科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
在太空環(huán)境中，微生物并非“稀客”。此前在國際空間站上，微生物主要作為研究對(duì)象，甚至被視為污染物。然而，隨著科學(xué)家將探索的目光投向國際空間站之外更遼闊無垠的太空，微生物有望在全新的大舞臺(tái)上綻放異彩。
英國《自然》網(wǎng)站近期報(bào)道稱，微生物將在太空生物采礦（尤其是稀土元素的開采）、為宇航員生產(chǎn)食品和藥品、構(gòu)建太空棲息地等諸多領(lǐng)域大顯身手。
“生物制藥”前景可期
科學(xué)家認(rèn)為，微生物將在太空探索領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用：它們不僅能生產(chǎn)宇航員呼吸所需的氧氣，還能制造保障宇航員健康的藥品，甚至在太空中凈化水源，為宇航員提供安全飲水。
美國國家航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心羅斯柴爾德團(tuán)隊(duì)正致力于研究土壤細(xì)菌——枯草芽孢桿菌。這種細(xì)菌能形成持久孢子，具有極強(qiáng)的耐寒能力，已被證實(shí)能在太空旅行的極端環(huán)境中生存下來。研究人員計(jì)劃改造這種細(xì)菌，使其能清除火星水源中天然存在的高氯酸鹽有毒化合物，從而為未來執(zhí)行火星探測(cè)任務(wù)的宇航員提供安全的飲用水。
研究人員還希望，利用這種細(xì)菌來生產(chǎn)藥物。在執(zhí)行長達(dá)3年的火星任務(wù)期間，宇航員可能需要準(zhǔn)備多種藥物，如治療太陽輻射對(duì)骨骼損傷的藥物等。如果能讓微生物在太空中茁壯生長，宇航員就能用它們按需制造藥物，這也為太空生物制藥奠定了基礎(chǔ)。
美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程師改造了一種螺旋藻——鈍頂節(jié)螺藻，來合成止痛藥撲熱息痛（對(duì)乙酰氨基酚）。只需添加兩個(gè)基因，一個(gè)來自細(xì)菌，一個(gè)來自蘑菇，就能讓這種藍(lán)藻將氨基酸酪氨酸轉(zhuǎn)化為撲熱息痛。此外，藍(lán)藻還可利用陽光和火星大氣中的二氧化碳進(jìn)行光合作用，為宇航員制造所需的氧氣。
“生物磚塊”打造棲息地
微生物也能為打造太空棲息地“添磚加瓦”。
羅斯柴爾德團(tuán)隊(duì)正積極探索利用真菌建造“真菌建筑”。真菌能將木屑或營養(yǎng)水凝膠等原料轉(zhuǎn)化為長長的菌絲體。這種材料不僅具有阻擋輻射、隔絕噪音、耐火等多重優(yōu)勢(shì)，而且外觀更加溫馨舒適，比鋼筋水泥建筑更有家的感覺。
研究人員暢想，未來或許能將預(yù)先填滿真菌及培養(yǎng)基的充氣建筑模塊送上太空。屆時(shí)，宇航員只需簡單添加水和氧氣，真菌就能迅速“開工”，建造出理想的房屋。
印度科學(xué)研究所的工程師們正在考慮利用細(xì)菌建造磚塊?；鹦呛驮虑蛲寥乐腥狈︷ね粒y以將表面的巖石和沙子粘連在一起，而巴氏芽孢桿菌或許能在這方面“大顯身手”。
巴氏芽孢桿菌常見于污水和土壤中，能將土壤中的尿素轉(zhuǎn)化為碳酸根離子。工程師們已在地球上利用這種細(xì)菌修復(fù)土壤，通過讓其與碳酸鹽和鈣離子結(jié)合，生產(chǎn)出石灰石，進(jìn)而制造出“生物水泥”。
研究團(tuán)隊(duì)嘗試將這種微生物和鈣鹽與模擬的月球或火星風(fēng)化層混合。短短5天后，這種細(xì)菌就“制造”出了磚塊。隨后，他們又在磚塊中添加了瓜爾膠——一種廣泛用于紡織品和化妝品中的黏合劑和增稠劑，得到了更堅(jiān)固耐用的“太空磚塊”。
“生物采礦”大有可為
細(xì)菌還有望在太空采礦中扮演重要角色?？茖W(xué)家已經(jīng)利用微生物從地球礦石中成功提取出銅、金等金屬。
在此基礎(chǔ)上，荷蘭海洋能源中心研究團(tuán)隊(duì)利用希瓦氏菌這種生活在土壤和深海中的微生物，從模擬的月球和火星風(fēng)化層（地面以下的疏松層）中，提取出了鐵。
當(dāng)微生物將模擬風(fēng)化層中的鐵提取出來后，團(tuán)隊(duì)用磁鐵將其收集起來，送入3D打印機(jī)，打印出一種圓柱體。研究團(tuán)隊(duì)表示，這些經(jīng)過微生物處理的圓柱體的強(qiáng)度，是未經(jīng)微生物處理的圓柱體強(qiáng)度的4倍。這或許因?yàn)槲⑸镩_采的材料不僅鐵含量更高，且硅含量更低。
愛丁堡大學(xué)英國天體生物學(xué)中心則在積極探索利用微生物在太空巖石中浸出稀土元素的潛力。稀土元素在手機(jī)、電腦屏幕以及其他高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
早在2019年，該中心就啟動(dòng)了“生物巖石”項(xiàng)目。他們?cè)趪H空間站開展了一系列實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了3種細(xì)菌在微重力和模擬火星重力條件下，從巖石中浸出稀土元素的潛力。結(jié)果顯示，經(jīng)過3周培養(yǎng)，名為鞘氨醇單胞菌的土壤細(xì)菌就成功從玄武巖（在月球和火星表面比較常見）中提取出了稀土元素。這項(xiàng)研究展示了細(xì)菌助力從月球或火星地表提取重要金屬的光明前景。
研究人員表示，相關(guān)實(shí)驗(yàn)為在整個(gè)太陽系開展“生物增強(qiáng)采礦”研究，以及驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)的可行性提供了有力支撐。
