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如果真的要離開(kāi)地球，我們能去哪里呢？
火星作為太陽(yáng)系內(nèi)除地球之外最適合居住的行星，自然是移民的首要考慮對(duì)象。
下面，我們將開(kāi)啟這份星球備份計(jì)劃，看看火星將被如何開(kāi)荒建設(shè)吧。
火星上現(xiàn)在有什么？
目前的火星基本上是一個(gè)寒冷的紅色荒漠。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，人類向火星發(fā)射了超過(guò)40枚空間探測(cè)器，進(jìn)行了詳細(xì)的科學(xué)探測(cè)?；鹦潜砻鏈囟?140℃到30℃，平均-60 ℃?；鹦谴髿獬煞譃?5%的二氧化碳，3%的氮?dú)猓?.6%氬氣，0.13%氧氣和0.03%水蒸氣等，常有沙塵暴發(fā)生。火星大氣層非常稀薄，僅相當(dāng)于地球大氣層的0.7%，加上沒(méi)有完整的磁場(chǎng)，火星只能抵擋部分的太陽(yáng)輻射和宇宙射線?；鹦潜砻鏇](méi)有穩(wěn)定的液態(tài)水，只有間歇流動(dòng)的液態(tài)鹽水，但風(fēng)化層中含有豐富的水分；在火星兩極存在大量的水冰，在火星冰蓋之下還發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑20公里的冰下湖?；鹦秋L(fēng)化層含有豐富的二氧化硅、三氧化二鐵、三氧化二鋁、氧化鎂以及氧化鈣等礦物質(zhì)。
即使技術(shù)的進(jìn)步可以使人類在未來(lái)幾十年內(nèi)到達(dá)火星，考慮到從地球到火星極其昂貴的運(yùn)送費(fèi)用，建立人類定居點(diǎn)所需的物資將只有極少部分能從地球運(yùn)送，絕大部分要通過(guò)就地取材來(lái)解決。那么，運(yùn)送什么去火星性價(jià)比最高呢？
火星開(kāi)荒，藍(lán)細(xì)菌“請(qǐng)戰(zhàn)”
生物系統(tǒng)能夠有效地利用各種自然資源，但是大多數(shù)植物和微生物無(wú)法直接利用火星現(xiàn)有的資源，從地球運(yùn)送物資來(lái)維持它們的生長(zhǎng)代謝將極大地限制成本效益和可持續(xù)性。
藍(lán)細(xì)菌又名藍(lán)藻，是地球進(jìn)化過(guò)程中較早出現(xiàn)的光能自養(yǎng)微生物，在35億年前地球從無(wú)氧轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒醐h(huán)境的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。據(jù)估算藍(lán)細(xì)菌貢獻(xiàn)了地球上氧氣年產(chǎn)量的30%。藍(lán)細(xì)菌不僅能進(jìn)行光合作用，還具有固氮和氫代謝等功能，這意味著藍(lán)細(xì)菌是少數(shù)幾種可以進(jìn)行多途徑轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能的生物，并能夠全面參與碳、氫、氧、氮四大元素循環(huán)，在物質(zhì)循環(huán)和能量代謝中扮演著重要的角色。藍(lán)細(xì)菌具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，在包括極地、鹽湖、荒漠等極端條件下廣泛存在。在火星上藍(lán)細(xì)菌能獲得生長(zhǎng)所需的陽(yáng)光、水和二氧化碳，火星風(fēng)化層中也含有藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素。藍(lán)細(xì)菌可以直接用于氧氣、食品，燃料、藥品和材料的生產(chǎn)。
綜上所述，藍(lán)細(xì)菌可以作為“火星拓荒者”充分利用火星資源從而為火星移民進(jìn)程開(kāi)辟道路，使火星成為人類未來(lái)的第二個(gè)家園。
氧氣
氧氣對(duì)人類生存是必不可少的，斷氧后人只能存活2到3分鐘。目前在各種航天器中主要是通過(guò)電解水來(lái)實(shí)現(xiàn)供氧。由于火星的大氣層非常稀薄，而且氧氣只占火星大氣的0.13%，火星的氧分壓只相當(dāng)于地球的1/20000。利用火星現(xiàn)有的資源生產(chǎn)氧氣可以考慮采用物理化學(xué)方法處理風(fēng)化層凍土和水冰得到液態(tài)水，再通過(guò)電解水制氧氣，或者通過(guò)物理化學(xué)方法解離二氧化碳得到氧氣。
藍(lán)細(xì)菌可以利用太陽(yáng)能通過(guò)光合作用光解水生成氧氣，這為通過(guò)物理化學(xué)方法制備氧氣提供了有效補(bǔ)充和安全備份。相比物理化學(xué)方法，藍(lán)細(xì)菌光合放氧裝置能耗更低，也易于搭建。藍(lán)細(xì)菌光合放氧的效率要遠(yuǎn)高于植物，而且在光合反應(yīng)器中通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)溫度、補(bǔ)料速率、細(xì)胞濃度和光照強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高藍(lán)細(xì)菌光合放氧的效率。很多藍(lán)細(xì)菌是可食用的，因此產(chǎn)生氧氣所需的資源可同時(shí)用于食品的生產(chǎn)。
食品
