西工大研發(fā)藍(lán)藻人造葉片系統(tǒng) 有望破解太空生存難題

熱映的科幻電影《流浪地球》，不僅激起許多人對太空探索的關(guān)注，也在內(nèi)地掀起“太空熱”。記者17日從西北工業(yè)大學(xué)(下稱“西工大”)獲悉，該校科研團(tuán)隊(duì)新近研發(fā)出一種可以向細(xì)胞外分泌蔗糖的藍(lán)藻，并以此為核心打造藍(lán)藻人造葉片系統(tǒng)，可在太空中形成自產(chǎn)自足系統(tǒng)，有望為解決人類探索太空生存難題提供新思路。

探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢想，然而不管是太空旅行還是太空移民，都面臨一個(gè)重要難題─如何在太空中給宇航員和移民者提供穩(wěn)定、長期的生命保障系統(tǒng)?西工大一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)為解決該問題提供了新思路。

藍(lán)藻是地球上目前已知唯一能產(chǎn)生氧氣的光合自養(yǎng)型微生物，具有極強(qiáng)生命力，堪稱地球綠色光合植物的祖先。經(jīng)西工大科研團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻可在太空極端環(huán)境把二氧化碳和水還原成碳水化合物和氧氣。

葉片提供生長繁衍環(huán)境

據(jù)西工大生態(tài)與環(huán)境保護(hù)研究中心合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室王文教授介紹，目前該實(shí)驗(yàn)室已成功實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻外源DNA轉(zhuǎn)化技術(shù)，并建立藍(lán)藻基因編輯體系。通過對藍(lán)藻基因編輯，成功獲得了可將細(xì)胞生產(chǎn)蔗糖自動排到細(xì)胞外的藍(lán)藻。

在此基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了藍(lán)藻人造葉片，即一種以培養(yǎng)藍(lán)藻為核心的類似太陽能板的裝置。在太空中，該裝置可保護(hù)藍(lán)藻不受太空輻射、極限溫度等傷害，同時(shí)有效利用太空中光照和裝置中循環(huán)的含二氧化碳液體，提供適宜生長繁衍的培養(yǎng)環(huán)境。

“改造的藍(lán)藻可不斷分泌蔗糖等碳水化合物及氧氣，這些能量物質(zhì)和氧氣隨循環(huán)水流被排到裝置外收集起來，成為人類需要的食物等能源物質(zhì)。”王文教授告訴記者，有了碳水化合物，就可改造別的工程菌，生產(chǎn)出氨基酸、維生素、能源、藥物、各種化工材料等，同時(shí)建立廢物處理循環(huán)系統(tǒng)，使廢水、廢氣經(jīng)藍(lán)藻處理變成可再利用生活用水和空氣，在太空中自產(chǎn)自足。

或可改造火星 適宜人類生存

王文教授表示，地球經(jīng)億萬年進(jìn)化才形成適宜人類生存的環(huán)境，要模仿構(gòu)建這樣復(fù)雜的自然界生態(tài)系統(tǒng)，在小尺度上是難以保持長時(shí)間自主循環(huán)運(yùn)行的。但如果把藍(lán)藻大幅度改造，做成人造葉片，可操作性比構(gòu)建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)要容易得多。

該實(shí)驗(yàn)室人造葉片裝置嚴(yán)格意義上不是生態(tài)系統(tǒng)，而是人為可控裝置，在未來太空探索和太空移民初始階段有方便高效的性能。因此，這種利用合成生物學(xué)，以藍(lán)藻為核心底盤開發(fā)的能量生產(chǎn)、廢物處理、環(huán)境改造等多功能人造葉片裝置，對中國航天科技和太空探索領(lǐng)域發(fā)展有重大創(chuàng)新意義和實(shí)際價(jià)值。

隨著藍(lán)藻人造葉片系統(tǒng)日趨成熟，實(shí)驗(yàn)室蒿飛博士對未來充滿期待：“將來我們可以在火星表面建立大量藍(lán)藻人造葉片裝置，改造星球表面大氣層，同時(shí)利用藍(lán)藻微生物特性，對火星表面土壤進(jìn)行改造，再結(jié)合人造葉片裝置在星球表面開發(fā)出一片能種植農(nóng)作物的生產(chǎn)基地，最終借助藍(lán)藻人造葉片把火星改造成適宜人類生存的星球。”