“聰明”的太空藻類可能是人類登陸火星的關鍵

国产v亚洲v天堂a如果妳在宇宙飛船上呆了幾年,妳不可能把所有需要的東西都帶上——妳需要自己種植。這就是藻類的用處所在

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讓我們花點時間想想藻類。在湖泊表面積累的綠色粘液是地球上的無名英雄,負責產生我們今天呼吸的至少壹半的氧氣。

為人類長期太空飛行做準備的最大挑戰之壹是找到壹種提供生存要素的方法——食物、廢物清除、輻射防護、水和氧氣。如果妳打算在宇宙飛船上呆上幾年,妳就不能帶上妳需要的壹切。妳需要自己種植。

有各種各樣的解決方案來滿足每個人的需求,但現在壹項新興的研究表明藻類可能是破解長期太空旅行的關鍵。科羅拉多大學博爾德分校的艾米麗·馬圖拉說:“我的研究小組認為,用壹種藻類系統可以滿足宇航員幾乎所有的新陳代謝需求。”

Matula目前正在攻讀博士學位,該學位旨在利用類似於國際空間站(ISS)的系統來消除余熱。環繞國際空間站內部的是壹系列充滿水的線圈。當國際空間站的宇航員釋放出熱量,以及在那裏進行的各種其他實驗,水就會加熱。當線圈中的水達到壹定的溫度時,它就被泵過壹個冷板,冷板又連接到空間站的外部。熱量從水到板,然後從國際空間站出來。

她說:“由於我們已經把這個體積分配給了水循環,我的想法是用藻類培養物‘填充’水循環,這樣我們就可以用壹個系統處理兩個生命支持系統過程。”Matula正在研究藻類在這些系統中的反應,這些系統自然會涉及到溫度的波動,以及它們是否仍然能夠消耗二氧化碳並以所需的速率產生氧氣。

她還沒有公布結果,但是她說這個系統“有潛力節省發射的質量、能量和體積”。另壹種應用是空氣再生——去除二氧化碳並產生氧氣——這對宇航員呼吸至關重要。

這種方法在地球上確實有效——據估計,藻類提供的氧氣量在50%至80%之間。然而,將其轉移到太空是壹件棘手的事情。

據《環境生物技術》(Environmental Biotechnology)壹書介紹,1961年在俄羅斯進行的壹項實驗中,壹名男子在壹個只有4.5立方米的房間裏生活了30天,只用藻類將二氧化碳轉化為氧氣。

三天後,潛在的有害水平壹氧化碳穩定下來,12天後,他自己身體釋放的甲烷也穩定下來。但是,根據Matula的說法,“這個實驗的數據並不是很容易得到”。

當然,如果不能在太空中種植藻類,這壹切都沒有任何意義。從去年2月到8月,NASA在國際空間站上進行的空間藻類實驗研究了藻類在微重力下的生長方式。

“我們想找到壹種在太空液體培養中生長藻類的廉價方法,”佛羅裏達大學的馬克·安特爾斯說,他是該項目的主要研究者。藻類在液體中生長最快,但在微重力下處理液體有壹系列的挑戰。

他們還測試了某些遺傳變異是否意味著藻類在太空中存活得更好。在六個月的時間裏,他們讓藻類經受紫外線照射,然後將每種不同的菌株培養40代,從而產生突變。“我們想弄清楚什麽基因對藻類在空間站生長良好非常重要,”Settles說。“與在地球上進行相同的實驗相比,我們目前正在描述我們是否有明顯不同的菌株。”

最有前景的可能性是利用藻類作為食物來源,因為許多種類都是可食用的。國際空間站(International Space Station)的有效載荷分析師凱文·泰爾(Kevin Tyre)負責美國宇航局的太空藻類實驗,他說:“為了食物的目的,它很可能被用作營養補充劑,而不是膳食中的主食。”

保持營養平衡也是個問題。惠勒說:“根據種類和菌株的不同,有些藻類的蛋白質和含氮化合物(如核酸)含量可能過高,而有些藻類的細胞壁物質在生物量中所占的比例也很高,因此,妳可能需要選擇多種類型的藻類,或將其設計成平衡的食物來源。”

對於輻射屏蔽,也有潛力。在太空中,宇航員受到被稱為宇宙輻射的高能粒子的轟擊。找到阻止輻射的東西是幫助我們在太空生存的關鍵。

目前,在國際空間站,屏蔽是通過許多不同的材料層提供的。

“藻類生長在液體培養物中,如果反應堆被放置在宇宙飛船的外部,它們可以被用作屏蔽輻射的壹部分,”Settles說。他說:“介質中的水可以起到屏蔽作用,但藻類需要承受宇宙輻射。”發展這壹想法需要技術和菌株研究,以找到不會被輻射破壞的藻類菌株。

藻類也可以去除廢物。如果人類的排泄物被用作藻類的食物來源,它將把磷和氮等營養物質循環成宇航員可以食用的形式。這對地球也有好處。馬圖拉說:“資源有限的國家,如印度,對利用藻類去除工業或人類廢物感興趣。”

最後,這項實驗著眼於利用藻類生產生物柴油或高價值類胡蘿蔔素,如維生素A。“當細胞受到環境壓力時,油和類胡蘿蔔素都會在更高水平上生產,”沈降說。例如,如果藻類缺乏氮或硫,它們會產生能量密集的油。“我們正在測試我們的太空樣本,看看簡單地在太空中種植藻類是否比在地球上生產更多的石油。”

從長遠來看,這可能對太空制造有用——藻類產生的油可用於太空制造塑料或燃料。“藻類可能是有助於使空間制造更可行的投入的壹部分,”Settles說。

作為實驗的壹部分,Matula和她的同事JamesNabity發表了壹項研究,研究將藻類帶到太空中時可能發生的問題。“想想如果我在臺面上放了壹大杯海藻,我怎麽能殺死它呢?她說。“或者,如果我有壹個巨大的藻類生物量培養或加工廠,怎麽可能會破壞,失敗或關閉?“

當然,在太空中使用藻類也可能會大錯特錯。例如,如果藻類的廢氧沒有足夠快的去除,藻類的生長將開始減緩。另壹個例子是來自化學品或細菌的汙染;如果藻類被餵入受汙染的廢物沒有得到適當的處理,對那些食用藻類的人來說可能會變得危險。例如,如果宇航員攝入咖啡因或抗生素之類的物質,而這些物質對於藻類來說不是天然的,那麽他們就會積聚在藻類中,這可能會對食用它們的人類產生有害影響。

對於每壹項要求,熱去除,廢物去除,空氣再生,水,輻射屏蔽和燃料,藻類都顯示出了希望。把它們放在壹起還沒有完成。Matula說:“沒有人同時研究所有這些功能。”

但是惠勒認為他們不必合並成壹個系統。他說:“理論上,如果妳有壹系列的藻類類型和反應器,可能會有不同的功能。”“只使用壹種系統是很困難的。”

 

本文轉自:藻類生態鏈

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