“聪明”的太空藻类可能是人类登陆火星的关键

如果你在宇宙飞船上呆了几年,你不可能把所有需要的东西都带上——你需要自己种植。这就是藻类的用处所在

让我们花点时间想想藻类。在湖泊表面积累的绿色粘液是地球上的无名英雄,负责产生我们今天呼吸的至少一半的氧气。

为人类长期太空飞行做准备的最大挑战之一是找到一种提供生存要素的方法——食物、废物清除、辐射防护、水和氧气。如果你打算在宇宙飞船上呆上几年,你就不能带上你需要的一切。你需要自己种植。

有各种各样的解决方案来满足每个人的需求,但现在一项新兴的研究表明藻类可能是破解长期太空旅行的关键。科罗拉多大学博尔德分校的艾米丽·马图拉说:“我的研究小组认为,用一种藻类系统可以满足宇航员几乎所有的新陈代谢需求。”

Matula目前正在攻读博士学位,该学位旨在利用类似于国际空间站(ISS)的系统来消除余热。环绕国际空间站内部的是一系列充满水的线圈。当国际空间站的宇航员释放出热量,以及在那里进行的各种其他实验,水就会加热。当线圈中的水达到一定的温度时,它就被泵过一个冷板,冷板又连接到空间站的外部。热量从水到板,然后从国际空间站出来。

她说:“由于我们已经把这个体积分配给了水循环,我的想法是用藻类培养物‘填充’水循环,这样我们就可以用一个系统处理两个生命支持系统过程。”Matula正在研究藻类在这些系统中的反应,这些系统自然会涉及到温度的波动,以及它们是否仍然能够消耗二氧化碳并以所需的速率产生氧气。

她还没有公布结果,但是她说这个系统“有潜力节省发射的质量、能量和体积”。另一种应用是空气再生——去除二氧化碳并产生氧气——这对宇航员呼吸至关重要。

这种方法在地球上确实有效——据估计,藻类提供的氧气量在50%至80%之间。然而,将其转移到太空是一件棘手的事情。

据《环境生物技术》(Environmental Biotechnology)一书介绍,1961年在俄罗斯进行的一项实验中,一名男子在一个只有4.5立方米的房间里生活了30天,只用藻类将二氧化碳转化为氧气。

三天后,潜在的有害水平一氧化碳稳定下来,12天后,他自己身体释放的甲烷也稳定下来。但是,根据Matula的说法,“这个实验的数据并不是很容易得到”。

当然,如果不能在太空中种植藻类,这一切都没有任何意义。从去年2月到8月,NASA在国际空间站上进行的空间藻类实验研究了藻类在微重力下的生长方式。

“我们想找到一种在太空液体培养中生长藻类的廉价方法,”佛罗里达大学的马克·安特尔斯说,他是该项目的主要研究者。藻类在液体中生长最快,但在微重力下处理液体有一系列的挑战。

他们还测试了某些遗传变异是否意味着藻类在太空中存活得更好。在六个月的时间里,他们让藻类经受紫外线照射,然后将每种不同的菌株培养40代,从而产生突变。“我们想弄清楚什么基因对藻类在空间站生长良好非常重要,”Settles说。“与在地球上进行相同的实验相比,我们目前正在描述我们是否有明显不同的菌株。”

最有前景的可能性是利用藻类作为食物来源,因为许多种类都是可食用的。国际空间站(International Space Station)的有效载荷分析师凯文·泰尔(Kevin Tyre)负责美国宇航局的太空藻类实验,他说:“为了食物的目的,它很可能被用作营养补充剂,而不是膳食中的主食。”

保持营养平衡也是个问题。惠勒说:“根据种类和菌株的不同,有些藻类的蛋白质和含氮化合物(如核酸)含量可能过高,而有些藻类的细胞壁物质在生物量中所占的比例也很高,因此,你可能需要选择多种类型的藻类,或将其设计成平衡的食物来源。”

对于辐射屏蔽,也有潜力。在太空中,宇航员受到被称为宇宙辐射的高能粒子的轰击。找到阻止辐射的东西是帮助我们在太空生存的关键。

目前,在国际空间站,屏蔽是通过许多不同的材料层提供的。

“藻类生长在液体培养物中,如果反应堆被放置在宇宙飞船的外部,它们可以被用作屏蔽辐射的一部分,”Settles说。他说:“介质中的水可以起到屏蔽作用,但藻类需要承受宇宙辐射。”发展这一想法需要技术和菌株研究,以找到不会被辐射破坏的藻类菌株。

藻类也可以去除废物。如果人类的排泄物被用作藻类的食物来源,它将把磷和氮等营养物质循环成宇航员可以食用的形式。这对地球也有好处。马图拉说:“资源有限的国家,如印度,对利用藻类去除工业或人类废物感兴趣。”

最后,这项实验着眼于利用藻类生产生物柴油或高价值类胡萝卜素,如维生素A。“当细胞受到环境压力时,油和类胡萝卜素都会在更高水平上生产,”沉降说。例如,如果藻类缺乏氮或硫,它们会产生能量密集的油。“我们正在测试我们的太空样本,看看简单地在太空中种植藻类是否比在地球上生产更多的石油。”

从长远来看,这可能对太空制造有用——藻类产生的油可用于太空制造塑料或燃料。“藻类可能是有助于使空间制造更可行的投入的一部分,”Settles说。

作为实验的一部分,Matula和她的同事JamesNabity发表了一项研究,研究将藻类带到太空中时可能发生的问题。“想想如果我在台面上放了一大杯海藻,我怎么能杀死它呢?她说。“或者,如果我有一个巨大的藻类生物量培养或加工厂,怎么可能会破坏,失败或关闭?“

当然,在太空中使用藻类也可能会大错特错。例如,如果藻类的废氧没有足够快的去除,藻类的生长将开始减缓。另一个例子是来自化学品或细菌的污染;如果藻类被喂入受污染的废物没有得到适当的处理,对那些食用藻类的人来说可能会变得危险。例如,如果宇航员摄入咖啡因或抗生素之类的物质,而这些物质对于藻类来说不是天然的,那么他们就会积聚在藻类中,这可能会对食用它们的人类产生有害影响。

对于每一项要求,热去除,废物去除,空气再生,水,辐射屏蔽和燃料,藻类都显示出了希望。把它们放在一起还没有完成。Matula说:“没有人同时研究所有这些功能。”

但是惠勒认为他们不必合并成一个系统。他说:“理论上,如果你有一系列的藻类类型和反应器,可能会有不同的功能。”“只使用一种系统是很困难的。”

 

本文转自:藻类生态链

https://mp.weixin.qq.com/s/IaKxSZFxw3AJCKFx8VNa0w

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