
到火星上去种草,这话激动人心,也令人生疑。美国宇航局将于2007年发射一个探测器直飞火星,其使命之一就是在那遥远的、贫瘠的地方种植一种名为“拟南芥”的植物。
当然,在火星上种草,是由机器人代劳的。这个机器人将随同着落器降落火星,对火星土壤状况进行数据采样,传给地面科学家分析,然后科学家们控制机器人通过施肥、浇水对火星土壤进行改良,营造出拟南芥能够生存的环境。拟南芥的种子,并非直接播入火星土壤,而是首先在着落器中的微型温室里萌芽,待长成幼苗后再移栽到火星的泥土中。
拟南芥之所以被选为挺进火星的先锋,是因为它有独特的优点。它不但个头矮,最高不过二十多厘米,而且生长周期短,一个月内即可发芽抽叶。更重要的是这种杂草状的十字花科植物基因,在所有植物基因组中率先被完整破译。
这种拟南芥非寻常种类,而是经过了转基因技术改造的。它被插入了一些所谓的“报告基因”,能够发出绿莹莹的光,报告自己在火星上是否生了病,是否遭遇高温、干旱等恶劣天气。科学家根据转基因拟南芥发回的种种报告,采取有效的护理措施,使得它们在火星上更好地生长。
花这么大的气力到火星上去种草,主要是为了实践科学家们提出的“生态合成”理念。具体来说,是想验证能否通过植物来吸纳火星大气层中的二氧化碳,从而制造出生命演进所需要的氧气。
在那昼夜温差悬殊、湿度只有0.03%的火星上,草能种得活吗?科学家们十分乐观,信心十足地说:“我们对此毫不怀疑,我们将证明,地球上进化出的生物,也有能力在那遥远的世界里生存。”一旦转基因拟南芥在火星上扎下根,寂寞宇宙中的这片草,无疑将成为吸引人类登临火星的一种无声的号召。
第一位火星移民——转基因植物
《南方周末》2001 年 6 月 14 日
乔阿光编译。
来自地球上的第一位火星移民也许不是人类,而是植物。美国宇航局打算在2007年发射“侦察员”飞船,把带有水母发光基因的拟南芥送到火星上去(但似乎这艘飞船并未如期发射,因此本文依旧是科幻)。
学会在火星上种植物是人类生存的重要条件。未来的探险者需要氧气、食物和纯净水,这些东西从地球运来太昂贵,但植物能够方便地提供这些物质,并成为生物再生生命保障系统(Bio regenerative Life Support System)的一部分。
要在火星上建这样的保障系统,首先要尝试在火星上建一个特殊的暖房,用火星土壤栽种植物。
美国宇航局的科学家为此打算送一个特殊的登陆器到火星上去。登陆器上的机器人铲起一部分火星土壤,科学家用机器人和摄像机分析土壤成分,然后加上肥料、缓冲液和营养素,使种子在小型暖房里发芽生长。之所以选择拟南芥做试验,是因为它有三个优点:它的株身较矮,可放在较小的暖房里;它的生命周期不长,只有六个星期;它的全部基因组已经破译。基于同样的理由,国际空间站的“独立试验”也用它来研究植物对微重力的反应。
植物没有腿,只能就地适应为它们提供的环境,并对刺激产生反应。
在植物的“传感器”中加入指示物质,科学家就能知道它们是否在为生存进行斗争,是否对火星环境有特殊反应。
为了了解植物在火星上的生长情况,科学家对用作试验的植物设计了两部分基因:探测环境的传感基因和能发光的指示基因。他们把传感基因和指示基因的碎片链接在一起,用一种细菌把新生成的基因送进这种植物里。这些指示基因能反应环境的干燥度、温度和植物是否生病。比如,假如火星土壤有过量的某种重金属,它就会发出白炽的绿光,反之,在过氧环境里,它就会发出蓝光。登陆器上的摄像机会记录下这些辉光,然后把信号转送回地球。
传感基因来自拟南芥,指示基因来自维多利亚发光水母,一种生活在北美太平洋沿岸的普通水母,其生命周期大约为六个月,长5至19厘米,它能沿着钟形边缘发出柔和的绿光。
登陆器上的暖房能容纳20 到30棵植物。科学家打算把它们安置在细小的玻璃容器里,在1到2克火星土壤种植一棵植物。
可以通过光纤,让火星上的日光射入暖房里,并把它们放在加湿增氧的火星大气里。当然最好是直接在火星本土上栽种它们。这才是这个计划的初衷。
作为一项长期计划,科学家打算用植物减少火星上的二氧化碳,增加氧气,以适合人类居住。
火星上的土壤非常像风化的土壤,土壤中没有微生物、蠕虫或其他腐殖质。2016年,研究人员在模拟火星土壤中种植萝卜、番茄、豌豆、韭菜、菠菜和其他作物。它的产量仅低于地球土壤中的产量,其余看起来与正常作物并没有什么不同。更有趣的是,他们用月球模拟的土壤做了同样的实验,发现月球模拟的土壤产生的作物产量只有地球土壤产量的一半左右。但是这些植物还在生长,只有菠菜不能生长。在这个实验中,为了使火星土壤更加肥沃,研究人员向土壤中添加了额外的有机物质,并疏松土壤,让水完全进入植物根部,这样做是为了防止植物停止生长。
火星土壤能种植蔬菜吗?专家说可以,但是种出来的蔬菜并不能吃。真正在火星土壤中种植植物,科学家必须克服火星土壤中的重金属。火星土壤中有许多重金属,还有一种叫做高氯酸钙的物质。高氯酸钙是一种盐,像重金属一样,大量食用后会中毒。然而,这些重金属和高氯酸盐会被种植的植物吸收,当人们食用这些植物时,人体也会吸收这些重金属和高氯酸盐。
但是高氯酸盐并不全是坏处。事实上,它可以帮助人类在火星上生存。火星大气中有少量水蒸气。我们可以利用高氯酸盐的潮解作用吸取空气中的水蒸气,并将其用作液态水的储存。与此同时,高氯酸盐也可以用于一些化学反应来产生氧气,这是维持生命的另一个关键因素。高氯酸盐毒性问题的解决方案实际上非常简单。我们可以用流动的水冲洗掉土壤中的高氯酸盐。
当我们解决了上述问题后,然后再添加一袋肥料。其实在火星上种植庄稼是可行的。然而,这些成功仅仅停留在理论和实验层面,我们无法在现场进行测试。但是随着科学技术的飞速发展,这一天可能会在你的一生中见证。