未雨绸缪应万变

李忠东

“月球方舟”建在月球的熔岩管内。

科学家提出将地球上迄今已知的670万种物种的DNA样本送往月球保存。

“月球方舟”存物种

近日，美国科学家公布了一份研究报告，提出将“月球方舟”作为“现代全球保险策略”。他们建议将地球上迄今已知的670万种物种的DNA样本送往月球保存，以便在地球发生超级火山爆发、全球核战争、小行星撞击、流行病、气候变化加剧、全球太阳风暴和干旱等重大灾难时，能保存地球的基因多样性。

为了保护DNA样本免遭太空辐射、宇宙陨石碰撞和巨大温差变化的危害，“月球方舟”研究报告的作者、亚利桑那大学工程学院的教授杰坎·桑加提议将“方舟”建在月球的熔岩管内。地球上普遍存在的熔岩管是由火山喷出的熔岩形成的，熔岩的外表冷却后形成一个硬壳。随着火山喷发的结束和温度的降低，硬壳内的熔岩消失，形成巨大的地道，也就是熔岩管。这种类似的形成过程也在月球上发生。目前，科学家尚不清楚这种洞穴是如何形成的，据推测，很有可能是由于隕石碰撞、月震、地球引力形成的压力导致的。科学家利用电脑进行模拟研究，以确定拥有不同顶部外形、宽度和厚度的月球熔岩管的稳定性。研究结果表明，宽度5千米以上的月球熔岩管在结构上非常稳定。

科学家设想，首先把微型跳跃和飞行机器人送入月球熔岩管，以收集风化层或松散的岩石和泥土的样本，了解熔岩管的布局、温度和构成，最终指导“方舟”底座的设计。研究人员的设想是在熔岩管的开口安装一个电梯井。电梯井将作为下方低温保存模块的入口和出口，这样，机器人或宇航员就能够像在图书馆借书和还书一样，迁入和迁出样本。

杰坎·桑加指出，只有将这些基因信息储存在太阳系的其他地方，才能确保它们在地球面临任何生存威胁时都能幸存下来。月球之所以是外太空“方舟”理想的栖身之所，主要在于以现有人类飞船的速度，月球离地球只有4天路程。同时，月球上的熔岩管可以确保“方舟”的安全。科学家们表示，整个项目有望在未来30年内完成。不过，他们也指出，整个项目仍面临不少技术难题。其中，最主要的问题是成本昂贵。建造“方舟”和运输670万种物种的DNA样本将花费数千亿美元，并且样本必须要在零下180至零下196摄氏度的极低温度下保存。如此低的温度对开展作业的机器人来说，无疑是巨大的挑战。此外，建造“方舟”的工程量十分浩大。据粗略估算，科学家将生物样本进行低温冷冻处理后，需要通过大约250次火箭发射才能将生物样本运送到月球。相较之下，在近地轨道组装国际空间站的火箭总发射次数仅为40次。

图书馆“落户”月球 

在计划将670万个地球物种的DNA样本储存在月球之前，科学家曾设法运送第一个“月球图书馆”到那儿“安家”。2019年2月21日，美国太空探索公司向月球发射了以色列“创世纪”月球着陆器。“创世纪”月球着陆器重约585千克，直径为2米，高度为1.5米。除了搭载科学仪器以外，它还装载着一个由Arch Mission基金创建的“Arch月球图书馆”。2016年成立于美国加利福尼亚州的Arch Mission基金是一个非营利组织，旨在将人类知识的档案存放在被称为“Arch”的图书馆里送上太空。该项目的灵感来自美国科幻小说家艾萨克·阿西莫夫的著作《基地三部曲》，该作品以银河系为舞台，描绘了人类的生存与发展，讲述了一群学者和艺术家的故事。他们积极行动起来，保护人类的知识财产，避免即将到来的预计将持续数千年的银河系黑暗时代带来的影响。

