021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

انسانها چگونه باید برای بقا در فضا تکامل بیابند

Lisa Nip

How humans could evolve to survive in space

If we hope to one day leave Earth and explore the universe, our bodies are going to have to get a lot better at surviving the harsh conditions of space. Using synthetic biology, Lisa Nip hopes to harness special powers from microbes on Earth -- such as the ability to withstand radiation -- to make humans more fit for exploring space. "We're approaching a time during which we'll have the capacity to decide our own genetic destiny," Nip says. "Augmenting the human body with new abilities is no longer a question of how, but of when."


تگ های مرتبط :

TEDx, Bacteria, Biology
خوب سرزمینهایی دور از هم بر روی زمین قرار دارند که با هر مقیاسی برای بشر قابل سکونت هستند، اما مسئله ما بقا است. زمانی که اجداد نخستین ما خانه و محل زندگی خود را در خطر می دیدند، جرائت به خرج می دادند و برای جستجوی موقعیت های بهتر قدم در راه سرزمین های ناشناخته می گذاشتند. و به عنوان نوادگان این ماجراجویان، خون کوچ نشینی آنها در شریان های ما هم جریان دارد. اما در عین حال، با پریشانی حاصل از نان و سیرکها و جنگهایی که بر یکدیگر روا داشته ایم، به نظرمی رسد که میل به اکتشاف را فراموش کرده ایم. ما، به عنوان یک گونه جانوری، به شکلی خاص
برای زمین، بر روی زمین و توسط زمین تکامل یافته ایم، و چنان غرق در فحوای زندگی شده ایم که بسیار از خود راضی بار آمده ایم و چنان گرفتار شده ایم که حواسمان به فانی بودن منابع آن نیست، و همچنین متوجه فانی بودن عمر خورشیدمان نیستیم. در حالی که مریخ و تمام فیلمهایی که بر اساس آن ساخته شده اند اشتیاق به سفر در فضا را تقویت می کنند، اندکی از ما این حقیقت را به خاطر داریم که ما گونه ای بسیار ناتوان و شکننده هستیم و متاسفانه برای سفرهای طولانی در فضا آماده نیستیم. اجازه بدهید برای یک بررسی کوتاه واقعی نگاهی به جنگل ملی محلی شما بیاندازیم. خوب فقط دستهایتان را نشان دهید:
چند نفر از شما گمان میکند که میتواند در این جنگل وحشی برای چند روز دوام بیاورد؟ خوب، زیاد. چند هفته چطور؟ تعداد قابل قبولی است. چند ماه چطور؟ این هم خوب است. حالا، بیایید خیال کنیم که این جنگل محلی یک زمستان بی انتها را تجربه کند. سوالات قبلی: چند نفر از شما می تواند چند روز در این محیط دوام بیاورد؟ تعداد زیادی است. چند هفته چطور؟ خوب محض خنده، بیایید تصور کنیم که تنها منبع آب موجود به شکل بلوکهای یخی در کیلومترها زیر سطح مدفون شده است.
