一克微生物可培育出27克食物，科學家在一個系統(tǒng)中將類火星塵埃和二氧化碳轉(zhuǎn)化為肥料、燃料和可食用植物。

想象一下登陸火星后，你能種植自己的午餐——不是用來自地球的補給，而是利用火星上已有的塵埃、空氣和微生物。這個想法長久以來聽起來像科幻小說，主要是因為火星缺少一個關(guān)鍵要素：肥沃的土壤。其多塵的表面含有礦物質(zhì)，但缺乏植物生長所需的有機養(yǎng)分。

現(xiàn)在，德國的研究人員找到了一個巧妙的解決方案，將類似火星的塵埃和頑強的微生物轉(zhuǎn)化為一個有效的肥料系統(tǒng)，用以培育可食用植物。這是朝著實現(xiàn)火星任務(wù)自給自足邁出的一小步，但卻是強有力的一步。

研究人員在論文中指出，他們的"研究推動了原位肥料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，以實現(xiàn)火星上的可持續(xù)作物種植"。

從太空塵埃到活性生物質(zhì)

該系統(tǒng)的核心是藍藻，通常被稱為藍綠藻。這些微生物足夠頑強，能在極端環(huán)境中生存。更重要的是，它們可以利用火星大氣中豐富的二氧化碳來生長，同時產(chǎn)生氧氣，并從富含礦物質(zhì)的塵埃中提取養(yǎng)分。

為了演示這個想法的可行性，研究人員使用一種名為MGS-1的風化層模擬物來重現(xiàn)火星條件，該物質(zhì)模仿了火星土壤的構(gòu)成。他們利用這種人工塵埃和二氧化碳來培養(yǎng)藍藻，讓微生物僅使用火星上實際可能存在的資源來積累生物質(zhì)。

一旦培育出足夠多的藍藻，下一個挑戰(zhàn)就是將其轉(zhuǎn)化為植物可以利用的物質(zhì)。研究團隊通過厭氧發(fā)酵實現(xiàn)了這一目標——在這個過程中，微生物在沒有氧氣的條件下分解有機物，并在系統(tǒng)中釋放養(yǎng)分。

他們仔細優(yōu)化了這一步。預先加熱生物質(zhì)有助于其更快分解，并將系統(tǒng)維持在約35攝氏度，取得了最佳效果。研究人員還計算了藍藻生物量與銨鹽產(chǎn)出之間的恰當平衡，確保最終產(chǎn)物含有足量的這種關(guān)鍵養(yǎng)分供植物生長。

由此產(chǎn)生的肥料隨后在浮萍上進行了測試。浮萍是一種生長迅速的水生植物，富含蛋白質(zhì)，在世界某些地區(qū)已被作為食物。結(jié)果令人印象深刻：僅需一克干燥的藍藻，就能產(chǎn)生足夠的養(yǎng)分，培育出27克新鮮的可食用植物物質(zhì)。

研究作者補充道："盡管面臨挑戰(zhàn)，但發(fā)酵產(chǎn)物使浮萍獲得了高達每克藍藻干重27克濕重的生物量產(chǎn)量，展示了其作為水培肥料的潛力。"

此外，作為額外收獲，發(fā)酵過程還產(chǎn)生了甲烷——一種富含能量的氣體，可以被捕獲并用作燃料，為該系統(tǒng)增添了另一層實用性。

地外生存的藍圖

這項研究指向了一個未來，宇航員對地球的依賴可能大大減少。通過結(jié)合微生物、當?shù)貕m埃和簡單的生物過程，或許有可能在火星上建立起能夠生產(chǎn)食物、氧氣甚至能源的閉環(huán)系統(tǒng)。

首席研究員、不來梅大學的博士生蒂亞戈·拉馬略表示："你可以想象在火星上有一個完全依靠本地資源運行的菜園——無需從地球帶來土壤、肥料或水。這種自給自足對于使未來的火星定居點盡可能可持續(xù)至關(guān)重要。"

然而，這項工作尚未完成。這些實驗是在受控的地球條件下進行的，并非在火星嚴酷的現(xiàn)實中——那里的輻射、低重力和極端溫度都可能影響該系統(tǒng)。

接下來，研究人員的目標是將該系統(tǒng)與其他生命維持技術(shù)進行測試和整合，朝著完全自給自足的棲息地更進一步。如果成功，同樣的方法也可用于地球上的可持續(xù)農(nóng)業(yè)——尤其是在土壤質(zhì)量較差的地區(qū)。

該研究已發(fā)表于《化學工程期刊》。

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