为火星“定制”的生物技术——蓝藻培养系统学术资讯

A：生物反应器Atmos（火星有机系统大气测试器）。

B：Atoms中的一个容器。

C：设计示意图。

美国国家航空航天局（NASA）计划在本世纪30年代初向火星发射人类探测器。但是，如何从火星采集宇航员所需的氧气、水、食物等消耗品？这是一个难题。近日，来自德国不来梅大学的科学家们在《微生物学前沿》杂志上发表论文称，他们首次证明了蓝藻（Anabaena cyanobacteria）能在低压大气下，利用火星的气体、水和其他营养物质生长。这一发现为开发可持续的生命支持系统奠定了基础。

所有蓝藻都能通过光合作用产生氧气，有些蓝藻还可以将大气中的氮固定为营养物质，因此，它一直被认为是太空任务中支撑生命的候选生物。但由于火星大气压不到地球的1%（难以支撑液态水的存在），氮气的分压也不足以维持蓝藻的新陈代谢，蓝藻很难在火星大气环境中直接生长。因此，科学家们只好寄希望于找到能使蓝藻有效生长的类似火星大气的大气条件。

为此，德国不来梅大学应用空间技术和微重力中心（ZARM）的天体生物学家Cyprien Verseux博士等人开发了一种叫做Atmos（火星有机系统大气测试器）的生物反应器。在这种反应器中，蓝藻可以在低压的人工大气中生长。其营养输入都来自火星本身：大气中的氮气和二氧化碳、可从火星冰中开采的水，以及来自“风化层”的营养物质（风化层是覆盖在类地行星和卫星上的尘埃，火星风化层富含磷、硫和钙等营养物质）。

Atmos有9个由玻璃和钢制成的1L容器，每一个都经过消毒、加热，并配备有压力控制、数字监控和搅拌系统。研究人员选择了一种叫做Anabaena sp. PCC 7938的固氮蓝藻。初步测试表明，这种蓝藻特别擅于利用火星资源，也能够帮助培育其他微生物。

研究人员首先在100百帕压力（比地球上低十倍）、96%氮气和4%二氧化碳的大气环境中培养蓝藻，然后又引入中佛罗里达大学开发的火星模拟物（风化层替代物）将环境改良，并再次观察了蓝藻的生长情况。结果表明，蓝藻在两种条件下都能良好生长。这实属重大成果，因为风化层在火星很普遍。“我们想利用火星上的营养资源，也只能利用这些，”Verseux说。

随后，研究人员证实：可以从这些蓝藻中提取糖、氨基酸和其他营养物质，为其他细菌提供食物，进而通过生物技术生产一些食品和药品。因此，他们得出结论：固氮、产氧的蓝藻可以在可控的低压条件下，只利用“火星物质”作为碳和氮的来源有效生长，并喂养其他微生物。

不过，研究人员也强调，相关课题仍需进行进一步研究。Verseux 指出：“生物反应器Atmos只是为了在地球测试可用条件，并不是直接在火星使用的培养系统。但这些结果将指导火星培养系统的设计。”

科界原创

编译：花花

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《微生物学前沿》

期刊编号：1664-302X

原文链接：

https://phys.org/news/2021-02-biotech-red-planet-method-cyanobacteria.html