太空文明：我們無法預測，經過數百年之後太空移民的文化將變成什麼樣──我們唯一可以確定的是，它一定會改變。
太空飛船：太空飛船將搭載數以千計的人，以及支援這些人生活所必需的動植物。
太空移民的時代終將到來，未來人類將如何通過太空航行離開地球，開拓新的家園？在長時間的太空航行中，人類的生理功能和文化將向何處去？
撰文 金馬倫•M•史密斯(Cameron M. Smith) 翻譯 劉慈欣
「亞特蘭蒂斯」號(Atlantis)航天飛機在2011年退役，這並沒有像某些人憂慮的那樣，成為人類太空飛行事業的終結。相反，正如恐龍的滅絕給早期哺乳動物的繁盛提供了機會，「亞特蘭蒂斯」號航天飛機的退役，也給人類太空探索帶來了更廣闊的前景。在雄心勃勃的私營公司的引領下，一個向地球外移民，並且適應全新世界的新時代初露曙光。來自貝寶公司(PayPal)的億萬富翁埃倫•馬斯科(Elon Musk)已經宣佈以火星為目標，極地探險家斯耶格倫夫婦(Tom and Tina Sjogren)也在設計去往火星的個人探險，而歐洲一個由私人資助的「火星一號」項目(MarsOne)也希望在2023年前在火星上建立人類殖民地。太空移民的時代就要到來了。
但是，目前的技術還無法實現這些目標。要建立長期運行的太空殖民地，我們必須像對待工程問題一樣，仔細考慮與之相關的生物學和文化因素。太空殖民地並不能只有火箭和機器人，還必須包含生命體、人、家庭、群體及文化。我們必須建立面向太空移民的人類學，以便研究種種複雜的因素，以及人類在生物學和文化上如何適應十分險惡的太空和外星環境。在我們策劃新的太空探險時，必須牢記一個對於所有生命體都十分清楚的事實：隨著時間的流逝，進化將使生命處於不斷的變化中。
目前，對於太空移民，人們有三種想法。首先是火星移民。正如雄心勃勃的航天工程師和火星協會主席羅伯特•卓比林(Robert Zubrin)廣泛宣傳的，火星殖民地將是自給自足的，利用火星本地資源產生水、氧氣以及建築材料。第二個想法是自由漂浮在太空中的殖民地──利用來自月球和小行星的金屬建造巨大的太空城。就像物理學家傑拉德•K•奧尼爾(Gerard K. O’Neill)在20世紀70年代所宣稱的那樣，太空城將能容納幾千人居住，它們能夠通過自轉產生類似地球的重力[1968年的電影《2001：太空漫遊》(2001: A Space Odyssey)中就展示這樣的美妙設想]。這樣的太空城可以繞地球運行，也可以懸浮在拉格朗日點(Lagrangian points)，在這些位置上，太空城所受到的來自太陽、地球和月球的引力剛好平衡。最後一個設想是「太空方舟」(Space Ark)，載有幾千名太空殖民者的巨型太空船，離開地球，世世代代地進行著沒有回程的航行。我曾經就在非營利性的伊卡洛斯星際基金會工作，設計這樣的太空航行任務。
這些方案都有各自的優勢，而且我也認為這些都是技術發展的必然趨勢。但是，我們必須把太空移民(space colonization)和太空遠征(conquest of space)區分開來。地球之外的太空難以想像的廣闊，在漫長的時間中都將一直如此。當人類在太空中構建自已的家園時，發生變化的不是太空，而是我們自己。
先驅者
誰將成為太空移民？這裏，我們必須拋棄以往的選擇宇航員團隊的概念，電影《太空先鋒》(The Right Stuff)中，那些對有著剛毅面孔的太空英雄所接受的嚴酷測試也不再適用。太空移民將是普通的家庭和群體，他們不是去執行使命，而是要在那裡度過一生。我們當然需要一些像皮卡德船長(Captain Picard，《星際迷航》中「企業」號飛船的第二任船長)那樣的人，但最初移民中的大部分應該是農民和建築工人。
