曾經(jīng)，火星表面有水流淌。海浪拍打著岸邊，海風(fēng)呼嘯，大雨從厚厚的云層中傾瀉而下。除一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別外，它與40億年前的地球非常相似——火星的體積?；鹦堑闹睆街挥械厍虻囊话?，而正是這個(gè)差異導(dǎo)致了一系列問(wèn)題。

火星的核心冷卻得很快，導(dǎo)致其失去了磁場(chǎng)保護(hù)。沒(méi)有了磁場(chǎng)，火星的大氣層被太陽(yáng)風(fēng)吹走。失去了保護(hù)層，火星也無(wú)法抵擋太陽(yáng)的紫外線(xiàn)，保住熱量。海洋逐漸蒸發(fā)，剩下的水分被地表下層吸收，只在兩極留下了一些冰凍的水。持續(xù)的輻射加上全球性的塵暴引發(fā)的靜電反應(yīng)，使得火星的土壤發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)，最終讓它富含一種叫做高氯酸鹽的有毒物質(zhì)。如果火星上曾經(jīng)長(zhǎng)出過(guò)一片草地，那已經(jīng)是很久以前的事了。

但這些日子能否重新開(kāi)始？要在火星上種植作物、為未來(lái)的宇航員提供食物，究竟需要什么？在科幻小說(shuō)里，這似乎不是什么大問(wèn)題。2015年電影《火星救援》中的馬特·達(dá)蒙，只需要建一個(gè)溫室，把人類(lèi)的排泄物鋪在土壤上，加點(diǎn)水，等著作物長(zhǎng)出來(lái)。電影在某些方面是對(duì)的——人類(lèi)體內(nèi)的細(xì)菌確實(shí)會(huì)起作用——但它忽視了高氯酸鹽的問(wèn)題。實(shí)際上，那些土豆根本無(wú)法生長(zhǎng)，即便它們僥幸長(zhǎng)出來(lái)了，吃上兩年受高氯酸鹽污染的土豆也足以讓他的甲狀腺失靈、腎臟受損、細(xì)胞受傷——盡管他可能不會(huì)立即察覺(jué)，因?yàn)楦呗人猁}還具有神經(jīng)毒性。這原本可以成為馬特·達(dá)蒙最經(jīng)典的“死亡場(chǎng)景”。

在安迪·威爾寫(xiě)作這部小說(shuō)時(shí)，人們對(duì)火星上高氯酸鹽的分布和豐度了解得并不多。雖然美國(guó)國(guó)家航空航天局的鳳凰號(hào)探測(cè)器早在2008年就發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽，但后續(xù)的探測(cè)器任務(wù)和歷史數(shù)據(jù)的積累才證實(shí)，這種化學(xué)物質(zhì)不但遍布火星，而且數(shù)量驚人。整體來(lái)看，火星表面的高氯酸鹽含量約為0.5%（按重量計(jì)）。相比之下，地球上的濃度通常只是火星的百萬(wàn)分之一。

這對(duì)美國(guó)國(guó)家航空航天局說(shuō)是一個(gè)巨大的難題。阿耳忒彌斯計(jì)劃的最終目標(biāo)是讓宇航員登上火星。在過(guò)去10年里，美國(guó)國(guó)家航空航天局一直在推動(dòng)一個(gè)長(zhǎng)期計(jì)劃，旨在實(shí)現(xiàn)人類(lèi)在火星上建立“地球獨(dú)立”的居住地。更加雄心勃勃的是，雖然聽(tīng)起來(lái)不太現(xiàn)實(shí)，但SpaceX的首席執(zhí)行官馬斯克曾表示，他希望未來(lái)20年內(nèi)能有一百萬(wàn)人在火星上定居。

任何關(guān)于火星獨(dú)立生存的設(shè)想，都意味著必須解決高氯酸鹽問(wèn)題，因?yàn)槿祟?lèi)必須要吃東西。補(bǔ)給任務(wù)本質(zhì)上依賴(lài)地球，而水培技術(shù)不足以養(yǎng)活大規(guī)模的人群。

