截至7月26日，“祝融號(hào)”火星車已在火星表面拍攝到了大量珍貴的火星地形地貌照片?？吹健白Ｈ凇钡某煽?jī)，網(wǎng)友又激動(dòng)又好奇：“祝融”，快看看火星上能不能種菜？

　　火星上可以種菜嗎？現(xiàn)有的研究表明，普通的菜很難，但這種“菜”或許可以。

　　Part.1

　　過(guò)去的火星或許能種菜？

　　你對(duì)火星的印象是什么？

　　紅土沙漠覆蓋，天氣干燥寒冷，彷佛一片生命禁地？據(jù)目前的研究來(lái)看，這個(gè)印象沒(méi)錯(cuò)。

　　但約在40多億年前，火星確確實(shí)實(shí)是一個(gè)擁有孕育生命的適宜環(huán)境的星球。

　　在那時(shí)，火星上曾經(jīng)有過(guò)湖泊和河流，留下了多諸如河床、冰川遺跡、鵝卵石等地表水的證據(jù)，最近還發(fā)現(xiàn)了約為108-48百萬(wàn)年的沉積巖。這說(shuō)明火星曾是一顆不折不扣的流水行星，這為孕育生命提供了可能。

　　40億年前的火星處于“流水時(shí)代”，有濃密的大氣層和地表水。（圖片來(lái)源：NASA‘s Mars Exploration Program）

　　與火星的流水時(shí)代同期，地球上的海洋中，生命誕生了。38億年前，地球正處于火山不斷噴發(fā)，空氣中充滿著高濃度二氧化碳、二氧化硫的艱難時(shí)期，與火星幾乎相同。而從那時(shí)開(kāi)始，原始的生命就在熱湯般的海洋中出現(xiàn)了萌芽。

　　藍(lán)藻便是這“一鍋熱湯”中的最早成員之一。11個(gè)類群的絲狀藍(lán)藻化石被發(fā)現(xiàn)于太古代早期的瓦拉沃納生物群，距今已有33-35億年，比當(dāng)時(shí)已知的任何原核生物化石都要古老得多。它們開(kāi)創(chuàng)了光合自養(yǎng)系統(tǒng)，利用陽(yáng)光制造有機(jī)物，自此構(gòu)成了生物鏈的基礎(chǔ)；它們還與綠色植物共生，形成了植物的葉綠體，讓地球上出現(xiàn)了千姿百態(tài)的植物，把地球變成了一顆能種菜的星球。

　　既然在相似的條件下，藍(lán)藻能夠出現(xiàn)在地球上，那么相似的生命是不是可以在火星起源、繁衍呢？又或者，如果將地球上的生命帶到那時(shí)的火星的話，火星會(huì)不會(huì)像現(xiàn)在的地球一樣生機(jī)勃勃，千菜斗艷？畢竟接種到片麻巖中的藍(lán)藻細(xì)胞在宇宙射線中能夠存活22個(gè)月。

　　但這些都只能停留于我們的好奇之中，因?yàn)榛鹦呛芸彀l(fā)生了變化。

　　Part.2

　　冷卻的火星，失去了種菜的能力

　　然而，火星卻因?yàn)轶w積過(guò)小，內(nèi)部冷卻過(guò)快，并缺乏磁場(chǎng)（至少在35億年前可能已經(jīng)消失），太陽(yáng)高能質(zhì)子以及銀河系和太陽(yáng)的高能宇宙射線可以橫沖直撞地沖擊火星的表面和次表面，吹走火星大氣，并殺死星球上的生命。

　　火星上的大氣層不斷減少，溫室效應(yīng)隨之下降，流水也悉數(shù)凍結(jié)。在38-31億年前，火星上還有著厚冰覆蓋的湖泊；31-15 億年前，在多孔巖石的內(nèi)部還存留著一些液態(tài)水；而從15億年開(kāi)始，火星地表的液態(tài)水就全部消失了。

　　從那時(shí)開(kāi)始，火星上可能存在過(guò)的生命也全部休眠或在射線輻射之下被破壞，死亡和降解。

　　時(shí)至今日，火星上已經(jīng)完全沒(méi)有水流，成了一顆死去的星球。

　　Part.3

　　藍(lán)藻請(qǐng)求一戰(zhàn)！

　　就現(xiàn)階段研究來(lái)說(shuō)，火星上沒(méi)有水，而且環(huán)境惡劣，普通的菜沒(méi)法生存，但地球上有一些藻類或許可以在火星生存扎根，比如，藍(lán)藻。

　　在地球上，約十億年前，藍(lán)藻開(kāi)始登上陸地。它們被認(rèn)為是最早移居到陸地的生物。據(jù)推測(cè)，在前寒武紀(jì)，海洋潮間帶的藍(lán)藻因潮漲、潮枯，不時(shí)暴露在海水蒸發(fā)后剩余的高鹽度的鹽水液滴中，甚至完全裸露在空氣里，促使它演化出許多適應(yīng)高滲透壓和干燥的特征，并獲得了向干燥的陸地環(huán)境遷移的能力。