此外，早期的太空移民必須是在遺傳學上健康的個體。在人口數量很少的太空移民中，有遺傳疾病的個體會威脅到群體的未來，這種威脅在由數十億人口構成的社會中是顯現不出來的。但在世代飛船上，移民群體的命運很大程度上將由第一代移民的基因構成所決定──即便只有少數移民攜帶了遺傳病基因，這些基因也會在後代中廣泛傳播。
我們現在已經查明了幾百種致病基因，包括癌症、耳聾等(最近有研究者宣佈，在人類胎兒時期就可以篩查出3 500多種這樣的基因缺陷)。對太空移民的基因篩查程式看來是必須的──如果你攜帶了某些基因，你就只能永遠呆在地球上了。但生命並非如此簡單。許多遺傳疾病是多基因決定的，也就是說，是許多致病基因之間複雜相互作用的結果。同時，即使某人攜帶了一個或多個致病基因，他一生中所遭遇的環境因素也會決定這些基因是否被激活，或者被激活後是否會對健康造成損害。
例如，人類的ATRX基因幫助調節與氧氣運輸有關的生命過程，但是許多種環境因素都會改變ATRX基因的活性，如營養攝入、精神狀態等。當ATRX基因的功能被顯著改變後，體內的氧氣運輸就會出現問題，導致癲癇、精神障礙和發育遲緩。所以，不可能簡單地把攜帶ATRX基因的人全部排除在外，因為我們每個人都有這個基因。只是在某些人中，由於目前尚不知曉的某些環境因素的影響，ATRX基因可能會出現問題。我們能因為這類只是有可能出現的問題，而取消某些人的太空移民資格嗎？
更複雜之處在於，我們必須保証太空移民在整體上的基因多樣性。如果所有成員在基因上完全相同，一次疾病爆發就可能使他們全軍覆滅。這種考慮否定了利用基因工程造就一個完美種群進行太空航行的設想，就像1997年的電影《蓋特卡》(Gattaca)中描述的那樣。
如果進行篩選，太空移民的總人數設為多少才合適？在火星殖民地，人口可以增長並擴展到新的疆域，但在世代飛船中，總人數將一直保持在相對較低的水平，這就不得不考慮近親繁殖的問題。一項對阿米什人、印第安人、瑞典人和美國猶他州人的人口研究表明，第一代堂兄妹間婚配後，嬰兒的死亡率大約是血緣無關人群中的兩倍。
為了防止出現這樣的問題，我們就必須考慮為了保持移民群體的遺傳健康最少需要多少人，對於可生存群體的最小人口數量一直存在許多爭論，有一些人類學家曾經提出，這個數量大約是500。由於人口數量較少的群體崩潰的危險總是較大，我認為一開始在一艘能夠提供充足生存空間的宇宙飛船中，太空移民的人口數量至少應該是最小數量的4倍，也就是2 000，或者說大約是一艘滿員航母艦載人數的一半。對於遠離地球的人類太空移民，其安全性確實應該建立在成員數量上，即使是旨在到達另一個「太陽系」，並在其中行星上棲居的星際航行也要首先保証這一點，雖然在這種情況下，太空移民到達目的地之後人口數量可能再次增長。
此外，我們也必須仔細考慮太空移民群體的人口結構──年齡分佈和性別比例。我的同事威廉•加德納─奧科爾尼(William Gardner-O’Kearney)的模擬研究表明，當太空移民群體中最初的年輕人和老年人、男性和女性的比例取某些值時，經過幾個世紀以後，移民群體的狀況會比初始人口結構處於其他狀態的群體更好。
總之，早期的太空移民應該保持個體健康和群體多樣性，以便在未來面對新環境時，移民群體自身最大可能地擁有可能適應新環境的基因。不過，我們不可能控制所有的因素。在選擇離開地球家園的太空移民時，就遺傳因素而言，有時候我們只能碰運氣──其實在地球上，我們每次選擇生育下一代時也都是這樣的。
太空中的自然選擇
不管我們在選擇太空移民時準備得多麼仔細，可以肯定的是，太空移民離開地球之後的生活，至少在初期，是充滿危險的，他們的壽命也可能比地球上更短。在遠離地球時，人類將重新面對現代生活中許多已經不存在的自然選擇因素的影響。在太空移民過程中，自然選擇不太可能像科幻電影中表現的那樣，以戲劇化的方式影響成年人的生活，但有可能在人類胚胎和嬰兒期組織發育最關鍵的時候產生影響，這是生命最脆弱的時期。