“我們可以用水培系統(tǒng)輕松養(yǎng)活10～20個(gè)人，但規(guī)模再擴(kuò)大就很困難了?！泵绹?guó)溫斯頓-塞勒姆大學(xué)的植物壓力生理學(xué)副教授拉斐爾·洛雷羅說(shuō)。水培系統(tǒng)必須在地球上建造，而且需要能耗高的泵和持續(xù)監(jiān)控以防止細(xì)菌和真菌感染?！耙坏┫到y(tǒng)被感染，你的整個(gè)作物就全毀了，因?yàn)樗且粋€(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，”他說(shuō)，“你不得不丟掉一切并重新開(kāi)始?！?/p>

洛雷羅認(rèn)為，唯一可行的未來(lái)之路就是耕作火星的土地：“高氯酸鹽問(wèn)題是我們最終必須解決的難題。”

火星上并沒(méi)有土壤，只有覆蓋在星球表面的有毒塵土層——也就是由松散的巖石、沙子和塵土組成的表層。在地球上，這些塵土混合著數(shù)十億年來(lái)分解的有機(jī)生物質(zhì)，形成了土壤，但在火星上，這些有機(jī)物根本不存在。要在火星上種植食物，我們不能僅僅把種子撒在地上然后加點(diǎn)水。我們需要?jiǎng)?chuàng)造出一層能夠維持生命的土壤。而要做到這一點(diǎn)，首先必須清除那些有毒的高氯酸鹽。

清除高氯酸鹽的方法有不止一種。你可以通過(guò)燃燒來(lái)分解高氯酸鹽，它們?cè)诩s400攝氏度時(shí)會(huì)分解，但為此你可能需要核反應(yīng)堆等能源以及大量輔助設(shè)備。你也可以用水來(lái)沖洗高氯酸鹽，但洛雷羅解釋說(shuō)：“你需要的水量非常巨大，而水在火星上是極為有限的資源。”這種方法同樣需要大量能量投入，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這不可行。理想的解決方案并不依賴(lài)于重型機(jī)械，而是依賴(lài)于一些微小的東西——事實(shí)上，微小到肉眼看不見(jiàn)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)正在資助研究，探索未來(lái)的火星宇航員如何利用微生物不僅能從火星土壤中去除高氯酸鹽，還能將火星的塵土層改造成適合耕種的土壤。這項(xiàng)工作基于多年來(lái)在地球上不同地區(qū)進(jìn)行的類(lèi)似研究，如果成功，不僅能改善火星上的農(nóng)業(yè)，還能為地球和火星的農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)雙重收益。

“如果我們能夠在火星的塵土層中成功種植植物，那么我們就能在地球上的任何地方做到這一點(diǎn)?！?/p>

把火星農(nóng)業(yè)視作遙遠(yuǎn)的未來(lái)科幻問(wèn)題似乎很容易，但科學(xué)家們必須在火箭發(fā)射之前解決這些問(wèn)題，而不是等到人類(lèi)已經(jīng)踏上征途之后。正如美國(guó)國(guó)家航空航天局的許多研究一樣，解決“太空上的”問(wèn)題，往往對(duì)“地球上的”生活也有直接的影響。簡(jiǎn)而言之，我們從火星學(xué)到的東西，可能幫助我們?cè)诘厍蛏习巡幻刈兂筛火埖霓r(nóng)業(yè)區(qū)。在地球上，高氯酸鹽的自然濃度在沙漠地區(qū)最高，而在其他地區(qū)，高濃度的高氯酸鹽通常源于工業(yè)廢料。這些毒素對(duì)地球上的植物的危害和對(duì)未來(lái)火星作物的威脅一樣嚴(yán)重。這意味著，不僅僅是美國(guó)國(guó)家航空航天局對(duì)治理高氯酸鹽感興趣，美國(guó)農(nóng)業(yè)部也在資助這類(lèi)研究。

