很久以前，一個稱為藍藻的頑強微生物家族幫助把無生命的地球改造成一個活躍的生物圈。今天，同樣的生物也許也是殖民火星的關鍵。
植物在這顆紅色星球充滿敵意的表面上會活得很艱難，但藍藻應對極端環境已有億萬年。NASA艾姆斯研究所天體生物學家Cyprien Verseux主導的一篇論文認為，我們可以利用這些微小的光合機器生產我們生存所需的許多資源，從食物和氧氣到金屬和藥物。下面是藍藻能幫助我們建立火星殖民地的所有方式。
提煉元素
在科幻小說中，我們看到在經過地球化的火星天空下收割田野裡的小麥，在氣候受控的棲息所裡種植成排的土豆。但在現實中，在火星上種植任何植物都將是一個挑戰，因為火星土壤缺乏一些關鍵成分。
火星。Image Credit: Wikimedia
首先，火星沒有多少氮。植物需要很多這種物質，並且需要兩種形式之一的氮：氨NH3，或硝酸鹽NO3。火星上絕大多數氮都作為氮氣封印在大氣中，但就我們所知，其土壤是相當貧氮的。(好奇號火星車在過去的三月份首次在火星上嗅探到一絲對生物有用的氮。)
這恰好也是地球上的情況，但我們有一個解決辦法：微生物。藍藻屬於一組多樣化的固氮細菌之一，它們運用專門的酶抓獲空氣中的氮氣轉化成氨。在地球上，固氮細菌共生在植物根部，向寄主提供養分以換取糖。Verseux和同事們認為我們同樣可以利用藍藻從火星大氣提取我們需要的所有氮肥。
除了氮之外，還有一個植物和人類要保持健康所需的其它養分細目清單——磷、鎂、鉀、鈣、鋅、鐵等。這些元素大部分都可以在覆蓋火星表面的玄武岩中找到，而藍藻可以幫助我們提取它們。某些種類能分泌消化礦物質、釋放營養成分的酶。事實上，可能正是這種代謝能力幫助古代藍藻殖民了地球的荒蕪表面。
藍藻是久經考驗的養分採礦工，但也許我們可以把它推進得比已經進化的更遠。只要一丟丟基因調整，我們也許能把藍藻工程化為能從岩石中提取各種有用金屬。我們已經在地球上的銅和金採礦作業中利用微生物，而小行星採礦公司“深空實業”正忙於設計能咀嚼太空岩石拉出白金的細菌。星巴克
火星大淘金熱將不會是操鶴嘴鋤的拓荒者，而是拿轉基因細菌的科學家。
填飽我們的肚子
如果火星定居者們要從地球帶去所有食物，就會給旅行成本增加巨大的重量、火箭燃料、和金錢。要使火星殖民地可持續，我們需要在火星上種植的食物，但它不一定是植物。
嗯，細菌。Image Credit: Shutterstock
當然，太空生菜今年在國際空間站上火了，但是在火星，讓殖民者們吃綠色微生物則更靠譜。火星只接收到相當於地球44%的陽光，所以我們需要作物儘可能地節能。研究表明，藍藻是比植物更好的太陽能收集器，把更多比例的入射光子轉換為卡路里。更重要的是，通過在環境控制的生物反應器裡培養細菌，我們可以把它們的生長優化到綠葉植物根本不可能實現的程度。
如果午飯吃微生物聽起來有點奇怪，請記住，在你們地球上藍藻已經是一種很受歡迎的補品。聽說過螺旋藻嗎？這種在健康食品店和時髦果汁吧裡很火的藍綠色粉末是屬於節旋藻屬的一種藍藻。節旋藻蛋白質含量很高，而且是一個近乎完全的營養來源，僅缺乏維生素C和某些必要油脂。再次地，利用一點轉基因，我們也許能夠完善節旋藻的營養成分——以及口味。南瓜香料螺旋藻吧可能就是我們勇敢的火星殖民者們所需要的家的感覺。
給我們呼吸空氣
稀薄的火星大氣實際上是無氧的：0.13% O2，相比地球的21%。顯然，這不是很理想。
