移民火星得靠它

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“仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。”人类对于太空有着无限的好奇心。闪烁的星辰上是否也有生命？人类能否在新的星球上生活？随着好奇，我们开启了探索新生存空间的时代。

“荧惑”不惑

火星是运行轨道离地球最近的行星，其表面鲜红如萤火，让人捉摸不透，因此，在中国古代被称为“荧惑”。在西方，这颗神秘的星球也因其表面的红色，被冠以战神马尔斯（Mars）之名。

直到19世纪末，望远镜首次观测到了火星表面，人们才发现，这颗星球看似热闹的红色表面只是氧化铁构成的尘埃，而在这层鲜红之下是荒芜一片。低温、低气压、高辐射、高二氧化碳的环境下，没有发现生命存在的迹象。

随着人类火星探测的逐步深入，我们发现这颗星球是太阳系中与地球最相似的行星：有着昼夜和四季；有类似地球的固态岩石表面；有较厚的大气层；有过水，也可能有过生命；有着如同地球早期的沉寂寒冷的形态，未来也可能孕育出生命。

现如今，神秘的“荧惑”已不再让人困惑，并成为人类星际移民的首选目标。

火星探索

在开启火星移民之旅前，我们需要更好地了解火星的可居住性。

欧洲空间局（ESA）开发了名为Expose 的天体生物学实验平台，安装在国际空间站外，用于研究生物化学样品在模拟的火星环境下能否生存。

在前期的实验中，研究人员发现，暴露在模拟火星环境下的微生物极少可以存活。为了进一步研究微生物在什么情况下能够在火星上维持生命力，Expose 在2014年的第三次任务中进行了生物学和火星实验，以测量生物膜在火星条件下的稳定性。

46种微生物被放置在Expose 平台上，经历了18个月的模拟火星环境生存后，运返至地球进行分析。在这次实验中，多数微生物群落都被火星环境破坏，但其中一种能够生产细菌纤维素的木醋杆菌，存活了下来。研究人员发现，它之所以能够在火星环境下维持生命力，完全归功于一个好帮手——细菌纤维素。

细菌纤维素的火星之旅

在Expose 实验中，研究人员将干燥的细菌纤维素送到国际空间站，在那里经受18个月模拟火星环境的测试后运回地球，和留在地球上的同批干燥纤维素同时用制作康普茶的方式进行再次培养。

结果发现，一直在地球上的干燥纤维素被激活后，7天长出了新的纤维素；火星旅行回来的干燥纤维素，在60天后也长出了新的纤维素。

在进行基因组比对后发现：虽然干燥纤维素中的微生物群落受到了火星环境的破坏，但进行纤维素生产的木醋杆菌在太空旅行回来后依然存活，即使在火星的环境下也仍旧具有合成纤维素的能力。

纤维素是细菌的航天服

细菌纤维素由以醋酸杆菌科为代表的细菌发酵代谢生成，是一种不溶于水的胞外多糖，由独特的细密三维纤维网构成，是细菌自我保护的产物。被送上太空的细菌纤维素是木醋杆菌（属醋酸杆菌科）在康普茶发酵过程中产生的纤维素薄膜。

研究结果表明，这层细菌纤维素膜可能是细菌在太空旅行后仍然有生产能力的原因，木醋杆菌给自己织了一件抵御地外环境的“航天服”。

为什么这层既有平面结构又有疏水结构的纤维素，可以成为细菌的外部物理屏障？细菌纤维素能够优化细菌内的氧气浓度，促进有氧固氮；保护细菌本身免受环境压力，如紫外线辐射；可以产生耐受酸性条件、代谢乙醇和有机酸的能力；还可以通过抑制污染物的代谢物扩散，使细菌内部免受其他微生物的入侵，以保护细菌，支持细菌内部稳定运作。

这层木醋杆菌给自己编织的“航天服”让它在18个月的太空旅行后，仍然能够生长出新的细菌纤维素。

火星移民的重要一员

细菌纤维素对太空环境强大的耐受性，展现出未来助力人类进行太空探索的可能性。我们已经开始对细菌纤维素在太空中的应用场景有了畅想。

1. 生物废弃物管理：在外星建立居住区时，需要处理大量废弃物。细菌纤维素由纯纤维素构成，是一种完全可降解的材料。在太空中使用细菌纤维素制造包装、衣物等生活用品，可以减少太空中的垃圾堆积，提供可持续的太空生活。

细菌纤维素培养过程中的副产品也可以加以利用。例如，制造衣服的纤维素皮层残留物可作动物饲料，酸味康普茶饮料可转化为醋、香膏、消毒剂。

2. 植物生长基质：细菌纤维素作为发酵产物，还可以用作植物生长基质的一部分。细菌纤维素可以与其他材料混合使用，例如火山岩、矽土和其他可用的地球材料，可以制造出一种类似于土壤的生长基质，提供适当的营养和水分，促进植物生长。

3.太空服材料：航天服是保护航天员在太空行走时免受极端条件影响的重要设备。细菌纤维素可以用作航天服的一部分，例如衬里或面料。

细菌纤维素的高抗张和抗辐射能力，可以为航天员提供额外的保护。纤维素的网状结构，作为服装可以吸收气味，还可以紧凑折叠、减小体积，同时易于清洗。与生物的高相容性，也让细菌纤维素与人体皮肤直接接触时不会产生过敏反应，它的高持水性还能缓解太空环境造成的皮肤干燥。

相较于目前的金属材料航天服，将细菌纤维素与其他材料进行复合制成的航天服，处理和回收更方便也更环保。

4. 建筑材料：细菌纤维素还能与其他材料混合，制成一种结实、耐用、有隔热性的建筑材料，例如砖、板材和绝缘材料，可以在火星上使用。

5. 太空药品的制备和包装：在太空环境中，药品可能受到辐射、高温、低温和高真空等极端条件的影响，需要一种有较高稳定性的包裝材料来保护药品的质量和功效。

细菌纤维素具有高强度、低毒性等特点，能够有效保护药品，延长药品的保质期。未来，细菌纤维素还可以用于制备药品的载体或缓释剂，通过改变结构和物理性质来控制药品的释放速度和作用时间，提高治疗效果的同时，还能用于研究太空医学中的抗生素耐药性。

6. 太空运输中的包装材料：在太空环境中，传统的塑料包装会因为辐射等因素失效，而细菌纤维素对太空环境的耐受性可以避免这种问题。

细菌纤维素的网状结构带来良好的气体渗透性和透明度，可以用于制作高透明度和高透气性的太空包装材料，以及太空运输中的食品和水处理。细菌纤维素的超强吸水能力，可以用于太空中的水分处理和回收。

7. 太空电池：细菌纤维素具有良好的导电性和光学性能，可以用于太空电池和光伏电池等能源存储器件的制作。

在过去的一个世纪里，我们逐渐了解火星这颗遥远的邻星。在不远的未来，人类在这颗红色星球上是否会有新的生活？细菌纤维素正在帮助我们搭建一条走向火星的轨道。

本文转自微信公众号“as 科学艺术研究中心”