本文來(lái)自微信公眾號(hào)： 范陽(yáng) ，編輯：范陽(yáng)，作者：范陽(yáng)

我越來(lái)越對(duì)那些在極端環(huán)境中不僅能夠生存下來(lái)、反而活得生機(jī)勃勃的生命，懷有深深的敬畏與好奇。對(duì)人類(lèi)那是極端環(huán)境，對(duì)它們那就是平常的家園。

最近看到的一個(gè)新聞報(bào)道，是有一種來(lái)自新疆沙漠當(dāng)中的“火星苔蘚(Mars Moss)”，搭乘中國(guó)的輕舟試驗(yàn)飛船，完成了“太空復(fù)蘇試驗(yàn)”。這種苔蘚叫做“齒肋赤蘚”，因?yàn)樗鼇?lái)自于嚴(yán)酷的沙漠環(huán)境，齒肋赤蘚可以耐極寒，甚至耐輻射，并且最神奇的是它可以脫水到98%幾乎變成了黑炭，但是一澆水，幾十秒鐘就能變綠活了過(guò)來(lái)。科學(xué)家還在研究它的細(xì)胞里應(yīng)該有一套自然進(jìn)化賜予的“自我修復(fù)機(jī)制”。

看到這些齒肋赤蘚的實(shí)驗(yàn)照片，我覺(jué)得很美的是來(lái)自我們西北大漠中的這些“不曾被聽(tīng)說(shuō)過(guò)的植物”，它們也是第一批宇航員，在沙漠中沉睡，在太空中醒來(lái)。人們?cè)跇?gòu)建的空間站和大火箭，也許有一天它們才是里面的主角。

以前在科幻片里才能看到的這些“太空生命”，似乎離我們的生活越來(lái)越近了。而這些太空生物學(xué)/天體生物學(xué)的研究，也許還會(huì)幫助人類(lèi)解決地球上的氣候變化和污染修復(fù)問(wèn)題，甚至當(dāng)我們更多的理解了這些可以“暫停生命”，可以從極限狀態(tài)中恢復(fù)原樣的生命機(jī)制之后，還能讓人類(lèi)減少許多冷鏈浪費(fèi)，和不再需要巨額運(yùn)輸成本的疫苗、藥品或鮮活食品。

今天分享的文章，來(lái)自于先鋒實(shí)驗(yàn)室（Pioneer Labs）的博客，他們是一家實(shí)驗(yàn)室初創(chuàng)公司，專(zhuān)注于通過(guò)工程化改造生命體，讓火星變得更適宜人類(lèi)居住。他們最新的文章發(fā)表是有關(guān)于如何在地球上模擬火星環(huán)境。在這篇博客文章里介紹了新上線(xiàn)的“限定火星培養(yǎng)基”（Defined Mars Media），這是一個(gè)普通人和學(xué)生都可以動(dòng)手自己做實(shí)驗(yàn)的“火星土壤的化學(xué)成分模擬添加劑”。隨著未來(lái)科學(xué)家獲取更多火星的數(shù)據(jù)和樣本，這些模擬物也會(huì)越來(lái)越接近真實(shí)的火星成分。最終每個(gè)人都可以嘗試培育一個(gè)“火星花園”，甚至參與到培育那些會(huì)登陸火星的“先鋒物種”。

希望今天的文章對(duì)你有啟發(fā)。

如何在地球上模擬火星？

How do you simulate Mars on Earth?