這樣的自然選擇如何實現？舉例來說，想想在過去幾百萬年中，人類幾乎一直在氣壓約100千帕的海平面高度生活、進化，呼吸的是大約80%氮氣和20%氧氣組成的混合氣體。但是在太空航行所需的加壓居住區，要維持更高的氣壓所需的成本更高，難度更大。為了降低工程難度，地外建築中的氣壓將比地球上的更低。
正是這個原因，在「阿波羅」號飛船上，宇航員所生活的環境氣壓只有大約35千帕。但是，如果降低氣壓，就必須提高氣體中的氧氣含量，「阿波羅」號飛船上的宇航員在月球之旅中呼吸的是100%的氧氣。
不幸的是，降低氣壓和增加氧氣含量都會影響脊椎動物的胚胎發育，至少會暫時性地導致流產和嬰兒死亡率上升。不可避免的是，自然選擇將保留能夠適應地球外環境的基因，而淘汰那些不適應的基因。
一個需要特別關注的問題是，在太空殖民地這樣空間狹小、人口密集的居住區，很容易暴發傳染病，這當然也會給太空移民帶來新的自然選擇壓力。不管免疫和檢疫措施多麼完善，傳染病最終一定會席捲太空殖民地，那些在疫情爆發時有較強抵抗力的人有更大機會存活，而抗病能力較差的人則更容易被淘汰。
最後，我們必須謹記，與太空移民一起離開地球的還有數以千計、用來提供食物和原材料的馴化動物和植物，以及人體內數以百萬計、對健康起著關鍵作用的「搭便車的」微生物，自然選擇的壓力同樣也會作用在它們身上。
根據一些計算結果，我認為經過大約150年──按30年一代，也就是經過5代之後，自然選擇給太空移民的身體帶來的變化將變得明顯起來。
太空移民：200年後我們也是外星人(2)
太空移民到底會進化出什麼樣的生物機能，以適應新的環境，很大程度上取決於我們建立的太空居住區的大氣和化學環境。我們可以在很大程度上控制這些因素，不過，另外兩個重要因素──引力和輻射，則是我們很難控制的，它們必將影響並塑造太空中的人類。
火星移民將感受到完全不同的引力環境，因為火星上的重力只有地球的三分之一。在地球上，我們為了應對較大的重力，就需要強健的軀體，而在火星上，較小的重力更有利於輕柔靈活的身體結構。在世代飛船以及其他太空中自由漂浮的環境中，由離心力產生的模擬重力可以與地球相當，所以地球上的人體結構特徵就有可能保留下來。
輻射會導致變異，而任何太空殖民地所能提供的輻射保護，都不太可能比得上地球大氣層和磁場。輻射引起的更多變異是否會導致身體畸變？比如多了幾個指頭，或者像齶裂一樣，某些部位出現畸形。當然，我們並不能確定太空輻射會導致人體出現哪種變化。我們唯一能夠確定的是，自然選擇將使得太空移民對輻射有更高的抵抗力。那些擁有較強DNA修複能力的人，將有更多機會把自己的基因傳遞給下一代。
較強的DNA修複能力是否會通過某種相關的外部特徵表現出來，比如特別顏色的頭髮？對於這個問題，我們目前並不清楚。不過，如果有利基因並不表現出相關的外部特徵，它們也可能會在群體中傳播。美國南達科塔州的哈特派信徒，一直保持著一種習俗：結婚、生育後代，都是在一個人數相對較少的群體內部進行。人類學家發現，他們對配偶的選擇很大程度上受到體味的影響──很有意思的是，在這個群體中，免疫系統越強的人體味越有吸引力。
在5代人這樣中等長度的時間尺度上，環境影響將使人體產生微妙的變化。在安第斯山和一些高原地區的原住民中，我們能夠看到這類適應性變化，他們擁有更寬深的胸腔，進化出了更高效的氧氣運輸能力。但是，每種進化產生的改變都是多種因素的折衷妥協，這些生活在高海拔地區的人如果留在高海拔地區生育，嬰兒的死亡率也將更高。於是，就有了相應的文化習俗來適應這樣的生理變化，那就是讓產婦到空氣含氧量較高的低海拔地區去生育。我們可以預測，離開地球的太空移民群體中，也可能出現類似的適應生理變化的文化轉變，我們需要對那些最可能出現的轉變做好準備。比如在火星上，產婦可以轉移到軌道空間站里生育，在那裡，空間站的自轉可以產生與地球上相似的模擬重力，而且大氣環境也與地球非常相似，但我相信，火星移民最終一定會進化出相應的生理機能，到那時他們生孩子就不用這麼麻煩了。