املاح معدنی به شدت کمیاب هستند و هیچ گیاهی یافت نمی شود، و البته، تقریبا هیچ اتمسفری وجود ندارد که درباره آن صحبت کنیم. این مثالها، تنها اندکی از چالشهای بسیاری هستند که ممکن است بر روی سیاره ای چون مریخ با آن مواجه شویم. خوب ما چگونه خود را برای سفرهای این چنین که مقصد آن با یک سفر تفریحی از زمین تا آسمان متفاوت است، آب دیده کنیم؟ آیا باید دائما منابع را از سیاره زمین منتقل کنیم؟ آسانسورهای فضایی یا کمربندهای حمل و نقل در مسافتهای ناممکن بسازیم تا سیاره مورد نظر را به خانه خود تبدیل کنیم؟ و چگونه باید غذاهایی که در زمین داریم را در آنجا پرورش دهیم؟ اما دارم زیاده روی میکنم. در سفر گونه ما در راه کشف خانه ای جدید زیر سایه خورشیدی جدید،
به نظر می رسد که ما نمی توانیم مدت زیادی را در خود سفر، سپری کنیم. در فضا، در یک کشتی، یک سفینه اسرار آمیز، احتمالا برای چندین نسل. بیشترین زمانی که انسان در فضا سپری کرده است بین ۱۲ تا ۱۴ ماه است. بر اساس تجربیات فضانوردان در فضا، می دانیم که با قرار گرفتن در محیطی با گرانش بسیار اندک استخوانها و ماهیچه ها تحلیل میروند و مشکلات قلبی عروقی به وجود می آیند، همچنین بحران های فیزیولوژیکی و روانی بسیاری می توانند به وجود بیایند. و در محیط با گرانش زیاد ،
یا درباره گستره مختلف نیروی گرانش بر روی سیاره ای که بر روی آن قرار خواهیم گرفت، چطور؟ در زمان کوتاهی، سفرهای فضایی ما مملو از خطرهای شناخته و ناشناخته خواهند شد. تا کنون ما در پی این تکنولوژی مکانیکی یا آن نسل جدید روبات بوده ایم تا بوسیله آنها حرکت امن گونه خود را در فضا تضمین کنیم. آنها به قدری جالب هستند که به نظر من زمان آن رسیده است که این غولهای الکترونیکی را بوسیله چیزی که طبیعت از قبل اختراع کرده است، کامل کنیم: میکروبها. یک ارگانیزم تک سلولی که خود به تنهایی یک ادامه دهنده نسل و یک دستگاه مولد زنده است.
برای بقا نیازهای اندکی دارد، انطعاف بیشتری را برای طراحی ایجاد می کند و برای جابجایی تها به یک مجرای پلاستیکی نیاز دارد. زمینه تحقیقاتی که ما را قادر ساخته تا خصوصیات میکروبها را کاربردی کنیم به عنوان زیست شناسی ترکیبی شناخته می شود. این رشته شاخه ای از زیست شناسی مولکولی است که آنتی بیوتیک ها واکسن ها را بوجود آورده و راههای بهتری برای مشاهده تفاوتهای ظریف فیزیولوژیکی بدن انسان را ارائه کرده است. با استفاده از ابزارهای زیست شناسی ترکیبی، اکنون می توانیم ساختار ژنهای تقریبا هر ارگانیزمی، چه میکروسکوپی و چه غیر از آن، را با سرعت و دقت باور نکردنی تغییر دهیم.
با توجه به محدودیتهای دستگاههای ساخت بشر که در اختیار داریم، زیست شناسی ترکیبی برای ما نه تنها به معنی مهندسی کردن غذاها، سوخت مصرفی و محیط زندگیمان، بلکه خود ما است تا بتوانیم کمبودهای فیزیکی خود را جبران کنیم و بقای بشر را در فضا تضمین کنیم. به عنوان مثالی از چگونگی استفاده از زیست شناسی ترکیبی در تحقیقات فضایی، محیط مریخ را در نظر بگیرید. ترکیبات خاک سطح مریخ شبیه ترکیبات خاکسترهای آتشفشانی جزیره هاوایی است، با مقدار کمی از مواد ارگانیک. فرض کنید که چه می شد اگر خاک مریخ بدون مواد زمینی منتقل شده