“如果我能夠在一個(gè)完全陌生的環(huán)境中種植植物，那么我開(kāi)發(fā)的技術(shù)就可以百分之百地應(yīng)用于地球上那些面臨糧食短缺的地區(qū)?？梢詰?yīng)用于極度干旱、無(wú)法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的地方，也可以應(yīng)用于被采礦公司污染了土壤的地區(qū)?！甭謇琢_說(shuō)，“如果我們能夠在火星的塵土層中種植植物，那么我們就能在地球上的任何地方做到這一點(diǎn)?！?/p>

思維轉(zhuǎn)向微觀(guān)

美國(guó)亞利桑那大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室看起來(lái)像是美國(guó)每個(gè)生物課堂的放大版：長(zhǎng)長(zhǎng)的黑色實(shí)驗(yàn)臺(tái)、各種顯微鏡和試管架。然而，當(dāng)你仔細(xì)觀(guān)察時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的顯微鏡更為高級(jí)，還有氣相色譜儀和有機(jī)碳分析儀等高科技儀器。

地球的土壤濕潤(rùn)而富有生命力，因板塊運(yùn)動(dòng)、微生物活動(dòng)和巖石循環(huán)的影響，其礦物成分非常多樣化。但只要看看火星，你就能感受到其中的巨大差異：這個(gè)小行星球的核心在大部分鐵沉降到中心之前就冷卻了。因此，火星的塵土層富含富鐵礦物，并隨著時(shí)間的推移發(fā)生氧化，火星的表面實(shí)際上已經(jīng)銹蝕。沒(méi)有水的參與，火星主要通過(guò)風(fēng)和溫度引發(fā)的機(jī)械風(fēng)化發(fā)生變化；沒(méi)有生命，它的土壤完全是無(wú)機(jī)物質(zhì)。

盡管如此，亞利桑那大學(xué)微生物學(xué)家安卡·德?tīng)柤佣嗪退耐聜円呀?jīng)找到了一條可能的解決方案，可以解決高氯酸鹽問(wèn)題并使火星的塵土層變得可耕種。

高氯酸鹽是一類(lèi)由帶負(fù)電的氯和氧離子與帶正電的離子（如鈉）結(jié)合形成的鹽類(lèi)。（還有一種叫做高氯酸的物質(zhì)，包含相同的帶負(fù)電離子。）在地球上，高氯酸鹽的豐富程度通常與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)。事實(shí)上，美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期對(duì)含氯化合物的狂熱不僅限于高氯酸鹽，還廣泛使用有機(jī)氯溶劑，從干洗、金屬脫脂到衣物染料和醫(yī)藥領(lǐng)域都有涉及。

整個(gè)工業(yè)界曾經(jīng)對(duì)廢棄物的管理采取了“自由放任”的態(tài)度，導(dǎo)致了美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)地下水的污染。德?tīng)柤佣嗾f(shuō)：“在《清潔水法案》以及1970年代的相關(guān)立法禁止使用某些化學(xué)物質(zhì)之后，我們才發(fā)現(xiàn)污染的嚴(yán)重性?！币恍┧廴臼秋@而易見(jiàn)的，比如俄亥俄州的凱霍加河曾經(jīng)經(jīng)常自燃起火。但其他污染則隱藏得很深。紐約州尼亞加拉瀑布市的LoveCanal社區(qū)居民曾報(bào)告該地區(qū)白血病標(biāo)志物和出生缺陷的比例異常高，而直到后來(lái)人們才意識(shí)到，1940年代被倒入一條運(yùn)河的兩萬(wàn)噸化學(xué)物質(zhì)可能是罪魁禍?zhǔn)住?/p>

