14 Paare reichen nicht

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Wenn die Menschheit jemals den Rest der Galaxie kolonisieren will, muss sie die Reise zu einem nahegelegenen Stern mit einem bewohnbaren Planeten antreten. Im vergangenen Jahr haben Astronomen die Möglichkeit ins Spiel gebracht, dass Proxima Centauri als unser nächster Nachbar mehrere Exoplaneten haben könnte, die in dieses Muster passen.

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Proxima Centauri ist 4,2 Lichtjahre von der Erde entfernt, eine Distanz, deren Überwindung mit heutigen Technologien 6300 Jahre erfordern würde. Also würde eine neue Reise mehrere Generationen dauern. Tatsächlich würden die meisten daran beteiligten Menschen weder die Erde noch den aufgesuchten Exoplaneten je zu sehen bekommen. Und sie würden sich unterwegs so reproduzieren müssen, dass am Ende garantiert eine gesunde Crew bei Proxima Centauri eintrifft.

Überlebenswahrscheinlichkeit geprüft

Das wirft eine interessante Frage auf: Wie groß müsste eine Crew mindestens sein, um eine genetisch gesunde Population für den erforderlichen Zeitraum zu gewährleisten?

Mit diesem Thema haben sich jetzt Frédéric Marin an der Universität Straßburg und Camille Beluffi vom Forschungsunternehmen Casc4de beschäftigt: Sie haben die Überlebenswahrscheinlichkeit für Missionen unterschiedlicher Größe berechnet und die Paarungsregeln untersucht, die einen Erfolg gewährleisten könnten.

Schon die Auswahl der Besatzung für eine Reise über mehrere Generationen ist nicht einfach. Wichtige Parameter sind die Zahl der Frauen und Männer, ihr Alter und ihre Lebenserwartung, Unfruchtbarkeitsraten, die Höchstkapazität des Raumschiffs und so weiter. Außerdem braucht es Regeln, ab welchem Alter Fortpflanzung erlaubt ist, wie eng verwandt miteinander Eltern sein und wie viele Kinder sie bekommen dürfen.

Der Heritage-Algorithmus

Wenn diese Parameter festgelegt sind, können sie in einen Algorithmus namens Heritage eingegeben werden, der Mehr-Generationen-Missionen simuliert. Als Erstes stellt er dazu eine Crew mit den gewählten Merkmalen zusammen. Dann simuliert er die Mission, bei der es jedes Jahr natürliche und Unfall-Tode gibt, und überprüft, welche Crew-Mitglieder sich im zulässigen Fortpflanzungsfenster befinden.

Als Nächstes werden nach dem Zufallsprinzip zwei Mitglieder unterschiedlichen Geschlechts ausgewählt, und der Algorithmus überprüft anhand ihrer Fruchtbarkeit, der Wahrscheinlichkeit für eine Schwangerschaft und des Verwandtheitsgrades, ob sie ein Kind bekommen können. Wenn eine Schwangerschaft als möglich angesehen wird, geht der Algorithmus von einem neuen Crew-Mitglied aus und wiederholt diesen Prozess, bis die Crew entweder ausstirbt oder nach 6300 Jahren Alpha Centauri erreicht.

Bei jeder Mission wird außerdem irgendeine Katastrophe simuliert – eine ansteckende Krankheit, ein Zusammenstoß oder ein anderer Zwischenfall, der dafür sorgt, dass die Crew um ein Drittel dezimiert wird. In 100 Durchläufen ermittelt der Algorithmus dann die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Besatzung ihr Ziel erreicht.

Eine Frage der Fortpflanzung

Eine entscheidende Frage dabei ist, wieviel Inzucht zugelassen wird. Marin und Beluffi messen sie mit einer Skala, bei der Sex zwischen eineiigen Zwillingen 100 Prozent bedeutet, zwischen Bruder und Schwester, Vater und Tochter oder Mutter und Sohn 25 Prozent, zwischen Onkel und Nichte oder Tante und Neffe 12,5 Prozent, und zwischen Cousins und Cousinen ersten Grades 6,25 Prozent.

Eine Möglichkeit ist, den Inzuchtgrad auf 5 Prozent zu begrenzen, sodass Partner weiter entfernt verwandt sein müssen als Cousinen und Cousins ersten Grades. Ebenfalls kann man jegliche Verwandtschaft ausschließen, was 0 Prozent Inzucht bedeutet. In ihrer Simulation verwendeten die Forscher dieses zweite Szenario und ließen den Algorithmus die Erfolgswahrscheinlichkeit für unterschiedliche Größen der Start-Crew berechnen.

Die Ergebnisse sind interessant. Laut dem Heritage-Algorithmus hätte eine Crew mit 14 paarungsfähigen Paaren eine Chance von 0 Prozent, Proxima Centauri zu erreichen. Eine solche Gruppe verfügt nicht über genügend genetische Vielfalt, um zu überleben.

Genetische Vielfalt

Bei Tieren haben Forscher beobachtet, dass sich bei sorgfältiger Zucht die genetische Vielfalt einer Anfangspopulation von 25 Paaren unbegrenzt lang aufrechterhalten lässt.

Für die Sternen-Reise sagt der Algorithmus bei dieser Konstellation – 25 Männer und 25 Frauen – eine Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent dafür voraus, dass die Population vor Erreichen des Ziels ausstirbt. Der Hauptgrund dafür sind die Zufallsereignisse, die jede Mission beeinträchtigen können.

Laut Heritage erreicht die Erfolgswahrscheinlichkeit erst dann 100 Prozent, wenn die anfängliche Crew aus mindestens 98 Mitgliedern, also 49 Paaren besteht. „Wir können schlussfolgern, dass unter den für die Simulation verwendeten Parametern für eine 6300-jährige Reise über mehrere Generationen in die Richtung von Proxima Centauri b eine Mindest-Crew von 98 Siedlern erforderlich ist“, schreiben Marin und Beluffi.

Gefahr einer Katastrophe

Die Arbeit bereitet das Feld für detailliertere Simulationen. So könnten die Fruchtbarkeitsraten im All ganz anders sein als auf der Erde. Und aufgrund von Strahlung könnte es häufiger zu Mutationen kommen, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass ein gesundes Kind geboren wird, deutlich niedriger ausfallen könnte.

Die Gefahr einer Katastrophe durch Unfälle oder Krankheiten wiederum könnte sich als viel geringer erweisen als die von Problemen aufgrund sozialer Faktoren, etwa Streitigkeiten. In einer aufwendigeren Version von Heritage ließe sich all das berücksichtigen.

Tatsächlich haben sich Science-Fiction-Autoren mit diesen Themen bereits beschäftigt. In seinem Buch Seveneves beschreibt zum Beispiel Neal Stephenson eine Zukunft, in der die Menschheit einen Bevölkerungsengpass durchlebt und alle Individuen von sieben Frauen abstammen.

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