科學(xué)家在地球最惡劣的環(huán)境中尋找嗜極生物，以研究生命如何在火星上生存。巖石下的這些不明微生物發(fā)現(xiàn)于智利阿塔卡馬沙漠的海岸山脈。在這個(gè)干旱貧瘠的高原上也有鹽結(jié)殼，后者構(gòu)成了地球上最像火星的環(huán)境。
當(dāng)人類最終踏上滿是塵土的火星時(shí)，在未來(lái)的太空探索中，某些“宇航員”小到無(wú)法用肉眼看見(jiàn)。但這并不意味著它們扮演的角色不重要。
進(jìn)行載人火星任務(wù)，需要住所、可呼吸的空氣、衣服、食物、藥品、能源、垃圾處理和其他服務(wù)。其中很多需求都可以通過(guò)生物體來(lái)滿足。
“幾千年來(lái)，我們一直把生物學(xué)作為一項(xiàng)技術(shù)，用來(lái)做衣服、建房子?！泵绹?guó)宇航局（NASA）阿姆斯研究中心的天體生物學(xué)家、合成生物學(xué)家林恩·羅斯柴爾德（Lynn Rothschild）說(shuō)，“在火星上，我們也將這么干，只不過(guò)方式不同。這想想就讓人覺(jué)得有點(diǎn)瘋狂?！?/span>
宇航員將不僅僅依靠來(lái)自地球的物資供給，他們還可以利用微生物，就地制造一些物資。某些細(xì)菌可以利用火星上的有限資源，為火星基地內(nèi)簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)提供支持，甚至幫助小型植物生長(zhǎng)。它們可以制造氧氣、分解垃圾，還可以制造有用的材料，協(xié)助開(kāi)采金屬。
“我們要把我們能夠在火星上找到的東西都利用起來(lái)。這樣的話，我們就需要生物學(xué)。”羅馬第二大學(xué)博士生、羅斯柴爾德的學(xué)生西普里安·韋爾索（Cyprien Verseux）說(shuō)。
火星生命？
羅斯柴爾德及其同事最近報(bào)告稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種生長(zhǎng)在沙漠中的細(xì)菌，它對(duì)C類紫外線輻射的抵抗力超過(guò)了著名的耐輻射球菌（上圖，也稱柯南細(xì)菌）。弄清楚這種細(xì)菌為何具有如此能力，有助于科學(xué)家改造其他細(xì)菌的基因，從而增強(qiáng)它們對(duì)火星輻射水平的抵抗力。
火星勉強(qiáng)適合生命生存。這意味著把微生物帶到火星，會(huì)讓尋找火星“原住民”的科學(xué)家感到擔(dān)憂?！叭绻抢镌居猩问酱嬖冢覀兾廴净蛘邚氐讱⑺懒怂鼈?，這將是一個(gè)巨大的悲劇?！绷_斯柴爾德說(shuō)。
如果宇航員后來(lái)“發(fā)現(xiàn)”了火星生命，地球微生物可能會(huì)令人產(chǎn)生混淆?！澳阋苍S無(wú)法分辨它到底是不是火星上的生命?！表f爾索說(shuō)，“因此，我們必須確保我們用來(lái)維持生命的微生物不會(huì)污染火星?！?/span>
確保人類負(fù)責(zé)任地探索太空，這是NASA行星保護(hù)辦公室和國(guó)際空間研究委員會(huì)的使命。
對(duì)火星探索任務(wù)的規(guī)定，比對(duì)月球和小行星飛船的規(guī)定都更加嚴(yán)格。那些天體不太可能有生命，但“火星可能擁有適合生命生存的環(huán)境，因此前往火星時(shí)，必須非常謹(jǐn)慎，直至我們知道那里沒(méi)有生命?！钡赝馕拿魈剿餮芯恐行膹氖滦行潜Ｗo(hù)工作的資深科學(xué)家瑪格麗特·賴斯（Margaret Race）說(shuō)。
