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火星生存之庄稼种植指南

2019-03-02 16:14:38

我们可以创造出适合在火星上存活的可食用植物

(图片来源:Shutterstock/SergeyDV)

关于人类在未来十年左右的时间里登陆火星的任务,相应的准备工作已经开展。

火星生存之庄稼种植指南

但如果这些任务真的能够使人们在这颗红色星球上定居,我们又能在火星上吃什么呢?

一旦人类成功登陆火星,就不得不考虑任何殖民地都将面临一个主要的挑战:如何产生稳定的食物供应。从地球上发射并重新提供资源而产生的巨大成本将使这变得不切实际。

将来,火星上的人们需要摆脱对于运输货物的完全依赖,并实现高度的自给自足以及可持续的农业模式。

近,火星上液态水的发现为我们能否在星球上找到生命这一问题提供了新的信息,也确实提高了我们利用这些补给从而帮助种植食物的可能性。

但如果我们要在火星上种植足够多的食物,水只是众多所需条件的其中之一。

种什么样的食物?

先前的研究表明,微生物可以作为火星上食物的来源。另一种选择则是使用水培温室和环境控制系统来种植庄稼,类似在国际空间站上进行测试的那种。

本月,我们在《基因》(Genes)杂志上提供了一个基于先进合成生物学的新视角,以此改善在火星上进行种植的潜在性能。

合成生物学是一个快速发展的领域,它结合了工程学、DNA科学以及计算机科学(以及许多其他学科)的原理,为生物体赋予新的,不断改进的功能。

我们不仅能读取DNA信息,还能设计并测试生物系统,甚至是建造整个有机体。酵母菌只是工业生产中主力微生物的一个例子,目前,它的整个基因组正由一个国际性联合组织重新设计。

这项技术已经取得了很大的进展,精密的基因工程和自动化现在已经能被融合到自动化机器人设备中,这就是所谓的生物车间。

这些生物车间可以测试数百万的DNA设计,与此同时,能够帮助我们找到那些具有我们所需品质的生物体。

火星:形似地球而非地球

尽管在我们的邻居行星中,火星是和地球相近的一个,但它与地球间仍然在许多方面存在不同。

火星上的重力大约是地球上的三分之一,它接收到的太阳光也仅是地球的一半,不过,其遭受的有害紫外线(UV)和宇宙射线的水平却要高得多。火星表面的温度约为-60℃,它有一个稀薄的大气层,主要有二氧化碳构成。

不像地球的土壤潮湿且富含营养物质和微生物,从而可以支持植物的生长,火星表面覆盖着风化层。这是一种含有高氯酸盐化学物的干燥物质,对人类有害。

况且,尽管的地下湖被发现,火星上的水也主要以冰的形式存在,加之较低的大气压的影响,会使液态水在5℃左右就沸腾。

地球上的植物已经进化了数亿年,已然适应了陆地环境,但它们在火星上并不会长得很好。

这意味着对于火星上的人类来说,大量资源将是稀缺且无价的,正如液态水和能量,因而我们需要通过分配资源的方式以实现高效农业,人为创造植物的生长条件。

让植物适应火星

一个更合理的选择是利用合成生物学来开发专门作用于火星的庄稼。这个艰巨的挑战可以通过建立一个以植物为中心的火星生物车间来处理以及快速追踪。

这样的自动化设备将能够加速生物设计工程和火星模拟条件下的性能测试。

有了足够的资金和积极的国际合作,这样一个先进的设施将可以改善许多所需特性,让农作物于十年内在火星上茁壮成长。

这包括改善光合作用和光保护作用(帮助保护植物免受阳光和紫外线伤害),还有植物的耐旱和耐寒性,以及设计高产功能作物。我们还需要改变微生物的解毒能力,改善火星土壤质量。

这些都是在现代合成生物学能力范围内的挑战。

地球所受的益处

开发火星上人类赖以生存的下一代作物也会为地球上的人们带来很大益处。

不断增长的全球人口加大了对粮食的需求。为了满足这一需求,我们必须提高农业生产率,但我们得在不影响环境的前提下这么做。

实现这些目标的途径是改善已经被广泛使用的庄稼。建立诸如提出的火星生物车间这样的设施,将会为植物研究的周转时间带来巨大效益,这对粮食安全和环境保护有重要意义。

所以到头来,开发火星作物的主要受益者将是地球。

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作者:Briardo Llorente

翻译:蒋静

审校:潘燕婷

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