曾经让地球焕发生机的它们,异日能在火星拓荒吗?
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曾经让地球焕发生机的它们,异日能在火星拓荒吗?

来源:http://www.818l3.cn 作者:馆陶送徽计算机公司 时间:2020-07-04 点击: 108

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现在,以SpaceX创起人Elon Musk为代外的有识之士把现在光投向地球的邻居火星。火星行为太阳系内除地球之外最正当居住的走星,当然是侨民的始要考虑对象。Elon Musk致力于让人类成为跨走星物栽,让人类雅致在地球之外得到“备份”。图1中展现的就是 Elon Musk构想的火星城市蓝图。

下面,吾们将开启这份星球备份计划,望望火星将被如何开荒建设的吧~

图1。 Elon Musk构想的火星城市(来源:SpaceX)图1。 Elon Musk构想的火星城市(来源:SpaceX)

火星上现在有什么?

现在的火星基本上是一个严寒的红色荒漠。自20世纪60年代以来,人类向火星发射了超过40枚空间探测器,进走了详细的科学探测。火星外貌温度-140 ℃到 30℃,平均-60 ℃。火星大气成分为95%的二氧化碳,3%的氮气,1.6%氩气,0.13% 氧气和0.03% 水蒸气等,常有沙尘暴发生。火星大气层专门稀薄,仅相等于地球大气层的0.7%,加上异国完善的磁场,火星只能招架片面的太阳辐射和宇宙射线。火星外貌异国安详的液态水,只有间休起伏的液态盐水,但风化层中含有雄厚的水分;在火星两极存在大量的水冰,在火星冰盖之下还发现一个直径20公里的冰下湖。火星风化层含有雄厚的二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化镁以及氧化钙等矿物质。

即使技术的提高能够使人类在异日几十年内到达火星,考虑到从地球到火星极其腾贵的运送费用,竖立人类定居点所需的物资将只有极少片面能从地球运送,而绝大片面要始末就地取材来解决。除了火星自带buff,运送什么往火星性价比最高呢?

火星开荒,蓝细菌“请战”

生物编制能够有效地行使各栽当然资源,但是大无数植物和微生物无法直接行使火星现有的资源,从地球运送物资来维持它们的滋长代谢将极大地局限成本收好和可赓续性。

蓝细菌别名蓝藻,是地球进化过程中较早展现的光能自养微生物,在35亿年前地球从无氧转折为有氧环境的过程中发挥了主要的作用。据估算蓝细菌贡献了地球上氧气年产量的30% 。蓝细菌不光能进走光配相符用,还具有固氮和氢代谢等功能,这意味着蓝细菌是幼批几栽能够进走众途径转换太阳能的生物,并能够周详参与碳、氢、氧、氮四大元素循环,在物质循环和能量代谢中扮演偏主要的角色。蓝细菌具有极强的环境适宜能力,在包括极地、盐湖、荒漠等极端条件下普及存在。在火星上蓝细菌能获得滋长所需的阳光、水和二氧化碳,火星风化层中含有蓝细菌滋长所需的各栽营养元素。蓝细菌能够直接用于氧气、食品,燃料、药品和原料的生产。

综上所述,蓝细菌能够行为“火星拓荒者”足够行使火星资源从而为火星侨民进程开辟道路,使火星成为人类异日的第二个家园。

 图2。 基于蓝细菌的火星生命维持编制(图片来源:International Journal of Astrobiology, 15, 65-92。) 图2。 基于蓝细菌的火星生命维持编制(图片来源:International Journal of Astrobiology, 15, 65-92。)

氧气

氧气对人类生存是必不能少的,断氧后人只能存活2到3分钟。现在在各栽航天器中主要是始末电解水来实现供氧。原由火星的大气层专门稀薄,而且氧气只占火星大气的0.13%,火星的氧分压只相等于地球的1/20000。行使火星现有的资源生产氧气能够考虑采用物理化学形式处理风化层冻土和水冰得到液态水再始末电解水制氧气,或者始末物理化学形式解离二氧化碳得到氧气。

蓝细菌能够行使太阳能始末光配相符用光解水生成氧气,这为始末物理化学形式制备氧气挑供了有效补充和坦然备份。相比物理化学形式,蓝细菌光相符放氧装配能耗更矮,也易于搭建。蓝细菌光相符放氧的效果要远高于植物,而且在光相符逆答器中始末优化教育温度、补料速率、细胞浓度和光照强度能够进一步挑高蓝细菌光相符放氧的效果。图3中展现的就是德国斯图加特大学与德国航空航天中央和空中客车说相符开发的可整相符到生命维持编制的光相符生物逆答器。据报道采用20升的光相符生物逆答器就能够已足一个成年人镇日的需氧量。氧气是光配相符用的副产物,许众蓝细菌是可食用的,所以产生氧气所需的资源可同时用于食品的生产。

