科技日報記者 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上綻放異彩。
英國《自然》網(wǎng)站近期報道稱，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隊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，具有極強的耐寒能力，已被證實能在太空旅行的極端環(huán)境中生存下來。研究人員計劃改造這種細(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)行火星探測任務(wù)的宇航員提供安全的飲用水。
螺旋藻藍(lán)藻已被用于生產(chǎn)止痛藥。圖片來源：《自然》網(wǎng)站
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（對乙酰氨基酚）。只需添加兩個基因，一個來自細(xì)菌，一個來自蘑菇，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”。
羅斯柴爾德團隊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，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，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。
使用菌絲體、花園廢料和木屑生產(chǎn)的磚塊。圖片來源：NASA官網(wǎng)
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，進而制造出“生物水泥”。
研究團隊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隊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，團隊用磁鐵將其收集起來，送入3D打印機，打印出一種圓柱體。研究團隊表示，這些經(jīng)過微生物處理的圓柱體的強度，是未經(jīng)微生物處理的圓柱體強度的4倍。這或許因為微生物開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、電腦屏幕以及其他高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
歐洲宇航員正在國際空間站上安裝“生物巖石”項目的實驗裝置。圖片來源：歐洲空間局
早在2019年，該中心就啟動了“生物巖石”項目。他們在國際空間站開展了一系列實驗，評估了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)實驗為在整個太陽系開展“生物增強采礦”研究，以及驗證相關(guān)技術(shù)的可行性提供了有力支撐。