目前尚未對(duì)載人火星任務(wù)做出具體的管理規(guī)定?！斑€沒(méi)有任何明確的規(guī)定?！辟囁拐f(shuō)，“如果有人現(xiàn)在就想把微生物弄上火星，這是不允許的。”
無(wú)論如何，當(dāng)宇航員登陸火星時(shí)，他們都將隨身攜帶微生物。“人體身上就有微生物菌群。如果把人類送上火星，我們無(wú)法先滅掉宇航員身上的微生物?！辟囁拐f(shuō)。
想要限制污染，方法之一是對(duì)火星上最有可能存在生命的區(qū)域采取特殊保護(hù)。另一個(gè)方法是修改人體微生物的DNA，以避免被火星生命“讀取”和吸收。
關(guān)于把人類和其他生命送上火星的問(wèn)題，國(guó)際社會(huì)還在考慮最佳方案?！皼](méi)有人站出來(lái)阻止這件事。”賴斯說(shuō)，“但我們認(rèn)為，在我們進(jìn)入未知區(qū)域時(shí)，如何確保我們能負(fù)責(zé)任地行事？”
地球生命能在火星上存活嗎？
只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的基因改造，就能讓微生物做好登陸火星的準(zhǔn)備。一支由斯坦福大學(xué)和布朗大學(xué)聯(lián)合組建的團(tuán)隊(duì)改造了魚(yú)腥藻的基因，改造后的魚(yú)腥藻可以把為自己制造的糖分噴出體外，其他微生物則可以靠這些糖分為食。（這里的微生物是指在土壤和人體腸道中發(fā)現(xiàn)的枯草桿菌。） “PowerCell”項(xiàng)目將于2017年3月投入測(cè)試，屆時(shí)它將搭乘德國(guó)航空中心的一顆衛(wèi)星升空，研究人員將觀察它如何適應(yīng)低重力環(huán)境。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，我們已經(jīng)把生命送上火星了。柏林工業(yè)大學(xué)天體生物學(xué)家德克·舒爾策-馬庫(kù)奇（Dirk Schulze-Makuch）說(shuō)，在探測(cè)器離開(kāi)地球軌道之前采取的殺菌消毒措施不管多么嚴(yán)格，都無(wú)法做到百分之百有效?！皢?wèn)題只在于它們是否有可能在那里存活下來(lái)?！?/span>
但羅斯柴爾德指出，那些微生物不大可能在火星上生根發(fā)芽，污染這顆紅色星球。愛(ài)丁堡大學(xué)天體生物學(xué)家查爾斯·科克爾（Charles Cockell）曾在2002年指出，火星的生存環(huán)境極其惡劣。
低重力（大概只有地球重力的38%）可能不會(huì)對(duì)那些微小的有機(jī)體造成影響。還有充足的陽(yáng)光供微生物進(jìn)行光合作用。但火星很冷，平均地表溫度大約為零下60度?？諝庖卜浅Ｏ”?，氣壓只有地球海平面的1%左右。我們的星球有磁場(chǎng)，可以保護(hù)我們免受輻射傷害，但火星沒(méi)有。另外，火星比地球上任何地方都更加干旱。
“大部分的火星地表都不可能存在液態(tài)水?！笨瓶藸栒f(shuō)，“那是個(gè)干旱、被輻射灼烤的環(huán)境?！?/span>
很多微生物可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，而且地球微生物也許會(huì)被吹到遮蔽區(qū)域或者被埋起來(lái)。如果它們藏在巖石下，就能躲避最嚴(yán)酷的低溫和輻射。但它們必須從空氣中吸收水分，或者從季節(jié)性鹵水滲漏中找到水。
在火星上的洞穴里（很早以前因流動(dòng)的巖漿而形成），也可能存在水和更濃密的空氣。另一個(gè)可能的庇護(hù)所是存在液態(tài)水滴的火星極地冰層。