 “Arch月球图书馆”像一张120毫米厚的DVD光盘，由25张薄镍盘组成，每张只有40微米厚。

“Arch月球图书馆”的数据内容达到200GB。

2018年9月27日，Arch Mission基金、华盛顿大学和微软公司等联合宣布了“Arch月球图书馆”计划，将公众上传的图片、多媒体产品与书籍等电子数据发送到月球上，实现永久保存。据以色列宇航局的科学家介绍，“Arch月球图书馆”如同一张120毫米厚的DVD光盘，由25张薄镍盘组成，每张只有40微米厚，包含了多达3000万页文件。前4张薄镍盘的内容是6万多页图书、图片、插图和文档。第一张薄镍盘包括1500页文本、图像、徽标和其他数据，可以放大100倍进行观看。接下来的3张薄镍盘可在1000倍放大率下观看，里面存储着2万张文字图像和照片，其中包括超过100万个概念的入门书和一本介绍5000种人类语言的语言学指南书籍。还有一份关于英语维基百科和以色列历史的完整数据，附有技术说明、详细访问方式、解码方法以及进一步学习所需要的科学和工程知识说明。如果对“Arch月球图书馆”进行解压，那么数据内容可达到200GB。

2019年4月4日，“创世纪”月球着陆器成功被月球引力捕获，因此以色列成了第7个将探测器送入月球轨道的国家。按原定计划，“创世纪”月球着陆器应于2019年4月12日抵达月球，并在月表名为“澄海”的地点着陆，但由于主发动机故障，“创世纪”月球着陆器功亏一篑，坠毁在月表。Arch Mission基金等有关组织认为，虽然没有按预期的方式着陆，但是“创世纪”月球着陆器携带的“Arch月球图书馆”还是被送上了月球。现在的问题是如何才能找到这个“Arch月球图书馆”。有一位航空航天工程师认为，“创世纪”月球着陆器撞击产生的弹坑足够大，美国宇航局的相关设备可以识别，但要找到如此微小的“图书馆”，还是太困难。为此，以色列已启动“创世纪2号”登月计划，并将在4年内发射该国的第二个月球着陆器，Arch Mission基金的“Arch月球图书馆”计划也将随之继续。

对“创世纪”月球着陆器任务失败一事，Arch Mission基金联合创始人诺瓦·斯皮瓦克表示：“毕竟只有可以长期幸存的储存材质，才能实现‘亿万年流传的目标。我们研发的新技术，以镍的材质让硬盘在成本低廉的情况下仍保有极高的耐受性，可以确保资料不易毁坏。现在的情况是，我们要么已经在月球表面上建立了第一个‘图书馆，要么就是将该‘图书馆的遗址留在了月球，供日后考古用。”或許有人会认为，在月球上建立“图书馆”纯属浪费钱财。其实，此举意义深远，因为灾难性的灭绝事件在地球上曾经发生过，而且很有可能再次发生。

对此，Arch Mission基金雄心勃勃，以保护人类的宝贵知识和生物遗产为光荣使命，计划在太阳系周围建立更多的“太空图书馆”，并增设可流传亿万年的人类文明数据备份。例如，未来的“火星图书馆”将为火星居民提供庞大的数据集，包括来自地球的大量重要的知识和大部分互联网的副本，以备在未来丢失的情况下作为备份。在Arch Mission 基金规划的史诗级项目中，首先是把“太空图书馆”打造成围绕太阳的“知识圈”，最终将所有“太空图书馆”连接起来，把分散的读写数据共享网络整合成“太阳系图书馆”。它将围绕太阳运行数十亿年，把人类的文明和知识传播到太阳系中的每个星球上，甚至跨越太阳系。

北极有个“种子库”

对科学家来说，创建基因库以恢复生物多样性的想法并不新鲜。早在2008年2月，面积约1000平方米的斯瓦尔巴全球种子库就已投入使用，它储存了超过100万个种子样本。它坐落在挪威北极圈内距离极点1000多千米的山体中，由挪威政府于2007年3月开始在北冰洋的斯瓦尔巴群岛建造，并得到联合国粮食及农业组织的支持。它造价不菲，总计耗资900万美元，常年运转费用大约在10万～20万美元。那里地理位置偏僻，气候恶劣，拥有永久冻土地带，不利于人类居住，却能让种子库远离“天灾人祸”，被称为是全球农业的“诺亚方舟”。

