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在火星上种菜,“Moss”来帮忙

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-08-20 12:44

主要观点总结

文章讨论了火星作为人类外星殖民地的潜力与困难,尤其是环境极端性和缺乏生命所需的养料问题。科学家们梦想在火星上种植地球作物,提出了一种名为“火星环境地球化”的方法,其中一种先锋物种——曲尾苔藓被认为是最有可能实现这一目标的候选者。苔藓能够在极端环境中生存,并展现出强大的抗压能力。研究人员在实验室中测试了苔藓的生存能力,发现它能够在模拟的火星环境下存活并恢复生长。然而,要在火星上建立类地球环境仍需克服许多技术和科学难题,如资源限制、道德考量等。

关键观点总结

关键观点1: 火星作为人类外星殖民地的潜力与挑战

火星环境恶劣,缺乏生命所需的养料,但通过寻求能在火星严酷环境下存活的先锋物种,如曲尾苔藓,科学家梦想在火星上种植地球作物。

关键观点2: 曲尾苔藓的生存能力与特性

曲尾苔藓能在地球上最极端的环境中生存,并在实验室的模拟火星环境下展现出强大的抗压能力,是“火星环境地球化”的候选者之一。

关键观点3: 在火星上建立类地球环境的技术和科学难题

要在火星上建立类地球环境,需要克服资源限制、道德考量等难题。如寻找能在火星环境下生长的植物只是其中之一,还需要解决许多技术和科学问题。


正文



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火星可能是最有希望建立人类外星殖民地的星球。 但是,火星的缺点也显而易见。首先,火星主要由岩石沙漠构成,饱受致命辐射的侵袭,温度条件恶劣。且迄今为止,科学家们似乎还没有在火星上发现任何能被探测得到的生命,也未发现任何生命所赖以生存的养料。

由谢里·哈格伍德(Sheri Hagwood)拍摄/来自维基共享资源。

尽管火星环境恶劣,但并没有让科学家们停止努力的脚步。 科学家们梦想能寻求某种新的方法,在火星这颗红色星球上种植地球作物。 其中,一个颇有争议的方法是——找出某类能在火星严酷的土壤环境和气候条件下存活的先锋物种,先由这些物种打头阵,在火星上创造出类似地球的环境,从而为其他生命打下生存基础——这也被称为“ 火星环境地球化 ”。

“人类殖民火星和月球后, 在星球上获得的资源将会极为有限 。包括能源、物理空间、水、营养在内的一切资源都将受限。”巴西航天局(AEB)的研究科学家、天体生物学家丽贝卡·贡萨尔维斯(Rebeca Gonçalves)解释道。

事实证明,墙藓具有堪比漫画上那些超级英雄的抗压能力。

《创新》(The Innovation)杂质发表的一项新研究表明——最有可能担当“火星环境地球化”大任的候选者,是一种在世界上许多干旱地区占主导地位的 苔藓 ,该苔藓广泛分布于中国古尔班通古特沙漠、腾格里沙漠、美国莫哈韦沙漠以及西藏、中东和南极洲山区。这种苔藓被称为曲尾苔藓(学名:Syntrichia caninervis), 能够在地球上最极端的环境中生存 ,而这些环境对于大多数生物来说都是致命的。

以中国西北部的古尔班通古特沙漠为例—— 那里是世界上苔藓分布最集中的地区之一 。沙漠温度从零下40摄氏度到零上65摄氏度不等,相对湿度低至1.4%。(相比之下,加利福尼亚州棕榈泉沙漠地区的平均相对湿度在28%到48%之间。)

参与这项新研究的文章作者们想要 测试苔藓在与火星类似环境下的生存能力 。于是,他们在实验室中对苔藓进行了各项压力测试。首先, 他们将一些苔藓样本烘干至失水98%的状态,一些用伽马射线照射 。这种辐射能在一小时内杀死人类,或是对大多数植物造成严重损害。一些样本放入零下80摄氏度的冷冻机内保存五年,一些样本放入零下196摄氏度的液氮储存罐中保存15至30天,最后, 他们把这些样本置于模拟的火星环境中,这种环境结合了上述多种极端条件,以及火星稀薄大气中极低的氧气浓度


超级苔藓:曲尾苔藓的诸多结构特征能够使其适应极端环境。例如,重叠的叶子和白色硬毛能够保护其免受烈日照射,保持水分。图片由约翰·盖姆(John Game)拍摄/来自维基共享资源。

事实证明, 曲尾苔藓具有堪比漫画中超级英雄的抗压能力 。在野外,当苔藓失水98%时,就会完全变黑,在实验室中亦是如此。但是, 仅在给苔藓重新补水两秒钟后,苔藓就恢复了绿色,并迅速恢复了光合作用能力 。同样,把苔藓从冷冻机或液氮储存罐取出一段时间后,苔藓就能够迅速恢复,生长速度接近未冷冻处理的对照组。 辐射水平若是远高于能在一小时内杀死人类的水平,实际上会促进植物的生长 。但是,当辐射达到某个阈值(即一小时内能杀死人类的辐射剂量的8至16倍)时,辐射对植物的影响便会弊大于利。

该文章的作者认为,研究表明, 曲尾苔藓可能是“火星环境地球化”改造的最佳候选者之一 。研究人员表示,苔藓有助于产生氧气、封存碳,并提高土壤肥力,有助于推动地球上常见的大气、地质和生态进程。毕竟,苔藓覆盖层是生物土壤结皮形成的最早期阶段,是首批定居地球的生物之一。(与藻类和地衣结皮相比,苔藓结皮所含的生物量更大,更擅长固定碳,保持沙漠土壤中的水分,从而有助于稳固土壤。)

也许,人类真的需要一种超级植物来将火星变成地球的逃生通道, 让火星变成一颗适合人类、动植物生存的宜居星球 。当然,我们无法预测的是,人类的干预行为在火星或其他星球上会触发何种意想不到的结果。“这个问题富有哲学意义。许多人都在思考,如何在保护火星环境的同时,采取道德的手段移民火星。”贡萨尔维斯如是说。她最近在《纽约科学院纪事》(PLOS One)期刊上发表了自己的一项研究,探讨了利用“间作”这一古老农业技术在火星上种植食物的潜在益处。

作者: Tom Metcalfe

翻译:边颖

校:小聪

原文链接: The Moss That Could Terraform Mars

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