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科学家打造超级"地狱细菌" 开拓火星殖民地(图)

http://www.kexue.com 2012-09-13 11:04:47 腾讯科学  发表评论

机遇号火星车拍摄的火星“奋进”撞击坑照片
机遇号火星车拍摄的火星“奋进”撞击坑

  随着美国国家航空航天局好奇号火星科学实验室安全降落在火星赤道附近的盖尔撞击坑,接下来将寻找火星上曾经存在生命的迹象。而在地球上的工程师们正在培育能够适应火星环境的超级细菌。来自斯坦福大学和位于罗德岛州普罗维登斯市的布朗大学研究团队应用合成生物学创造出可在火星极端环境下生存的微生物,可为人类拓展太空殖民地开采所需矿物资源提供帮助。

  尽管火星可能是一个潜在的具有生命的行星,在火星演化史上或已经出现过生命,但现在的火星并不是具有适合生命存在的环境,人类和微生物要想在火星表面生存相当困难。比如,火星表面平均温度为零下80华氏度,稀薄的大气中有95%都是二氧化碳,虽然在火星两极地区有冰层存在,而且有证据显示古老的火星上存在巨大面积的海洋,但目前的火星依然是一个毫无生机的沙漠,人类如果要殖民火星将具有相当大的挑战性,需要付出高昂的代价。

  根据布朗大学研究团队的负责人本·格利里希(Ben Geilich)介绍:“很明显通过传统观点建造外星殖民地需要付出非常昂贵的代价,需要重型机械和运输建筑材料,但我们可以通过另一种途径开辟火星殖民地,比如微生物。使用微生物作为人类火星移民的开拓者有利之处是它们非常小,非常轻,一旦在火星上繁殖可以帮助改善火星环境,种植粮食、生产药物,也可以提取火星矿物元素,参与建造火星原料工厂。”该项目同时也是国际基因工程机器设计竞赛(iGEM)在一部分,作为合成生物学竞赛项目,旨在世界各地的大学生们巧妙地分离活细胞,创造出可以胜任新任务的新细胞。

  本·格利里希的研究小组根据基因技术提出了“地狱细胞”的概念,希望培育出一种能够抵御严寒、干燥和辐射环境的超级细菌。“地狱细胞”通过间接多种生物的优势基因片段,组合成遗传基因,研究人员从西伯利亚甲虫中DNA序列中获得抗严寒的基因片段,可使得“地狱细菌”体现出耐寒特性。另外,通过大量锰元素的注入可以筛选出抗辐射的细菌,而耐旱基因的提取也是通过类似的方法。研究小组还调查了在其他行星环境中可能存在的酸性介质,因此耐酸、耐热也是超级细菌所应该具备的。

  目前研究小组正在对一种大肠杆菌进行实验,通过该菌株培育了混合基因序列,将其他物种的特定基因片段剪切整合起来。根据该研究小组的导师、美国国家航空航天局埃姆斯研究中心实验室技术人员安德烈比尔尼耶(Andre Burnier)介绍:“我们需要走进自然,发现特殊基因片段,然后将各种功能的基因序列整合起来,重组成一个自然界中无法找到的全新基因序列。”

  如果该计划要想成功,就需要培育出能胜任各种环境的超级“地狱细菌”,不仅可以生存在火星上,也可以适用于其他行星环境,当人类需要建立外星殖民地时将派上大用场。研究小组除了以打造“地狱细菌”为任务目标,也正在研究一种可以在火星沉积物中提取矿物的微生物,也可以对废弃的航天电子设备进行生物处理,提取出稀有金属。其实,培育可提取稀有金属元素的微生物是主要研究重点,大多数的电子产品分离金属硅需要特殊的工程菌介入。

  而用于拓展火星殖民地的“地狱细菌”项目是从去年开始的,第一步将以培育可参与建筑水泥等材料生产的细菌为主,该细菌也可以分泌糖类以供应其他微生物食用。暂且撇开“地狱细菌”是否具有实用性,向火星发射细菌会导致一些伦理上的问题,如果这些细菌在释放进入环境后受到不可控的因素作用,可能会对人类自身或者将要探索的行星构成威胁,那将或是灾难性的结果。

  研究小组也将测试可适用于金星酸性环境中的超级细菌,虽然这颗星球的表面时荒凉的,但在很久以前也存在海洋,甚至是生命。著名的天文学家卡尔萨根在上个世纪六十年代就提出了类似的构想,而美国国家航空航天局的科学家们也对此产生了兴趣,但合成生物学则是一个全新的事物。在未来几年,我们将看到细菌改造的高潮,而所受限的则是我们的想象力和创造力。(Everett)

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