人类靠什么在火星上生存微生物至关重要

当人类最终踏上满是尘土的火星时，来的可不只是人类。在未来的太空探索中，某些“宇航员”小到无法用肉眼看见。但这并不意味着它们扮演的角色不重要。

进行载人火星任务，需要住所、可呼吸的空气、衣服、食物、药品、能源、垃圾处理和其他服务。其中很多需求都可以通过生物体来满足。

“几千年来，我们一直把生物学作为一项技术，用来做衣服、建房子。”美国宇航局（NASA）阿姆斯研究中心的天体生物学家、合成生物学家林恩·罗斯柴尔德（LynnRothschild）说，“在火星上，我们也将这么干，只不过方式不同。这想想就让人觉得有点疯狂。”

科学家在地球最恶劣的环境中寻找嗜极生物，以研究生命如何在火星上生存。岩石下的这些不明微生物发现于智利阿塔卡马沙漠的海岸山脉。在这个干旱贫瘠的高原上也有盐结壳，后者构成了地球上最像火星的环境。

宇航员将不仅仅依靠来自地球的物资供给，他们还可以利用微生物，就地制造一些物资。某些细菌可以利用火星上的有限资源，为火星基地内简单的生态系统提供支持，甚至帮助小型植物生长。它们可以制造氧气、分解垃圾，还可以制造有用的材料，协助开采金属。

“我们要把我们能够在火星上找到的东西都利用起来。这样的话，我们就需要生物学。”罗马第二大学博士生、罗斯柴尔德的学生西普里安·韦尔索（CyprienVerseux）说。

火星生命？

罗斯柴尔德及其同事最近报告称，他们发现了一种生长在沙漠中的细菌，它对C类紫外线辐射的抵抗力超过了著名的耐辐射球菌（上图，也称柯南细菌）。弄清楚这种细菌为何具有如此能力，有助于科学家改造其他细菌的基因，从而增强它们对火星辐射水平的抵抗力。

火星勉强适合生命生存。这意味着把微生物带到火星，会让寻找火星“原住民”的科学家感到担忧。“如果那里原本有生命形式存在，但我们污染或者彻底杀死了它们，这将是一个巨大的悲剧。”罗斯柴尔德说。

如果宇航员后来“发现”了火星生命，地球微生物可能会令人产生混淆。“你也许无法分辨它到底是不是火星上的生命。”韦尔索说，“因此，我们必须确保我们用来维持生命的微生物不会污染火星。”

确保人类负责任地探索太空，这是NASA行星保护办公室和国际空间研究委员会的使命。

“如果有人现在就想把微生物弄上火星，这是不允许的。”

对火星探索任务的规定，比对月球和小行星飞船的规定都更加严格。那些天体不太可能有生命，但“火星可能拥有适合生命生存的环境，因此前往火星时，必须非常谨慎，直至我们知道那里没有生命。”地外文明探索研究中心从事行星保护工作的资深科学家玛格丽特·赖斯（MargaretRace）说。

目前尚未对载人火星任务做出具体的管理规定。“还没有任何明确的规定。”赖斯说，“如果有人现在就想把微生物弄上火星，这是不允许的。”

无论如何，当宇航员登陆火星时，他们都将随身携带微生物。“人体身上就有微生物菌群。如果把人类送上火星，我们无法先灭掉宇航员身上的微生物。”赖斯说。

想要限制污染，方法之一是对火星上最有可能存在生命的区域采取特殊保护。另一个方法是修改人体微生物的DNA，以避免被火星生命“读取”和吸收。

关于把人类和其他生命送上火星的问题，国际社会还在考虑最佳方案。“没有人站出来阻止这件事。”赖斯说，“但我们认为，在我们进入未知区域时，如何确保我们能负责任地行事？”

地球生命能在火星上存活吗？

严格来说，我们已经把生命送上火星了。柏林工业大学天体生物学家德克·舒尔策-马库奇（DirkSchulze-Makuch）说，在探测器离开地球轨道之前采取的杀菌消毒措施不管多么严格，都无法做到百分之百有效。“问题只在于它们是否有可能在那里存活下来。”

只需进行简单的基因改造，就能让微生物做好登陆火星的准备。一支由斯坦福大学和布朗大学联合组建的团队改造了鱼腥藻的基因，改造后的鱼腥藻可以把为自己制造的糖分喷出体外，其他微生物则可以靠这些糖分为食。（这里的微生物是指在土壤和人体肠道中发现的枯草杆菌。）“PowerCell”项目将于年3月投入测试，届时它将搭乘德国航空中心的一颗卫星升空，研究人员将观察它如何适应低重力环境。

但罗斯柴尔德指出，那些微生物不大可能在火星上生根发芽，污染这颗红色星球。爱丁堡大学天体生物学家查尔斯·科克尔（CharlesCockell）曾在年指出，火星的生存环境极其恶劣。

“没错，火星地表环境十分恶劣，但也不应该低估地球微生物的生命力。”

低重力（大概只有地球重力的38%）可能不会对那些微小的有机体造成影响。还有充足的阳光供微生物进行光合作用。但火星很冷，平均地表温度大约为零下60度。空气也非常稀薄，气压只有地球海平面的1%左右。我们的星球有磁场，可以保护我们免受辐射伤害，但火星没有。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态水。”科克尔说，“那是个干旱、被辐射灼烤的环境。”

很多微生物可以进入休眠状态，而且地球微生物也许会被吹到遮蔽区域或者被埋起来。如果它们藏在岩石下，就能躲避最严酷的低温和辐射。但它们必须从空气中吸收水分，或者从季节性卤水渗漏中找到水。在火星上的洞穴里（很早以前因流动的岩浆而形成），也可能存在水和更浓密的空气。另一个可能的庇护所是存在液态水滴的火星极地冰层。