專(zhuān)訪(fǎng)先鋒實(shí)驗(yàn)室（Pioneer Labs）CEO埃里卡·德貝內(nèi)迪克蒂斯（Erika DeBenedictis）

An interview with Erika DeBenedictis

文藝復(fù)興慈善基金會(huì)（Renaissance Philanthropy）首席執(zhí)行官托馬斯·卡利爾（Thomas Kalil）專(zhuān)訪(fǎng)生物工程師、先鋒實(shí)驗(yàn)室首席執(zhí)行官埃里卡·德貝內(nèi)迪克蒂斯（Erika DeBenedictis）。

先鋒實(shí)驗(yàn)室（Pioneer Labs）是一家初創(chuàng)公司，專(zhuān)注于通過(guò)工程化改造生命體，讓火星變得更適宜人類(lèi)居住。他們的工作處于生物工程與空間科學(xué)的交叉地帶。他們研發(fā)的技術(shù)，將讓首批登陸火星的人類(lèi)能夠就地取材，而不是依賴(lài)從地球運(yùn)過(guò)去的物資（allow the first humans on Mars to live off the land rather than rely on supply chains from Earth）。

先鋒實(shí)驗(yàn)室近期發(fā)布了一篇論文，內(nèi)容涉及如何基于火星車(chē)數(shù)據(jù)在地球上模擬火星環(huán)境，以及如何處理關(guān)于火星化學(xué)組成的基礎(chǔ)性不確定性問(wèn)題（based on rover data,and how to handle fundamental uncertainties about the chemistry of Mars）。

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.04.24.719001v2

我是先鋒實(shí)驗(yàn)室的董事會(huì)成員，多年來(lái)一直在關(guān)注這項(xiàng)工作的進(jìn)展。這次，我與先鋒實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官埃里卡·德貝內(nèi)迪克蒂斯（Erika DeBenedictis）坐下來(lái)聊了聊，問(wèn)了幾個(gè)如果我是第一次接觸這項(xiàng)工作時(shí)最想了解的問(wèn)題。

湯姆：我們?yōu)槭裁匆谝饣鹦巧系摹巴痢保?/h2>

埃里卡：火星上的土，或者叫“風(fēng)化層”（regolith），是我們?cè)跈C(jī)器人任務(wù)和載人任務(wù)中所需要的各種有用材料最豐富的來(lái)源之一。構(gòu)成生命的許多關(guān)鍵元素，在火星的土壤中都存在。

弄清楚土里有什么很重要，我們才能知道如何利用這些資源，從農(nóng)業(yè)到采礦都用得上?；鹦请x地球太遠(yuǎn)了，我們一定要“就地取材”，盡可能依賴(lài)當(dāng)?shù)刭Y源，不可能什么都從地球上帶過(guò)去。

湯姆：我們?cè)趺粗阑鹦堑耐晾镉惺裁矗?/h2>

埃里卡：從來(lái)沒(méi)有人把火星土帶回地球，來(lái)測(cè)量它里面究竟有什么！這確實(shí)讓事情變得困難。

不過(guò)，火星車(chē)已經(jīng)對(duì)火星土進(jìn)行了非常精細(xì)的化學(xué)測(cè)量，因此我們并不是完全一無(wú)所知。我們還可以研究已經(jīng)降落在地球上的火星隕石（Martian meteorites）的化學(xué)成分，以及地球上那些在礦物學(xué)層面（mineralogical level）看起來(lái)與火星巖石相似的巖石。

湯姆：你們剛發(fā)了一篇論文，講的是什么？

埃里卡：我們剛發(fā)了一篇論文，講的是怎么在地球的實(shí)驗(yàn)室里模擬火星土壤里跟生物相關(guān)的化學(xué)成分。我們把這個(gè)配方叫做“限定火星培養(yǎng)基”（Defined Mars Media），它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是精確模擬往大約一升水里加一湯匙左右火星土之后的化學(xué)成分，以及這種環(huán)境有沒(méi)有具備支撐生命所需的所有化學(xué)要素（it’s designed to accurately simulate the chemical composition of adding a~tablespoon of Mars dirt to a~liter of water,and whether it has all the chemical essentials necessary to support life）。你可以把“限定火星培養(yǎng)基”理解成火星土的“營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽”（nutrition label）。

