在类似火星的条件下生长蓝细菌的新方法

NASA与其他领先的太空机构合作，旨在在2030年代初将其人类首次飞行任务送往火星，而像SpaceX之类的公司甚至可能更早这样做。火星上的宇航员将需要氧气，水，食物和其他消耗品。这些将需要从火星获得，因为从长远来看，从地球上进口它们是不切实际的。在《微生物学前沿》中，科学家首次表明，只有低压，局部气体，水和其他营养物才能使鱼腥藻蓝藻得以生长。这使开发可持续的生物生命支持系统变得容易得多。

“这里表明，蓝细菌可以使用火星大气中总压力低的气体作为碳和氮的来源。在这种条件下，蓝细菌保持了在仅含火星状粉尘的水中生长的能力，并且仍然可以被用于喂养其他微生物。这可能有助于使对火星的长期任务具有可持续性。”主要作者，应用空间技术和微重力中心(ZARM)应用空间微生物学实验室负责人的天体生物学家Cyprien Verseux博士说。德国不来梅大学。

低压气氛

长期以来，蓝藻一直被认为是驱动太空任务提供生物生命支持的候选对象，因为所有物种都通过光合作用产生氧气，而有些物种可以将大气中的氮固定为营养物。一个困难是它们不能直接在火星大气中生长，在火星大气中总压力小于地球压力的1%(6至11 hPa，对于液态水的存在来说太低了)，而氮气的分压则为0.2至0.3 hPa-对于他们的新陈代谢而言太低。但是重建类似地球的大气层将是昂贵的：需要进口气体，而培养系统必须坚固(因此重于货运)以抵抗压力差：“想想压力锅，” Verseux说。因此研究人员寻找了中间立场：接近火星的大气

为了找到合适的大气条件，Verseux等。开发了一种称为Atmos的生物反应器(用于“与火星结合的有机系统的气氛测试仪”)，其中的蓝细菌可以在低压人工环境中生长。任何输入都必须来自红色星球本身：除了氮和二氧化碳，火星大气中丰富的气体以及可以从冰中开采的水之外，养分还应该来自“雷戈石”(regolith)，灰尘覆盖着类似地球的行星和卫星。事实表明，火星的re石富含磷，硫和钙等营养物质。

鱼腥藻：在类似火星的尘埃上生长的多功能蓝细菌

Atmos拥有9个由玻璃和钢制成的1 L容器，每个容器均经过无菌，加热，压力控制和数字监控，同时不断搅拌内部培养物。作者选择了一种名为Anabaena sp。的固氮蓝细菌菌株。PCC 7938，因为初步测试表明，它将特别善于利用火星资源并帮助其生长其他生物。密切相关的物种已被证明是可食用的，适合于基因工程，并且能够形成专门的休眠细胞以在恶劣条件下生存。

Verseux和他的同事们首先在96%的氮气和4%的二氧化碳的混合物中以100 hPa的压力使鱼腥藻生长10天，这是地球上的十倍。蓝细菌在环境空气中也生长良好。然后，他们测试了改性空气与白铁矿的结合。由于从未从火星上带过长石，因此他们使用了中佛罗里达大学开发的基质(称为“火星全球模拟物”)来创建生长培养基。作为对照，鱼腥藻在标准培养基中，环境空气或相同的低压人工气氛下生长。

蓝细菌在所有条件下均生长良好，包括在低压下富含氮和二氧化碳的混合物中的重钙辉石中。不出所料，在任何一种气氛下，针对蓝细菌进行了优化的标准培养基上的生长速度均比Mars Global Simulant上的生长速度快。但这仍然是一项重大成功：虽然需要从地球上进口标准培养基，但在火星上普遍存在稀土粒。Verseux说：“我们只想使用火星上可用的营养资源。”

将干燥的鱼腥藻生物质进行研磨，悬浮在无菌水中，进行过滤并成功地用作大肠杆菌细菌的生长基质，证明可以从中提取糖，氨基酸和其他营养物质来喂养其他细菌，这些细菌较少坚固但经过实践检验的生物技术工具。例如，比起鱼腥藻，可以更容易地对大肠杆菌进行工程改造，以便在火星上生产鱼腥藻无法生产的某些食品和药品。

研究人员得出结论，固氮，产氧的蓝细菌可以在低压，受控条件下，仅使用本地成分的情况下在火星上高效生长。

进一步完善中

这些结果是重要的进步。但是作者警告说，进一步的研究是必要的：“我们希望从这一概念验证过渡到可以在火星上有效使用的系统，” Verseux说。他们建议微调最适合生长的压力，二氧化碳和氮的组合，同时测试蓝细菌的其他属，也许是为太空飞行而专门设计的。还需要设计用于火星的耕种系统：

“我们的生物反应器Atmos并不是我们将在火星上使用的耕作系统：它旨在在地球上测试我们将在那提供的条件。但是我们的结果将有助于指导火星耕作系统的设计。例如，较低的压力意味着我们可以开发出重量更轻的结构，更容易运输，因为它不必承受内部和外部之间的巨大差异。” Verseux总结道。