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这是如何在火星上种植作物所以人类可以在那里生活

对于将在十年左右的时间内将人类置于火星上的任务的准备工作中。 但如果这些任务最终导致红色星球的永久殖民化,人们会吃什么?

如果人类曾经进入火星,任何殖民地的主要挑战将是如何产生稳定的食物供应。 从地球发射和补给资源的巨大成本将使这种做法变得不切实际。

火星上的人类需要摆脱对完全依赖货物的运输,并实现高水平的自给自足和可持续农业。

在火星上液态水 - 这为地球上是否存在生命的问题增加了新的信息 - 确实提高了利用这些资源来帮助种植粮食的可能性。

但是,如果我们需要种植足够的食物来维持火星上的生命,水只是我们需要的许多东西之一。

什么样的食物?

以前的工作建议使用作为食物来源。 使用和受控环境系统,类似于在国际空间站种植作物的系统,是另一种选择。

,在Genes期刊中,我们提供了一种基于先进合成生物学的新视角,以提高火星上植物生命的潜在性能。

合成生物学是一个快速发展的领域。 它结合了工程学,DNA科学和计算机科学(以及许多其他学科)的原理,为生物体赋予新的和改进的功能。

我们不仅可以阅读DNA,还可以设计生物系统,测试它们,甚至可以设计整个生物体。 酵母只是工业主力微生物的一个例子,其全基因组目前正由国际财团重新设计。

到目前为止,该技术已取得进展,精密基因工程和自动化现在可以合并到自动化机器人设施中,称为生物技术。

这些生物膜可以并行测试数百万个DNA设计,以找到具有我们正在寻找的品质的生物。

火星:类似地球,但不是地球

虽然火星是我们邻近行星中最像地球的,但火星和地球在很多方面都有所不同。

火星上的引力大约是地球引力的三分之一。 火星接收到我们在地球上获得的大约一半的阳光,但是有害的紫外线(UV)和宇宙射线的含量要高得多。 火星的表面温度约为-60°C(-76°F),它的气氛很薄,主要由二氧化碳组成。

不同于地球的土壤,它是潮湿的,富含营养和微生物,支持植物生长,火星覆盖着土。 这是一种含有高氯酸盐化学物质的干旱物质,对人体有毒。

此外 - 尽管最新的地下湖泊发现 - 火星上的水主要以冰的形式存在,并且地球的低气压使得液态水在大约5°C(41°F)沸腾。

地球上的植物已经进化了数亿年并适应了陆地条件,但它们在火星上生长不好。

这意味着需要通过人工创造最佳植物生长条件来分配大量资源,这些资源对于火星上的人类来说是稀缺和无价的,如液态水和能源。

使植物适应火星

更合理的选择是使用合成生物学来开发专门用于火星的作物。 通过建立以植物为中心的火星生物创伤,可以解决和快速追踪这一艰巨的挑战。

这样的自动化设施将能够加速生物设计的工程并在模拟的火星条件下测试它们的性能。

凭借充足的资金和积极的国际合作,这样一个先进的设施可以改善许多在十年内使作物在火星上茁壮成长所需的特性。

600_PIA17760 美国宇航局的精神流浪者拍摄的火星表面的视图。 NASA / JPL-Caltech / Cornell Univ。

这包括改善和光保护(以帮助保护植物免受阳光和紫外线),以及植物的干旱和耐寒性,以及工程化高产功能性作物。 我们还需要修改微生物来解毒并改善火星土壤质量。

这些都是现代合成生物学能力范围内的挑战。

对地球有益

开发在火星上维持人类所需的下一代作物也将为地球上的人们带来巨大的好处。

不断增长的全球人口正在增加对食物的需求。 为了满足这一需求,我们必须提高农业生产力,但我们必须在不损害环境的情况下这样做。

实现这些目标的最佳方法是改善已广泛使用的作物。 建立诸如拟建的火星生物技术设施等设施将极大地有利于植物研究的周转时间,这对粮食安全和环境保护具有重要意义。

因此,最终,为火星开发作物的努力的主要受益者将是地球。

, CSIRO合成生物学未来科学研究员

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