移民火星得靠它

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“仰觀宇宙之大，俯察品類之盛，所以游目騁懷，足以極視聽之娛，信可樂也?！比祟悓τ谔沼兄鵁o限的好奇心。閃爍的星辰上是否也有生命？人類能否在新的星球上生活？隨著好奇，我們開啟了探索新生存空間的時代。

“熒惑”不惑

火星是運行軌道離地球最近的行星，其表面鮮紅如螢火，讓人捉摸不透，因此，在中國古代被稱為“熒惑”。在西方，這顆神秘的星球也因其表面的紅色，被冠以戰神馬爾斯（Mars）之名。

直到19世紀末，望遠鏡首次觀測到了火星表面，人們才發現，這顆星球看似熱鬧的紅色表面只是氧化鐵構成的塵埃，而在這層鮮紅之下是荒蕪一片。低溫、低氣壓、高輻射、高二氧化碳的環境下，沒有發現生命存在的跡象。

隨著人類火星探測的逐步深入，我們發現這顆星球是太陽系中與地球最相似的行星：有著晝夜和四季；有類似地球的固態巖石表面；有較厚的大氣層；有過水，也可能有過生命；有著如同地球早期的沉寂寒冷的形態，未來也可能孕育出生命。

現如今，神秘的“熒惑”已不再讓人困惑，并成為人類星際移民的首選目標。

火星探索

在開啟火星移民之旅前，我們需要更好地了解火星的可居住性。

歐洲空間局（ESA）開發了名為Expose 的天體生物學實驗平臺，安裝在國際空間站外，用于研究生物化學樣品在模擬的火星環境下能否生存。

在前期的實驗中，研究人員發現，暴露在模擬火星環境下的微生物極少可以存活。為了進一步研究微生物在什么情況下能夠在火星上維持生命力，Expose 在2014年的第三次任務中進行了生物學和火星實驗，以測量生物膜在火星條件下的穩定性。

46種微生物被放置在Expose 平臺上，經歷了18個月的模擬火星環境生存后，運返至地球進行分析。在這次實驗中，多數微生物群落都被火星環境破壞，但其中一種能夠生產細菌纖維素的木醋桿菌，存活了下來。研究人員發現，它之所以能夠在火星環境下維持生命力，完全歸功于一個好幫手——細菌纖維素。

細菌纖維素的火星之旅

在Expose 實驗中，研究人員將干燥的細菌纖維素送到國際空間站，在那里經受18個月模擬火星環境的測試后運回地球，和留在地球上的同批干燥纖維素同時用制作康普茶的方式進行再次培養。

結果發現，一直在地球上的干燥纖維素被激活后，7天長出了新的纖維素；火星旅行回來的干燥纖維素，在60天后也長出了新的纖維素。

在進行基因組比對后發現：雖然干燥纖維素中的微生物群落受到了火星環境的破壞，但進行纖維素生產的木醋桿菌在太空旅行回來后依然存活，即使在火星的環境下也仍舊具有合成纖維素的能力。

纖維素是細菌的航天服

細菌纖維素由以醋酸桿菌科為代表的細菌發酵代謝生成，是一種不溶于水的胞外多糖，由獨特的細密三維纖維網構成，是細菌自我保護的產物。被送上太空的細菌纖維素是木醋桿菌（屬醋酸桿菌科）在康普茶發酵過程中產生的纖維素薄膜。

研究結果表明，這層細菌纖維素膜可能是細菌在太空旅行后仍然有生產能力的原因，木醋桿菌給自己織了一件抵御地外環境的“航天服”。

為什么這層既有平面結構又有疏水結構的纖維素，可以成為細菌的外部物理屏障？細菌纖維素能夠優化細菌內的氧氣濃度，促進有氧固氮；保護細菌本身免受環境壓力，如紫外線輻射；可以產生耐受酸性條件、代謝乙醇和有機酸的能力；還可以通過抑制污染物的代謝物擴散，使細菌內部免受其他微生物的入侵，以保護細菌，支持細菌內部穩定運作。

這層木醋桿菌給自己編織的“航天服”讓它在18個月的太空旅行后，仍然能夠生長出新的細菌纖維素。

火星移民的重要一員

細菌纖維素對太空環境強大的耐受性，展現出未來助力人類進行太空探索的可能性。我們已經開始對細菌纖維素在太空中的應用場景有了暢想。

1. 生物廢棄物管理：在外星建立居住區時，需要處理大量廢棄物。細菌纖維素由純纖維素構成，是一種完全可降解的材料。在太空中使用細菌纖維素制造包裝、衣物等生活用品，可以減少太空中的垃圾堆積，提供可持續的太空生活。

細菌纖維素培養過程中的副產品也可以加以利用。例如，制造衣服的纖維素皮層殘留物可作動物飼料，酸味康普茶飲料可轉化為醋、香膏、消毒劑。

2. 植物生長基質：細菌纖維素作為發酵產物，還可以用作植物生長基質的一部分。細菌纖維素可以與其他材料混合使用，例如火山巖、矽土和其他可用的地球材料，可以制造出一種類似于土壤的生長基質，提供適當的營養和水分，促進植物生長。

3.太空服材料：航天服是保護航天員在太空行走時免受極端條件影響的重要設備。細菌纖維素可以用作航天服的一部分，例如襯里或面料。

細菌纖維素的高抗張和抗輻射能力，可以為航天員提供額外的保護。纖維素的網狀結構，作為服裝可以吸收氣味，還可以緊湊折疊、減小體積，同時易于清洗。與生物的高相容性，也讓細菌纖維素與人體皮膚直接接觸時不會產生過敏反應，它的高持水性還能緩解太空環境造成的皮膚干燥。

相較于目前的金屬材料航天服，將細菌纖維素與其他材料進行復合制成的航天服，處理和回收更方便也更環保。

4. 建筑材料：細菌纖維素還能與其他材料混合，制成一種結實、耐用、有隔熱性的建筑材料，例如磚、板材和絕緣材料，可以在火星上使用。

5. 太空藥品的制備和包裝：在太空環境中，藥品可能受到輻射、高溫、低溫和高真空等極端條件的影響，需要一種有較高穩定性的包裝材料來保護藥品的質量和功效。

細菌纖維素具有高強度、低毒性等特點，能夠有效保護藥品，延長藥品的保質期。未來，細菌纖維素還可以用于制備藥品的載體或緩釋劑，通過改變結構和物理性質來控制藥品的釋放速度和作用時間，提高治療效果的同時，還能用于研究太空醫學中的抗生素耐藥性。

6. 太空運輸中的包裝材料：在太空環境中，傳統的塑料包裝會因為輻射等因素失效，而細菌纖維素對太空環境的耐受性可以避免這種問題。

細菌纖維素的網狀結構帶來良好的氣體滲透性和透明度，可以用于制作高透明度和高透氣性的太空包裝材料，以及太空運輸中的食品和水處理。細菌纖維素的超強吸水能力，可以用于太空中的水分處理和回收。

7. 太空電池：細菌纖維素具有良好的導電性和光學性能，可以用于太空電池和光伏電池等能源存儲器件的制作。

在過去的一個世紀里，我們逐漸了解火星這顆遙遠的鄰星。在不遠的未來，人類在這顆紅色星球上是否會有新的生活？細菌纖維素正在幫助我們搭建一條走向火星的軌道。

本文轉自微信公眾號“as 科學藝術研究中心”