　　我們最熟悉的陸生藍(lán)藻發(fā)菜（發(fā)狀念珠藻Nostoc flagelliforme），它們是荒漠環(huán)境下十分重要的植物。在過(guò)去，開(kāi)采發(fā)菜的行為造成了嚴(yán)重的生態(tài)損傷，導(dǎo)致大片草場(chǎng)退化和土地荒漠化。（圖片來(lái)源：Wiley Online Library）

　　失水對(duì)于大多數(shù)生物都是致命的，但某些藍(lán)藻可以進(jìn)入一種稱為“脫水休眠”的無(wú)代謝狀態(tài)來(lái)抵御失水的影響。能夠在極端環(huán)境中生存的藍(lán)藻主要由“擬甲色球藻（Chroococcidiopsis Geitler 1933）”和一些相關(guān)的屬組成。它們生活在炎熱或寒冷的沙漠中，每年僅能濕潤(rùn)幾個(gè)小時(shí)，并在大部分時(shí)間內(nèi)保持干燥或冰凍狀態(tài)，但它們?nèi)阅苓m應(yīng)如此缺水的環(huán)境，頑強(qiáng)生存。

　　它們適應(yīng)脫水作用的第一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制，便是產(chǎn)生大量富含多糖的包膜。胞外多糖可以像海綿般結(jié)合水分，穩(wěn)定酶和其他分子，顯著促進(jìn)藍(lán)藻的脫水耐受性。

　　同時(shí)，含有多糖的包膜在吸水時(shí)構(gòu)成了一層黏液，使藍(lán)藻能夠附著在巖石表面、粘結(jié)土壤形成結(jié)殼、或附著在巖石表面凹凸不平的地方，以及半透明的多孔巖石和石縫里。在這些生境下，水分流失可能會(huì)受到土壤硬殼或表面半透明石頭的阻礙，以保持水分足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)維持生存。

　　它們通常能夠承受夏季平均57°C的高地表溫度，峰值超過(guò)60°C；擁有葉綠素-f的藍(lán)藻更可利用其它植物無(wú)法利用的近紅外光，使藍(lán)藻可以在可深達(dá)巖表下數(shù)毫米的黑暗環(huán)境中進(jìn)行光合作用。

　　胞外多糖的產(chǎn)生還可能與藍(lán)藻細(xì)胞質(zhì)中積累的海藻糖起協(xié)同作用：通過(guò)代替水分子的位置，海藻糖可以阻止細(xì)胞膜失水破壞，并穩(wěn)定干燥的蛋白質(zhì)，同時(shí)增大胞內(nèi)液的滲透壓來(lái)抵消由冰凍和高鹽度引起的滲透壓力。這讓藍(lán)藻可以在巖石礦床中定居，利用巖石潮解：當(dāng)相對(duì)濕度足夠高時(shí)，巖石晶體與吸收的大氣中水蒸汽形成飽和鹽水滴，使細(xì)胞恢復(fù)代謝活動(dòng)，這對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，都是很難擁有的超能力。

　　Part.4

　　耐干旱，抗輻射，種菜先鋒非你不可

　　除了耐受干燥以外，陸生藍(lán)藻同樣具有對(duì)高劑量的紫外線和電離輻射的抵抗能力，這可以部分解釋為它們的耐干燥機(jī)制的副產(chǎn)物；例如，由于干燥和輻射都會(huì)引起活性氧損傷，因此減輕干燥損害的進(jìn)化成果同時(shí)可能被用作應(yīng)對(duì)輻射。

　　在實(shí)驗(yàn)室模擬下，干燥的單細(xì)胞層擬甲色球藻在130kJ/m2的模擬火星紫外線通量下存活下來(lái)。這種抗性也歸因于胞外多糖的存在；除此以外，它們合成的保護(hù)性色素也提供了對(duì)紫外線含量增加的保護(hù)作用。

　　同時(shí)，這些藍(lán)藻能夠形成厚壁孢子，進(jìn)入休眠狀態(tài)，通過(guò)避免基因組片段化和限制活性氧的產(chǎn)生保持DNA完整性，并在重新濕潤(rùn)時(shí)修復(fù)干燥造成的損傷。這讓它們能夠抵抗高達(dá)15kgy的電離輻射，并有可能在火星表面承受相當(dāng)于200000年的輻射環(huán)境而不失活。

　　總之，藍(lán)藻能夠在接近黑暗的環(huán)境中進(jìn)行光合作用，具有高度的抗脫水性和抗輻射性，對(duì)極端溫度狀況和對(duì)極高太陽(yáng)輻射具有耐受性，能夠耐受干燥、冷凍和鹽度引起的滲透威脅。

　　綜合這些特點(diǎn)，藍(lán)藻似乎具備了在太空中生存的所有先決條件，這也讓它們有望成為未來(lái)載人火星任務(wù)里未來(lái)生命支持系統(tǒng)的組成部分。

　　如果藍(lán)藻能在火星上生長(zhǎng)，它們將成為開(kāi)疆?dāng)U土的先鋒戰(zhàn)士，它們能產(chǎn)生氧氣，改造火星的巖石形成土壤，為種菜提供土地，最終為依靠火星資源維持生命的進(jìn)程開(kāi)辟道路。

　　從2016年起，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行基于藍(lán)藻的生命支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作?；蛟S有一天，這些能夠在惡劣情況下生存的藍(lán)藻可以乘著我們的飛船飛向太空，在火星上繁衍生息，將那里變成人類新的家園。

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