（藝術(shù)示意圖）你可以把“限定火星培養(yǎng)基”理解為火星土的“營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽”。里面既有氮、磷這類(lèi)對(duì)生物至關(guān)重要的營(yíng)養(yǎng)元素，也有高氯酸鹽（perchlorate）和鉻（chromium）這類(lèi)毒素。

湯姆：那火星土里到底有什么？

埃里卡：事實(shí)證明，火星土實(shí)際上充滿(mǎn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（full of nutrients）！

磷和氮都存在，而且含量相當(dāng)豐富。但與此同時(shí)，火星土中也充滿(mǎn)了潛在的毒性物質(zhì)，例如鹽和高氯酸鹽（perchlorate）。

高氯酸鹽尤其有意思，從化學(xué)性質(zhì)上說(shuō)，它和漂白劑（bleach）有些相似。你可能會(huì)在家里使用漂白劑來(lái)給東西消毒，因?yàn)樗浅Ｉ瞄L(zhǎng)殺死各種東西！真正的挑戰(zhàn)在于：找到那些能夠利用這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、同時(shí)又能夠耐受這些毒性物質(zhì)的生物（finding organisms that can make use of the nutrients while tolerating the toxins）。

湯姆：地球上的生物能在火星上生長(zhǎng)嗎（Could Earth organisms grow on Mars）？

埃里卡：能，但有限制。地球上任何一種生物要想直接在火星表面自己生長(zhǎng)，可能性極低，那個(gè)環(huán)境太極端了。但如果有人類(lèi)稍微幫一把，或許可以。

延伸閱讀：極端生物技術(shù)：利用機(jī)器智能，學(xué)習(xí)整個(gè)生命樹(shù)的超能力。

在這篇論文里，我們展示了某些地球微生物在帶攪拌和加熱的容器里培養(yǎng)時(shí)，可以完全從我們模擬的火星土里獲取營(yíng)養(yǎng)。比如，鉤蟲(chóng)貪銅菌（Cupriavidus necator，一種常見(jiàn)的土壤細(xì)菌），就能直接利用火星土里的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。此前我們并不能確定這是否真的可行！這個(gè)結(jié)果很酷，對(duì)太空探索來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。

但并非所有地球微生物都行。有的扛不住火星土里的毒素，比如自養(yǎng)黃色桿菌（Xanthobacter autotrophicus）就被淘汰了；有的用不了火星土里那種形態(tài)的氮，比如大腸桿菌（E.coli）也不行；有的需要火星土里沒(méi)有的復(fù)雜維生素，比如耐輻射奇球菌（Deinococcus radiodurans）也不行。所有這些生物未來(lái)都可能發(fā)揮作用，但它們不能成為第一批接觸火星土的生物。

湯姆：那……能種土豆嗎？

埃里卡：哈！土豆可能種得出來(lái)，但吃了會(huì)死人！

在《火星救援》（The Martian）里，馬克·沃特尼（Mark Watney）靠種土豆活了下來(lái)，家喻戶(hù)曉。但現(xiàn)實(shí)中行不通。問(wèn)題還是出在我剛才提到的高氯酸鹽。你要真在火星土里種土豆，土豆上帶的高氯酸鹽會(huì)毒害你的甲狀腺（thyroid）。

在火星上搞農(nóng)業(yè)是有可能的，但得先去除毒素，再加進(jìn)去大量的有機(jī)物(Agriculture is probably possible on Mars,but you need to remediate the toxins first,and add a lot of organic matter)。我們現(xiàn)在正在工程化改造一些微生物，讓它們來(lái)幫忙做這件事，敬請(qǐng)期待！