می توانست از رشد گیاهان حمایت کند؟ اولین سوالی که مطرح می شود این است، که چگونه باید گیاهان را در برابر تغییرات دمایی مقاوم کنیم؟ زیرا دمای مریخ به طور میانگین دمای نامناسب منفی ۶۰ درجه سانتی گراد است. سوال بعدی این است که چگونه باید گیاهان را در برابر خشکی مقاوم کنیم؟ در نظرداشته باشید که بیشتر رطوبت موجود به شکل شبنم قبل اینکه من بتوانم کلمه "بخار" را تلفظ کنم بخار می شود. خوب، به نظر می رسد که ما تا کنون کارهایی شبیه این را انجام داده ایم. با قرض گرفتن ژنهای پروتئین ضد یخ از ماهی ها و ژنهای مقاوم در برابر خشکی از سایر گیاهان مانند برنج
و اضافه کردن آنها به گیاهانی که به آنها نیاز دارند، اکنون گیاهانی داریم که در برابر اکثر تغییرات دما و رطوبت مقاوم هستند. در زمین آنها را با نام GMOها یا ارگانیزم های با ژنهای تغییریافته می شناسیم، و برای سیر کردن بشریت به آنها متکی هستیم. طبیعت هم این کار را قبلا بدون کمک ما انجام داده است. ما تنها راههای دقیق تری برای این کار پیدا کرده ایم. خوب چرا باید ساختار ژنتیک گیاهان را برای فضا تغییر دهیم؟ خوب چون انجام ندادن این کار به معنی نیاز به مهندسی کردن بخشهایی از سطح سیاره جدید با آزادسازی تریلیون ها لیتر از گازهای اتمسفری
و بعد ایجاد یک محفظه شیشه ای برای نگهداری از آنها است. این یک سرمایه گذاری مهندسی دور از واقعیت است و به سرعت به یک ماموریت حمل بار پرهزینه بدل خواهد شد. یکی از راههای اطمینان حاصل کردن از وجود غذا و هوای مورد نیاز این است که ارگانیزمهای مهندسی شده برای شریط دشوار را با خود ببریم. در اصل، استفاد ه از ارگانیزم های مهندسی شده به ما کمک می کند تا یک سیاره را در کوتاه مدت یا بلند مدت، قابل سکونت کنیم. این ارگانیزم ها همچنین می توانند برای تولید دارو یا سوخت مهندسی شوند. خوب پس بوسیله زیست شناسی ترکیبی می توانیم گیاهان مهندسی شده را با خود ببریم، اما دیگر چه کارهایی می توانیم انجام دهیم؟
خوب قبلا هم اشاره کردم که ما، به عنوان یک گونه جانوری، به طور خاص برای سیاره زمین تکامل یافته ایم. این مسئله در پنج دقیقه گذشته که شما نشسته بودید و من ایستاده بودم، تغییر چندانی نکرده است. خوب پس اگر قرار بود هر کدام از ما همین حالا برروی مریخ بیافتیم، حتی با وجود غذا، آب و هوا و لباس، با مشکلات عمده سلامت روبرو می شویم که به خاطر میزان تشعشعات یونیزه که سطح سیاراتی چون مریخ را که فاقد اتمسفر هستند را بمباران میکند، ایجاد می شوند. در صورتی که نخواهیم در حفره های زیر سطح زندگی کنیم برای مدت زمان اقامت خود بر روی سیاره جدید
باید راههای بهتری برای محافظت از خودمان بیابیم که نیازی به استفاده از لباسهای محافظ که می تواند وزنی معادل وزن خودمان داشته باشند یا نیاز به پنهان شدن پشت دیوار سربی نداشته باشم. خوب پس از طبیعت الهام می گیریم. با توجه به ازدیاد حیات بر روی زمین، گونه ای از ارگانیزمها با نام اکستریموفیل یا عشاق یا قادر به حیات در شرایط سخت، وجود دارند اگر از زیست شناسی دبیرستان به یاد داشته باشید. و در میان این ارگانیزم ها، باکتری با نام دینوکوکوس رادیودوران وجود دارد. این باکتری دربرابر سرما، بی آبی، خلا و اسید و مهمتر از همه تشعشع مقاوم است.
