科學(xué)家設(shè)想利用植物開采月壤中的有價(jià)值礦物

美國總統(tǒng)奧巴馬在新太空探索計(jì)劃中明確表示，希望在本世紀(jì)30年代中期之前將宇航員送上火星。為此，美國宇航局（NASA）將研發(fā)新型太空探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)近地小行星、月球和火星衛(wèi)星的載人探索。奧巴馬毫不諱言，他們將借助小行星、月球、火星衛(wèi)星這些“跳板”，實(shí)現(xiàn)踏足火星的最終目的。

作為人類探索太空的前哨戰(zhàn)，月球及其資源當(dāng)仁不讓地成為了科學(xué)家們的試驗(yàn)場(chǎng)。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，研究人員將利用阿波羅登月計(jì)劃帶回的月球表面風(fēng)化層的土壤樣本，重新開展植物培育實(shí)驗(yàn)。他們希望深入了解月壤對(duì)植物生長(zhǎng)和發(fā)育的影響，以測(cè)試建造太空農(nóng)場(chǎng)的可行性。一旦有了這樣的生命維持體系，不論是在星際旅行中還是在外星球基地上，都能夠確保宇航員有充足的食品供應(yīng)。而研究人員還有一個(gè)更大的野心，那就是利用植物當(dāng)“礦工”，來開采月球乃至火星上的豐富礦產(chǎn)，這種“就地取材”的方式不僅能夠降低建造太空基地的成本，其中也有很多資源是地球上極為稀缺的，對(duì)于人類來說價(jià)值非凡。

月球土壤不會(huì)影響植物生長(zhǎng)

美國于上世紀(jì)六七十年代開展了世人矚目的阿波羅登月計(jì)劃，將人類送上了月球。歷次阿波羅飛行都對(duì)月球表面進(jìn)行了廣泛考察，并搜集了大量月球風(fēng)化層樣本。

月球風(fēng)化層是由灰塵、泥土、碎石和其他物質(zhì)組成的混合物，松散地覆蓋在固體巖床之上。對(duì)于阿波羅載人登月飛行任務(wù)所帶回的月球樣本，NASA的防范工作可謂做到了家：專門興建了一個(gè)月球物質(zhì)回收和回歸宇航員檢疫實(shí)驗(yàn)室（the Lunar Receiving Lab）來接待這些“外星訪客”。這樣做的目的是為了確保科學(xué)家利用月壤做實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)有任何危險(xiǎn)的污染物或者未知的外星生命形式“逃脫”，從而避免危及地球生態(tài)。

不過這種擔(dān)憂很快被證明是不必要的。初步研究顯示，與月球土壤樣本接觸過的植物并沒有枯萎或者死亡。研究人員將阿波羅11號(hào)和阿波羅12號(hào)帶回的月球土壤樣本撒在35種植物的根部和葉片上，這些植物仍然能夠茁壯生長(zhǎng)。同樣的，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，同月球樣本的接觸并沒有讓它們受到不良影響。

NASA旗下的《天體生物學(xué)》雜志最近發(fā)表了對(duì)阿波羅時(shí)期月壤實(shí)驗(yàn)的研究回顧，再次確認(rèn)取自月球風(fēng)化層的樣本沒有毒素，也不含外星生命形式的污染物，不會(huì)對(duì)生活在地球上的人類和動(dòng)植物構(gòu)成威脅。

探究建造太空農(nóng)場(chǎng)的可能性

一粒種子落在月球上是否能夠順利地生根萌芽？科學(xué)家們目前還沒有答案。

雖然同少量的月球土壤接觸并不妨礙植物的存活，有些甚至還長(zhǎng)得枝繁葉茂，但研究人員表示，由于最后一次月球土壤實(shí)驗(yàn)還是在30年前進(jìn)行的，囿于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和手段，月球土壤到底會(huì)給植物帶來何種影響，尚存在許多未知因素。

比如，阿波羅時(shí)期的實(shí)驗(yàn)從未研究過月球物質(zhì)對(duì)細(xì)菌和真菌等微生物的影響，而這些微生物是植物獲取營養(yǎng)的“幫手”。甚至宇航員身上的微生物都可能會(huì)進(jìn)入植物的根際土中與植物根系相互作用。佛羅里達(dá)大學(xué)的遺傳學(xué)家安娜-麗莎·保羅解釋說，植物的根系處定居著一群微生物，它們負(fù)責(zé)將大的有機(jī)物質(zhì)分解成植物容易吸收的小分子成分，保證了植物生長(zhǎng)所需的營養(yǎng)素。

