合成生物學能將火星打造成宜居家園嗎

◎科技日報記者 劉 霞

火星這顆太陽系里最像地球的紅色星球，以其神秘的面貌和類地特征吸引著世人的關注。它雖被稱為地球的“孿生兄弟”，卻因嚴酷的自然環境，目前并不適宜人類直接居住。

然而，科學家將宇航員送上火星的宏偉愿景愈發堅定，他們探索并試圖改造火星的腳步也并未停歇。澳大利亞對話網站在近日報道中指出，科學家或許可以通過合成生物學這一前沿科技改變火星，讓這顆荒蕪的星球有朝一日能變成人類的新家園。

將生命系統工程化，支撐技術突飛猛進

合成生物學是一門新興的交叉學科，它將生物學、物理學、化學等多個學科的知識融合在一起，旨在構建新型的生物系統或制造人們需要的生物產品。

英國愛丁堡大學生物學家杰米·戴維斯解釋說，合成生物學的本質，在于運用基因工程等生物技術，或改造現有生物體為我所用，或創造新的有機體。簡而言之，就是“將生命系統工程化的技術”。

支撐這一領域的基因編輯和基因測序等技術正突飛猛進。例如，贏得諾貝爾獎的“基因魔剪”CRISPR/Cas9技術，讓基因編輯變得更精準、快捷和經濟。英國牛津納米孔技術公司研發的MinION手持設備，讓NASA宇航員能在國際空間站對微生物基因組進行測序。

NASA表示，MinION技術擁有巨大潛力，可以在太空中識別微生物、監測人類與微生物變化，甚至有助于檢測宇宙中其他基于DNA形式的外星生命。該技術能夠快速、準確了解生物體的結構和序列，也為更改生物體的序列和結構奠定了堅實基礎。

在這些尖端技術的助推下，合成生物學逐漸走上科學舞臺中央。合成生物學先驅、美國生物工程師德魯·恩迪認為，合成生物學是足以重塑科學、社會和文化的變革力量。在他看來，這項技術將成為解決糧食危機、攻克疾病、治理污染的革命性利器。

咨詢公司麥肯錫2020年曾預測，在未來10—20年內，由合成生物學主導的產業經濟價值將高達4萬億美元，全球60%的產品可以用合成生物學技術生產或再利用。

美國火星學會、NASA和英國皇家學會認為，合成生物學領域的突破為太空探索注入了澎湃動力和全新可能。從改造火星環境到建立火星基地，合成生物學有望為人類的星際夢想鋪設通途。

從土壤到大氣，多條路徑改造火星

具體如何實施呢？英國曼徹斯特城市大學科學哲學副教授塞繆爾·麥基提出了幾個充滿想象力的思路。

首先，人們可以讓微生物吞噬火星上的有害輻射。在地球上，某些細菌和古細菌早已展現出驚人的生存能力：棲熱水生菌在沸泉中怡然自得，嗜冷微生物則在苦寒之地生生不息；更令人驚奇的是，一些能夠吸收輻射和有毒物質的嗜極性微生物，正在地球上的石油泄漏區和放射性污染場地大顯身手。水熊蟲用5億年進化史證明，生命的韌性遠超想象，生存智慧可以突破物理極限。這些“極端環境專家”或許可以幫助科學家設計出耐寒、耐高輻射的微生物，然后在火星上幫助人類抵御極端環境。

接下來，在改造微生物的同時凈化火星土壤。火星土壤富含對人類有毒的高氯酸鹽，但科學家發現，反硝化菌、硫酸鹽還原菌等某些厭氧微生物，竟然可以把高氯酸鹽當“食物”大快朵頤，并通過自身獨特的代謝途徑，將其轉化為無害的氯離子。早在2010年，NASA艾姆斯研究中心就啟動了太空合成生物學研究項目，其中之一就是研究如何讓一些細菌變身為“土壤清潔工”，來處理火星土壤中的高氯酸鹽。

更令人振奮的是，微生物或許還能重塑火星大氣。古老的地球上，藍藻繁盛，它們通過增加氧氣含量，改變了地球大氣層的成分，為人類登場搭建了舞臺。火星上大氣極其稀薄，主要由二氧化碳構成。從理論上講，科學家可以設計出能夠在火星環境中生存并釋放出氧氣和氮氣的微生物。

此外，火星目前的溫度對于人類來說太冷了，其平均溫度約為-27℃。如何使火星表面變暖呢？一個設想是在其太空軌道上安裝反光鏡，加熱火星并融化其冰層。但這一階段據說至少需要200年，合成生物學從理論上來說可以大大加快這一進程。早在2019年科學家就提出，利用合成生物學設計微生物，使其能夠在火星上產生溫室氣體，通過溫室效應來提升火星溫度。

可能導致意外后果，仍需考慮生態影響

基因工程和微生物研究領域的突破，或許能幫助人類在火星上生存。然而，改造火星環境絕非易事，微生物改造工程涉及的技術目前很多只是“紙上談兵”，具體實施方面也面臨諸多困難。

合成生物學平臺雖有其獨特優勢，如自我復制，可靈活生產食物、材料及特殊化合物，但在火星低重力環境下，生物反應器如何運轉？太空輻射將給微生物帶來何種影響？這些問題都需要科學家深入探索。

更值得深思的是，將工程微生物引入火星生態系統，可能導致意外后果，例如破壞火星原本可能擁有的生命形式。

恩迪認為，科學家應該就相關問題進行公開討論，如將合成生物引入火星可能帶來的潛在生態影響，此類行動應該遵循的準則等，這對于未來的火星任務至關重要。