【科技．未来】抗宇宙辐射 自制氨基酸 要咩基因先可以住火星？
太空探索技术公司（Space X）创办人马斯克（Elon Musk）多次宣扬其殖民火星的美梦，扬言最快2024年可载人到火星。但上月底他却遭数名科学家“打脸”，指以现时技术无法将火星改造成地球般适合人住。与此同时，却有另一些科学家持相反观点：可否改造人类基因来适应外太空？
马斯克认为人类的未来只有两条路：一是永远留守地球，等待着某日历史重演，发生大规模品种灭绝；二是扩展文明至太空，成为他所谓的“跨星球物种”（multi-planetary species）。今年3月，他在美国南方音乐节（SXSW）上说：“在火星建立自给自足的基地很重要，因为（当地球发生战争时）距离地球够远，比起月球基地有更大存活机会。若发生第三次世界大战，我们希望确保在别处留有足够的人类文明种子可以在日后复兴，缩短黑暗时代。”
而人类可选择的行星不多，金星既高压又炎热，水星过于接近太阳，土星和木星又太远、难以到达。虽然马斯克不反对人类去月球，但他认为月球实在太小，没有大气层，资源也不多。最终，只剩火星可作为人类住所的下一站选择。Space X目标先在2022年以其BFR火箭运载两艘载货太空船往火星，2024年再载人登陆。
马斯克不是唯一有此想法的人。美国太空总署（NASA）以2030年代可以派人登陆火星为长远目标，美国总统特朗普则希望NASA在他第二任期完结前派人登陆火星。去年12月，他签署“头号太空政策指令”（Space Policy Directive 1）时就表明，NASA重返月球的目的是“为日后到达火星甚至更远的世界建立基础”。阿联酋去年也宣布了“火星2117”计划，目标在100年内建造“火星迷你城市和社区”。
火星地球化言之过早？
问题是，火星也不是那么理想的居住环境，它缺少生命的必要元素：水。虽然现时火星的大气层主要由二氧化碳组成，但实在太过薄弱和寒冷，表面平均气温只有摄氏零下62度（地球表面平均温度则为摄氏14度），大气压力也仅是地球的0.6%，火星表面任何液态水都会迅速凝固。
不过，马斯克认为火星可以“地球化”（terraforming），即把环境改造成像地球般适合人类居住。推动火星地球化的人认为，可用不同方法释放火星上的温室气体，加厚其大气层，让火星升温至某一个地步，令液态水可以稳定存在于火星表面。
数年前，马斯克在美国人气清谈节目《The Late Show with Stephen Colbert》上就提过他的想法：“你可以改造火星成为类似地球的行星，需要让它变暖。快捷的方法是在火星两极投放热核武器。”原理是借此释放二氧化碳和水气到火星大气层，然后静待温室效应把火星变暖，足以让水以液态存在，作为所有生命的基础。
但上月底，一项由NASA支持、刊于《自然·天文》（Nature Astronomy）期刊上的研究却对马斯克的想法泼了冷水。研究人员以NASA的火星侦察轨道卫星（Mars Reconnaissance Orbiter）、2001火星奥德赛号太空船（Mars Odyssey）和火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）提供的数据分析火星上含碳矿物质的数量和火星大气消失情况。作者之一的科罗拉多大学波德分校（UC Boulder）教授贾高斯基（Bruce Jakosky）也是NASA MAVEN任务的主要调查员。他在一份声明中如此总结是次研究：“我们的研究结果表明，火星上没有足够的二氧化碳可提供明显的温室暖化；再者，绝大部分的二氧化碳气体都难以取得，所以以今时今日的技术，火星不可能地球化。”
他们估算火星的二氧化碳压力需达到地球的总的大气压力，才有望足够升温让液态水稳定存在。最容易取得二氧化碳的来源是火星两极的冰帽，可利用尘土增加吸收太阳辐射，或像马斯克建议般以爆炸来释放它们，但即使成功气化这些二氧化碳，只能让火星大气压力仅升至地球的1.2%。另一个方法是加热火星泥土，释放那些附于尘粒上的二氧化碳，但该研究估算这只可提供4%所需的压力。第三种二氧化碳的来源是火星的矿物，研究团队以NASA的观测数据估算，现时顶多只能提供不足5%所需压力，视乎那些矿物藏得离火星表面有多深。还有人想过引导彗星或小行星撞向火星来产生气体，也遭研究团队反驳，因为这需要数以千计的彗星或小行星才有望达成，毫不实际。
马斯克却对研究甚为保留，迅速在社交平台Twitter上引用NASA埃姆斯研究中心（Ames Research Center）行星科学家Christopher P. McKay与太空工程师Robert M. Zubrin联合撰写的研究反驳，坚称火星有足够二氧化碳导致地球化。孰真孰假，只能由更多的火星任务和数据来回答。
太空不是人住的？
演化中所谓“适应力”（fitness）是天择的一种衡量：某物种在特定环境中存活或繁殖的可能性。我们可能早至二、三十万年前已居住于非洲，自此向全世界出发，可见人类的地球适应力甚强。