然而，僅停止將有毒化學(xué)物質(zhì)倒入水道和垃圾填埋場(chǎng)并不夠?？茖W(xué)家們還必須找到替代方案——比如迪士尼在2004年開(kāi)發(fā)了一種消除了高氯酸鹽排放的煙花發(fā)射器——同時(shí)，他們還需要找到清理現(xiàn)有污染的方法。對(duì)于高氯酸鹽，可以通過(guò)化學(xué)手段清除。雨水和人工灌溉可以將這些化合物沖走，但這只會(huì)把問(wèn)題轉(zhuǎn)移到地下水中。另一種方法是種植像柳樹(shù)和胡楊這樣的木本植物，它們能從土壤中吸收高氯酸鹽，隨后可以通過(guò)收割這些植物將其從污染循環(huán)中移除。

此外，還有一種生物解決方案是利用微生物將有毒化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。這一概念的典型代表是一種叫做D.mccartyi的細(xì)菌，它以有機(jī)氯溶劑為食，并排出脫氯乙烯（這是一種無(wú)毒的簡(jiǎn)單碳?xì)浠衔铮┖蜔o(wú)害的氯離子，這些離子在自然環(huán)境中本就存在。德?tīng)柤佣嘣诓┦科陂g曾研究這種細(xì)菌，當(dāng)時(shí)她的興趣完全是針對(duì)地球環(huán)境的。然而，盡管這種方法非常有效，但并非完美。它在自然環(huán)境中發(fā)揮作用的速度極慢。

“我們當(dāng)時(shí)處理污染的時(shí)間跨度是幾個(gè)月到幾十年?！钡?tīng)柤佣嗾f(shuō)。她的研究試圖以更高密度培養(yǎng)D.mccartyi，以提高處理速度，加快美國(guó)廢棄污染場(chǎng)地的治理速度。她的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于亞利桑那州、新澤西州和加利福尼亞州的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。

德?tīng)柤佣嗟膶?shí)驗(yàn)室采用了開(kāi)放式布局。她說(shuō)，自2004年生物設(shè)計(jì)研究所成立以來(lái)，理念一直是將通常不會(huì)互動(dòng)的研究人員聚集在同一個(gè)物理空間內(nèi)。因此，研究廢水、污泥和土壤的微生物學(xué)家們與研究DNA折紙技術(shù)的科學(xué)家們相鄰而居。

從清理地球的有毒廢棄物到讓火星表面適合耕作的研究突破始于2017年，就在德?tīng)柤佣嚅_(kāi)始她新工作的前一個(gè)月。她當(dāng)時(shí)讀了一篇關(guān)于火星的文章，隨意查閱了迄今為止在火星上檢測(cè)到的化學(xué)元素。“我喜歡微生物，我想看看火星是否能滿(mǎn)足它們的營(yíng)養(yǎng)需求?！彼f(shuō)，“我有點(diǎn)科幻迷的傾向。”

在參加一場(chǎng)大學(xué)組織的研究員討論會(huì)時(shí)，她決定大膽提出自己的想法：“我對(duì)研究微生物能否在火星條件下生長(zhǎng)很感興趣?！?/p>

她讀到的一篇《自然》雜志的文章最終激發(fā)了她的行動(dòng)力。植物生長(zhǎng)所需的土壤有機(jī)質(zhì)，通常是由分解的植物和動(dòng)物材料構(gòu)成的。這似乎意味著火星農(nóng)業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而，研究人員首次證明，僅靠微生物就可以形成土壤有機(jī)質(zhì)——無(wú)需依賴(lài)腐爛的植物。微生物自身以及它們的組織和分泌物，能夠合成土壤。

德?tīng)柤佣嘁庾R(shí)到，高氯酸鹽可以作為初始催化劑，成為微生物繁衍并分解的養(yǎng)分來(lái)源。最終，這一過(guò)程能夠使火星的塵土層變得適合耕種。