食品對(duì)人類的生存來(lái)說(shuō)也是必不可少的，藍(lán)細(xì)菌可以在利用火星資源生產(chǎn)食品方面大顯身手。螺旋藻（Spirulina）、發(fā)菜（發(fā)狀念珠藻，Nostoc flagelliforme）、地木耳（普通念珠藻，Nostoc commune）和葛仙米（擬球狀念珠藻，Nostoc sphaeroides ）都是傳統(tǒng)的可食用藍(lán)細(xì)菌。
螺旋藻營(yíng)養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素、色素以及礦物質(zhì)，蛋白質(zhì)含量可達(dá)干重的50%~70%，在世界各地都有廣泛培養(yǎng)及用作膳食補(bǔ)充劑。發(fā)菜富含蛋白質(zhì)和鈣、鐵等礦物質(zhì)，耐寒冷、干旱，抗輻射的能力很強(qiáng)，廣泛分布于世界各地的沙漠和貧瘠土壤中。地木耳富含蛋白質(zhì)和維生素，耐寒冷、干旱，廣泛分布于世界各地，可生長(zhǎng)在巖石及砂土上，在地球的南極仍能生存?？紤]到人們的飲食習(xí)慣和口味，藍(lán)細(xì)菌還可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工后添加到其他食品中。經(jīng)過(guò)遺傳改造的藍(lán)細(xì)菌還可以合成和分泌蔗糖、葡萄糖和果糖等碳水化合物。
火星距離地球最近時(shí)約有5500萬(wàn)公里，從地球到火星要飛行100~300天。發(fā)菜與地木耳經(jīng)過(guò)充分干燥脫水后可在航天器中長(zhǎng)期保存，降低有效載荷的質(zhì)量和體積。干燥過(guò)的發(fā)菜與地木耳遇水后復(fù)蘇，又可以重新生長(zhǎng)。發(fā)菜及地木耳都屬于念珠藻，具有固氮能力，可以固定火星大氣層中的氮?dú)鉃轱L(fēng)化層提供天然氮肥。藍(lán)細(xì)菌還可以利用太陽(yáng)能和火星上的水分，吸收風(fēng)化層中的磷、硫、鎂、鐵等各種營(yíng)養(yǎng)元素，固定火星大氣中的二氧化碳和氮?dú)?，生成可供異養(yǎng)微生物和植物利用的各種底物。
地球上與火星類似的荒漠地區(qū)也存在著種類豐富的藍(lán)細(xì)菌。具鞘微鞘藻等藍(lán)細(xì)菌能在荒漠地區(qū)嚴(yán)酷（干旱、強(qiáng)輻射、溫度劇烈變化以及高鹽堿）的環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖，通過(guò)分泌胞外多糖和施加機(jī)械束縛力形成生物結(jié)皮，用于防沙治沙，促進(jìn)荒漠地區(qū)的生態(tài)修復(fù)。類似的策略也可以應(yīng)用到火星。
燃料
液態(tài)氫可以作為航天推進(jìn)劑，但考慮到綜合性能，液態(tài)甲烷是更具優(yōu)勢(shì)的推進(jìn)劑。氫氣與二氧化碳在高溫、高壓條件下發(fā)生Sabatier反應(yīng)可生成甲烷和水。火星大氣層中有豐富的二氧化碳，二氧化碳分壓為地球的17.6倍。氫氣可以通過(guò)電解水得到，藍(lán)細(xì)菌也可以產(chǎn)生氫氣，相比電解水制氫可以顯著降低能耗。藍(lán)細(xì)菌主要通過(guò)固氮酶和氫化酶產(chǎn)氫。具有固氮能力的念珠藻和魚(yú)腥藻在產(chǎn)氫方面有一定的優(yōu)勢(shì)。脂肪烴是汽油、柴油和煤油等液體燃料的主要成分，而脂肪烴的生物合成在藍(lán)細(xì)菌中普遍存在。
材料
藍(lán)細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)匱乏的條件下可合成聚羥基丁酸酯（polyhydroxybutyrate, PHB）等聚羥基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates, PHA），作為細(xì)胞內(nèi)的能量和碳源儲(chǔ)藏物質(zhì)。PHA被認(rèn)為是最有前途的生物塑料之一。它們的機(jī)械性能與聚丙烯相似，可以在相似的條件下加工，PHA的主要優(yōu)點(diǎn)之一是生物可降解性。在火星上PHA等生物聚合物可被用作3D打印的材料。
其他應(yīng)用
藍(lán)細(xì)菌還可以合成類菌孢素氨基酸（Mycosporine-Like Amino Acids，MAAs）、藻藍(lán)蛋白等抗輻射、抗氧化的化合物，以及對(duì)乙酰氨基酚（acetaminophen）等藥物。作為“跨界小能手”，藍(lán)細(xì)菌還可用于人類活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)廢物和廢水的回收利用。通過(guò)合成生物學(xué)等手段對(duì)藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行改造，將有助于它們完成火星拓荒者的光榮使命。
人類對(duì)火星的了解是一個(gè)不斷深入的過(guò)程。移民火星是一個(gè)漫長(zhǎng)而且充滿挑戰(zhàn)的過(guò)程，從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)還有很長(zhǎng)的一段路要走。曾經(jīng)讓地球煥發(fā)生機(jī)的藍(lán)細(xì)菌，未來(lái)能在火星成功拓荒嗎？
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責(zé)任編輯：陶薩麗慶
