想移民去火星？藻類或是最佳開路先鋒！

仰望星空，人們在欣賞和感嘆宇宙的浩瀚無垠與深邃神秘之時，時常思考著茫茫深處是否如地球般存在著智慧生命體？

近日，一則火星發現液態水湖的科學新聞刷爆科技圈（圖1）。一時間，“火星有可能存在生命”、“火星移民不是夢”等說法成為社會熱點。

圖1 火星發現液態水湖（圖片來源於網絡）

水是生命之源。火星液態水湖的存在暗示它可能擁有外星生命。但外星生命長什麼樣？這主要取決於外星球的環境。就火星而言，其輻射強烈、缺氧低壓、溫度鉅變、荒涼多沙，這些環境特點與早期地球陸地最為接近（圖2），而早期地球（25億年前）只存在一些極端環境微生物。其中一類極端微生物——藻類，在海洋中大量繁殖，利用光合作用吸收CO₂，放出O₂, 經過漫長過程，終於將地球大氣的氧氣含量從接近於零逐漸提高到1%以上，為高等的地球生命（如真菌、植物和動物等）的進化提供了必需的物質條件（圖3）。

圖2 當前火星與早期地球環境比較（圖片來源於網絡）

圖3 藻類出現提高早期地球大氣的氧含量並促進了高等生物進化（圖片來源於網絡）

表1 火星大氣與地球大氣成分及氣壓比較

根據火星表面目前的大氣等環境條件（表1），不大可能支撐高等的生命形式，因此可以推斷，火星生命即使存在也可能是一些極端環境微生物，而極端環境藍藻可能是候選生物之一（圖4）。在當前地球上，也有與火星環境條件最為接近的區域，那就是距地面20-100公里的臨近空間。目前中國科學院正在研究臨近空間可能存在的生物類群，對於理解火星生命可能的形式具有借鑑意義。

圖4 極端藻類擬甲色球藻（Chroococcidiopsis sp.）

有關火星移民問題，除了開發先進的運載火箭外，最關鍵的是要為移民者提供穩定的生命保障系統。短期的載人航天只需通過攜帶所需的食物、氧氣等物質就夠了，但超過50天的長期載人航天攜帶物質就很不划算，必須依賴再生式生命保障系統（圖5）。

圖5. 宇航員太空飛行所需物質的供給方式（直接運輸與再生系統）與飛行時間的關係（引自Jones & Kliss. ASR 2010）

藻類在構建再生式生命保障系統中優勢顯著：

同樣是進行光合作用，固定CO₂，釋放O₂，為1名宇航員提供氧氣需種植13-15㎡的高等植物，而只需培養1m³的藻類即可獲得同樣當量的氧氣，極大地節約空間。

藻類生物質乾重中有50%以上的蛋白質，還有不飽和脂肪酸和藻多糖等成分，營養豐富。

藻類可以處理含氮磷的廢水，實現物質循環。

藻類培養可以與魚類等水產養殖結合起來，為宇航員提供其它方法極難獲得的動物性蛋白。

因此利用藻類作為生產者構建水生生物單元一直是高效生命保障系統的優良設計方案之一。

地球移民到達火星後，長期生存必須依賴火星基地。除了再生式生命保障系統外，要想持續發展, 還需要開發利用火星當地資源，可以預期，藻類可以起到重要的先鋒作用。與地球相比，火星磁場強度低、大氣稀薄缺少臭氧層，宇宙輻射嚴重，在火星表面建設基地必須有嚴格的輻射防護措施（圖6），或者直接選擇在地下建設基地。

圖6 火星基地設計圖（圖片來源於網絡）

由於火星氣壓只有地球大氣壓的0.7%，因此基地也應該是封閉系統。其能源可通過光能電池收集太陽光來供給，水的來源可以利用火星兩極的冰或液態水，對生命系統而言缺少的是構建有機體所需的大量C、N和P元素。如何找到火星基地所需的C、N元素？答案就在火星大氣。比較火星大氣和地球大氣成分，就會發現，火星大氣中含有較為豐富的C、N元素（表1）。目前比較可行的方法是通過機器壓縮火星大氣至接近地球大氣壓，再利用藻類和植物等光合作用生物把火星大氣中的CO

圖7 固定N₂的藻類

有了藻類合成的有機物和氧氣，一些具備解磷、解鉀等功能的細菌才可以發揮作用，把更多生命活動必需元素從堅硬的火星岩石中釋放出來，使得基地的物質更加充足。另外還有一些特殊的藻類在未來火星基地可能有更大的作用：譬如一種從以色列內蓋夫沙漠分離的藍藻

在地球的地質演化史上，毫不起眼的藻類曾扮演了重要的角色。正是由於藻類的作用才使得地球由荒涼走向了繁榮，變成了人類舒適的家園。未來在人類走向火星甚至更遠星球的“諾亞方舟”中，一定會帶上藻類這樣的開路先鋒！

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