為此，她向美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)申請(qǐng)了“新興前沿研究與創(chuàng)新”項(xiàng)目的資助，以探索這個(gè)想法。美國(guó)國(guó)家航空航天局看到了她提案的潛力，并共同資助了該項(xiàng)目。2022年，該項(xiàng)目獲得了總計(jì)190萬(wàn)美元的資金，計(jì)劃作為一個(gè)多年、多機(jī)構(gòu)的合作項(xiàng)目開(kāi)展，德?tīng)柤佣鄵?dān)任首席研究員。該項(xiàng)目計(jì)劃由亞利桑那大學(xué)作為主導(dǎo)機(jī)構(gòu)，研究如何利用微生物降低火星土壤中高氯酸鹽的濃度。亞利桑那大學(xué)將研究這些微生物在分解高氯酸鹽過(guò)程中形成的土壤有機(jī)質(zhì)；佛羅里達(dá)理工學(xué)院則負(fù)責(zé)研究如何在處理后的土壤中種植作物。

測(cè)試火星土壤

研究火星塵土層的一個(gè)難題在于，地球上根本沒(méi)有這種真實(shí)的土壤。美國(guó)國(guó)家航空航天局過(guò)去50年的火星探索計(jì)劃一直致力于研究這顆紅色星球是否適合生命。多年來(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局一直希望能夠?qū)⒒鹦堑脑纪寥罉颖編Щ氐厍虻臒o(wú)菌室進(jìn)行分析。然而，到目前為止，美國(guó)國(guó)家航空航天局還沒(méi)有制定出一個(gè)可信的任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。2024年4月，美國(guó)國(guó)家航空航天局局長(zhǎng)比爾·尼爾森基本上承認(rèn)了這一點(diǎn)，并向外部研究機(jī)構(gòu)和私營(yíng)企業(yè)征求如何以負(fù)擔(dān)得起的方式實(shí)現(xiàn)火星樣本返回的提案。

與此同時(shí)，科學(xué)家們只能用模擬的火星土壤來(lái)研究減少高氯酸鹽濃度的方法，諸如加熱、輻射和微生物方法等。

在亞利桑那州立大學(xué)的德?tīng)柤佣鄬?shí)驗(yàn)室中，研究設(shè)備包括一個(gè)孵化器和一個(gè)定制的厭氧室，里面配備了共聚焦顯微鏡，用于分析對(duì)氧氣敏感的微生物。在一個(gè)擺滿(mǎn)了各種大小密封玻璃器皿、注射器、移液管和其他設(shè)備的研究工作站，德?tīng)柤佣嘟榻B了她的兩位博士生：環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的阿爾巴·梅迪納和生物設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的布萊恩娜·派茲，她們都是該項(xiàng)目的主要研究人員。

桌上的密封瓶里裝著顏色各異的溶液，從褐色到黑色不等。在較為透明的溶液中，瓶底有一層紅色物質(zhì)，看起來(lái)和火星上的土壤顏色十分相似。“這些叫做微宇宙瓶?！钡?tīng)柤佣嘟忉尩?，“為了保持化學(xué)成分和組成的完整性，任何需要加入或取出的物質(zhì)都要通過(guò)針頭和注射器操作?！?/p>

這些瓶子中裝有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水（生命必需的要素）和模擬的火星土壤。由于沒(méi)有火星塵土層可用，德?tīng)柤佣嗍褂昧艘环N名為“MGS-1”（火星全球模擬物）的替代物，這種模擬土壤在化學(xué)成分、礦物組成、比例和物理特性上都盡量與火星探測(cè)車(chē)“好奇號(hào)”所測(cè)得的土壤規(guī)格相匹配。這個(gè)模擬物是由星際資源技術(shù)公司制造的，任何人都可以在線(xiàn)購(gòu)買(mǎi)。

