“流浪地球”真的可以有！蓝藻人造叶片系统有望破解人类太空旅行生存难题
▲科研人员正在观察蓝藻的培育状况。
一部科幻电影《流浪地球》的热映，再次引发了人们对太空探索的关注。如何在太空中给太空旅行者提供一个长期、稳定的生命保障系统，这是深空探索的一个重要难题。西北工业大学科研团队新近研发出一种可以向细胞外分泌蔗糖的蓝藻，以此为核心打造的蓝藻人造叶片系统，可在太空中形成自产自足系统，构建类似地球的生态环境，有望为解决人类探索太空时的这一生存难题提供新思路。
蓝藻，是地球上目前已知的唯一能产生氧气的光合自养型微生物，也是地球上最原始的微生物之一，具有极强的生命力。它具有比植物更加高效的光合作用，堪称地球上绿色光合植物的祖先。西工大科研团队研究发现，利用蓝藻比植物更加高效的光合作用和极强的生命力这两大特点，可以在太空极端环境下把二氧化碳和水还原成人类必需的碳水化合物和氧气。
蓝藻人造叶片，给蓝藻提供生长繁衍环境
据该校生态与环境保护研究中心合成生物学实验室王文教授介绍，目前该实验室已初步建立了完备、成熟的各种蓝藻培养体系，已成功实现蓝藻外源DNA转化技术，并建立了蓝藻基因编辑体系，为构建蓝藻人造叶片提供了有力的技术支持。通过对蓝藻基因编辑，他们成功获得了可将细胞生产的蔗糖自动排到细胞外的蓝藻。
实验发现，随着蓝藻的持续培养，野生型蓝藻基本没有变化，而实验组蓝藻却持续向细胞外产出蔗糖，细胞外培养溶液里蔗糖浓度累计能达到1.1G/L以上，就是说，每升培养溶液可以产生1.1克蔗糖，而且这个生产过程是持续不断的。这一研究成果已达到了目前国际上同类工作的最高水平，有望进一步改造完善，大幅度提高产量。
▲实验室的蓝藻培养体系。
▲实验室的蓝藻基因编辑体系。
在此基础上，他们设计了蓝藻人造叶片，即一种以培养蓝藻为核心的类似太阳能板的装置。该装置可保护蓝藻不受太空辐射、极限温度、极度干燥等太空环境的伤害，同时有效利用太空中光照和装置中不断循环的含二氧化碳液体，给蓝藻提供适宜生长繁衍的培养环境。
▲蓝藻人造叶片工作示意图。
王文教授告诉记者，“改造的蓝藻可以不断分泌蔗糖等碳水化合物和氧气，这些能量物质和氧气随循环水流被排到装置外收集起来，成为人类需要的食物等能源物质。”有了碳水化合物，就可改造别的工程菌，生产出氨基酸、维生素、能源、药物、各种化工材料等，同时以人造叶片为核心建立废物处理循环系统，使废水、废气经过蓝藻处理变成可再利用的生活用水和新鲜空气，从而形成一个完全自产自足的系统。
将来借助蓝藻人造叶片，可把火星改造成适宜人类生存的星球
王文表示，地球经亿万年进化才形成了适宜人类生存的环境，要模仿构建类似地球的复杂的自然界生态系统，在小尺度上是难以保持长时间自主循环运行的。但如果把蓝藻大幅度改造，做成人造叶片，可操作性比构建一个生态系统要容易得多。
这种利用合成生物学，以蓝藻为核心底盘开发的能量生产、废物处理、环境改造等多功能人造叶片装置，对中国航天科技和太空探索领域发展有着重大创新意义和实际价值。
▲科研进行中。
▲西北工业大学合成生物学实验室科研团队。
合成生物学实验室的蒿飞博士对未来充满期待：“随着蓝藻人造叶片系统的日趋成熟，将来我们可以在火星表面建立大量的蓝藻人造叶片装置，改造星球表面的大气层，同时利用蓝藻的微生物特性，对火星表面的土壤进行改造，再结合人造叶片装置在星球表面开发出一片能种植农作物的生产基地，最终借助蓝藻人造叶片把火星改造成适宜人类生存的星球。”
“如果将来蓝藻的产糖量可以进一步提高，人类在太空旅行只需背着一个背包大小的装置，就可以维持氧气和食物供应。”蒿飞说，“这种基于蓝藻开发的人造叶片装置，严格意义上不是生态系统，而是可以人为可控的装置，在未来太空探索和太空移民初始阶段具有方便高效的优越性。我们还可以把它装在航天器的太阳能板上，不用占据航天器的内部空间。”
文：报驻陕记者韩 宏
图：西北工业大学供
编辑：韩 宏
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