérêt et connexion à la Terre. Les Martiens Bradbury ont la peau brune et les yeux jaunes. "Avez-vous déjà réfléchi à - enfin, à savoir si les gens vivent sur une troisième planète?" - demande l'un des Martiens. «La troisième planète n'est pas habitable», répond son mari. "Nos scientifiques disent qu'il y a trop d'oxygène dans son atmosphère."
La fiction de Bradbury pourrait bien être prophétique. Si la Terre est frappée par de graves catastrophes, la colonisation de Mars à long terme peut être une condition nécessaire à notre survie. Cependant, une stratégie de préservation de l'espèce humaine peut finalement nous changer à jamais.
Scott Solomon est un biologiste et écrivain scientifique basé à Houston. Il enseigne l'écologie, la biologie évolutive et la communication scientifique à l'Université Rice, où il est professeur au Département de biosciences. Son premier livre Future Humans: Inside the Science of Our Continuing Evolution a été publié le 25 octobre 2016 par Yale University Press.