“一般認(rèn)為這些都不大可能發(fā)生，地球微生物已經(jīng)死了?！瘪R庫(kù)奇說(shuō)，“不過(guò)，我們也不能確定。沒(méi)錯(cuò)，火星地表環(huán)境十分惡劣，但也不應(yīng)該低估地球微生物的生命力。
對(duì)此，羅斯柴爾德持相同看法?！暗厍蛭⑸锊惶赡苷碱I(lǐng)這顆星球?！彼f(shuō)，“但我敢肯定，它們能在那里生存下來(lái)，至少短期內(nèi)可以?！?/span>
火星動(dòng)物園
羅斯柴爾德與斯坦福-布朗大學(xué)iGEM團(tuán)隊(duì)的本科生合作，利用巴氏芽孢桿菌，制造了一種類似水泥的材料。與尿液、沙和氯化鈣混合后，巴氏芽孢桿菌會(huì)促使碳酸鈣晶體的形成，將沙粒粘合在一起。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，可以利用火星浮土來(lái)制造磚塊。
幾十億年前，一種名為藍(lán)藻的微生物為地球生命的繁衍鋪平了道路。植物出現(xiàn)之前很久，藍(lán)藻就在釋放氧氣，這是其光合作用的副產(chǎn)品。
在羅斯柴爾德眼中，富含氧氣的地球大氣層堪稱完美的例子，表明生命作為一項(xiàng)技術(shù)，其力量是何等之大。而它在外太空為我們服務(wù)的潛力，也是同樣巨大。
在火星上，宇航員也可以利用藍(lán)藻制造有用的材料，并為其他重要的微生物和植物提供支持。我們已經(jīng)依靠微生物來(lái)提供酒、奶酪和酸奶等美食以及其他重要服務(wù)。
“它們幫助我們制造食物和藥品，幫助我們回收垃圾?！笨瓶藸栒f(shuō)，“它們?cè)诨鹦巧弦材馨l(fā)揮這些作用，就像它們?cè)诘厍蛏弦粯印！?/span>
在火星上利用微生物制造物品，可以減少我們從地球運(yùn)送的物資重量。擺脫地球重力是極其昂貴的。羅斯柴爾德說(shuō)，單是發(fā)送一聽(tīng)可樂(lè)，就要花掉1萬(wàn)美元。這還只是在軌道上，“你甚至沒(méi)有抵達(dá)火星”。
而微生物的重量微乎其微，更容易運(yùn)往火星?！霸谀抢?，它們會(huì)繁殖，就地取材，利用太陽(yáng)能，就像地球上的植物和藻類?！绷_斯柴爾德說(shuō)。微生物可以利用火星上已有的水、礦物質(zhì)和大氣氣體?！澳憧梢杂盟{(lán)藻產(chǎn)生的材料制造各種東西，不管是塑料品還是住處?！?/span>
某些微生物可以用來(lái)制造食物、氧氣和燃料，或者回收垃圾以便為植物和人類提供養(yǎng)分。微生物還可以用于分解巖石，從中提取有用的金屬（在地球上，“生物采礦”已經(jīng)被用來(lái)開(kāi)采黃金和銅）。如果與正確的成分混合，有些微生物可以把火星的灰塵顆粒粘在一起，制造蓋房所需的磚塊。
用培養(yǎng)液種植的萵苣。在為期一年的隔離實(shí)驗(yàn)中，韋爾索利用提取自藍(lán)藻的營(yíng)養(yǎng)成分來(lái)種植萵苣。這次實(shí)驗(yàn)旨在模擬載人火星任務(wù)?！拔冶緛?lái)可以在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中做這個(gè)，但我想親眼看看，使用這些系統(tǒng)的人究竟會(huì)處于什么樣的環(huán)境中，我覺(jué)得這是個(gè)好主意?！表f爾索說(shuō)。他還說(shuō)，坐在舒服的辦公室里是想象不出來(lái)的。
如果宇航員想用火星土壤種點(diǎn)東西，微生物會(huì)特別有用。在箱體內(nèi)，必須保護(hù)植物免受輻射傷害，并為植物提供水和培養(yǎng)液或者肥沃的土壤?！拔⑸锟梢园鸦鹦巧弦延械脑剞D(zhuǎn)換成植物能夠利用的形態(tài)?！表f爾索說(shuō)。
