科學家設想利用植物開採月壤中的有價值礦物

美國總統歐巴馬在新太空探索計畫中明確表示，希望在本世紀30年代中期之前將宇航員送上火星。為此，美國宇航局（NASA）將研發新型太空探測器，實現對近地小行星、月球和火星衛星的載人探索。歐巴馬毫不諱言，他們將借助小行星、月球、火星衛星這些「跳板」，實現踏足火星的最終目的。

作為人類探索太空的前哨戰，月球及其資源當仁不讓地成為了科學家們的試驗場。據美國物理學家組織網近日報道，研究人員將利用阿波羅登月計畫帶回的月球表面風化層的土壤樣本，重新開展植物培育實驗。他們希望深入瞭解月壤對植物生長和發育的影響，以測試建造太空農場的可行性。一旦有了這樣的生命維持體系，不論是在星際旅行中還是在外星球基地上，都能夠確保宇航員有充足的食品供應。而研究人員還有一個更大的野心，那就是利用植物當「礦工」，來開採月球乃至火星上的豐富礦產，這種「就地取材」的方式不僅能夠降低建造太空基地的成本，其中也有很多資源是地球上極為稀缺的，對於人類來說價值非凡。

月球土壤不會影響植物生長

美國於上世紀六七十年代開展了世人矚目的阿波羅登月計畫，將人類送上了月球。歷次阿波羅飛行都對月球表面進行了廣泛考察，並搜集了大量月球風化層樣本。

月球風化層是由灰塵、泥土、碎石和其他物質組成的混合物，鬆散地覆蓋在固體岩床之上。對於阿波羅載人登月飛行任務所帶回的月球樣本，NASA的防範工作可謂做到了家：專門興建了一個月球物質回收和回歸宇航員檢疫實驗室（the Lunar Receiving Lab）來接待這些「外星訪客」。這樣做的目的是為了確保科學家利用月壤做實驗時不會有任何危險的污染物或者未知的外星生命形式「逃脫」，從而避免危及地球生態。

不過這種擔憂很快被證明是不必要的。初步研究顯示，與月球土壤樣本接觸過的植物並沒有枯萎或者死亡。研究人員將阿波羅11號和阿波羅12號帶回的月球土壤樣本撒在35種植物的根部和葉片上，這些植物仍然能夠茁壯生長。同樣的，動物實驗也表明，同月球樣本的接觸並沒有讓它們受到不良影響。

NASA旗下的《天體生物學》雜誌最近發表了對阿波羅時期月壤實驗的研究回顧，再次確認取自月球風化層的樣本沒有毒素，也不含外星生命形式的污染物，不會對生活在地球上的人類和動植物構成威脅。

探究建造太空農場的可能性

一粒種子落在月球上是否能夠順利地生根萌芽？科學家們目前還沒有答案。

雖然同少量的月球土壤接觸並不妨礙植物的存活，有些甚至還長得枝繁葉茂，但研究人員表示，由於最後一次月球土壤實驗還是在30年前進行的，囿於當時的技術條件和手段，月球土壤到底會給植物帶來何種影響，尚存在許多未知因素。

比如，阿波羅時期的實驗從未研究過月球物質對細菌和真菌等微生物的影響，而這些微生物是植物獲取營養的「幫手」。甚至宇航員身上的微生物都可能會進入植物的根際土中與植物根系相互作用。佛羅里達大學的遺傳學家安娜-麗莎·保羅解釋說，植物的根系處定居著一群微生物，它們負責將大的有機物質分解成植物容易吸收的小分子成分，保證了植物生長所需的營養素。

安娜-麗莎·保羅和同事羅伯特·費爾決定繼續阿波羅時期未竟的事業，開展利用月球土壤培育植物的實驗。他們的研究將借助過去幾十年來分子生物學和遺傳學領域開發出的新技術手段，從分子水平上瞭解在月壤中生長的植物為了適應環境將會如何開啟或者關閉它們的基因，進而幫助人類實現在月球乃至其他外星球上發展太空農業的夢想。

新的實驗並不需要重返月球進行。研究人員已經制定了計畫，只需從NASA所採集的數百公斤月球風化層樣本中取出幾克就夠了。

保羅說，一克月球風化層土壤就可以維繫好幾株擬南芥的生長。擬南芥是首種被成功進行基因組測序的植物，與甘藍和蘿蔔等人們餐桌上常見的蔬菜同屬十字花科，對這種模式生物的研究無疑將給未來的月球生物學實驗提供一個基準。這些實驗不僅有助於解答基本植物生物學領域的一些問題，而且還可以為發展地外生態系統儲備知識。

同時，更多的地球實驗也可以幫助工程師和科學家們更好地設計未來的在軌或者外星農場。

義大利泰雷茲·阿萊尼亞空間公司的工程顧問克勞迪奧·費內托認為，在建造並將一個演示系統送往太空之前，在地球上進行極端環境測試非常有幫助，這樣才能確保其中的一些關鍵設計能夠發揮作用。

費內托和同事在近期的英國《宇航學報》上發表文章指出，他們經過計算發現，對於一個擁有18位常駐民的月球基地來說，一個20%來自地球食品供給、80%依靠生物再生的生命支持系統可以保證基地運轉的時間長達5年以上。

植物或可充當「礦工」

《天體生物學》雜誌上發佈的阿波羅時期月壤實驗的研究回顧還表明，植物具有從月球風化層中「提取」某些營養物質的能力。一項研究發現，發芽的種子和幼苗似乎很享受月球土壤給它們提供的營養。雖然月球風化層中缺乏氮、磷、硫和鉀等植物必需的元素，但卻含有豐富的鐵、鎂和錳等元素，同樣可以促進植物生長。

科學家於是提出大膽設想，希望通過新研究進一步開發植物的這種潛力，將植物改造成「生物礦工」，來提取月球上的營養物質或者礦物質。這樣一來，月球農場不僅可以滿足宇航員的飲食需求，還是未來建設太空基地的有力保障。這些豐富的原材料可以用於月球基地的建設和運營，比如生產太陽能電池和建築材料等，這將使人類實現不依賴於地球資源的太空「可持續發展」成為可能。

當然，所有的這一切都可以說是為了登陸火星做準備。雖然目前科學家還沒有獲得火星樣本，但有一些研究已經在利用模擬火星土壤進行植物栽培實驗，而對月球土壤樣本的測試無疑可以提供很多有益參考。

費內托表示，即使NASA已經取消了短期內重返月球的計畫，載人火星任務也同樣可以受益於這樣的自我維持系統。要知道，從地球去往月球不過幾天時間，而飛往火星卻是一段為時半年的旅程，讓宇航員隨船攜帶足夠的食物和飲用水顯然是個極大的挑戰。

費爾說，我們的目標之一是要找到一個最佳途徑，利用植物構建一個生命支持系統，同時開發植物的「採礦」潛力，為將來的載人太空探索活動以及建設外星基地提供保障。