在太空则相反，人类只能依靠保护力有限的太空衣和太空船来“适应”。辐射是我们无法适应的恶劣条件之一。Biogerontology Research Foundation的研究员Franco Cortese估计，太空人比一般人多遭受40至100倍辐射。NASA太空人凯利（Scott Kelly）曾多次到国际太空站（ISS）执勤，逗留共520日，至今已受到约240毫希沃特（mSv）辐射，而我们在牙医检查时照一次X光的量才是8毫希沃特。
去火星的话就更为危险。NASA建议太空人一生最多只能暴露于800至1200毫希沃特辐射，但单是从火星返回地球的一趟旅途，估计约遭受600毫希沃特辐射，已占了一生限额一大半。何况太空中的辐射量还可能仍在增加。新汉布什尔大学（UNH）物理学家团队今年2月发表的一项研究，从NASA的Lunar Reconnaissance Orbiter的辐射监测数据发现，过去4年间，太空的辐射增加了30%。未来上太空或有更高的辐射风险。
在地球，我们有磁场和大气层来抵挡辐射，但在火星表面或太空船上却近乎无遮无掩。长期暴露于宇宙辐射或突如其来的太阳质子事件中，我们的细胞会死亡或失灵，可引致心脏病、认知下降等疾病；也会破坏我们的DNA，在DNA自行修复过程中或出现基因突变，造成癌症和遗传病。从原子弹或切尔诺贝尔（Chernobyl）辐射事故的生还者中，也发现他们更容易患上辐射白内障（Radiation cataracts）。除了辐射以外，太空重力较低甚至没有重力，也会导致我们体内液体流动发生变化，改变眼球压力造成视力模糊；骨密度减低，肌肉也会萎缩。
基因编辑“抗辐射人”
一些科学家正从不同途径寻找抵抗辐射的对策。康乃尔大学威尔医学院（Weill Cornell Medicine）遗传学家美臣（Christopher Mason）曾提出人类殖民太空的“500年计划”，认为需要增加基因组学知识，如哪些基因科学家不该触碰，以及微生物工程进步后，最终可编辑人类基因改造后代：“基因编辑可为太空人建立与生俱来的生物防御系统以应付太空任务。”
2014年诞生的基因编辑CRISPR Cas9，是基于细菌抵御外敌的辨认机制CRISPR，配合Cas9蛋白作为分子剪刀，可达到前所未有的准确、方便和便宜，像文字软件里的寻找、剪下、贴上功能一样，来改变生物的基因。美国哈佛大学遗传学权威卓治（George Church）也是同道中人，他声称已辨认出逾40个有利于长途太空航程的基因，如增强抗辐射力的CTNNB1、造出特强骨骼的LRP5、让藏族人适应低氧环境的EPAS1等。波士顿一间基因检测公司Veritas Genetics正提供收费999美元的方案，可告诉你有什么“太空基因”。
此外，这些有助于我们在太空生存的基因很可能是来自其他生物。美臣研究的第一步就是把名为Dsup的基因结合至人类细胞，这种基因是俗称“水熊”（Water Bear）的缓步动物（tardigrades）特有，他们不但可以在真空中生存，还可抑制DNA遭受辐射时断开或促进DNA修复。国枝武和领导的东京大学团队，就曾把缓步动物的此类保护基因，加插到实验室培养的人体细胞，发现比起一般人体细胞，改良过的细胞抵抗X光伤害的能力强40%。
美臣的实验室也正人工制造p53基因——一种常见于大象的基因，希望未来可加到人类细胞，因为拥有多组p53基因的大象很少死于癌症。他另一个研究则是针对抗辐射奇异球菌（Deinococcus radiodurans），一种能在寒冷、干旱、酸性或高辐射的环境中也能生存的细菌。
有科学家更考虑到，若要成功殖民或真正适应火星，人类必须有能力在火星上自给自足。美国麻州理工研究员Lisa Nip指出，要编辑基因的生物随时不止于人类：“基因编辑用在植物和细菌等生物，让它们更能于非原生环境中生存，这绝对有助太空人建造熟悉的居所，提供可持续的粮食和药物资源。”
基因编辑技术发明者之一杜德纳（Jennifer Doudna）曾向英国《卫报》称深受电影《火星任务》（The Martian）启发：“我会思考基因编辑如何在火星帮助人类。例如片中麦迪文（Matt Damon）饰演的角色要种薯仔，若使用基因编辑，就可以改变薯仔（的组织），使其在少水的情况下可以生存，更适应那个环境。”
更极端的想法可见于哥伦比亚大学（University of Columbia）的Harris H Wang。他正研究改变人的肾脏细胞，以合成9种本来无法自行制造的氨基酸。要达到这种能力，将需要大约250种新的基因，一旦成功，太空人可能只需要饮糖水就能维生，太空任务也不需再运送又多又重的粮食。不过，他坚称并非想制造“改造人”：“我只想指出，如果你要展开银河旅途，你需要解决完全自给自足的问题。我们正计划把人放到十分极端的环境，从那个考量方向来说，这似乎是长远方案之一。”
若技术问题解决，又是否人人都有机会到太空延续生命？请见另文：《【科技．未来】改造基因适应太空 你有无资格生存？》
上文节录自第126期《香港01》周报（2018年8月27日）《改变人类基因可以殖民火星？》