宇航員可以種植植物，這樣既能獲得食物和氧氣，也能在一望無(wú)際的紅色景象令人感到單調(diào)沉悶之時(shí)，舒緩身心。
“種植植物對(duì)宇航員的心理健康很有好處，比如在國(guó)際空間站就是如此。”科克爾說(shuō)，“這讓人們有東西可以照料。”
動(dòng)物會(huì)占用很多空間和資源，因此在執(zhí)行早期任務(wù)時(shí)，宇航員可能不會(huì)帶上它們。但蠶蟲(chóng)、魚(yú)和貝類這樣的小動(dòng)物可能最終會(huì)被送上火星。
創(chuàng)造更強(qiáng)壯的微生物
美國(guó)猶他州天然橋國(guó)家保護(hù)區(qū)里的結(jié)皮，由微生物和土壤形成。幾年前，科克爾和同事在內(nèi)蒙古騰格里沙漠的沙土中培養(yǎng)并種植了藍(lán)藻，15天后，形成了人工結(jié)皮。類似的方法可以用來(lái)減少火星基地里的塵土。
我們攜帶的植物或微生物不一定非要在惡劣的火星地表生存。宇航員需要躲避寒冷、干燥、充滿輻射、氣壓極低的火星環(huán)境，微生物和植物同樣需要保護(hù)。
對(duì)微生物進(jìn)行基因改造，使它們變得比在地球上更加強(qiáng)壯，這會(huì)帶來(lái)很多好處。首先是更安全。如果容納微生物的設(shè)施出了問(wèn)題，它們將不得不面對(duì)極端環(huán)境。
另外，生命力頑強(qiáng)的微生物，安置成本也更低?！霸陬愃朴诨鹦堑沫h(huán)境中，它們的生命力越強(qiáng)，它們所需要的保護(hù)就越少，重建地球式環(huán)境的必要性就越低?！表f爾索說(shuō)。
而且，微生物可以經(jīng)過(guò)基因改造，更好地完成它們肩負(fù)的使命，或者扮演全新的角色?！按笞匀痪拖褚蛔薮蟮幕蛴布痰?，你從貨架上取走一些東西，然后放進(jìn)你創(chuàng)造的微生物體內(nèi)?！绷_斯柴爾德說(shuō)。
她正在研究如何改造微生物基因，讓它們?cè)诨鹦巧峡梢猿洚?dāng)生物打印機(jī)的“墨水”。這樣一來(lái)，宇航員就可以制造定制工具、智能布料甚至替代器官。
“你不必把棉花地、樹(shù)木或者綿羊送上火星?！彼f(shuō)。你可以提取它們的能力，植入更容易攜帶的微生物體內(nèi)，比如酵母或細(xì)菌。
這種技術(shù)已經(jīng)在地球上得到應(yīng)用，比如抗瘧疾藥物青蒿素。青蒿素提取自一種名為青蒿的植物，但也可以通過(guò)基因改造后的酵母進(jìn)行合成。輪胎制造商和生物科技公司也在研究如何利用酵母制造橡膠，而不是從樹(shù)上采集橡膠汁。
目前，羅斯柴爾德在關(guān)注角蛋白，這是在羽毛、指甲、頭發(fā)和皮膚里發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)。經(jīng)過(guò)基因改造的微生物可以用來(lái)制造角蛋白，然后打印成事先確定的形狀?！斑@種材料很結(jié)實(shí)，而且重量輕，延展性好?！彼f(shuō)。
天體生物學(xué)家可以利用模擬室來(lái)模仿火星地表環(huán)境。馬庫(kù)奇就利用模擬室測(cè)試了Pleopsidium chlorophanum地衣的生長(zhǎng)狀況。這種地衣可以忍受高山上的嚴(yán)寒和干燥。他和同事們認(rèn)為，這種地衣也許能在火星上遮蔽區(qū)域的環(huán)境中生存下來(lái)。
