火星都發現水了，離開啟農業還遠嗎？「火星救援」中的橋段能實現嗎？

大概十年前，載人火星探索任務的準備工作就已處在進行時。如果我們在這顆紅色星球建造永久性殖民地，我們如何解決吃飯問題？由於發射和補給任務的巨大成本，從地球向火星運送物資顯然不切實際。換句話說，火星殖民者需要進行高效且可持續的農業生產，真正做到自己動手，豐衣足食。

如果想殖民火星，我們必須具備在火星上種莊稼的能力

如果人類想殖民火星，必須克服一系列嚴峻挑戰，其中就包括確保穩定的糧食供應。由於發射成本太高，從地球運送物資顯然不切實際。要想在火星上建造永久性殖民地，人類需要擺脫對貨運發射的依賴，具備在火星上進行農業生產的能力。

最近，科學家在火星上發現了液態水。這不僅提高了在火星上發現生命的可能性，同時也意味著我們可以利用火星上的水資源種植各種作物。不過，火星農業生產不僅僅需要水，同時還要滿足其它條件。

革新性水培植物種植艙——月球溫室原型，在設計上旨在讓月球或火星上的宇航員獲得穩定的蔬菜供應。除了提供食物，這個溫室還能幫助凈化空氣、水循環利用和廢物回收

從水培溫室到合成生物學

此前進行的研究表明，可以將微生物作為火星宇航員的一個食物來源。除此之外的另一個選擇是，利用水培溫室和可控環境系統種植各種作物，與正在國際空間站上測試的系統類似。在7月刊登於《Genes》雜誌的一篇論文中，科學家將目光聚焦先進的合成生物學技術，可利用這項技術提高火星農業生產的效率。

長5.5米，直徑2.2米的月球溫室原型，座落於亞利桑那州大學的可控環境農業中心

合成生物學是一個快速發展的領域，結合了工程學、DNA科學、計算機科學以及其它很多學科的技術，旨在賦予生物體新機能或者改進原有機能。現在，我們不僅能夠讀取DNA，同時還能設計和測試生物學系統，甚至對整個生物進行工程學改造。

以酵母為例，酵母是一種任勞任怨的工業微生物，科學家正對酵母的整個基因組進行工程學改造。合成生物學技術發展迅速，精準的基因工程和自動化已可以用於被稱之為「生物鑄造廠」的全自動設施。生物鑄造廠能夠測試數以百萬計的DNA設計，幫助科學家找到擁有所需特性的生物。

2008年，「鳳凰」號著陸器在火星北極土壤中發現高氯酸鹽

火星終究不是地球

雖然在所有臨近行星中火星與地球的相似度最高，但兩顆星球在很多方面存在差異。火星的引力大約是地球的三分之一，光照量只有地球的一半左右，但有害紫外線和宇宙射線的數量遠高於地球。火星地表平均溫度在零下60攝氏度左右，稀薄的大氣層主要由二氧化碳構成。

地球上的土壤比較濕潤，同時含有大量幫助植物生長的營養物和微生物。火星地表則被風化層覆蓋，不僅乾燥貧瘠，同時還含有對人體有毒的高氯酸鹽。雖然最近發現了地下湖，但火星上的水主要以水冰的形態存在。由於氣壓較低，火星液態水的沸點只有5攝氏度左右。

地球上的植物經歷了數億年的演化，早已適應地球環境。我們很難將它們移植到環境惡劣的火星。對於火星殖民者來說，任何資源都是寶貴的稀缺資源，無論是液態水還是能源都要進行合理分配，以提高農業生產的效率。此外，我們還要培育適合火星環境的作物。

2016年12月2日，國際空間站，第50遠征隊指揮官謝恩·金布羅正在採摘生菜。照片中的種植系統能夠為宇航員提供可口、安全並且營養豐富的新鮮蔬菜

培育適合火星的植物

為了實現火星農業生產夢，一種更為合理的選擇是利用合成生物學技術培育適於火星環境的作物。我們可以建造一座專攻植物的火星生物鑄造廠，迎接和戰勝這項令人畏懼的挑戰。這種自動化設施能夠加快生物學設計的工程學改造，並在模擬火星環境下測試它們的表現。

藉助充足的資金和積極的國際合作，這種先進設施能夠在十年內改進火星作物茁壯成長所需具備的大量特性，包括改進光合作用和光損傷防護（幫助作物抵禦陽光和紫外線），提高抗旱和耐低溫能力，同時提高產量。此外，我們還需要對微生物進行工程學改造，去除火星土壤的毒素同時提高土壤品質。所有這些挑戰都可以利用現代合成生物學技術加以攻克。

在國際空間站上栽種的京水菜

培育適於在火星上生長的作物，不僅能夠維繫火星殖民地的正常運轉，同時也能讓地球上的人類受益。隨著全球人口增長，對糧食的需求不斷增加。為了滿足這種需求，我們必須提高農業生產效率，同時又不能以破壞環境為代價。

最理想的做法就是對地球上廣泛種植的作物進行工程學改造。火星生物鑄造廠這樣的設施能夠為人類社會做出巨大貢獻，在確保糧食安全的同時保護脆弱的地球環境。這種自動化設施看似為了載人火星探索任務打造，但地球上的我們才是最大受益者。

來源：https://www.sciencealert.com

翻譯：牛樹軍

責編：Velvet

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