“這是能買(mǎi)到的最貴的‘土’了。”德?tīng)柤佣嗾f(shuō)。這種模擬土壤感覺(jué)像那種你只會(huì)在昂貴海灘上發(fā)現(xiàn)的沙子，顆粒非常細(xì)膩，看起來(lái)像可可粉。

研究人員需要向微宇宙瓶中添加的唯一東西是高氯酸鹽，這是一種白色粉末。有了這些，他們就可以將火星“裝入”瓶中了。

這些微宇宙瓶中有脫氯單胞菌屬的微生物，而另一些瓶子里是純培養(yǎng)的反硝化富鹽菌——一種在咸性環(huán)境中茁壯生長(zhǎng)的細(xì)菌。團(tuán)隊(duì)還在嘗試使用各種混合微生物群落，每種群落與不同的元素和化合物相互作用，在各自的微宇宙中產(chǎn)生不同的化學(xué)組成。因此，有些瓶子的顏色像巧克力，而另一些則像花生醬。

“它們最初都是一樣的顏色?！泵返霞{說(shuō)，“比如，這個(gè)瓶子變黑是硫酸鹽還原微生物活動(dòng)的視覺(jué)證據(jù)?！?/p>

細(xì)菌會(huì)選擇它們喜歡的物質(zhì)消化，忽略它們不喜歡的。德?tīng)柤佣嗟膱F(tuán)隊(duì)正在尋找理想的微生物組合，既能有效消除高氯酸鹽，又能高效運(yùn)行。高氯酸鹽其實(shí)也提供了機(jī)會(huì)。當(dāng)?shù)聽(tīng)柤佣嗟奈⑸锓纸膺@些化合物時(shí)，會(huì)生成氯化物和氧氣。

“宇航員可以利用它們?cè)诨鹦巧仙a(chǎn)氧氣?！钡?tīng)柤佣嗾f(shuō)，“這可能是火星上氧氣的一個(gè)重要來(lái)源。我們正在考慮如何捕獲這些氧氣?！?/p>

微生物培養(yǎng)不需要大量帶上火星，因?yàn)槲⑸锓敝乘俣葮O快。科學(xué)家只需帶不到一克的材料——甚至連一個(gè)回形針的重量都不到——在火星上就可以無(wú)限繁殖。一些滴在試管中的微生物，理論上可以產(chǎn)生整個(gè)果園的作物。

而最理想的微生物運(yùn)輸系統(tǒng)就是宇航員本身。我們的身體里已經(jīng)含有能消化高氯酸鹽的微生物，它們存在于我們的腸道微生物群中。德?tīng)柤佣嗟膱F(tuán)隊(duì)使用的是從污水處理廠(chǎng)獲得的污泥中的微生物群來(lái)研究高氯酸鹽。因此，馬特·達(dá)蒙在電影《火星救援》中扮演的角色在某種程度上確實(shí)是對(duì)的。

但即使擁有能夠分解高氯酸鹽的微生物，它們是否能有效工作還是一個(gè)問(wèn)題。“這些微生物群落確實(shí)包含高氯酸鹽還原菌，但它們也伴隨著‘朋友’和‘?dāng)橙恕煌嬖??！钡聽(tīng)柤佣嘟忉尩?。我們的微生物群中有成千上萬(wàn)種細(xì)菌，它們?cè)跔?zhēng)奪養(yǎng)分時(shí)相互競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致效率低下。關(guān)鍵在于找到方法幫助那些消耗有害物質(zhì)的微生物，同時(shí)減少那些干擾微生物的數(shù)量。

目前，德?tīng)柤佣嗟膶?shí)驗(yàn)室正在小批量處理塵土層。成功的高氯酸鹽還原處理可以將其濃度從約5克每公斤（原來(lái)的0.5%）降到5～20微克每公斤，甚至更低。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，這個(gè)濃度范圍不會(huì)抑制種子發(fā)芽。相比之下，亞利桑那州沙漠中的土壤高氯酸鹽背景濃度為0.3～5微克每公斤，而在阿塔卡馬沙漠中，這一數(shù)值可高達(dá)2500微克每公斤。