太空文化
在150年的時間跨度上，文化的變化將比生物學變化更明顯。對人類移民史的研究表明，雖然移民傾向於保留自己原有的某些傳統和習俗，以維持文化的認同感，但是他們同時也會創造出在新環境中生存所需要的新傳統和習俗。例如，大約公元800年，斯勘的納維亞人首次遷移到冰島，他們仍然崇拜挪威眾神，講維京語，但隨著在這片未知土地上不斷探索，他們很快就發展出了完全不同的烹飪和飲食方式，以肉食和醃製食物為主(而斯勘的納維亞盛產黑麥和燕麥)，以應對嚴酷的冬季。
在火星上，這樣的文化適應現象將在許多方面顯現出來。在有著獨特材料和結構的火星建築中，氣壓較低，氧氣含量較高，聲音的傳播可能與地球上有所不同──儘管差別或許並不明顯，這可能會影響火星移民的發音和語速，從而產生火星腔，甚至火星方言。另外，火星上更小的重力可能會影響人們的肢體語言──這是人類交流方式中非常重要的一種，進而影響各種表演藝術。當許多個這種看似微小的變化積累起來後，火星文化就會從地球文化中分化出來。
在每時每刻都在高速飛離地球的世代飛船中，可能會發生更深刻的文化改變，隨著飛船不斷遠去，飛船中人們的生活與地球的關係也越來越小。在世代飛船中，時間和空間這些基本概念可能很快就會發生轉變。例如，飛船上使用地球計時的方式會保持多久？在沒有晝夜和年份的情況下，飛船文明或許會發明一種10進制的計時方式。也有可能，他們會放棄以過去某個事件為起點(例如，當他們永遠離開地球之時)的計時方式，而是將抵達某個遙遠「太陽系」的時間作為參考點，採用倒計時的方式。
長期的遺傳變化
重要的遺傳變化出現時，新基因會在群體中廣泛傳播。比如史前時代的一個例子，在牛被人類馴化不久之後，能使成年人耐受乳糖的基因就分別在非洲和歐洲獨立出現了，在這種基因的幫助下，人們能夠從牛身上獲取更多能量，於是，這種基因在人群中迅速普及，並「固定」下來。
雖然我們無法預測太空移民將出現怎樣的基因突變，但群體遺傳學的知識使我們能夠預估，基因突變在太空探險者這個群體中固定下來需要多長時間。假設由2 000人組成的火星移民具有特定的年齡和性別結構，我以此為基礎進行的計算表明，突變固定下來只需要幾代人的時間，一定不會超過300年；我們可以預測，在這個時間尺度上，太空移民群體將進化出與地球人類明顯不同的身體特徵。這些變化將類似於如今在人類中廣泛存在的地理差異，比如不同的身材、膚色、頭髮形態以及其他特徵。
在火星上，一部分人可能會選擇長期居住在屏蔽條件較好的地下城，而另一部分人則可能更傾向於居住在地面上，從而可以更方便地流動，當然這需要面對更大的輻射危險。居住環境的不同可能會加大各個群體間遺傳基因的分化。與火星移民的情況不同，在封閉的、人口有限的世代飛船上，有利基因突變固定下來的速度可能會更快，從而使群體朝著基因一致性更高的方向進化。
與生物學變化相比，長期的文化變革將具有更深遠的意義。看看從17世紀初到20世紀初的300年時間里，英語發生了多麼大的改變：現在要想理解17世紀的英語文章，甚至需要特殊的培訓。同樣地，世代飛船上的語言經過3個世紀的演化，可能會變得面目全非。
更大規模的文化變革也是可能的。到底是什麼東西使一種文化區別於另一種，這是人類學中引起大量爭論的一個問題，不過，我覺得人類學家羅伊•拉帕波特(Roy Rappaport)已經闡述得很清楚：不同的文化有著不同的核心思想，這些通常不會被質疑，也不允許被質疑，傳統和儀式使它們早已根深蒂固，也正是這些核心思想塑造了一個種族的基本哲學和道德規範。以基督教為例，它的一個核心思想就是：「最初，神創造了天地。」在遠離地球的太空中，像這樣的基礎信仰經過多長時間會發生變化，以及向什麼方向變化，都是很難說的，但幾個世紀的時間足以讓新文化誕生。
太空人類崛起
