蓝藻可以在火星上生存吗 蓝藻细菌将是人类在火星上生活的最佳伙伴

科学家、未来学家和科幻小说爱好者都梦想有一天，人类能踏上火星。自世纪之交以来，人类已经向火星发射了数十个机器人轨道飞行器、着陆器、漫游者和飞行器（以及未来十年将陆续推出的载人任务），人类可能在这颗红色星球上定居的前景再次成为一个流行和时髦的想法。诚然，把人们送到那里的挑战将是巨大的，更不用说与在那里生活相关的挑战（和危险）了。

上图：火星栖息地生物生命支持系统的光生物反应器的图示。

无论有多少人愿意进行单程旅行，并承诺在火星上生活，在那里建立一个人类前哨将需要大量认真的创新和创造性思维！根据应用空间技术与微重力中心（ZARM）领导的一个国际研究小组的一项新研究，蓝藻细菌可能能够承受艰苦的条件，甚至在火星土壤中茁壮成长。这项研究表明，宇航员可以在火星上创造生物物质，继而创造一个生物循环。

这项新的研究描述了他们的发现，最近发表在《应用与环境微生物学》杂志上。这项研究是由德国不莱梅大学 ZARM 应用空间微生物实验室的负责人塞浦路斯·弗尔苏（Cyprien Verseux）领导的。

正如他们在研究中指出的那样，未来的火星任务将需要能够依靠就地资源利用 (ISRU) 来确保它们尽可能自给自足。前往火星的宇航员距离地球的距离，将比历史上任何以往的任务都要远几个数量级。而且由于向那里发送航天器需要六到九个月的时间，而且只有当地球和火星在它们的轨道上彼此最接近时（每 26 个月发生一次），发送补给任务将完全不切实际。

虽然 ISRU 提出了几种应用，以确保建筑材料（火星风化层）和为宇航员提供水（收集当地的冰），当地资源也可以用来创建生物系统。微生物可以用来生产食物、氧气、生物材料、药品、化学品，甚至从地表岩石中开采金属和处理废物。多年来，ZARM 的科学家们一直在研究蓝藻细菌在火星上的潜在 ISRU 应用。

特别是，蓝藻的光合能力、固氮活动和岩石营养特征（利用矿物质进行生物过程），可以用来满足宇航员的日常需求。就资源而言，火星大气中有95%的二氧化碳和3%的氮（按体积计算），而它的风化层富含铁和其他有用的矿物质。从这些物质中，某些种类的蓝藻可以产生氧气和生物质，这些气体和生物质可以用于各种目的 —— 包括生产食物。

上图：使用 Anabaena sp 培养浮萍。 PCC 7938 与高纯度水 (ddH2O) 和标准营养液 (Hoagland) 的比较。

塞浦路斯·弗尔苏指出：“当人类前往火星时，我们需要为他们提供大量消耗品：食物、水、氧气，有时还需要药物。 如果我们在那里的存在是可持续的，所有这些都不能来自地球，因为成本和风险都会太高。”为了他们的研究，塞浦路斯·弗尔苏和他的同事研究了各种蓝细菌菌株，并确定其中一种（Anabaena sp. PCC 7938），作为一种很有前途的候选菌株。

寻找合适的候选菌株一直是研究人员的绊脚石，因为蓝藻门包括数千个物种。 但是以这一菌株作为共享模型，生物再生生命支持系统可能最终拥有它们需要的蓝藻。 正如塞浦路斯·弗尔苏博士所解释的，识别这种细菌的过程是漫长而密集的：

“我们首先根据已有的知识预选了一些蓝藻菌株。然后，我们寻找对这些菌株基因组 DNA 的深入了解，最后通过实验室的一系列实验对它们进行了比较。简而言之，我们有两套标准：第一套与蓝藻以火星上可用资源为食的能力有关。第二个是关于它们支持其他生物生长的能力，例如可食用植物和其他细菌，这些生物非常有价值，但不能直接利用火星资源”。

为了满足第二个标准，该团队使用蓝藻作为单一原料来培育浮萍（又名“水扁豆”），这是一种营养丰富的可食用开花水生植物，生长在淡水池塘和缓慢流动的溪流中。 “这种植物生长得非常快，完全可以食用，这使它成为火星农业的主要候选者，”塞浦路斯·弗尔苏博士说。 “有趣的是，我们实际上将浮萍从不来梅景观公园的一条溪流中分离出来。”

科学团队希望这些发现将促进对生物反应器、生物再生生命维持系统，以及其他依赖地球生物系统，以确保在太空中可持续生活的方法的研究。同样的技术可以在国内得到巨大的应用，全球人口持续增长，而气候变化正在破坏我们赖以为生的生态系统。无论是解决生活在外面的世界还是在家里，这个“游戏”的名字始终将是可持续性！

上图：火星栖息地与火星其他表面元素的概念图。

与此同时，塞浦路斯·弗尔苏博士表示，在将蓝藻细菌驱动的生物反应器送往火星之前，还需要做更多的工作和测试：

“我们的工作，以及这一领域的同事的工作，带来了有希望的概念证明。看来，蓝藻确实可以从火星资源中获得，然后被用来喂养其他感兴趣的生物过程。但仅仅知道这一体系能够奏效是不够的。我们需要改进它，评估它是否足够有效，是否值得整合到火星任务中，如果是的话，开发实用的解决方案 —— 包括硬件和流程。”

为此，研究人员还需要进行更多的研究，以更好地理解使所选的 Anabaena sp. PCC 7938 菌株成为如此有价值的候选菌株的生物学机制。世界各地的无数科学家、大学和研究所都加入了他们的行列，从事类似的研究，特别是在不久的将来推进太空探索的应用。ZARM 团队还希望他们的模型株能更容易地比较结果，并在彼此工作的基础上继续发展。

研究人员表示：“事情才刚刚开始，剩下的研究工作可能会令人生畏。幸运的是，它正在朝着高度合作的方向努力：为基于蓝藻的生命支持系统做出贡献的团队，数量正在迅速增加。”

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