然而，光去除高氯酸鹽并不足以讓火星上的植物茁壯成長(zhǎng)。佛羅里達(dá)理工學(xué)院的生物學(xué)副教授、德?tīng)柤佣囗?xiàng)目的合作研究員安德魯·帕爾默說(shuō)：“清除高氯酸鹽后，問(wèn)題仍然是如何將火星塵土層轉(zhuǎn)化為土壤?！?/p>

帕爾默解釋說(shuō)，無(wú)論有沒(méi)有高氯酸鹽，塵土層本質(zhì)上都是一種惰性基質(zhì)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，土壤是經(jīng)過(guò)生物作用并能夠反作用于生物的基質(zhì)。而在模擬火星塵土中——或許未來(lái)在實(shí)際的火星塵土中，負(fù)責(zé)消除高氯酸鹽的微生物活動(dòng)也可能會(huì)轉(zhuǎn)化礦物質(zhì)，釋放出對(duì)植物有益的養(yǎng)分，比如鉀和磷。找到最好的方法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，是德?tīng)柤佣鄨F(tuán)隊(duì)在研究不同微生物菌株和污泥時(shí)的目標(biāo)之一。

帕爾默說(shuō)：“通過(guò)生物過(guò)程去除高氯酸鹽，不僅應(yīng)該消除它們，還應(yīng)該幫助我們向土壤中引入其他養(yǎng)分。我們正在嘗試把生態(tài)循環(huán)引入塵土層?！?/p>

早期的結(jié)果非常有希望，但這是一項(xiàng)需要多年努力的工作。研究人員已經(jīng)成功減少了塵土層樣本中的高氯酸鹽含量，增加了樣本中的有機(jī)物濃度，改變了塵土層的結(jié)構(gòu)，并且成功在其中種植植物。他們的目標(biāo)是將這些步驟整合在一起。“整個(gè)資助項(xiàng)目、所有參與者的工作，都是為了把含有高氯酸鹽的塵土層轉(zhuǎn)化為適合植物生長(zhǎng)的土壤?！迸翣柲f(shuō)，“這很有潛力?！?/p>

如果一切順利，模擬塵土層中的總有機(jī)碳濃度應(yīng)該比最初高出2～5倍，這是微生物生成的有機(jī)殘留物的結(jié)果。最終，隨著有機(jī)碳改變了塵土層的物理特性，模擬土壤的持水能力也會(huì)得到改善，使原本像黏土一樣的塵土層變得更松散，更有利于植物及其根系生長(zhǎng)。

一旦這些模擬的火星塵土準(zhǔn)備就緒，科學(xué)家們對(duì)其效果滿(mǎn)意，這些材料就會(huì)被送往帕爾默位于佛羅里達(dá)的實(shí)驗(yàn)室，看看哪些植物能夠生長(zhǎng)。

西紅柿和藜麥

帕爾默承認(rèn)，七年前當(dāng)美國(guó)國(guó)家航空航天局的代表第一次接觸他時(shí)，他對(duì)在火星上種植植物的問(wèn)題并不特別感興趣。那時(shí)候他覺(jué)得這個(gè)工作有點(diǎn)無(wú)聊：“植物能在泥土里長(zhǎng)——簡(jiǎn)直像11點(diǎn)的新聞那樣稀松平常。”他開(kāi)玩笑說(shuō)。

然而，隨著他們的討論深入，美國(guó)國(guó)家航空航天局的科學(xué)家們解釋了使用火星模擬物以及解決高氯酸鹽問(wèn)題的挑戰(zhàn)，帕爾默的好奇心被激發(fā)了。我們究竟要如何在火星上提供充足的食物呢？于是，他和佛羅里達(dá)理工學(xué)院化學(xué)生態(tài)與天體生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)始在月球和火星的塵土模擬物中種植植物、真菌和細(xì)菌，探索如何將塵土層改造成適合植物生長(zhǎng)的土壤。

