211service.com
Dette er hvor mange mennesker vi må sende til Proxima Centauri for å sikre at noen faktisk kommer
Hvis mennesker noen gang skal kolonisere galaksen, må vi ta turen til en nærliggende stjerne med en beboelig planet. I fjor tok astronomer opp muligheten for at vår nærmeste nabo, Proxima Centauri, har flere potensielt beboelige eksoplaneter som kan passe regningen.
Proxima Centauri er 4,2 lysår fra Jorden, en avstand det vil ta omtrent 6300 år å reise ved å bruke dagens teknologi. En slik tur ville tatt mange generasjoner. De fleste involverte mennesker ville faktisk aldri se jorden eller dens eksoplanet-motstykke. Disse menneskene ville trenge å reprodusere seg med hverandre gjennom reisen på en måte som garanterer ankomst av et sunt mannskap til Proxima Centauri.
Og det reiser et interessant spørsmål. Hva er det minste mannskapet som kan opprettholde en genetisk sunn befolkning over den tidsrammen?
I dag får vi svar takket være arbeidet til Frédéric Marin ved Universitetet i Strasbourg og Camille Beluffi ved forskningsselskapet Casc4de, begge i Frankrike. De har beregnet sannsynligheten for å overleve for oppdrag av forskjellige størrelser og avlsregler som vil være nødvendige for å oppnå suksess.
Først litt bakgrunn. Romforskere og ingeniører har studert ulike måter å nå stjerner i nærheten. Problemet er selvfølgelig de enorme avstandene som er involvert og de relativt sedate hastighetene som menneskelige romfartøyer kan klare.
Apollo 11 reist med rundt 40 000 kilometer i timen, en hastighet som ville ta den til Proxima Centauri om over 100 000 år. Men romfartøyer har siden blitt raskere. Parker Solar Probe, som skal lanseres i år, vil reise i mer enn 700 000 kilometer i timen, omtrent 0,067 prosent av lysets frø.
Så Marin og Beluffi bruker dette som hastigheten som kan oppnås med toppmoderne romteknologi i dag. Med denne hastigheten vil en interstellar reise fortsatt ta omtrent 6300 år å nå Proxima Centauri b, sier de.
Å velge et mannskap for en slik flergenerasjons romreise ville ikke være lett. Viktige parametere inkluderer det første antallet menn og kvinner i mannskapet, deres alder og forventet levealder, infertilitetsrater, skipets maksimale kapasitet, og så videre. Det krever også regler om i hvilken alder forplantning er tillatt, hvor nært beslektede foreldre kan være, hvor mange barn de kan få, og så videre.
Når disse parameterne er bestemt, kan de kobles til en algoritme kalt Heritage, som simulerer et flergenerasjonsoppdrag. Først lager algoritmen et mannskap med de valgte kvalitetene. Den går deretter gjennom oppdraget, og tillater naturlige og utilsiktede dødsfall hvert år og sjekker for å se hvilke besetningsmedlemmer som er innenfor det tillatte forplantningsvinduet.
Deretter knytter den tilfeldig sammen to besetningsmedlemmer av forskjellige kjønn og evaluerer om de kan få et barn basert på infertilitetsrater, graviditetssjanser og innavlsbegrensninger. Hvis graviditeten anses som levedyktig, oppretter algoritmen et nytt besetningsmedlem og gjentar deretter denne sløyfen til mannskapet enten dør ut eller når Proxima Centauri etter 6300 år.
Hvert oppdrag inkluderer også en katastrofe av noe slag – en pest, kollisjon eller annen ulykke – som reduserer mannskapet med en tredjedel.
Algoritmen gjentar deretter hvert oppdrag 100 ganger for å bestemme sannsynligheten for at denne størrelsen på mannskapet når destinasjonen.
Et sentralt spørsmål er hvilken grad av innavl som kan tillates. Marin og Beluffi måler dette ved å bruke en skala der avl mellom eneggede tvillinger registreres som 100 prosent; bror/søster, far/datter eller mor/sønn er 25 prosent; onkel/niese eller tante/nevø er 12,5 prosent; og søskenbarn er 6,25 prosent.
Et alternativ er å begrense innavl til mindre enn 5 prosent, så partnere må være mer fjernt beslektet enn søskenbarn. Et annet alternativ er å fastsette at partnere ikke kan være i slekt i det hele tatt, slik at innavl er 0. Marin og Beluffi bruker dette andre scenariet i sin simulering.
Algoritmen bestemmer deretter sannsynligheten for suksess over 100 oppdrag for forskjellige innledende mannskapsstørrelser.
Resultatene gir interessant lesning. Heritage-algoritmen spår at et første mannskap på 14 hekkende par har null sjanse til å nå Proxima Centauri. En så liten gruppe har ikke nok genetisk mangfold til å overleve.
Forskere har observert med dyr at det genetiske mangfoldet til en opprinnelig populasjon på 25 par kan opprettholdes på ubestemt tid med forsiktig avl. Men når Heritage-algoritmen bruker dette som startmannskap – 25 menn og 25 kvinner – spår den en 50 prosent sjanse for å dø ut før de når destinasjonen. Det er i stor grad på grunn av tilfeldige hendelser som kan påvirke et slikt oppdrag.
Sjansene for suksess, ifølge Heritage, når ikke 100 prosent før det første mannskapet har 98 nybyggere, eller 49 hekkepar. Vi kan da konkludere med at under parametrene som brukes for disse simuleringene, trengs et minimumsmannskap på 98 nybyggere for en 6300-årig flergenerasjons romreise mot Proxima Centauri b, sier Marin og Beluffi.
Det er interessant arbeid som setter scenen for mer detaljerte simuleringer. For eksempel kan fruktbarhetsraten i det store rommet vise seg å være ganske annerledes enn på jorden. Og sjansene for et sunt barn som følge av en vellykket graviditet kan også være mye lavere på grunn av høyere mutasjonsrater på grunn av stråling.
Sjansene for katastrofe på grunn av ulykker eller plager kan vise seg å være mye mindre enn sjansene for katastrofe forårsaket av sosiale faktorer som konflikt. Alt dette kan programmeres inn i en mer avansert versjon av Heritage.
Disse problemene har faktisk allerede blitt utforsket av science fiction-forfattere. For eksempel i boken Syver , forestiller forfatteren Neal Stephenson seg en fremtid der menneskeheten går gjennom en befolkningsflaskehals og alle individer stammer fra syv kvinner.
Gitt Marin og Beluffis arbeid, ser Stephensons forestilte fremtid svært usannsynlig ut. Men det er absolutt viktig å vurdere scenariet gitt de mange truslene som vår sivilisasjon står overfor.
Ref: arxiv.org/abs/1806.03856 : Beregning av det minimale mannskapet for en flergenerasjons romreise mot Proxima Centauri b