از آنجا که مکانیزم مقاومت در برابر تشعشع آنها شناخته شده است، هنوز باید آن را به ژنهای پستانداران اضافه کنیم. انجام این کار ساده نیست. جنبه های مختلفی هستند که به مقاومت در برابر تشعشع مربوط هستند، و انجام این کار به سادگی انتقال تنها یک ژن نیست. اما با بکارگیری نبوغ بشر و کمی زمان، به گمان من انجام آن هم دشوار نخواهد بود. حتی اگر بتوانیم بخشی از مقاومت آن در برابر تشعشع را به دست بیاوریم قطعا از چیزی که الان داریم بهتر خواهد بود، که تنها ملانین موجود در پوست ما است. با استفاده از ابزارهای زیست شناسی ترکیبی، میتوانیم توانایی های دینوکوکوس رادیودوران را کنترل کنیم
و تحت میزان کشنده ای از تشعشع به حیات ادامه دهیم. مشاهده این مسئله بسیار دشوار است که انسان خردمند، که همان انسانها هستند، هر روز در حال تکامل است و هنوز هم این تکامل ادامه دارد. هزاران سال تکامل بشر نه تنها باعث به وجود آمدن انسانهایی مانند تبتیان شده است که می توانند در شرایط کمبود اکسیژن زندگی کنند، بلکه باعث به وجود آمدن آرژانتینی ها شده است که میتوانند آرسنیک را مصرف کنند، عنصر شیمیایی که برای یک انسان معمولی کشنده است. هر روز بدن انسان با جهشهای تصادفی تکامل می یابد که به همین اندازه تصادفی به انسان اجازه می دهد
تا در شرایط ملالت بار استقامت کند. اما و این یک امای بزرگ است، اینگونه تکامل نیازمند دو چیز است که همیشه در اختیار ما نیست یا نمی توانیم آن را تهیه کنیم و آنها مرگ و زمان هستند. در تلاش گونه ما برای یافتن مکان خود در جهان همیشه زمان مورد نیاز برای تکامل طبیعی و بدست آوردن توانایی لازم برای انجام فعالیت های اضافی برای بقا در سیارات دیگر را نداریم. ما در زمانی زندگی می کنیم که ای.او. ویلسون آن را با نام عصر دور زدن ژنها خوانده است و در طول آن ما نواقص ژنتیکی خود را مانند کیستیک فیبروسیس یا دیستروفی عضلانی را با استفاده از منابع موقت خارجی، اصلاح میکنیم.
اما با گذشتن هر روز، به عصر تکامل انتخابی نزدیک می شویم، زمانی که در طی آن ما به عنوان یک گونه توانایی تصمیم گیری برای خود و سرنوشت ژنتیک خود را خواهیم داشت. توانمند سازی بدن انسان با توانایی های جدید دیگر سوالی از نوع چگونه نیست، بلکه تنها مسئله زمان آن است. استفاده از زیست شناسی ترکیبی برای تغییر ژنتیکی هر ارگانیزم زنده، مخصوصا خود ما، عاری از سردرگمی های اخلاقی و معنوی نیست. مهندسی کردن خود ما از انسانیت ما کم میکند؟ اما دوباره، انسانیت چیست؟
اما چیزهای درخشانی که تصادفا هوشیارهستند؟ کجا باید هوش بشربه خود جهت بدهد؟ یقینا این که عقب بنشینیم و حیرت کنیم کمی اتلاف تلقی می شود. چگونه باید از دانش خود برای محافظت از خود در برابر خطرات خارجی استفاده کنیم و چگونه باید از خودمان در برابر خودمان محافظت کنیم؟ من این سوالات را برای به وجود آوردن ترس از علم مطرح نمیکنم بلکه هدف من مشخص کردن احتمالاتی است که دانش فرآهم کرده و به فرآهم کردن آنها برای ما ادامه می دهد. ما به عنوان انسان باید برای تشریح و پذیرش راه حل متحد شویم نه تنها با احتیاط بلکه با شجاعت.
مریخ یک مقصد است اما هدف نهایی ما نیست. سرحد نهایی ما در حقیقت خطی است که باید از آن گذر کنیم و تصمیم بگیریم که با نبوغ ناممکن گونه مان چه می توانیم بکنیم وچه باید بسازیم. فضا سرد و بی رحم و بی بخشش است. مسیر ما تا ستاره ها مملو از تلاش خواهد بود و ما را به این سوال میرساند که نه تنها که هستیم بلکه به کجا رهسپار خواهیم بود. پاسخ به انتخاب ما بسته است که از تکنولوژی استفاده کنیم یا آن را نادیده بگیریم چیزی که از خود حیات به دست آورده ایم، و ما را برای مدتی که در جهان خواهیم بود توصیف می کند. متشکرم. (تشویق)
So there are lands few and far between on Earth itself that are hospitable to humans by any measure, but survive we have. Our primitive ancestors, when they found their homes and livelihood endangered, they dared to make their way into unfamiliar territories in search of better opportunities. And as the descendants of these explorers, we have their nomadic blood coursing through our own veins. But at the same time, distracted by our bread and circuses and embroiled in the wars that we have waged on each other, it seems that we have forgotten this desire to explore.