湯姆：你們有多大把握，火星土里確實(shí)有固定態(tài)氮（fixed nitrogen）？

埃里卡：這個(gè)問(wèn)題特別關(guān)鍵，必須搞清楚。氮對(duì)植物生長(zhǎng)至關(guān)重要，地球上用的化肥主要就是固定態(tài)氮—也就是氮跟其他原子結(jié)合在一起，變成生物更容易利用的形態(tài)，比直接利用氮?dú)猓╪itrogen gas）要容易。是的，火星土里絕對(duì)有固定態(tài)氮。實(shí)際上，按地球的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，火星土相當(dāng)于提前施過(guò)肥了(by Earth standards,Mars dirt is pre-fertilized)！

不過(guò)有意思的是，相關(guān)文獻(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題上不太好解讀。為什么會(huì)讓人困惑呢？2008年，鳳凰號(hào)著陸器（Phoenix Lander）首次（也是目前唯一一次）測(cè)量了火星土摻水之后的化學(xué)成分。他們本來(lái)是想看土里有沒(méi)有固定態(tài)氮。結(jié)果出乎所有人意料，他們發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽！而且含量很高，鳳凰號(hào)上的傳感器被高氯酸鹽淹沒(méi)了，根本“看”不到氮到底存不存在。后來(lái)到了2015年，好奇號(hào)火星車(chē)（Curiosity rover）用了另一種測(cè)量方式，這種方式不會(huì)被高氯酸鹽干擾，重新測(cè)了火星土里的氮，這次就找到了。好奇號(hào)在好幾個(gè)地點(diǎn)、測(cè)了不同類(lèi)型的土，都證實(shí)了固定態(tài)氮是存在的，而且分布很廣。

湯姆：火星上不同地方的土，成分會(huì)不會(huì)不一樣？

埃里卡：會(huì)?；鹦遣煌攸c(diǎn)的土壤很可能確實(shí)存在差異。火星地表最上方的一層覆蓋著非常、非常細(xì)的塵埃。

人們認(rèn)為，由于火星上持續(xù)不斷的沙塵暴，這些塵埃在整個(gè)星球范圍內(nèi)可能相當(dāng)均一。因此，無(wú)論你去到火星的什么地方，這些“細(xì)顆粒”（fines）很可能都是火星土中一種相對(duì)可靠、普遍存在的組成部分。

但在這些塵埃之下，是更大的顆粒，它們的組成可能會(huì)因?yàn)楫?dāng)?shù)氐膸r石和地質(zhì)條件而產(chǎn)生更大的差異。類(lèi)似地，宏觀尺度上的巖石可能更加多樣。比如，如果我們想開(kāi)采鐵，也許就應(yīng)該尋找火星上巖石和土壤中鐵含量更高的區(qū)域。

湯姆：那我們?cè)趺磻?yīng)對(duì)不同地點(diǎn)土壤差異的問(wèn)題？

埃里卡：我們其實(shí)根本不知道火星上不同地方的土到底差多少。我們能做的就是直接測(cè),這種差異對(duì)生物生長(zhǎng)到底有沒(méi)有影響（What we can do is just measure whether or not it would matter for growing things）！

我們論文里提出的這個(gè)“配方”有一個(gè)很大的好處，就是你可以很輕松地測(cè)試成分變化對(duì)生物生長(zhǎng)的影響。我們做了一系列實(shí)驗(yàn)，把模擬土里每種成分都系統(tǒng)地調(diào)高或調(diào)低10倍、100倍，看看到底會(huì)怎樣。目前來(lái)看，只要還有一定量的氮和磷存在，微生物的生長(zhǎng)對(duì)于火星土成分較大幅度的變化，可能都還挺“皮實(shí)”（robust）的。

研究這種“皮實(shí)性”可能是擁有一種明確的“限定培養(yǎng)基”最大的價(jià)值（Studying this robustness is probably the biggest unlock of having a defined media），也是我們這篇論文最大的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在任何人都可以針對(duì)某個(gè)具體的火星地點(diǎn)，或者自己關(guān)心的某種成分，去做這些“魯棒性”（robustness）測(cè)試了！

