如果你在宇宙飛船上呆了幾年，你不可能把所有需要的東西都帶上——你需要自己種植。這就是藻類(lèi)的用處所在
讓我們花點(diǎn)時(shí)間想想藻類(lèi)。在湖泊表面積累的綠色粘液是地球上的無(wú)名英雄，負(fù)責(zé)產(chǎn)生我們今天呼吸的至少一半的氧氣。
為人類(lèi)長(zhǎng)期太空飛行做準(zhǔn)備的最大挑戰(zhàn)之一是找到一種提供生存要素的方法——食物、廢物清除、輻射防護(hù)、水和氧氣。如果你打算在宇宙飛船上呆上幾年，你就不能帶上你需要的一切。你需要自己種植。
有各種各樣的解決方案來(lái)滿(mǎn)足每個(gè)人的需求，但現(xiàn)在一項(xiàng)新興的研究表明藻類(lèi)可能是破解長(zhǎng)期太空旅行的關(guān)鍵。科羅拉多大學(xué)博爾德分校的艾米麗·馬圖拉說(shuō)：“我的研究小組認(rèn)為，用一種藻類(lèi)系統(tǒng)可以滿(mǎn)足宇航員幾乎所有的新陳代謝需求?！?/span>
Matula目前正在攻讀博士學(xué)位，該學(xué)位旨在利用類(lèi)似于國(guó)際空間站（ISS）的系統(tǒng)來(lái)消除余熱。環(huán)繞國(guó)際空間站內(nèi)部的是一系列充滿(mǎn)水的線(xiàn)圈。當(dāng)國(guó)際空間站的宇航員釋放出熱量，以及在那里進(jìn)行的各種其他實(shí)驗(yàn)，水就會(huì)加熱。當(dāng)線(xiàn)圈中的水達(dá)到一定的溫度時(shí)，它就被泵過(guò)一個(gè)冷板，冷板又連接到空間站的外部。熱量從水到板，然后從國(guó)際空間站出來(lái)。
她說(shuō)：“由于我們已經(jīng)把這個(gè)體積分配給了水循環(huán)，我的想法是用藻類(lèi)培養(yǎng)物‘填充’水循環(huán)，這樣我們就可以用一個(gè)系統(tǒng)處理兩個(gè)生命支持系統(tǒng)過(guò)程?！盡atula正在研究藻類(lèi)在這些系統(tǒng)中的反應(yīng)，這些系統(tǒng)自然會(huì)涉及到溫度的波動(dòng)，以及它們是否仍然能夠消耗二氧化碳并以所需的速率產(chǎn)生氧氣。
她還沒(méi)有公布結(jié)果，但是她說(shuō)這個(gè)系統(tǒng)“有潛力節(jié)省發(fā)射的質(zhì)量、能量和體積”。另一種應(yīng)用是空氣再生——去除二氧化碳并產(chǎn)生氧氣——這對(duì)宇航員呼吸至關(guān)重要。
這種方法在地球上確實(shí)有效——據(jù)估計(jì)，藻類(lèi)提供的氧氣量在50%至80%之間。然而，將其轉(zhuǎn)移到太空是一件棘手的事情。
據(jù)《環(huán)境生物技術(shù)》(Environmental Biotechnology)一書(shū)介紹，1961年在俄羅斯進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，一名男子在一個(gè)只有4.5立方米的房間里生活了30天，只用藻類(lèi)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。
三天后，潛在的有害水平一氧化碳穩(wěn)定下來(lái)，12天后，他自己身體釋放的甲烷也穩(wěn)定下來(lái)。但是，根據(jù)Matula的說(shuō)法，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)并不是很容易得到”。
當(dāng)然，如果不能在太空中種植藻類(lèi)，這一切都沒(méi)有任何意義。從去年2月到8月，NASA在國(guó)際空間站上進(jìn)行的空間藻類(lèi)實(shí)驗(yàn)研究了藻類(lèi)在微重力下的生長(zhǎng)方式。
“我們想找到一種在太空液體培養(yǎng)中生長(zhǎng)藻類(lèi)的廉價(jià)方法，”佛羅里達(dá)大學(xué)的馬克·安特爾斯說(shuō)，他是該項(xiàng)目的主要研究者。藻類(lèi)在液體中生長(zhǎng)最快，但在微重力下處理液體有一系列的挑戰(zhàn)。
他們還測(cè)試了某些遺傳變異是否意味著藻類(lèi)在太空中存活得更好。在六個(gè)月的時(shí)間里，他們讓藻類(lèi)經(jīng)受紫外線(xiàn)照射，然后將每種不同的菌株培養(yǎng)40代，從而產(chǎn)生突變?！拔覀兿肱宄裁椿?qū)υ孱?lèi)在空間站生長(zhǎng)良好非常重要，”Settles說(shuō)?！芭c在地球上進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)相比，我們目前正在描述我們是否有明顯不同的菌株?！?/span>