We, as a species, we're evolved uniquely for Earth, on Earth, and by Earth, and so content are we with our living conditions that we have grown complacent and just too busy to notice that its resources are finite, and that our Sun's life is also finite. While Mars and all the movies made in its name have reinvigorated the ethos for space travel, few of us seem to truly realize that our species' fragile constitution is woefully unprepared for long duration journeys into space. Let us take a trek to your local national forest for a quick reality check.
So just a quick show of hands here: how many of you think you would be able to survive in this lush wilderness for a few days? Well, that's a lot of you. How about a few weeks? That's a decent amount. How about a few months? That's pretty good too. Now, let us imagine that this local national forest experiences an eternal winter. Same questions: how many of you think you would be able to survive for a few days? That's quite a lot. How about a few weeks?
So for a fun twist, let us imagine that the only source of water available is trapped as frozen blocks miles below the surface. Soil nutrients are so minimal that no vegetation can be found, and of course hardly any atmosphere exists to speak of. Such examples are only a few of the many challenges we would face on a planet like Mars. So how do we steel ourselves for voyages whose destinations are so far removed from a tropical vacation? Will we continuously ship supplies from Planet Earth? Build space elevators, or impossible miles of transport belts that tether your planet of choice to our home planet?
And how do we grow things like food that grew up on Earth like us? But I'm getting ahead of myself. In our species' journey to find a new home under a new sun, we are more likely than not going to be spending much time in the journey itself, in space, on a ship, a hermetic flying can, possibly for many generations. The longest continuous amount of time that any human has spent in space is in the vicinity of 12 to 14 months. From astronauts' experiences in space, we know that spending time in a microgravity environment
means bone loss, muscle atrophy, cardiovascular problems, among many other complications that range for the physiological to the psychological. And what about macrogravity, or any other variation in gravitational pull of the planet that we find ourselves on? In short, our cosmic voyages will be fraught with dangers both known and unknown. So far we've been looking to this new piece of mechanical technology or that great next generation robot as part of a lineup to ensure our species safe passage in space. Wonderful as they are, I believe the time has come
for us to complement these bulky electronic giants with what nature has already invented: the microbe, a single-celled organism that is itself a self-generating, self-replenishing, living machine. It requires fairly little to maintain, offers much flexibility in design and only asks to be carried in a single plastic tube. The field of study that has enabled us to utilize the capabilities of the microbe is known as synthetic biology. It comes from molecular biology, which has given us antibiotics, vaccines and better ways to observe the physiological nuances
of the human body. Using the tools of synthetic biology, we can now edit the genes of nearly any organism, microscopic or not, with incredible speed and fidelity. Given the limitations of our man-made machines, synthetic biology will be a means for us to engineer not only our food, our fuel and our environment, but also ourselves to compensate for our physical inadequacies and to ensure our survival in space. To give you an example of how we can use synthetic biology for space exploration,
let us return to the Mars environment. The Martian soil composition is similar to that of Hawaiian volcanic ash, with trace amounts of organic material. Let's say, hypothetically, what if martian soil could actually support plant growth without using Earth-derived nutrients? The first question we should probably ask is, how would we make our plants cold-tolerant? Because, on average, the temperature on Mars is a very uninviting negative 60 degrees centigrade. The next question we should ask is, how do we make our plants drought-tolerant?
Considering that most of the water that forms as frost evaporates more quickly than I can say the word "evaporate." Well, it turns out we've already done things like this. By borrowing genes for anti-freeze protein from fish and genes for drought tolerance from other plants like rice and then stitching them into the plants that need them, we now have plants that can tolerate most droughts and freezes. They're known on Earth as GMOs, or genetically modified organisms, and we rely on them to feed all the mouths of human civilization. Nature does stuff like this already, without our help.