在设计“种子库”时，科学家们全面考虑了现在和未来世界上可能发生的各种最坏险情。例如，为防止发生山体崩溃时所造成的任何结构损坏，其混凝土墙厚达1米。再如，将其建在高于海平面130米的位置，即使格陵兰岛上的冰盖和南极洲的冰层完全消融，海平面上升7米，“种子库”也不会被淹没，能持续保持干燥的状态。

各国挑选的合格的种子用特制的三层铝箔袋密封，送到“种子库”后，工程师对每个种子样本进行分类，注明其品种、种源及年龄等所有信息，并转录到一个科学界常搜取资讯的网站。只要输入种子编码，就可以在资料库里找到它们。斯瓦尔巴全球种子库的工作原理和银行的金库差不多，只有储户才能够打开并领取储存的种子。

斯瓦尔巴全球种子库的入口处设计先进，装配有金属反射镜，白天能反射阳光，夜晚则会闪闪发光。从大门进去，是一条120米长的隧道，深入砂岩山里，直通三座长45米、宽4米、高4米的独立种子储藏室，而每个样本保存有约500粒种子。从入口到储藏室，中间配备5道防爆舱门，能够承受里氏6.2级的地震或核攻击。“种子库”始终维持零下18摄氏度的低温，是一座天然的“大冰箱”。 它不受气温变化的影响，适合种子长期储藏，如小麦和大麦能够储存1000年，而高梁则可以保存19000年。

斯瓦尔巴全球种子库所处的地理位置偏僻，气候恶劣，拥有永久冻土地带，远离“天灾人祸”。

工程师对每个种子样本进行分类，注明其品种、种源及年龄等所有信息。

然而，斯瓦尔巴全球种子库并不是地球上唯一的一座种子库，在世界各地还有1700个左右由不同的国家和组织管理运营的“种子银行”。位于我国昆明的中国西南野生生物种质资源库2005年正式开工，2007年建成并投入运行，已成为亚洲最大的野生生物种质资源收集和保藏机构。截至2020年底，保存野生植物种子10601种85046份，植物离体培养材料2093种24100份，DNA材料7324种65456份，微生物菌株2280种22800份和动物种质资源2203种60262份。

既然各国都有自己的“种子银行”，为何又要不厌其烦地把种子送到北极的斯瓦尔巴全球种子库去呢？原来那些分布在各地的“种子银行”并非十分安全，不时为水资源短缺、地震、战争或是其他自然灾害而遭受威胁。例如，菲律宾的国家种子库曾毁于洪水，重建后又因火灾被毁。在阿富汗和伊拉克等战乱地区的种子库损毁严重。也许最能回答这个问题的是叙利亚人，他们是从斯瓦尔巴全球种子库中提取种子的第一个国家。2015年9月，由于内战，该国位于第一大城市阿勒颇的种子库被炸毁，无法提供适合当地种植的耐干旱作物种子。他们只好向斯瓦尔巴全球种子库提出申请，要求取出先前存入那里的325盒、总计11.6万份农作物种子“备份”中的近130盒回国复种。第二年再重新挑选合格的种子，送回斯瓦尔巴全球种子库储存。

斯瓦尔巴全球种子库因为其特殊构造及其所处的地理环境，接纳了来自全球多地国家性、地区性和国际性种子库的种子“备份”，充分体现了它为“世界末日种子库”的价值。或许真正的世界末日距离我们还十分遥远，但可能20年或30年后，全球气候变得异常干燥，洪水泛滥成灾，甚至不少国家战事频发，而能够重启农耕文明、拯救人类的希望就靠冰封在那儿的几百万份作物种子。然而，无论如何，人类都有一个共同的心愿，那就是期待“世界末日种子库”永远没有被启用的一天。