什麼時候會出現更根本的生物學改變，也就是新物種的誕生？小群體的進化速度可能會很快，比如，當維京人的船隻把普通家鼠帶到法羅島上僅1 200年後，島上就出現了體形異常碩大的鼠類。而現代人在長達100 000年時間中，儘管走出非洲，並遷棲到從沙漠到大洋的各種不同環境，但很顯然，並沒有進化出生物學意義上的新物種(我們的人類近親，如耐寒的尼安德特人，以及西太平洋弗洛勒斯島上外形類似「霍比特人」的矮小人種，都是在更早的時候從更古老的共同祖先分化出來的)。這在很大程度上是因為，我們可以更多借助文化和技術來適應自然環境，而不僅僅依靠生物學上的改變。因此在太空中，自然選擇和文化選擇將發揮重要作用，重新塑造太空人類，這甚至可能使太空人類和地球人類之間產生生殖隔離。
當然，人類也有可能自主設計新的物種。太空人類最終很可能會掌握駕馭DNA的力量，針對不同的環境定製自己的身體。火星移民可能會通過基因工程，設計出類似於腮的器官以便從火星大氣的二氧化碳中分離出氧，或者設計出堅韌的皮膚和肌肉組織以適應低氣壓環境。他們或許會有意識地使自己成為一個新物種：太空人類(Homo extraterrestrialis)。
從現在開始
人類的太空移民需要許多工程和技術領域的進步。與此同時，我們也必須對人類將如何通過生物學和文化改變來適應新環境有更多瞭解，並運用這些知識幫助建成太空殖民地。我認為，我們應該立刻從三個方面著手開展工作。
首先，我們必須克服政治和技術方面的憂慮和恐懼感，開始在地球之外進行生育實驗，在太空中生育和撫養孩子，以便瞭解人類在全新的輻射、氣壓、大氣組成以及重力環境中生殖、發育和成長所面臨的關鍵問題。讓孩子離開舒適的城市環境，暴露在地球之外的危險中，這是一個很難做出的決定，但是，當太空探索轉向民間和私有化之後，這種顧慮可能會少一些。當然，適應太空環境有時要付出痛苦的代價，但新生就是這樣。
其次，我們必須在太空中進行馴化生物的養殖實驗，研究它們是否能正常、健康地生長。離開微生物和動植物，我們哪裡也去不了。
為了早日實現這兩個目標，應該設立一個大獎，獎勵第一個研製出功能良好、可供人類生活的太空居住區的研究者。這種太空居住區不是軌道無菌實驗室(雖然這個也很重要)，而是一個家園，在那裡，人們能夠種植農作物，飼養牲畜，甚至生養孩子。很多人可能會對生活在這樣的地方感到恐懼，但同時肯定不會缺少志願者。
最後，我們必須重拾使人類生存至今的進取心，在地球家園之外開拓新的生存空間。在進行與太空移民相關的研究上，我們必須更勇敢。否則，總有一天，我們將同地球上的其他物種一起滅絕──就像威爾斯(H. G. Wells)在1936年寫下的關於人類未來的名言：「要麼遍佈宇宙，要麼終將毀滅。」
精彩速覽
人類長時間離開地球的太空任務──比如移居火星殖民地，或者飛往臨近恆星的多代太空航行，必將使人類進化出新的文化和生理特徵。
長距離太空航行將面臨許多獨特的環境危險，比如更多的輻射和更低的氣壓。在航行過程中，飛船將是人們唯一的家園。這些危險將在人類最脆弱的階段──子宮里的胎兒和剛出生的嬰兒，產生最嚴重的影響。
太空移民任務的規劃者必須仔細選擇參與太空旅行的「船員」。他們必須篩選出一個基因健康的人群，同時還要保証群體多樣性既足以承受可能出現的疾病流行，也能使群體在太空新環境中繁榮壯大。
本文作者 金馬倫•M•史密斯在美國波特蘭州立大學擔任人類遺傳學教職。他在《科學美國人•心理學》(Scientific American Mind)雜誌上撰寫過與進化有關的文章，另外還著有《進化的真相》(The Fact of Evolution)和《移民地球之外》(Emigrating Beyond Earth)。
.[數碼新聞]太空移民：200年後我們也是外星人
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