We have simply found more precise ways to do it. So why would we want to change the genetic makeup of plants for space? Well, to not do so would mean needing to engineer endless acres of land on an entirely new planet by releasing trillions of gallons of atmospheric gasses and then constructing a giant glass dome to contain it all. It's an unrealistic engineering enterprise that quickly becomes a high-cost cargo transport mission. One of the best ways to ensure that we will have the food supplies and the air that we need is to bring with us organisms that have been engineered to adapt to new and harsh environments.
In essence, using engineered organisms to help us terraform a planet both in the short and long term. These organisms can then also be engineered to make medicine or fuel. So we can use synthetic biology to bring highly engineered plants with us, but what else can we do? Well, I mentioned earlier that we, as a species, were evolved uniquely for planet Earth. That fact has not changed much in the last five minutes that you were sitting here and I was standing there. And so, if we were to dump any of us on Mars right this minute, even given ample food, water, air and a suit,
we are likely to experience very unpleasant health problems from the amount of ionizing radiation that bombards the surface of planets like Mars that have little or nonexistent atmosphere. Unless we plan to stay holed up underground for the duration of our stay on every new planet, we must find better ways of protecting ourselves without needing to resort to wearing a suit of armor that weighs something equal to your own body weight, or needing to hide behind a wall of lead. So let us appeal to nature for inspiration. Among the plethora of life here on Earth, there's a subset of organisms known as extremophiles,
or lovers of extreme living conditions, if you'll remember from high school biology. And among these organisms is a bacterium by the name of Deinococcus radiodurans. It is known to be able to withstand cold, dehydration, vacuum, acid, and, most notably, radiation. While its radiation tolerance mechanisms are known, we have yet to adapt the relevant genes to mammals. To do so is not particularly easy. There are many facets that go into its radiation tolerance, and it's not as simple as transferring one gene. But given a little bit of human ingenuity and a little bit of time,
I think to do so is not very hard either. Even if we borrow just a fraction of its ability to tolerate radiation, it would be infinitely better than what we already have, which is just the melanin in our skin. Using the tools of synthetic biology, we can harness Deinococcus radiodurans' ability to thrive under otherwise very lethal doses of radiation. As difficult as it is to see, homo sapiens, that is humans, evolves every day, and still continues to evolve. Thousands of years of human evolution has not only given us humans like Tibetans,
who can thrive in low-oxygen conditions, but also Argentinians, who can ingest and metabolize arsenic, the chemical element that can kill the average human being. Every day, the human body evolves by accidental mutations that equally accidentally allow certain humans to persevere in dismal situations. But, and this is a big but, such evolution requires two things that we may not always have, or be able to afford, and they are death and time. In our species' struggle to find our place in the universe, we may not always have the time necessary
for the natural evolution of extra functions for survival on non-Earth planets. We're living in what E.O. Wilson has termed the age of gene circumvention, during which we remedy our genetic defects like cystic fibrosis or muscular dystrophy with temporary external supplements. But with every passing day, we approach the age of volitional evolution, a time during which we as a species will have the capacity to decide for ourselves our own genetic destiny. Augmenting the human body with new abilities is no longer a question of how, but of when.
Using synthetic biology to change the genetic makeup of any living organisms, especially our own, is not without its moral and ethical quandaries. Will engineering ourselves make us less human? But then again, what is humanity but star stuff that happens to be conscious? Where should human genius direct itself? Surely it is a bit of a waste to sit back and marvel at it. How do we use our knowledge to protect ourselves from the external dangers and then protect ourselves from ourselves? I pose these questions
not to engender the fear of science but to bring to light the many possibilities that science has afforded and continues to afford us. We must coalesce as humans to discuss and embrace the solutions not only with caution but also with courage. Mars is a destination, but it will not be our last. Our true final frontier is the line we must cross in deciding what we can and should make of our species' improbable intelligence. Space is cold, brutal and unforgiving. Our path to the stars will be rife with trials that will bring us to question not only who we are
but where we will be going. The answers will lie in our choice to use or abandon the technology that we have gleaned from life itself, and it will define us for the remainder of our term in this universe. Thank you. (Applause)