一種火星上的基於藍藻的生物性生命支持系統的藝術渲染。mage Credit: Verseux et al. 2015
光合作用——把陽光變成糖的驚奇生化途徑——也產生氧氣作為副產品。而且你猜怎麼著？通過比植物更高效地捕獲和轉換太陽能，藍藻最終也產生更多的氧廢棄物。“藍藻是非常有效的氧氣生產者，” Verseux和同事們寫道，“每公頃樹木每年釋放約2.5~11噸氧氣，而在加利福尼亞東南部露天池塘裡工業培養的節旋藻物種每公頃每年釋放約16.8噸氧氣。”研究者們指出，在一個為溫度、養分流動率、細胞密度和光照優化的反應器系統中， 氧氣生產能大幅增加。
Verseux和同事們設想收集O2並引導它進入我們的生命支持系統，同時滌去我們呼出的CO2並反饋回生物反應器。在火星上，生生不息將由流量閥驅動。
給我們的漫遊車加油
即使你自己不想早餐、午餐和晚餐都吃細菌，你可以把它們餵給你的漫遊車。記得那些藍藻用來把空氣變成肥料的固氮酶吧？當週圍沒有足夠的氮時，這些酶會發生混淆，並抓取氫轉換成氫氣——也被稱為火箭燃料。還不清楚藍藻是否能夠被誘導生產出有用數量的氫，但它肯定是一個值得探索的問題。
好奇號漫遊車。Image Credit: NASA
除了火箭燃料之外，藍細菌還生產可以收集和提煉成生物燃料的多種油脂。事實上，基於藻類的生物燃料是如此高效，能源部認為，藻類可以驅動現在使用柴油的任何機器。即使我們不想直接燃燒藍藻，我們也可以用它們作為酵母的原料，生產另一種流行的生物燃料——乙醇。無論如何，看來去水手谷和奧林匹克山的第一次遠征將會以細菌為動力。
哦，在火星上燃燒燃料最好的部分？那裡冷的蛋疼，根本不用擔心溫室氣體排放。都燒了吧。
其他一切！
如果我們想長期呆在火星上的話，我們的思考需要超越基本生命支持。最終，人類定居者們需要各種各樣的合成材料、補給和藥物。微生物會是答案嗎？對地球上生物技術產業的快速一瞥表明它可能是。
我們已經往大腸桿菌裡塞進了生產從化妝品成分到抗生素和抗癌藥物的一切所需基因。同樣地，一些研究者們認為我們可以利用藍藻在火星上生產各種有用的產品，包括藥物、生物塑料和建材。“藍藻從火星資源中生產有機材料的能力，加上我們在代謝工程上不斷增長的能力，可以考慮從執行基本生命支持功能到生產舒適性產品的很多其它大範圍應用，”Verseux和同事們寫道。有研究人員們承認在這方面仍然有很多基礎科學要做，但如果有一件事情是明確的，就是我們的藍綠色微生物朋友有遠遠超過作為奶昔補充物的潛力。
我們還是會帶上植物們！
我知道你現在在想什麼。藻吧？一直吃到死？太空堡壘卡拉狄加上這些可憐的貨們太悲催了吧？
電影《太陽浩劫》中的太空花園。
是的，但是記住，這些人也在被嗜血的賽隆人趕得滿銀河跑。更為關鍵的是：從藍藻得到大部分營養和生命支持並不意味著我們就要拉下植物。一次次地，科學已經宣告了種植綠葉植物的心理益處，就算只為這個原因，把植物帶去火星也是很重要的。植物可能只會為火星生活貢獻一小部分卡路里，但如果它們能防止我們勇敢的定居者們發瘋，就是值得的。
把第一隻人類放上火星會是一個重要里程碑，但是維持他們存活可能是我們面臨過的最大技術挑戰之一。在地球上的幾十億年裡，藍藻已證明自己是資源提煉專家、地球化改造者，而且最重要的是，倖存者。也許是時候給它們一個配得上它們技能的挑戰了。
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