我們利用微生物幫助宇航員生存的所有努力，或許也可以為地球上的每個(gè)人帶來(lái)好處?！巴耆珱](méi)理由認(rèn)為這些東西不能在地球上使用?！绷_斯柴爾德說(shuō)。
也許有一天，微生物可以通過(guò)釋放氧氣和改造土壤，將火星表面變得和地球一樣。對(duì)火星上的生命來(lái)說(shuō)，這意味著什么，目前尚無(wú)定論。（尤其是考慮到火星的低重力可能會(huì)給樹(shù)木和人類這樣的較大生物體帶來(lái)麻煩。）
“我不希望讓人們覺(jué)得，我們是在向火星發(fā)射諾亞方舟?！绷_斯柴爾德說(shuō)。她指出，在沒(méi)有保護(hù)措施的情況下，我們不會(huì)討論把動(dòng)物送上火星的事情，除非我們已經(jīng)使火星大氣層變得夠厚，足以維持液態(tài)水和更高的溫度。
但這將需要很長(zhǎng)時(shí)間。在火星上利用微生物來(lái)維持生命是最基本、也是最容易達(dá)成的目標(biāo)。
如何做到？
為了做到這一點(diǎn)，首先要繼續(xù)研究那些在地球極端環(huán)境中茁壯生長(zhǎng)的微生物，比如沙漠、深?！盁焽琛焙捅睒O冰原。
天體生物學(xué)家在最類似火星的地球環(huán)境中尋找微生物，以研究火星生命如何在火星上生存。這些探索也能揭示地球微生物在火星上的適應(yīng)能力。
“你選擇已經(jīng)存在的微生物，看看它們的局限在哪里，它們的用處有多大。”科克爾說(shuō)，“了解了這些，你就能更清楚地知道，怎樣才能使它們變得更加強(qiáng)壯?！?/span>
科克爾和同事們把巖棲類微生物送入近地軌道，觀察它們?cè)谔张撏獾谋憩F(xiàn)。在地球上，特制的房間被用來(lái)模擬火星環(huán)境，包括溫度、氣壓、干旱及輻射程度。
某種微生物的強(qiáng)大適應(yīng)力得到確認(rèn)（或者提升）后，科學(xué)家必須弄明白，如何利用工具和箱體使這種微生物發(fā)揮作用，同時(shí)，工具和箱體的重量和能耗應(yīng)該越低越好。
歐洲航天局正在開(kāi)展一個(gè)名為“微生態(tài)生命支持系統(tǒng)”的項(xiàng)目，試圖利用菌群來(lái)分解和回收人類排泄物以及植物的不可食用部分。
科學(xué)家也在思考，當(dāng)宇航員在火星基地真正使用這些工具時(shí)，可能會(huì)發(fā)生哪些狀況。韋爾索曾經(jīng)和其他五位科學(xué)家一起，在夏威夷莫納羅亞火山上的一處研究點(diǎn)，度過(guò)了一年與世隔絕的生活，最近，韋爾索離開(kāi)了那里。
科克爾等天體生物學(xué)家用來(lái)模擬火星環(huán)境的模擬室，微生物就在這里面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
HI-SEAS實(shí)驗(yàn)為他提供了絕佳的機(jī)會(huì)，使他可以研究如何利用藍(lán)藻幫助植物生長(zhǎng)?！拔易畲蟮氖斋@是知道了如何利用極為有限的資源，比如動(dòng)力、水、空間、時(shí)間、能源等等?！彼f(shuō)。
NASA計(jì)劃在本世紀(jì)30年代開(kāi)展載人火星任務(wù)，而天體生物學(xué)家正在為“火星之旅”尋找和安排宇航員的微生物同伴。
科克爾說(shuō)，我們一直在研究這些微生物，研究如何更好地利用它們。“我覺(jué)得，當(dāng)人類最終前往火星時(shí)，微生物將為人類的探索做好準(zhǔn)備?！?/span>
翻譯：于波
來(lái)源：Popsci
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