 图3。 可整相符到生命维持编制的光相符生物逆答器。左侧特出片面为光相符生物逆答器,右侧为生命维持编制(图片来源:2018年国际环境编制会议论文) 图3。 可整相符到生命维持编制的光相符生物逆答器。左侧特出片面为光相符生物逆答器,常见问题右侧为生命维持编制(图片来源:2018年国际环境编制会议论文)

食品

食品对人类的生存来说也是必不能少的,蓝细菌能够在行使火星资源生产食品方面大显身手。螺旋藻(Spirulina)、发菜(发状念珠藻,Nostoc flagelliforme)、地木耳(清淡念珠藻,Nostoc commune)和葛仙米(拟球状念珠藻,Nostoc sphaeroides )都是传统的可食用蓝细菌。

螺旋藻营养雄厚,含有蛋白质、脂肪酸、维生素、色素以及矿物质,蛋白质含量可达干重的50-70%,活着界各地都有普及教育及用作膳食补充剂。发菜富含蛋白质和钙、铁等矿物质,耐严寒、干旱,抗辐射的能力很强,普及分布于世界各地的沙漠和贫饔土壤中。地木耳富含蛋白质和维生素,耐严寒、干旱,普及分布于世界各地,可滋长在岩石及砂土上,在地球的南极仍能生存。考虑到人们的饮食民风和口味,蓝细菌还能够经过浅易加工后添加到其他食品中。经过遗传改造的蓝细菌还能够相符成和排泄蔗糖、葡萄糖和果糖等碳水化相符物。

火星距离地球比来时约有5500万公里,从地球到火星要飞走100-300天。发菜与地木耳经过足够干燥脱水后可在航天器中永远保存,降矮有效载荷的质量和体积。干燥过的发菜与地木耳遇水后苏醒,又能够重重滋长。发菜及地木耳都属于念珠藻,具有固氮能力,能够固定火星大气层中的氮气为风化层挑供当然氮胖。蓝细菌还能够行使太阳能和火星上的水份,接收风化层中的磷、硫、镁、铁等各栽营养元素,固定火星大气中的二氧化碳和氮气,生成可供异养微生物和植物行使的各栽底物。

 图4。 发菜(发状念珠藻,Nostoc flagelliforme)形式及滋长环境(图片来源:光语生物科技) 图4。 发菜(发状念珠藻,Nostoc flagelliforme)形式及滋长环境(图片来源:光语生物科技)图5。 地木耳(清淡念珠藻,Nostoc commune)形式及滋长环境 (图片来源:光语生物科技及algaeBASE)图5。 地木耳(清淡念珠藻,Nostoc commune)形式及滋长环境 (图片来源:光语生物科技及algaeBASE)

地球上与火星相通的荒漠地区也存在着栽类雄厚的蓝细菌。具鞘微鞘藻等蓝细菌能在荒漠地区厉酷(干旱、强辐射、温度强烈变化以及高盐碱)的环境下滋长滋生,始末排泄胞外众糖和施加死板奴役力形成生物结皮,用于防沙治沙,促进荒漠地区的生态修复。相通的策略也能够行使到火星。

燃料

液态氢能够行为航天推进剂,但考虑到综相符性能,液态甲烷是更具上风的推进剂。氢气与二氧化碳在高温、高压条件下发生Sabatier逆答可生成甲烷和水。火星大气层中有雄厚的二氧化碳,二氧化碳分压为地球的17.6倍。氢气能够始末电解水得到,蓝细菌也能够产生氢气,相比电解水制氢能够隐晦降矮能耗。蓝细菌主要始末固氮酶和氢化酶产氢。具有固氮能力的念珠藻和鱼腥藻在产氢方面有肯定的上风。脂肪烃是汽油、柴油和煤油等液体燃料的主要成分,而脂肪烃的生物相符成在蓝细菌中普及存在。

原料

蓝细菌在营养欠缺的条件下可相符成聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate, PHB)等聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoates, PHA),行为细胞内的能量和碳源储藏物质。PHA被认为是最有前途的生物塑料之一。它们的死板性能与聚丙烯相通,能够在相通的条件下加工,PHA的主要益处之一是生物可降解性。在火星上PHA等生物聚相符物可被用作3D打印的原料。

其他行使

蓝细菌还能够相符成类菌孢素氨基酸(Mycosporine-Like Amino Acids,MAAs)、藻蓝蛋白等抗辐射、抗氧化的化相符物,以及对乙酰氨基酚(acetaminophen)等药物。行为“跨界幼能手”,蓝细菌还可用于人类运动产生的有机废物和废水的回收行使。始末相符成生物学等办法对蓝细菌进走改造,将有助于它们完善火星拓荒者的光荣使命。

火星侨民计划憧憬您的参与

人类对火星的晓畅是一个赓续深入的过程。吾国计划在2020年实走“天问一号”火星探测义务,将一步完善绕、落、巡三步,这将是世界上始次追求火星即完善柔着陆的义务。不过,侨民火星是一个漫长而且足够挑衅的过程,从设想变为现实还有很长的一段路要走。曾经让地球焕发生机的蓝细菌,异日能在火星成功拓荒吗?吾们憧憬着您的真知灼见。



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