TED日本語 - リサ・ニップ: 宇宙での生存に備えて人類が進化する方法

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TED日本語 - リサ・ニップ: 宇宙での生存に備えて人類が進化する方法

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宇宙での生存に備えて人類が進化する方法
How humans could evolve to survive in space
リサ・ニップ
Lisa Nip

内容

いつの日か地球を離れ宇宙を探検するとしたら、人間の体は厳しい宇宙空間環境で生き延びる為にかなりの改善が必要です。リサ・ニップは、合成生物学の力を用いて地球上の微生物の、放射能さえ耐え得るような能力を活用し、宇宙探検ができるように人類を進化させたいと考えています。「私たちは意思に基づいた遺伝子的進化の時代に近付いています」とニップは語ります。「人体の機能に新たな能力を加え高めるというのは、もはや『どうやって』という問題ではなく、『いつ、やるか』なのです」

Script

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)

地球上に存在する 人間にとって 住み良い土地は少ないですが 私たちは生き延びて来ました 太古の祖先たちは 彼らの生活や住居が危機に晒された時 より良い定住先を求めて 見知らぬ土地へと 突き進んで行きました こうした冒険家たちの子孫として 私たちは 旅を好む血を受け継いでいます しかし同時に 瑣末な日常に 気を取られ 人間同士の争いに巻き込まれ 冒険への欲求を 忘れてしまったようでもあります 私たちヒトは地球の環境に合わせ 地球に適応し 地球と共に 独自に進化を遂げて来ました そして住環境への適合に満足し ― 充足し過ぎ 忙しさに追われ 地球の資源が有限で 太陽の生命も有限だという事を 忘れてしまいました 火星 そして その名を冠するあらゆる映画は 宇宙旅行に対する気風に 新たな息吹を吹き込みました 私たちの多くが 人類の脆い構造は 宇宙へと向かう長い旅の 準備が全く出来ていないことに 気付いてはいません

現実をとらえる為に 例えば 近隣の国立公園を 訪れるとしましょう みなさんの中で この緑に覆われた自然環境で 数日生き延びられると 思われる方は? 多くの方が できる と思われるようです では数週間なら? そこそこ いらっしゃいますね では数ヶ月ならどうでしょう? まだ 結構いらっしゃいます 今度は この国立公園が 永遠に続く冬に入ったと想定しましょう 同じ質問ですよ 数日は生き延びられると思う方? 多くの手が上がっていますね では数週間の場合は? じゃあ 今度は 飲み水になり得るのは 地表からかなり離れた 地中深くの氷の塊だけで 土は痩せていて 植物もどこにも見られず 言うまでもなく 酸素もほとんど無い としたら?

このような例は 私たちが火星のような惑星で 出会う 多くの試練のうちの数例です では 常夏での休暇からかけ離れた 目的地への旅に備えるには 何が必要でしょうか? ずっと地球から資源を 運び続けることになるのでしょうか? 宇宙エレベーターや 長い長い運搬ベルトを造り 選んだ惑星と 故郷である地球を繋ぐ? 私たちと同じように地球育ちの 食べ物などはどう育てますか?

まず説明が必要ですね 新たな太陽の下での 新しい住環境を探すという人類の旅で 私たちはほぼ確実に 長い間 旅をして 過ごす事になりそうです 宇宙空間で 「密閉された空飛ぶ缶」 宇宙船の中 おそらく何世代にも渡って 時間が流れるでしょう

これまで 宇宙空間で 人類が長期滞在した記録は 12~14か月前後です 宇宙空間での 宇宙飛行士の経験から 微小重力環境で過ごすと 骨量が減少し 筋萎縮が起こり 循環器系への問題が生じる ということがわかっています この他にも様々な 身体・精神的な 問題が生じます マクロ重力の影響のもと ― 私たちが到達する 惑星の引力の影響のもとでは どうなるでしょう?

端的には 私たちの宇宙旅行は 既知の そして未知の 危険を伴うでしょう 今まで 私たちは 新たな機械技術や 優れた次世代ロボットに 宇宙で人類が生き長らえるための 備えの一部として期待してきました これらも素晴らしいものの 今 これらの 大きな電子機器を 既に自然が生み出した 微生物のちからで 補完する時が来たのだと思います 無性生殖し 自己複製する 単細胞生物 生ける機械です メンテナンスの必要も ほとんど無く より柔軟性のある設計であり プラスチック製の試験管に 入れて運べてしまいます

微生物資源利用の可能性を探る この分野の研究は 合成生物学と呼ばれ 抗生物質やワクチンを生んだ 分子生物学から派生しました 分子生物学は 人間の身体機能の微細な様子を より精密に観察する手法でもあります 合成生物学技術を用いて 現在 私たちは 微生物であろうとなかろうと ほぼ全ての生命体の遺伝子を 驚くべき速さと忠実さで 編集できるようになりました ヒトが生み出した機械の持つ 限界に比べ 合成生物学は私たちにとって 食べ物を「編集」するだけでなく 燃料や環境 やがて自分たち自身までもを 身体の限界を補うかたちで 編集し 宇宙空間での生存を 可能にできるでしょう