除了孵化器，帕爾默和他的團(tuán)隊(duì)還使用一個(gè)他們稱(chēng)為“紅屋”的房間，這是一種半控制環(huán)境。

“這是一個(gè)巨大的房間，里面全是人工照明和環(huán)境控制，我們?cè)诶锩娣N植的植物從未見(jiàn)過(guò)自然光，這正是我們認(rèn)為地外生長(zhǎng)環(huán)境的模擬情況?！彼f(shuō)?；鹦侨狈τ幸饬x的大氣層，溫度比地球南極還要寒冷，因此任何在火星上種植的作物都需要在封閉的、控制良好的環(huán)境中在人工光照下生長(zhǎng)。

帕爾默和他的團(tuán)隊(duì)在火星模擬土壤中多次種植和再種植植物，以了解塵土層在作物生長(zhǎng)過(guò)程中隨時(shí)間推移的變化。目前，他們“定期”在商業(yè)化的火星模擬土壤中種植羅馬生菜、甜椒、西紅柿和三葉草。這個(gè)學(xué)期，他們還開(kāi)始嘗試種植花生和藜麥。

由于項(xiàng)目仍處于早期階段，他們目前尚無(wú)關(guān)于從亞利桑那州獲得的初步材料的研究結(jié)果。目前，他們正在進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

“我們?nèi)栽谠噲D理解這種模擬土壤的物理行為，因?yàn)楫?dāng)你加入水時(shí)，它可能會(huì)結(jié)塊——變得非常堅(jiān)固和密實(shí)，這會(huì)抑制植物根系的生長(zhǎng)。這是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題?！迸翣柲f(shuō)。

他們發(fā)現(xiàn)的其中一個(gè)現(xiàn)象是，隨著時(shí)間的推移，植物在火星模擬土壤中生長(zhǎng)會(huì)使其質(zhì)地變得更“松軟”。帕爾默計(jì)劃使用電子顯微鏡來(lái)研究德?tīng)柤佣鄬?shí)驗(yàn)室的樣本?！皦m土層的顆粒實(shí)際上非常鋒利。”帕爾默說(shuō)，這一現(xiàn)象適用于火星和月球的塵土層?！敖?jīng)過(guò)一段時(shí)間的植物生長(zhǎng)后，通常細(xì)菌會(huì)使這些顆粒變得更加圓滑?！边@是因?yàn)槲⑸镌趬m土層中的生長(zhǎng)通常會(huì)導(dǎo)致生物膜和其他有機(jī)化合物的沉積，同時(shí)也會(huì)腐蝕或侵蝕顆粒表面。這些變化都有利于植物的生長(zhǎng)。

帕爾默認(rèn)為，食物安全是火星任務(wù)的重中之重，迄今為止的研究讓他感到樂(lè)觀(guān)。

“火星距離地球6～9個(gè)月的旅程。如果你失去了食物來(lái)源，可能無(wú)法撐到下一次補(bǔ)給任務(wù)的到來(lái)?！彼f(shuō)。解決方案在于多樣性。應(yīng)該儲(chǔ)備冷凍食物，一些作物可以通過(guò)水培種植，另一些則可以在塵土層中種植。如果某一系統(tǒng)失敗，你還可以依靠其他系統(tǒng)重新啟動(dòng)。這不僅是一個(gè)好的安全策略，更重要的是，如果我們真心想把火星變成家園，我們必須利用那些使我們獨(dú)特的技能。農(nóng)業(yè)無(wú)疑是其中最重要的一項(xiàng)。

帕爾默說(shuō)：“耕作土地有一種與人類(lèi)息息相關(guān)的感覺(jué)。這意味著你已經(jīng)掌控了那片土地。你只有在掌握了土壤之后，才真正掌握了那片地方。”