一克微生物可培育出27克食物,科學家在一個系統中將類火星塵埃和二氧化碳轉化為肥料、燃料和可食用植物。
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想象一下登陸火星后,你能種植自己的午餐——不是用來自地球的補給,而是利用火星上已有的塵埃、空氣和微生物。這個想法長久以來聽起來像科幻小說,主要是因為火星缺少一個關鍵要素:肥沃的土壤。其多塵的表面含有礦物質,但缺乏植物生長所需的有機養分。
現在,德國的研究人員找到了一個巧妙的解決方案,將類似火星的塵埃和頑強的微生物轉化為一個有效的肥料系統,用以培育可食用植物。這是朝著實現火星任務自給自足邁出的一小步,但卻是強有力的一步。
研究人員在論文中指出,他們的"研究推動了原位肥料生產技術的發展,以實現火星上的可持續作物種植"。
從太空塵埃到活性生物質
該系統的核心是藍藻,通常被稱為藍綠藻。這些微生物足夠頑強,能在極端環境中生存。更重要的是,它們可以利用火星大氣中豐富的二氧化碳來生長,同時產生氧氣,并從富含礦物質的塵埃中提取養分。
為了演示這個想法的可行性,研究人員使用一種名為MGS-1的風化層模擬物來重現火星條件,該物質模仿了火星土壤的構成。他們利用這種人工塵埃和二氧化碳來培養藍藻,讓微生物僅使用火星上實際可能存在的資源來積累生物質。
一旦培育出足夠多的藍藻,下一個挑戰就是將其轉化為植物可以利用的物質。研究團隊通過厭氧發酵實現了這一目標——在這個過程中,微生物在沒有氧氣的條件下分解有機物,并在系統中釋放養分。
他們仔細優化了這一步。預先加熱生物質有助于其更快分解,并將系統維持在約35攝氏度,取得了最佳效果。研究人員還計算了藍藻生物量與銨鹽產出之間的恰當平衡,確保最終產物含有足量的這種關鍵養分供植物生長。
由此產生的肥料隨后在浮萍上進行了測試。浮萍是一種生長迅速的水生植物,富含蛋白質,在世界某些地區已被作為食物。結果令人印象深刻:僅需一克干燥的藍藻,就能產生足夠的養分,培育出27克新鮮的可食用植物物質。
研究作者補充道:"盡管面臨挑戰,但發酵產物使浮萍獲得了高達每克藍藻干重27克濕重的生物量產量,展示了其作為水培肥料的潛力。"
此外,作為額外收獲,發酵過程還產生了甲烷——一種富含能量的氣體,可以被捕獲并用作燃料,為該系統增添了另一層實用性。
地外生存的藍圖
這項研究指向了一個未來,宇航員對地球的依賴可能大大減少。通過結合微生物、當地塵埃和簡單的生物過程,或許有可能在火星上建立起能夠生產食物、氧氣甚至能源的閉環系統。
首席研究員、不來梅大學的博士生蒂亞戈·拉馬略表示:"你可以想象在火星上有一個完全依靠本地資源運行的菜園——無需從地球帶來土壤、肥料或水。這種自給自足對于使未來的火星定居點盡可能可持續至關重要。"
然而,這項工作尚未完成。這些實驗是在受控的地球條件下進行的,并非在火星嚴酷的現實中——那里的輻射、低重力和極端溫度都可能影響該系統。
接下來,研究人員的目標是將該系統與其他生命維持技術進行測試和整合,朝著完全自給自足的棲息地更進一步。如果成功,同樣的方法也可用于地球上的可持續農業——尤其是在土壤質量較差的地區。
該研究已發表于《化學工程期刊》。
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