火星需要昆蟲

王曉濤

起初，那只是一朵花，但美國得州農(nóng)工大學(xué)的本科生伊曼紐爾 · 門多薩（Emmanuel Mendoza）為了能讓“花園”郁郁蔥蔥而竭盡全力。2023年10月下旬，這朵五瓣花在諸多豌豆植物中綻放，隨后，更多花朵陸續(xù)盛開，甚至還長出了豌豆莢。此時，門多薩隱隱意識到，這可能預(yù)示著距地球數(shù)百萬千米之外的另一個世界的未來。

這些植物可不是什么普通豌豆植物。其中有一些種在模擬火星風(fēng)化層的土壤上——風(fēng)化層是覆蓋在火星表面的受侵蝕巖石和礦物質(zhì)的顆粒狀混合物，顯然不適合人類居住、生產(chǎn)、生活。門多薩在這種模擬風(fēng)化層中加入了一種叫作“蟲糞”的肥料——黑水虻幼蟲進食、消化后排出的廢物。從本質(zhì)上說，這些肥料就是蟲子的糞便。

門多薩和他的合作者的工作目標(biāo)就是研究蟲糞以及生產(chǎn)蟲糞的蟲子是否能在未來某一天幫助宇航員在火星上種植食物并管理排泄物。黑水虻幼蟲可以消化宇航員排出的有機肥料并將其加工成蟲糞。宇航員可以將蟲糞用作肥料，從而在火星土壤中種出植物。這些植物可以充當(dāng)宇航員的食物，宇航員甚至還可以食用以黑水虻幼蟲為原料制作的菜品，從而產(chǎn)生更多有營養(yǎng)的排泄物，讓這個循環(huán)繼續(xù)下去。

雖然宇航員未來未必就會用這種方式在火星上種植食物，但有一點是肯定的：他們一定會想辦法種食物?！拔覀儾豢赡馨阉袞|西都一起帶過去。”美國宇航局生物與物理科學(xué)部主管麗薩 · 卡內(nèi)爾（Lisa Carnell）說。

不過，種食物需要的可不只是一塊土地、一點水和一抹陽光，還需要一些非常有活力的原料：像黑水虻這樣的昆蟲，以及能夠讓生態(tài)系統(tǒng)有序運轉(zhuǎn)的微生物。因此，以長期逗留為目的的火星之旅需要的不只是人類，還有爬來爬去的蟲子——大多數(shù)人在暢想那些勇敢的人類探險家踏上那個新世界時不會想到這點。

要知道，太空旅行者還從沒有過長時間遠(yuǎn)離地球的經(jīng)歷。

“就現(xiàn)在的情況來說，人類進入太空，更像是舉行一次時間比較長的露營旅行?！痹谔罩卸毫艚咏鼉蓚€月的美國宇航局前宇航員斯科特 · 帕拉金斯基（Scott Parazynski）說。宇航員會攜帶各種凍干食品（以及辣醬等能增添風(fēng)味的東西）。如果是在國際空間站里執(zhí)行任務(wù)，那么他們可能會在實驗艙的植物試驗區(qū)看到一些新鮮蔬菜，但很少能真正吃到。

“試驗區(qū)里的確有蔬菜，艙室里也確實有調(diào)味品，但那可不是你家樓下的廚房和香料架。”帕拉金斯基博士說。

然而，要想在火星上逗留更長時間，宇航員顯然不可能依靠他們的太空儲藏室。他們需要火星菜園。而火星菜園顯然需要一點額外的幫助，或許就來自黑水虻幼蟲及其排泄物。

荷蘭瓦赫寧根大學(xué)研究員海倫 · 艾莉森（Hellen Elissen）說：“黑水虻幼蟲非常貪吃，而且?guī)缀跏裁炊汲?。只要你喂飽了它們，它們就會產(chǎn)生很多蟲糞?！?/p>

