仰望星空，人們?cè)谛蕾p和感嘆宇宙的浩瀚無(wú)垠與深邃神秘之時(shí)，時(shí)常思考著茫茫深處是否如地球般存在著智慧生命體？
近日，一則火星發(fā)現(xiàn)液態(tài)水湖的科學(xué)新聞刷爆科技圈（圖1）。一時(shí)間，“火星有可能存在生命”、“火星移民不是夢(mèng)”等說(shuō)法成為社會(huì)熱點(diǎn)。
水是生命之源?；鹦且簯B(tài)水湖的存在暗示它可能擁有外星生命。但外星生命長(zhǎng)什么樣？這主要取決于外星球的環(huán)境。就火星而言，其輻射強(qiáng)烈、缺氧低壓、溫度巨變、荒涼多沙，這些環(huán)境特點(diǎn)與早期地球陸地最為接近（圖2），而早期地球（25億年前）只存在一些極端環(huán)境微生物。其中一類極端微生物——藻類，在海洋中大量繁殖，利用光合作用吸收CO2，放出O2, 經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)過(guò)程，終于將地球大氣的氧氣含量從接近于零逐漸提高到1%以上，為高等的地球生命（如真菌、植物和動(dòng)物等）的進(jìn)化提供了必需的物質(zhì)條件（圖3）。
根據(jù)火星表面目前的大氣等環(huán)境條件（表1），不大可能支撐高等的生命形式，因此可以推斷，火星生命即使存在也可能是一些極端環(huán)境微生物，而極端環(huán)境藍(lán)藻可能是候選生物之一（圖4）。在當(dāng)前地球上，也有與火星環(huán)境條件最為接近的區(qū)域，那就是距地面20-100公里的臨近空間。目前中國(guó)科學(xué)院正在研究臨近空間可能存在的生物類群，對(duì)于理解火星生命可能的形式具有借鑒意義。
有關(guān)火星移民問(wèn)題，除了開(kāi)發(fā)先進(jìn)的運(yùn)載火箭外，最關(guān)鍵的是要為移民者提供穩(wěn)定的生命保障系統(tǒng)。短期的載人航天只需通過(guò)攜帶所需的食物、氧氣等物質(zhì)就夠了，但超過(guò)50天的長(zhǎng)期載人航天攜帶物質(zhì)就很不劃算，必須依賴再生式生命保障系統(tǒng)（圖5）。
藻類在構(gòu)建再生式生命保障系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)顯著：
同樣是進(jìn)行光合作用，固定CO2，釋放O2，為1名宇航員提供氧氣需種植13-15㎡的高等植物，而只需培養(yǎng)1m的藻類即可獲得同樣當(dāng)量的氧氣，極大地節(jié)約空間。
藻類生物質(zhì)干重中有50%以上的蛋白質(zhì)，還有不飽和脂肪酸和藻多糖等成分，營(yíng)養(yǎng)豐富。
藻類可以處理含氮磷的廢水，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)。
藻類培養(yǎng)可以與魚類等水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)合起來(lái)，為宇航員提供其它方法極難獲得的動(dòng)物性蛋白。
因此利用藻類作為生產(chǎn)者構(gòu)建水生生物單元一直是高效生命保障系統(tǒng)的優(yōu)良設(shè)計(jì)方案之一。
地球移民到達(dá)火星后，長(zhǎng)期生存必須依賴火星基地。除了再生式生命保障系統(tǒng)外，要想持續(xù)發(fā)展, 還需要開(kāi)發(fā)利用火星當(dāng)?shù)刭Y源，可以預(yù)期，藻類可以起到重要的先鋒作用。與地球相比，火星磁場(chǎng)強(qiáng)度低、大氣稀薄缺少臭氧層，宇宙輻射嚴(yán)重，在火星表面建設(shè)基地必須有嚴(yán)格的輻射防護(hù)措施（圖6），或者直接選擇在地下建設(shè)基地。
由于火星氣壓只有地球大氣壓的0.7%，因此基地也應(yīng)該是封閉系統(tǒng)。其能源可通過(guò)光能電池收集太陽(yáng)光來(lái)供給，水的來(lái)源可以利用火星兩極的冰或液態(tài)水，對(duì)生命系統(tǒng)而言缺少的是構(gòu)建有機(jī)體所需的大量C、N和P元素。如何找到火星基地所需的C、N元素？答案就在火星大氣。比較火星大氣和地球大氣成分，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，火星大氣中含有較為豐富的C、N元素（表1）。目前比較可行的方法是通過(guò)機(jī)器壓縮火星大氣至接近地球大氣壓，再利用藻類和植物等光合作用生物把火星大氣中的CO2固定下來(lái)，使其加入到火星基地的C循環(huán)中，合成碳水化合物及釋放氧氣；另外還可以利用藍(lán)藻把火星大氣中的N固定起來(lái)（圖7），參與火星基地的N循環(huán)中，為合成蛋白質(zhì)提供元素基礎(chǔ)。
有了藻類合成的有機(jī)物和氧氣，一些具備解磷、解鉀等功能的細(xì)菌才可以發(fā)揮作用，把更多生命活動(dòng)必需元素從堅(jiān)硬的火星巖石中釋放出來(lái)，使得基地的物質(zhì)更加充足。另外還有一些特殊的藻類在未來(lái)火星基地可能有更大的作用：譬如一種從以色列內(nèi)蓋夫沙漠分離的藍(lán)藻Matteia可以降解火星巖石的碳酸鈣而放出CO2，參與到C素循環(huán)中，增加有機(jī)物含量；一些在地球荒漠地帶形成的藻類生物結(jié)皮可以極大的促進(jìn)巖石風(fēng)化碎屑的成土作用，同時(shí)還能提高土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，為后續(xù)種植高等植物提供肥沃的土壤。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所劉永定研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了利用荒漠藻結(jié)皮技術(shù)治理荒漠化土壤的技術(shù)，在我國(guó)北方推廣，使24.5萬(wàn)畝荒漠變成了郁郁蔥蔥的草地 。劉永定研究員據(jù)此提出利用荒漠藻類結(jié)皮改造火星地表，促進(jìn)其地球化的大膽設(shè)想，受到了英國(guó)太空生物學(xué)學(xué)會(huì)主席Cockell教授的高度評(píng)價(jià)。因此，藻類可以作為火星基地物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境改造方面的先鋒物種。
在地球的地質(zhì)演化史上，毫不起眼的藻類曾扮演了重要的角色。正是由于藻類的作用才使得地球由荒涼走向了繁榮，變成了人類舒適的家園。未來(lái)在人類走向火星甚至更遠(yuǎn)星球的“諾亞方舟”中，一定會(huì)帶上藻類這樣的開(kāi)路先鋒！