宇宙探査に 合成生物学を利用できる例えに 火星を想像してみましょう 火星の土壌は ハワイの火山灰に似ていて 有機物質を微量に含みます 仮に こうしましょう 地球由来の養分がなくとも 火星の土壌が 植物を育てられるとしたら? 最初に浮かぶ疑問は どうしたら植物に凍結耐性を 獲得させられるか? なぜかというと 火星の平均気温は 身も凍る -60℃なのです 次に考えるべき疑問は ほとんどの水分が霜となり 私が「じょうはつ」と言い終える前に 蒸発してしまう環境で ― 植物にどう干ばつ耐性を持たせるか? ということです 実は 私たちはもうこのような問題へ 対処をしているのです 魚から不凍タンパクを作る遺伝子を借り 干ばつ耐性のある遺伝子を 米のような植物から借り それらを必要とする植物へ 導入し ほとんどの干ばつや凍結を 耐え抜く植物を作り出しました それらはこの地球ではGMO あるいは 「遺伝子組換え作物」 として知られ 私たちは人類を養うため それらを 頼りにしているのです 自然はすでに このような事を 人の手を介さず行っています 私たちはそれよりも精密な方法を 見つけただけなんです

ではなぜ宇宙に向けて 植物の遺伝子組成を変えるのでしょう そうしないと 全く未知の惑星で 無限に広がる土地に 膨大な量の大気を放出させ それを入れておく 巨大なガラスのドームを 建設しなければならなくなります この とても現実的とは言えない 建築事業は 高コストの貨物宇宙輸送事業を 伴うことでしょう 食糧や空気資源を確保する 最良の方法の一つは 新たな厳しい環境に 耐え得るように 改良された有機体を 持って行くことです つまり 改変した有機体を用いて 惑星を地球環境化するのです 短期的 かつ長期的に これらの有機体は医薬品や 燃料をも生み出すよう改変できます

合成生物学を用いて機能を高めた 植物を持って行けば良いのです その他には何ができるでしょう? 先ほど触れたように 人類は 地球環境に特化して 進化して来ました その事実は 今私と皆さんが ここにいた5分間のうちに 変わってはいません もし誰かが火星に 今 置き去りにされたら 十分な食料、水、空気 そして宇宙服が あったとしても ほとんど大気の無い 火星のような惑星では 地表に降り注ぐ電離放射線により 何かしら不快な健康問題が 起こるでしょう もし地中に穴を掘り 惑星にいる限り地中で 暮らすのでもなければ 体重と同じ位の重さの 防護服を着る必要無く あるいは鉛の壁の後ろに 隠れて過ごす以外の 身体を守る方法を 見つけなければなりません

では自然に着想を 求めてみましょう 地球に存在する 膨大な数の生命の中に 好極限性細菌という 生命体がいます 極限条件下で生育する 微生物です 高校の生物学の時間に 習ったかも知れません デイノコッカス・ラディオデュランス という極限環境微生物は 寒さ、乾燥、真空、酸 そして放射線に耐えることができます その放射線への耐性機能は よく知られていますが 哺乳類に適応された 例は未だありません これは簡単には実現しません 放射線耐性には様々な 原理が働いています ある一つの遺伝子を導入する という 単純な話ではありませんが 人間の知恵と 少しの時間をもってすれば 実現はそれほど難しくないと 考えています 放射線に耐えるために その能力を少しでも借りられれば 肌に存在するメラニン色素よりも 遥かに良いものが得られるでしょう 合成生物学の技術を用いて デイノコッカス・ラディオデュランスの 特性を手に入れ 致死的な放射線の下でも 生き延びることが出来ます 知覚するのは難しいのですが ホモ・サピエンスつまり人間は 毎日進化を続け 今も進化しています 人類が進化して来た 数千年は 低酸素環境で生活出来る チベット人たちのような 特性を持つ人々のみならず 通常ならば人を死に至らしめる 化学物質であるヒ素を 消化し代謝できる アルゼンチン人を生み出しました 毎日 人間の身体は 偶然の変異により進化し それは偶然にも 過酷な状況であろうとも 生き残れる人々を 生み出すのです

しかし この「しかし」を強調しますが ― そのような進化は常にあるわけではない 2つの要素を必要とします いつも手に入るとは限りません それは「死」と「時間」です 人類が宇宙に新たな定住先を 見つけるという試練において 地球以外の惑星に適応できるように 自然に進化する為の時間が 常に十分にあるとは限りません 私たちが生きているのは エドワード・O・ウィルソンの言う 「遺伝的回避」の時代で 嚢胞性繊維症や筋萎縮症のような遺伝的欠陥を 一時的に補うような治療をする そんな時代です しかし 日々が過ぎるとともに 私たちは「意志による進化」の時代に 近付いています それは 私たち人間自身で 遺伝子の運命を決定することができる そんな時代です 人体機能に新たな能力を加え 高めるというのは もはや「どうやって」 という問題ではなく 「いつ やるか」です

合成生物学を用いて 生命体の遺伝子的組成を 改変するのには 特に私たち人間の ― 倫理・道徳的疑問が伴います 自分たちを改変すると 人間らしさを失うでしょうか? では改めて人類とは何でしょう 何かしら偶然に意識を持ったもの? 人間の英知は どこへ向かうべきなのでしょう? 戸惑い 傍観するのは 時間の無駄ではないでしょうか 私たちの英知を駆使して どうやって外環境の脅威から 安全を確保し 自分たち自身からも 身を守ることができるでしょう?

私はこれらの質問を 科学への恐れを生じさせる 目的ではなく 科学が私たちに提供する 様々な可能性に 光をあてるために問いかけます 私たち人類は 解決策を探し出すために協力し 注意深く 勇気を持って取り組むのです

火星は人類が目指す 目的地の一つですが 最後の土地ではありません 我々の最終到達地は 人類の予測を超えた 知性の可能性そして 何をすべきかの一線のその先です

宇宙は凍える寒さで 厳しく過酷な環境です 私たちの星々への旅は 試練に満ちたものになり 我々は人類が何なのか そしてどう進化するのか という問いに 向かい合うようになるでしょう その答えは 私たちが これまで集積して来た 技術を使うか使わないかに かかっていて 宇宙における人類の運命を 決定づけることになるでしょう

ありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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