最有前景的可能性是利用藻類(lèi)作為食物來(lái)源，因?yàn)樵S多種類(lèi)都是可食用的。國(guó)際空間站（International Space Station）的有效載荷分析師凱文·泰爾（Kevin Tyre）負(fù)責(zé)美國(guó)宇航局的太空藻類(lèi)實(shí)驗(yàn)，他說(shuō)：“為了食物的目的，它很可能被用作營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，而不是膳食中的主食?！?/span>
保持營(yíng)養(yǎng)平衡也是個(gè)問(wèn)題?；堇照f(shuō)：“根據(jù)種類(lèi)和菌株的不同，有些藻類(lèi)的蛋白質(zhì)和含氮化合物（如核酸）含量可能過(guò)高，而有些藻類(lèi)的細(xì)胞壁物質(zhì)在生物量中所占的比例也很高，因此，你可能需要選擇多種類(lèi)型的藻類(lèi)，或?qū)⑵湓O(shè)計(jì)成平衡的食物來(lái)源。”
對(duì)于輻射屏蔽，也有潛力。在太空中，宇航員受到被稱(chēng)為宇宙輻射的高能粒子的轟擊。找到阻止輻射的東西是幫助我們?cè)谔丈娴年P(guān)鍵。
目前，在國(guó)際空間站，屏蔽是通過(guò)許多不同的材料層提供的。
“藻類(lèi)生長(zhǎng)在液體培養(yǎng)物中，如果反應(yīng)堆被放置在宇宙飛船的外部，它們可以被用作屏蔽輻射的一部分，”Settles說(shuō)。他說(shuō)：“介質(zhì)中的水可以起到屏蔽作用，但藻類(lèi)需要承受宇宙輻射?！卑l(fā)展這一想法需要技術(shù)和菌株研究，以找到不會(huì)被輻射破壞的藻類(lèi)菌株。
藻類(lèi)也可以去除廢物。如果人類(lèi)的排泄物被用作藻類(lèi)的食物來(lái)源，它將把磷和氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)成宇航員可以食用的形式。這對(duì)地球也有好處。馬圖拉說(shuō)：“資源有限的國(guó)家，如印度，對(duì)利用藻類(lèi)去除工業(yè)或人類(lèi)廢物感興趣。”
最后，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)著眼于利用藻類(lèi)生產(chǎn)生物柴油或高價(jià)值類(lèi)胡蘿卜素，如維生素A。“當(dāng)細(xì)胞受到環(huán)境壓力時(shí)，油和類(lèi)胡蘿卜素都會(huì)在更高水平上生產(chǎn)，”沉降說(shuō)。例如，如果藻類(lèi)缺乏氮或硫，它們會(huì)產(chǎn)生能量密集的油?！拔覀冋跍y(cè)試我們的太空樣本，看看簡(jiǎn)單地在太空中種植藻類(lèi)是否比在地球上生產(chǎn)更多的石油?！?/span>
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可能對(duì)太空制造有用——藻類(lèi)產(chǎn)生的油可用于太空制造塑料或燃料。“藻類(lèi)可能是有助于使空間制造更可行的投入的一部分，”Settles說(shuō)。
作為實(shí)驗(yàn)的一部分，Matula和她的同事JamesNabity發(fā)表了一項(xiàng)研究，研究將藻類(lèi)帶到太空中時(shí)可能發(fā)生的問(wèn)題。“想想如果我在臺(tái)面上放了一大杯海藻，我怎么能殺死它呢？她說(shuō)?！盎蛘?，如果我有一個(gè)巨大的藻類(lèi)生物量培養(yǎng)或加工廠(chǎng)，怎么可能會(huì)破壞，失敗或關(guān)閉？“
當(dāng)然，在太空中使用藻類(lèi)也可能會(huì)大錯(cuò)特錯(cuò)。例如，如果藻類(lèi)的廢氧沒(méi)有足夠快的去除，藻類(lèi)的生長(zhǎng)將開(kāi)始減緩。另一個(gè)例子是來(lái)自化學(xué)品或細(xì)菌的污染；如果藻類(lèi)被喂入受污染的廢物沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢?duì)那些食用藻類(lèi)的人來(lái)說(shuō)可能會(huì)變得危險(xiǎn)。例如，如果宇航員攝入咖啡因或抗生素之類(lèi)的物質(zhì)，而這些物質(zhì)對(duì)于藻類(lèi)來(lái)說(shuō)不是天然的，那么他們就會(huì)積聚在藻類(lèi)中，這可能會(huì)對(duì)食用它們的人類(lèi)產(chǎn)生有害影響。
對(duì)于每一項(xiàng)要求，熱去除，廢物去除，空氣再生，水，輻射屏蔽和燃料，藻類(lèi)都顯示出了希望。把它們放在一起還沒(méi)有完成。Matula說(shuō)：“沒(méi)有人同時(shí)研究所有這些功能?！?/span>
但是惠勒認(rèn)為他們不必合并成一個(gè)系統(tǒng)。他說(shuō)：“理論上，如果你有一系列的藻類(lèi)類(lèi)型和反應(yīng)器，可能會(huì)有不同的功能?！薄爸皇褂靡环N系統(tǒng)是很困難的。”
本文轉(zhuǎn)自：藻類(lèi)生態(tài)鏈
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