“一般认为这些都不大可能发生，地球微生物已经死了。”马库奇说，“不过，我们也不能确定。没错，火星地表环境十分恶劣，但也不应该低估地球微生物的生命力。

对此，罗斯柴尔德持相同看法。“地球微生物不太可能占领这颗星球。”她说，“但我敢肯定，它们能在那里生存下来，至少短期内可以。”

火星动物园

几十亿年前，一种名为蓝藻的微生物为地球生命的繁衍铺平了道路。植物出现之前很久，蓝藻就在释放氧气，这是其光合作用的副产品。

在罗斯柴尔德眼中，富含氧气的地球大气层堪称完美的例子，表明生命作为一项技术，其力量是何等之大。而它在外太空为我们服务的潜力，也是同样巨大。

在火星上，宇航员也可以利用蓝藻制造有用的材料，并为其他重要的微生物和植物提供支持。我们已经依靠微生物来提供酒、奶酪和酸奶等美食以及其他重要服务。“它们帮助我们制造食物和药品，帮助我们回收垃圾。”科克尔说，“它们在火星上也能发挥这些作用，就像它们在地球上一样。”

在火星上利用微生物制造物品，可以减少我们从地球运送的物资重量。摆脱地球重力是极其昂贵的。罗斯柴尔德说，单是发送一听可乐，就要花掉1万美元。这还只是在轨道上，“你甚至没有抵达火星”。

而微生物的重量微乎其微，更容易运往火星。“在那里，它们会繁殖，就地取材，利用太阳能，就像地球上的植物和藻类。”罗斯柴尔德说。微生物可以利用火星上已有的水、矿物质和大气气体。“你可以用蓝藻产生的材料制造各种东西，不管是塑料品还是住处。”

某些微生物可以用来制造食物、氧气和燃料，或者回收垃圾以便为植物和人类提供养分。微生物还可以用于分解岩石，从中提取有用的金属（在地球上，“生物采矿”已经被用来开采黄金和铜）。如果与正确的成分混合，有些微生物可以把火星的灰尘颗粒粘在一起，制造盖房所需的砖块。

罗斯柴尔德与斯坦福-布朗大学iGEM团队的本科生合作，利用巴氏芽孢杆菌，制造了一种类似水泥的材料。与尿液、沙和氯化钙混合后，巴氏芽孢杆菌会促使碳酸钙晶体的形成，将沙粒粘合在一起。通过这项技术，可以利用火星浮土来制造砖块。

如果宇航员想用火星土壤种点东西，微生物会特别有用。在箱体内，必须保护植物免受辐射伤害，并为植物提供水和培养液或者肥沃的土壤。“微生物可以把火星上已有的元素转换成植物能够利用的形态。”韦尔索说。

宇航员可以种植植物，这样既能获得食物和氧气，也能在一望无际的红色景象令人感到单调沉闷之时，舒缓身心。“种植植物对宇航员的心理健康很有好处，比如在国际空间站就是如此。”科克尔说，“这让人们有东西可以照料。”

用培养液种植的莴苣。在为期一年的隔离实验中，韦尔索利用提取自蓝藻的营养成分来种植莴苣。这次实验旨在模拟载人火星任务。“我本来可以在常规实验室中做这个，但我想亲眼看看，使用这些系统的人究竟会处于什么样的环境中，我觉得这是个好主意。”韦尔索说。他还说，坐在舒服的办公室里是想象不出来的。

动物会占用很多空间和资源，因此在执行早期任务时，宇航员可能不会带上它们。但蚕虫、鱼和贝类这样的小动物可能最终会被送上火星。

创造更强壮的微生物

我们携带的植物或微生物不一定非要在恶劣的火星地表生存。宇航员需要躲避寒冷、干燥、充满辐射、气压极低的火星环境，微生物和植物同样需要保护。

对微生物进行基因改造，使它们变得比在地球上更加强壮，这会带来很多好处。首先是更安全。如果容纳微生物的设施出了问题，它们将不得不面对极端环境。另外，生命力顽强的微生物，安置成本也更低。“在类似于火星的环境中，它们的生命力越强，它们所需要的保护就越少，重建地球式环境的必要性就越低。”韦尔索说。

美国犹他州天然桥国家保护区里的结皮，由微生物和土壤形成。几年前，科克尔和同事在内蒙古腾格里沙漠的沙土中培养并种植了蓝藻，15天后，形成了人工结皮。类似的方法可以用来减少火星基地里的尘土。

而且，微生物可以经过基因改造，更好地完成它们肩负的使命，或者扮演全新的角色。“大自然就像一座巨大的基因硬件商店，你从货架上取走一些东西，然后放进你创造的微生物体内。”罗斯柴尔德说。她正在研究如何改造微生物基因，让它们在火星上可以充当生物打印机的“墨水”。这样一来，宇航员就可以制造定制工具、智能布料甚至替代器官。

用耐寒、耐辐射的细菌基因对大肠杆菌进行改造后，可以用作对火星环境取样的传感器。也可以用于无人机，比如图中这架布满植物和真菌材料的无人机。

“你不必把棉花地、树木或者绵羊送上火星。”她说。你可以提取它们的能力，植入更容易携带的微生物体内，比如酵母或细菌。

这种技术已经在地球上得到应用，比如抗疟疾药物青蒿素。青蒿素提取自一种名为青蒿的植物，但也可以通过基因改造后的酵母进行合成。轮胎制造商和生物科技公司也在研究如何利用酵母制造橡胶，而不是从树上采集橡胶汁。

目前，罗斯柴尔德在