出品 | 王真 网易科学人栏目组
当人类踏足火星开始殖民时，人类并非来到这颗红色星球上的唯一外来生物，蟑螂、老鼠、虱子、苍蝇、蚊子和蚂蚁这六种生物因为其超强的生命力最有可能和人类一起登陆火星。另外，还有一些参加未来火星任务的“宇航员”体型非常小，甚至肉眼几乎无法看到，但它们却发挥着无法替代的重要作用。载人火星任务需要庇护所、可呼吸的空气、衣服、食物、药品、能源、废物处理以及其他服务。其中，许多需求都可通过活体微生物来满足。
人类已经利用生物技术数千年，包括用它们编制衣服和建造房屋。但是要想在火星上继续利用这些技术，依然让人觉得有点儿没底。将来，火星上或需要的物资并非完全从地球上输送，宇航员们将可以利用微生物在火星上现场制造。某些细菌可利用火星上有限的资源支撑起聚居地的简单生态系统，甚至可以帮助小型植物生长。这些微生物可以制造氧气和处理废物，还可以用于生产有用的材料，帮助开采金属等。我们必须充分利用能在火星上找到的任何资源，这就需要生物学的鼎力相助。
火星曾有生命存在？
火星属于可居住环境，这意味着携带微生物用于寻找火星上的土著生命十分危险。如果事实证明火星上的确存在生命，但却受到人类和地球微生物污染而灭绝，那将是个巨大灾难。如果这些微生物随后被宇航员发现，将会带来巨大混乱，因为我们无法确认它们到底是否属于火星生命。为此，当我们决定利用微生物在火星上维持生存时，必须确保我们不会“污染”火星。
执行火星任务时，安全和卫生要求要比执行月球或小行星任务严格得多，因为这些小天体上绝不可能存在生命。可是火星环境适合生命存在，我们必须采取更加保守的措施。尽管目前还没有如何治理火星的计划，也没有任何完美答案。如果有人想要将微生物送上火星，目前还无法做到。
地球生命能在火星上生存吗？
从技术上说，我们已经将生命送上了火星。当我们发射探测器并在它们离开地球轨道时，尽管我们已经尽了最大努力为它们消毒，但依然无法保证百分百消灭了微生物。问题是，这些微生物是否有机会在火星上幸存下来。然而有科学家认为，微生物不可能“污染”火星，或在红色星球上繁衍下来，因为火星上的生存条件极度恶劣。
低重力环境（火星重力只有地球的38%）可能不会对地球微生物造成太大影响，可是微生物需要足够的阳光进行光合作用，可是火星上十分寒冷，其地表平均温度为零下60多摄氏度。此外，火星上空气稀薄，大气压仅相当于地球的1%。地球上有磁场可以保护生命不受辐射影响，但火星上却没有。火星上比地球更加干燥，大部分表面不可能存在液态水。
许多微生物可进入休眠状态维持生存，因此地球上的微生物可能被吹到受保护地区或被埋起来。如果它们能在岩石下发现生存之道，它们就可能在极度寒冷和有辐射的情况下生存下来。但是它们必须从空气中提取水分子，或依靠其他方法得到水。在很久前火山岩浆形成的火星洞穴中，就有可能存在热水和更厚的大气层。火星上另一个可能的生命庇护所就是火星极冰中的液态水滴。
一般情况下，这不太可能发生，因为在这些情况下，地球上的微生物已经被杀死了。可是，我们也无法排除它们幸存下来的可能性。尽管火星表面环境恶劣，但谁也不能低估地球微生物的生存能力。地球微生物不太可能“占领”火星，但它们的确有可能在上面存活下来，至少短期内可行。
在火星上建个小动物园？
数十亿年前，名为蓝藻的微生物为地球生命诞生奠定了基础。在植物出现很久之前，蓝藻就可以释放出氧气，作为光合作用的副产物。地球上富含氧气的大气层为生命诞生提供了完美的诠释，这种情况也可能在其他星球上发生。宇航员们也可以在火星上利用蓝藻制造有用的材料，支持其他有价值的微生物和植物。我们已经依靠微生物为我们提供了许多美味食物，比如葡萄酒、奶酪、酸奶以及其他重要服务。它们还可帮助我们制作食物、药物，处理垃圾废物。所有这些有用的益处都可以在火星上重现，就像地球上那样。