在大約5～10年前，科學(xué)家開始嘗試把黑水虻幼蟲的蟲糞——富含氮、鉀、磷和細(xì)菌——用作肥料。蟲糞還含有幾丁質(zhì)——來自昆蟲的身體——以及殘余有機成分。艾莉森博士最近發(fā)表了一篇綜述文章，主題就是蟲糞如何影響植物和土壤。她的主要結(jié)論之一就是：昆蟲排泄物的價值就像這些昆蟲本身能提供的食用價值一樣大?；鹦遣藞@需要青草嗎？蟲糞更好用。要是能給黑水虻幼蟲提供能量更高的食物殘渣，那就是大獎了。

艾莉森博士說：“有一種說法是，你其實就是你吃的東西。黑水虻幼蟲也是一樣?！?/p>

研究了黑水虻25年的得州農(nóng)工大學(xué)昆蟲學(xué)教授杰弗里 · 湯姆林（Jeffrey Tomberlin）很是明白這一點?，F(xiàn)在，他正在招募其他研究人員一同為這項事業(yè)奮斗。舉個例子，研究生諾亞 · 萊姆克（Noah Lemke）就為了研究黑水虻的繁殖行為而來到得州農(nóng)工大學(xué)。通過這所大學(xué)的阿吉研究項目——參與這個項目的研究生可以為了具體計劃而招募本科生一同做研究——湯姆林認(rèn)識了門多薩。后者當(dāng)時是主修航天工程專業(yè)的學(xué)生，在高中時就曾嘗試在模擬火星土壤中種植蘿卜。

門多薩說：“他的項目主題是‘黑水虻可以供養(yǎng)世界，我們需要更多黑水虻?！遍T多薩認(rèn)為，或許這種昆蟲也能供養(yǎng)另一個世界。

他說：“我覺得，好吧，好像也沒有什么能阻止我用黑水虻作為催化劑，發(fā)揮我對太空農(nóng)業(yè)的興趣?！?/p>

很快，他們就對整個系統(tǒng)有了構(gòu)想。黑水虻幼蟲可以吃宇航員的食物殘渣，從而產(chǎn)生蟲糞，讓原本貧瘠的外星土壤逐漸肥沃起來，最后形成能夠種植食用植物的土壤環(huán)境。同時，這些幼蟲本身也可以成為一種蛋白質(zhì)來源，宇航員——或者他們一同帶去外星的某些動物——可以直接食用黑水虻幼蟲。門多薩說：“整個系統(tǒng)就是，人類喂養(yǎng)蟲子，蟲子喂養(yǎng)植物和其他動物，這些植物和動物又都能供養(yǎng)人類。”

湯姆林、門多薩、萊姆克三人拿著模擬火星風(fēng)化層和蟲糞，把它們按不同比例混合，然后查看豌豆的長勢。在一項試點實驗中，混合比例從零蟲糞全風(fēng)化層逐漸調(diào)整到全蟲糞零風(fēng)化層。接著，這個研究團隊將按照這種方式種植的植物的生長情況同種植在盆栽土（也用各種比例的蟲糞施了肥）中的綠色植物的生長情況做比較。試點實驗結(jié)束后，他們又縮小比例范圍，將蟲糞的比例縮小到0～50%。

萊姆克說：“豌豆在模擬火星土壤和盆栽土中的生長情況類似，至少在環(huán)境條件適宜的情況下是這樣?！?/p>

萊姆克還補充道：“太高比例的蟲糞對植物健康有害?！币驗橹参飼者^多營養(yǎng)成分。另一方面，如果蟲糞比例過低，植物就無法攝入足夠多的氮，這同樣不利于植物發(fā)芽。萊姆克說：“理想的比例是10%左右，這種比例的蟲糞看上去效果不錯?！被煸谙x糞中的微生物似乎也同樣有用，將風(fēng)化層磨碎（這對宇航員來說就是一項類似搗臼的任務(wù)）再混合也很有效果，這樣混合土壤就能更好地吸收水分。

