藻类点亮火星梦想：哈佛研究团队的生物栖居突破
若人類終將在地球之外建立永久聚落，那麼我們必須設計出能在極端環境中維持生命的棲居結構。然而，要將大量工業建材運送至太空，無論在後勤還是經濟層面都面臨巨大挑戰，並且使星際殖民成為難以承受的負擔。為此，哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences）的研究人員正在探索一種突破性的生物學替代方案，有望徹底改變我們對太空建築的想像。
由環境科學與工程戈登·麥凱（Gordon McKay ）講座教授，同時擔任地球與行星科學教授的羅賓·沃茲沃斯（Robin Wordsworth）領導的國際研究團隊，已成功在模擬火星大氣條件的生物塑膠棲體中培養出綠藻。這項先驅性實驗為未來建立不依賴地球材料、具自我維生能力的太空棲居環境邁出了關鍵一步。研究證實了構建可再生、能自我成長與維持的生物系統的可能性。
沃茲沃斯表示：「如果你的棲居體是用生物塑膠製成，裡面培養的藻類又能產生更多的生物塑膠，那麼這個系統就可能形成一個自給自足的循環體系，並隨時間持續擴展。」這種方法模仿自然的生物循環，同時正面回應了在其他星球上建立永續生活方式的工程挑戰。這項研究已發表於《科學進展》（Science Advances），不僅為太空探索開啟新方向，也為地球上的永續技術提供啟發。
近期，我們有幸與沃茲沃斯教授深入對談，探討這項研究的突破、太空棲居的未來，以及其對地球可持續發展的啟示。
探寻宜居之源
能否请您分享一下您的学术历程？是什么引导您走向行星宜居性与太空永续性这一研究领域？
我虽接受的是物理学训练，但对天文学和生物学的热情从未消减。这份热情很自然地将我带入了行星科学的殿堂，让我开始探寻一个核心问题：一颗星球在它的生命周期里，是如何维持其宜居性？这至今仍是我研究的重心。而太空栖息与永续发展的课题，正是这个问题的逻辑延伸。我们不再仅仅追问是什么让行星变得宜居，而是开始探索未来我们能用什么方法，在地球之外支持人类及其他生命。相比于大规模的工业方案，我个人更倾向于那些能让生命系统巧妙适应当地条件的创新思路。
自给自足的未来
您的研究描绘了一个藻类既能生长又能参与物质再生的闭环栖息地蓝图。在您看来，我们距离实现完全自给自足的太空生命支持系统还有多远？主要的挑战又是什么？
要建成真正自给自足的太空生命系统，我们确实还有一段路要走，但许多基本原理我们已经相当了解。令人不解的是，这个领域的重要性与它所获得的关注度极不相称。依赖传统工业技术的生命支持方案成本极其高昂。举例来说，国际空间站平均每年要为每位宇航员补给大约两点五吨的物资，年度开销动辄数十亿美元。显而易见，如果我们期望未来能在地球之外建立永续的家园，就必须正视这一挑战，并投入更多资源来寻求突破。
为火星设计，也为地球构想
这种既能抵御紫外线又能在极端条件下支持光合作用的生物塑料居所，其设计经验对于地球上的永续建筑有何启发？
无论在地球还是外太空，建造可持续居所的基本理念是相通的。最大的不同在于，地球拥有一个现成的生物圈，而在外星我们则必须带上自己的生物圈才能生存。尽管如此，为太空探索而开发的永续技术，必将产生重要的衍生效应，在建筑设计、可再生材料以及资源利用效率等方面，为地球带来深远的启发。
生命系统的基石
在众多生物中，为何特别选择第三裂甲藻作为实验对象？它有潜力成为太空生命系统的“标准模型”吗？
我们之所以选择第三裂甲藻（Dunaliella），是因为它坚韧的生命力与快速的生长能力。在太空应用研究中，它并非唯一的选项，科研人员也在探索其他菌株的可能性，但就本次概念验证而言，它无疑是理想的选择。
从宏大改造到微观生态
您过去曾用矽气凝胶模拟火星的温室效应。这项技术如何与生物塑料结合，共同构筑一个微型生态系？
简而言之，这两种材料各司其职：气凝胶擅长调控温度，而生物塑料则能维持气压与稳定液态水。将它们结合，我们便有能力在各种严酷的外星环境中，为地球生命创造出可以存活的微观天地。
材料智能
未来的太空居所是否可能不再是“建造”，而是像植物一样“生长”出来的？这需要什么样的生物工程技术突破？
尽管我们目前还未掌握“种植”居所的技术，但从物理或化学定律来看，这并非不可能。主要的瓶颈在于生物工程领域的创新。如果真能实现，在地球之外“生长”出生活空间，无疑是解决太空生命支持难题的一种极其优雅而高效的方案。
太空生活心理学
除了维生功能，您认为一个以藻类或植物为基础的环境，对未来太空居民的心理健康有何助益？
在我们的实验中，藻类是作为技术验证的起点，但这个方法完全可以扩展到培育更大型的植物，甚至树木。植物不仅是我们赖以生存的氧气来源，它们的存在本身就能带来巨大的心理慰藉，维系着我们与自然的情感纽带。对于远离家园的太空旅人而言，这份慰藉至关重要。
深空挑战与新思路
您下一步计划在真空中测试这个概念。与火星的稀薄大气相比，月球或深空的真空环境会带来哪些新的挑战？
在真空中，首要的难题是打造一个完全密封的屏障，以防止气体和水分散逸到太空中。此外，碳的来源也是一个关键问题。在火星，大气中富含二氧化碳，碳源充足；但在月球上，则必须设法从两极冰封的陨石坑或是从近地小行星中获取。
殖民伦理的新维度
您的研究是否代表着一种思维转变，即从改造整个星球的“全球级工程”，转向创造模块化的“微型世界”？这对太空殖民的伦理讨论有何影响？
我个人非常倾向于创造局部生物圈，而非对整个星球进行地貌改造。我们对行星气候的了解依然非常有限。创造“生态泡”所需的资源要少得多，也更具扩展的灵活性。虽然在部署前，我们仍需百分之百确认目标星球不存在原生生命，但总体而言，这种方式所引发的伦理顾虑远比全球改造要小。
源于太空，惠及地球
这项研究的创新，可能在地球上催生哪些应用或影响哪些产业？
我相信其影响将是巨大的。为太空研发的再生技术，对地球的永续发展极具价值。太空的严酷环境是创新的催化剂，正如历史上的太空竞赛一样，这些为应对极端挑战而生的技术，最终往往会回馈地球，在绿色建筑、水资源净化和粮食安全等领域推动重大进步。