湯姆：太空資源技術(shù)公司還賣(mài)別的“火星風(fēng)化層模擬物”（Mars regolith simulant），跟你們的有什么不同？

埃里卡：是的！SRT大概是空間科學(xué)界最大的模擬火星土供應(yīng)商了。如果你需要購(gòu)買(mǎi)一卡車(chē)“火星土”來(lái)測(cè)試火星車(chē)的輪胎，那么SRT會(huì)負(fù)責(zé)尋找與火星巖石“相似”的地球巖石，將它們研磨成合適的顆粒大小，然后完成物流運(yùn)輸，把它們送到你手中。

這些模擬物的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，是模擬火星土的整體物理性質(zhì)（bulk properties），例如顆粒大小，而不是化學(xué)組成。而我們的配方則主要是為了模擬化學(xué)組成。

湯姆：你們的配方里還提供了一個(gè)微量元素（trace element）的配比。微量元素是什么？為什么重要？

埃里卡：生物質(zhì)（biomass）大部分是由水、碳、氮、磷、硫組成的。你把任何生物磨碎了去看它的原子組成，主要就是這些東西。

但除此之外，還有一長(zhǎng)串微量元素，根據(jù)生物種類(lèi)的不同，你可能只需要一丁點(diǎn)。我們對(duì)鐵在血液里輸送氧氣都比較熟悉。再舉個(gè)例子，有些生物體的特定酶需要極微量的鉬（molybdenum）才能工作，那些就是“微量元素”。

我們最初配“限定火星培養(yǎng)基”的時(shí)候只放了“常量元素”（macros）：氮、磷、硫。光靠這些就能做很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)了。

但后來(lái)我們嘗試用這個(gè)限定培養(yǎng)基做長(zhǎng)期的適應(yīng)性進(jìn)化（adaptive evolution）實(shí)驗(yàn)，結(jié)果幾周之后全死了—因?yàn)槲⑸锶狈ξ⒘吭?！所以有些科學(xué)研究就需要你額外加上微量元素（trace elements）。

湯姆：那你們配方里的微量元素是怎么確定的？

埃里卡：這個(gè)很難，因?yàn)榛鹦擒?chē)并沒(méi)有測(cè)量過(guò)大多數(shù)微量元素。我們知道它們存在，但不知道含量有多少。我們想過(guò)直接用市面上的微量元素混合物，但那些是為優(yōu)化微生物生長(zhǎng)設(shè)計(jì)的，跟我們的目標(biāo)不一樣。

所以最后我們選擇了另一條路—測(cè)量了地球上的真實(shí)巖石，用這些數(shù)據(jù)來(lái)制定配方。這是我們目前對(duì)火星巖石情況的最佳猜測(cè)。但地球巖石跟火星巖石到底有多像，這本身就是美國(guó)宇航局（NASA）行星科學(xué)部每年花20億美元在研究的基本問(wèn)題。我們現(xiàn)在只能做到這個(gè)程度。跟很多研究人員一樣，我們也在熱切等待火星車(chē)傳回更多數(shù)據(jù)，或者有朝一日能等到真實(shí)的火星土樣本被帶回來(lái)！

湯姆：接下來(lái)有什么計(jì)劃？

埃里卡：在這篇論文里，我們展示了生物可以完全依靠火星上的土、水和空氣里的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生長(zhǎng)。而且，選對(duì)了生物，生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)于土壤成分較明顯的變化也有不錯(cuò)的穩(wěn)健性（with the right organism,growth can be robust to pretty substantial variations in dirt composition）。

我們很快還會(huì)再發(fā)一份報(bào)告，更進(jìn)一步：一旦你讓生物長(zhǎng)起來(lái)了，你能讓它們制造什么？我們正在用生物學(xué)手段把土、水和空氣轉(zhuǎn)化成建造材料（once you can grow living things,what can you have them make?We’re using biology to convert dirt,water,and air into building materials）。敬請(qǐng)期待，下一份報(bào)告很快就要出來(lái)了！