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什麽時候可以吃到火星“土特產”？

來源：中國科普博覽

發布時間：2021-07-27

瀏覽次數：795

　　截至7月26日，“祝融號”火星車已在火星表麵拍攝到了大量珍貴的火星地形地貌照片。看到“祝融”的成績，網友又激動又好奇：“祝融”，快看看火星上能不能種菜？

　　火星上可以種菜嗎？現有的研究表明，普通的菜很難，但這種“菜”或許可以。

　　Part.1

　　過去的火星或許能種菜？

　　你對火星的印象是什麽(me) ？

　　紅土沙漠覆蓋，天氣幹燥寒冷，彷佛一片生命禁地？據目前的研究來看，這個(ge) 印象沒錯。

　　但約在40多億(yi) 年前，火星確確實實是一個(ge) 擁有孕育生命的適宜環境的星球。

　　在那時，火星上曾經有過湖泊和河流，留下了多諸如河床、冰川遺跡、鵝卵石等地表水的證據，最近還發現了約為(wei) 108-48百萬(wan) 年的沉積岩。這說明火星曾是一顆不折不扣的流水行星，這為(wei) 孕育生命提供了可能。

　　40億(yi) 年前的火星處於(yu) “流水時代”，有濃密的大氣層和地表水。（圖片來源：NASA‘s Mars Exploration Program）

　　與(yu) 火星的流水時代同期，地球上的海洋中，生命誕生了。38億(yi) 年前，地球正處於(yu) 火山不斷噴發，空氣中充滿著高濃度二氧化碳、二氧化硫的艱難時期，與(yu) 火星幾乎相同。而從(cong) 那時開始，原始的生命就在熱湯般的海洋中出現了萌芽。

　　藍藻便是這“一鍋熱湯”中的最早成員之一。11個(ge) 類群的絲(si) 狀藍藻化石被發現於(yu) 太古代早期的瓦拉沃納生物群，距今已有33-35億(yi) 年，比當時已知的任何原核生物化石都要古老得多。它們(men) 開創了光合自養(yang) 係統，利用陽光製造有機物，自此構成了生物鏈的基礎；它們(men) 還與(yu) 綠色植物共生，形成了植物的葉綠體(ti) ，讓地球上出現了千姿百態的植物，把地球變成了一顆能種菜的星球。

　　既然在相似的條件下，藍藻能夠出現在地球上，那麽(me) 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的火星的話，火星會(hui) 不會(hui) 像現在的地球一樣生機勃勃，千菜鬥豔？畢竟接種到片麻岩中的藍藻細胞在宇宙射線中能夠存活22個(ge) 月。

　　但這些都隻能停留於(yu) 我們(men) 的好奇之中，因為(wei) 火星很快發生了變化。

　　Part.2

　　冷卻的火星，失去了種菜的能力

　　然而，火星卻因為(wei) 體(ti) 積過小，內(nei) 部冷卻過快，並缺乏磁場（至少在35億(yi) 年前可能已經消失），太陽高能質子以及銀河係和太陽的高能宇宙射線可以橫衝(chong) 直撞地衝(chong) 擊火星的表麵和次表麵，吹走火星大氣，並殺死星球上的生命。

　　火星上的大氣層不斷減少，溫室效應隨之下降，流水也悉數凍結。在38-31億(yi) 年前，火星上還有著厚冰覆蓋的湖泊；31-15 億(yi) 年前，在多孔岩石的內(nei) 部還存留著一些液態水；而從(cong) 15億(yi) 年開始，火星地表的液態水就全部消失了。

　　從(cong) 那時開始，火星上可能存在過的生命也全部休眠或在射線輻射之下被破壞，死亡和降解。

　　時至今日，火星上已經完全沒有水流，成了一顆死去的星球。

　　Part.3

　　藍藻請求一戰！

　　就現階段研究來說，火星上沒有水，而且環境惡劣，普通的菜沒法生存，但地球上有一些藻類或許可以在火星生存紮根，比如，藍藻。

　　在地球上，約十億(yi) 年前，藍藻開始登上陸地。它們(men) 被認為(wei) 是最早移居到陸地的生物。據推測，在前寒武紀，海洋潮間帶的藍藻因潮漲、潮枯，不時暴露在海水蒸發後剩餘(yu) 的高鹽度的鹽水液滴中，甚至完全裸露在空氣裏，促使它演化出許多適應高滲透壓和幹燥的特征，並獲得了向幹燥的陸地環境遷移的能力。

　　我們(men) 最熟悉的陸生藍藻發菜（發狀念珠藻Nostoc flagelliforme），它們(men) 是荒漠環境下十分重要的植物。在過去，開采發菜的行為(wei) 造成了嚴(yan) 重的生態損傷(shang) ，導致大片草場退化和土地荒漠化。（圖片來源：Wiley Online Library）

　　失水對於(yu) 大多數生物都是致命的，但某些藍藻可以進入一種稱為(wei) “脫水休眠”的無代謝狀態來抵禦失水的影響。能夠在極端環境中生存的藍藻主要由“擬甲色球藻（Chroococcidiopsis Geitler 1933）”和一些相關(guan) 的屬組成。它們(men) 生活在炎熱或寒冷的沙漠中，每年僅(jin) 能濕潤幾個(ge) 小時，並在大部分時間內(nei) 保持幹燥或冰凍狀態，但它們(men) 仍能適應如此缺水的環境，頑強生存。

　　它們(men) 適應脫水作用的第一個(ge) 關(guan) 鍵機製，便是產(chan) 生大量富含多糖的包膜。胞外多糖可以像海綿般結合水分，穩定酶和其他分子，顯著促進藍藻的脫水耐受性。

　　同時，含有多糖的包膜在吸水時構成了一層黏液，使藍藻能夠附著在岩石表麵、粘結土壤形成結殼、或附著在岩石表麵凹凸不平的地方，以及半透明的多孔岩石和石縫裏。在這些生境下，水分流失可能會(hui) 受到土壤硬殼或表麵半透明石頭的阻礙，以保持水分足夠長的時間來維持生存。

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

　　胞外多糖的產(chan) 生還可能與(yu) 藍藻細胞質中積累的海藻糖起協同作用：通過代替水分子的位置，海藻糖可以阻止細胞膜失水破壞，並穩定幹燥的蛋白質，同時增大胞內(nei) 液的滲透壓來抵消由冰凍和高鹽度引起的滲透壓力。這讓藍藻可以在岩石礦床中定居，利用岩石潮解：當相對濕度足夠高時，岩石晶體(ti) 與(yu) 吸收的大氣中水蒸汽形成飽和鹽水滴，使細胞恢複代謝活動，這對於(yu) 植物來說，都是很難擁有的超能力。