安娜-麗莎·保羅和同事羅伯特·費(fèi)爾決定繼續(xù)阿波羅時(shí)期未竟的事業(yè)，開展利用月球土壤培育植物的實(shí)驗(yàn)。他們的研究將借助過去幾十年來分子生物學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域開發(fā)出的新技術(shù)手段，從分子水平上了解在月壤中生長(zhǎng)的植物為了適應(yīng)環(huán)境將會(huì)如何開啟或者關(guān)閉它們的基因，進(jìn)而幫助人類實(shí)現(xiàn)在月球乃至其他外星球上發(fā)展太空農(nóng)業(yè)的夢(mèng)想。

新的實(shí)驗(yàn)并不需要重返月球進(jìn)行。研究人員已經(jīng)制定了計(jì)劃，只需從NASA所采集的數(shù)百公斤月球風(fēng)化層樣本中取出幾克就夠了。

保羅說，一克月球風(fēng)化層土壤就可以維系好幾株擬南芥的生長(zhǎng)。擬南芥是首種被成功進(jìn)行基因組測(cè)序的植物，與甘藍(lán)和蘿卜等人們餐桌上常見的蔬菜同屬十字花科，對(duì)這種模式生物的研究無疑將給未來的月球生物學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)基準(zhǔn)。這些實(shí)驗(yàn)不僅有助于解答基本植物生物學(xué)領(lǐng)域的一些問題，而且還可以為發(fā)展地外生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)備知識(shí)。

同時(shí)，更多的地球?qū)嶒?yàn)也可以幫助工程師和科學(xué)家們更好地設(shè)計(jì)未來的在軌或者外星農(nóng)場(chǎng)。

意大利泰雷茲·阿萊尼亞空間公司的工程顧問克勞迪奧·費(fèi)內(nèi)托認(rèn)為，在建造并將一個(gè)演示系統(tǒng)送往太空之前，在地球上進(jìn)行極端環(huán)境測(cè)試非常有幫助，這樣才能確保其中的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮作用。

費(fèi)內(nèi)托和同事在近期的英國《宇航學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章指出，他們經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一個(gè)擁有18位常駐民的月球基地來說，一個(gè)20%來自地球食品供給、80%依靠生物再生的生命支持系統(tǒng)可以保證基地運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5年以上。

植物或可充當(dāng)“礦工”

《天體生物學(xué)》雜志上發(fā)布的阿波羅時(shí)期月壤實(shí)驗(yàn)的研究回顧還表明，植物具有從月球風(fēng)化層中“提取”某些營養(yǎng)物質(zhì)的能力。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽的種子和幼苗似乎很享受月球土壤給它們提供的營養(yǎng)。雖然月球風(fēng)化層中缺乏氮、磷、硫和鉀等植物必需的元素，但卻含有豐富的鐵、鎂和錳等元素，同樣可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

科學(xué)家于是提出大膽設(shè)想，希望通過新研究進(jìn)一步開發(fā)植物的這種潛力，將植物改造成“生物礦工”，來提取月球上的營養(yǎng)物質(zhì)或者礦物質(zhì)。這樣一來，月球農(nóng)場(chǎng)不僅可以滿足宇航員的飲食需求，還是未來建設(shè)太空基地的有力保障。這些豐富的原材料可以用于月球基地的建設(shè)和運(yùn)營，比如生產(chǎn)太陽能電池和建筑材料等，這將使人類實(shí)現(xiàn)不依賴于地球資源的太空“可持續(xù)發(fā)展”成為可能。

當(dāng)然，所有的這一切都可以說是為了登陸火星做準(zhǔn)備。雖然目前科學(xué)家還沒有獲得火星樣本，但有一些研究已經(jīng)在利用模擬火星土壤進(jìn)行植物栽培實(shí)驗(yàn)，而對(duì)月球土壤樣本的測(cè)試無疑可以提供很多有益參考。

費(fèi)內(nèi)托表示，即使NASA已經(jīng)取消了短期內(nèi)重返月球的計(jì)劃，載人火星任務(wù)也同樣可以受益于這樣的自我維持系統(tǒng)。要知道，從地球去往月球不過幾天時(shí)間，而飛往火星卻是一段為時(shí)半年的旅程，讓宇航員隨船攜帶足夠的食物和飲用水顯然是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

費(fèi)爾說，我們的目標(biāo)之一是要找到一個(gè)最佳途徑，利用植物構(gòu)建一個(gè)生命支持系統(tǒng)，同時(shí)開發(fā)植物的“采礦”潛力，為將來的載人太空探索活動(dòng)以及建設(shè)外星基地提供保障。（本報(bào)記者 陳丹 綜合外電）