門多薩最近在美國昆蟲學(xué)會大會上發(fā)表了他們?nèi)说难芯砍晒?。他希望能借助自己的工程學(xué)背景開始研究一種可以真正用于太空探索的物理系統(tǒng)，讓昆蟲能在遠(yuǎn)離地球家園的情況下也能保證多產(chǎn)。

門多薩、萊姆克和湯姆林的研究推動了美國宇航局以及其他空間研究機構(gòu)多年來一直在做的事，其中包括有關(guān)空間環(huán)境如何影響蟲子、微生物以及其他生物的研究?？▋?nèi)爾說：“水熊蟲、線蟲、果蠅、酵母菌，我們研究了各種生物?！?/p>

食物方面，研究人員在植物群和動物群的結(jié)合方面也已經(jīng)做了一些嘗試?？偛课挥诜鹆_里達(dá)的星際實驗室是美國宇航局深空食品挑戰(zhàn)大賽的決賽圈選手，這家公司正在研究一種包括昆蟲在內(nèi)的自給自足的植物和蘑菇種植系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，昆蟲獨立于植物生活，但會為后者提供二氧化碳?？▋?nèi)爾博士說：“我們正在研究如何引入正確的微生物，以便現(xiàn)在就創(chuàng)造出一種更加可靠的土壤混合物?！?/p>

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的科學(xué)家最近在《生物學(xué)通訊》（Communications Biology）上發(fā)表了一項研究。這項研究表明，在模擬月球土壤中釋放三種混合細(xì)菌，有助于將貧瘠土壤中的磷轉(zhuǎn)化為植物可以吸收的磷，從而使得植物長得更大更綠。

不過，卡內(nèi)爾博士也補充說，這些微生物的存在也會導(dǎo)致其他問題，比如：我們不知道這些蟲子隨宇航員一起進入太空甚至去到另一個星球的表面后會發(fā)生何種變化，也不知道它們會如何影響人類宇航員自身的微生物群。

門多薩介紹說，在地球上，研究人員已經(jīng)開始使用模擬火星土壤研究在火星上種植農(nóng)作物可能出現(xiàn)的情況。

美國宇航局生物和物理科學(xué)部的一系列新研究建議為未來10年的更多此類項目掃清了障礙，騰出了空間。在所有這些建議中，美國宇航局正在考慮一種名為BLiSS的活動。這項活動的全稱是“生物再生式生命保障系統(tǒng)”，目標(biāo)是構(gòu)筑并認(rèn)識“一種系統(tǒng)，它能夠提供高質(zhì)量食物、清新空氣與水，加工處理廢物，并且能創(chuàng)建獨立于地球的可供宇航員長期生存的空間環(huán)境”。

卡內(nèi)爾博士說，黑水虻系統(tǒng)非常符合這個構(gòu)想。她表示：“黑水虻以廢料為食，可以生產(chǎn)肥料，還有很多額外的好處?！备挥谜f，宇航員可以直接用黑水虻幼蟲做一頓豐盛的晚餐——或者微引力環(huán)境下鍛煉后的一頓蛋白質(zhì)奶昔。

當(dāng)然，吃黑水虻幼蟲肥料養(yǎng)大的豌豆是一碼事，直接吃黑水虻幼蟲本身就是另一碼事了，宇航員可能會覺得它們難以下咽。帕拉金斯基博士說：“不過，只要營養(yǎng)成分在那兒，他們很可能還是會設(shè)法吃下這些蟲子。當(dāng)然，我肯定不想做第一個吃黑水虻晚餐的人?！?/p>

無論如何，無論人類想要去地球之外的哪個星球，就一定要帶上這些蠕動的伙伴，并且與它們一同生活。因為在地球之外生存的唯一方法就是讓那個地方變得更像地球——一個充滿富含營養(yǎng)的生物的星球。