在火星上利用微生物制造产品，可以大大减少我们需要从地球上输送物资的压力。毕竟摆脱地球引力是非常昂贵的，发射1罐可乐的成本就需要1万美元。而这还仅仅是将其送入地球轨道，送上火星的成本更高。可是，微生物的重量非常轻，也容易被带上火星。它们可以复制、分裂，并像地球上的植物和藻类那样利用太阳能。这些微生物可被释放到火星上已经存在的水、矿物以及大气中。你可以利用蓝藻制造材料，开始制造所有塑料物品。
特定的微生物可被用于制造食物、氧气、燃料，或被用于处理垃圾废物，或为植物或人类提供营养成分。微生物还可帮助分解岩石，提取有用金属。在混合了其他成分时，有些微生物还能将火星灰尘粘合起来，用以制作能够建造房屋的材料。
如果宇航员想要在火星上建造花园，微生物也能提供巨大帮助。在划定范围内，植物将受到保护，免受辐射影响，还可获得水分、水溶培养液或肥沃的土壤。微生物可以改变火星上的元素，以便其适合植物生长。宇航员可以种植用于食用和释放氧气的植物。此外，种植植物还能为人类提供巨大的心理好处，比如国际空间站上的宇航员会通过照料植物调节心理。
动物通常占据的资源和空间都相当大，为此早期火星殖民的宇航员不太可能带着它们。但是小型动物可能成为早期的太空居民，比如蚕、鱼以及贝类等。
改造更好的微生物
我们携带的任何植物或微生物都不必在恶劣的火星表面挣扎求存，宇航员们需要为它们建造防护措施应对火星干燥、寒冷、低温环境。正是由于要面对比地球上更恶劣的环境，微生物才更需要基因改造。如果发生意外，微生物依赖的设备出现故障，它们可能需要面临极端环境，而适应性越强的微生物所需的保护成本就越低。越能够在接近火星的恶劣环境中茁壮成长，你需要为它们提供的保护就越少，同时“重现”地球环境的成本也越低。
经过基因改造后，微生物可以更有效地执行人类赋予的使命，甚至扮演全新的角色。我们可以将大自然看作巨大的基因硬件店，你可以将某些东西从货架上取下，然后放在有机体内。这种改造过的微生物可被宇航员用于制造定制工具、智能织物甚至可更换的器官。
这种技术已有先例，比如抗疟疾药物青蒿素。青蒿素是从青蒿植物中提取的，但需要改造基因的酵母帮助。轮胎制造商和生物科技公司也需要使用酵母制造橡胶，而非直接从树上得到橡胶。目前，科学家们已经注意到在羽毛、指甲、头发以及皮肤中发现的角蛋白。微生物通过基因改造也可以产生角蛋白，并可以预先设定的形状打印。想象下，如果你时刻拥有这种结构强、重量轻、柔韧的材料，在太空中该是多么方便！
或许将来，微生物还能通过产生氧气和改造土壤，帮助我们彻底改造火星地表环境。这意味着，将来生命或许能在火星表面生存。我们不希望人们认为我们正送诺亚方舟上火星，直到我们将火星大气改造得足够厚，足以维持液态水和更高气压的环境，我们才会谈及将动物送上火星。但那可能需要很多年的努力，而将微生物送上火星充当生命支持者则是更可行的目标。
如何送微生物上火星？
首先，我们要对地球极端环境中生存的微生物进行普查，比如沙漠、深海烟囱以及北冰洋等。与此同时，天体生物学家们正在地球上寻找与火星环境最相似的地方，并在探索土著生命在火星上生存的可能方式。这些研究也可以确定，我们可以携带哪些微生物前往火星。我们将挑选已经存在的微生物，研究它们的极限，以及如何利用它们。
科学家们已经将岩石中的微生物送往低地轨道，看它们在太空船外的表现。返回地球后，特殊的舱室也可用来模拟火星环境，包括温度、气压、气候以及辐射等。当这些微生物的抗性得到证实时，科学家们必须找出如何使用它们，比如占最少的重量发挥最大的功用。欧洲航天局正尝试利用微生物处理和回收人类废物和植物的非食用部分。科学家们也在考虑宇航员在火星基地中如何使用这些微生物，比如利用蓝藻帮助种植植物。
美国宇航局正考虑在2030年左右将人类送上火星，天体生物学家们正在挑选我们未来的火星微生物同伴。我们正在了解这些微生物，以及如何更好地使用它们。当人类最终前往火星时，它们准备好随同人类太空探险吗？
本文来源：网易科学人
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