一个多世纪以来 ， 科幻小说作家一直梦想着载人火星任务 。 但直到1953年沃纳·冯·布劳恩出版了他的著作《火星计划》的英文译本 ， 这个想法才从小说领域被采纳并变成现实 。 火星项目为到达火星的技术可行性提供了一个令人印象深刻的理由 ， 它以非同寻常的特异性概述了10艘太空飞行器 ， 每艘载人70人 ， 使用传统的推进剂 ， 如何实现到红色星球的往返航行 。 尽管自该书出版以来 ， 科学有了长足的发展 ， 但从设计透气栖息地到种植营养食品 ， 挑战依然存在 。
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但美国宇航局（NASA）自2017年以来一直在研究一个名为空间生物工程利用中心（CUBES）的研究项目 ， 该项目对于人类在地球外定居的长期成功至关重要 ， 就像空气或食物一样：治疗疾病 。 这是一个棘手的问题 ， 没有一个简单的答案 。 把装满药的班车打包怎么样？乍一看 ， 这似乎是一个现实的解决方案 ， 但宇航员不能事先知道他们生病的所有方法 。 将人类生命送上火星有一些已知的风险 ， 例如当宇航员离开地球大气层的保护罩时 ， 地球重力降低对骨密度和肌肉质量的影响 ， 或者可能暴露在宇宙辐射之下 。
【宇航员|宇航员生病了怎么办？科学家称：可以在太空种植植物】
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但是 ， 为每一个突发事件包装药品将是昂贵的 ， 并占用宝贵的货物空间 。 由于地球和火星之间的距离很远 ， 宇航员也不能依靠从地球及时发运 。 登陆火星的航天器花了一年的时间才到达火星 。 毅力号是2020年7月30日送上火星的最新机器人探测器 ， 预计在你读到这篇文章时 ， 它将在发射后200多天着陆 。 这太长了 ， 无法提供紧急的、挽救生命的药品或用品 。 科学家们并没有用昂贵和有限的药品把宇航员送上太空 ， 而是对这个问题有了一些不同的看法 。 如果宇航员能在火星上制造他们所需要的东西呢？
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这是美国宇航局于2017年2月建立的空间技术研究所立方体试图开发的解决方案之一 。 它正在使用合成生物学的工具和技术 ， 这是一个科学领域 ， 利用工程技术根据需要建立新的生物有机体 。 如果我们可以让可编程的生活为我们创造东西 ， 那么我们就不需要在离开之前考虑每一种可能性 ， 因为生活是可编程的 ， 而其他事情则不然 ， 立方体公司的主管亚当·阿金说 。 阿金在他的职业生涯中一直在研究 ， 用他的话说 ， 是如何通过开发更可持续的生物制造系统来创造生命中的东西的 。
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火星为这些愿望提供了一个理想的具有挑战性的环境；毕竟 ， 这是一个不可预测、极端的环境 ， 人类必须在这个环境中消耗他们所拥有的一切资源 。 他说：如果我们能够建造一些可以作为工厂来种植的东西 ， 我们就可以降低成本 ， 并提高的效率和弹性 。 阿肯设想的工厂可以包括技术来编程植物 ， 如生菜和菠菜 ， 微生物 ， 如螺旋藻 ， 以产生稳定的药物疗法 。 食品和药物合成司（FPSD）是CUBES的四个部门之一 ， 正在探索几种不同的方法 ， 以最佳利用自然产生的生物体进行制药生产 。
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例如 ， 有种子储存模型：从经过基因改造的植物种子 ， 以产生目标分子（一种药物） ， 与宇航员一起送上航天器 。 然后 ， 一旦在火星上建立了人类殖民地 ， 定居者就可以种植这些植物 ， 或者直接食用植物来获取药物 ， 或者提取药用成分 ， 净化它 ， 并像我们在地球上的许多药物一样注射它 。 为了生产这些植物 ， FPSD正在使用一种称为细菌转化的古老技术 ， 这个过程中 ， 一种叫做若波特杆菌的细菌被用作将DNA表达系统送入植物基因组的工具 。 通过在靶植物中引入新的DNA ， 科学家能够诱导该植物产生一种治疗性蛋白质 ， 否则它不会 。
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另一种方法是合成基因 ， 编码宇航员在火星上可能需要的任何药物 ， 或从一种DNA库中选择 ， 然后直接将基因注入植物 。 当你谈论合成生物学时 ， 其中一个强有力的东西是你可以合成DNA用于各种目的 。 因此 ， 我认为 ， 在地球上拥有基因合成能力将是一个非常有价值的工具 ， FPSD负责人、加州大学戴维斯分校化学工程学教授卡伦·麦克唐纳说 。 一旦合成 ， 这些基因就可以直接按需引入植物中 ， 使用一种叫做基因枪的工具 ， 一种弹道装置 ， 用这种力将DNA颗粒射入叶子表面 ， 使其穿透植物的细胞壁 ， 允许要引入生物体的遗传物质 。
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这在实践中是什么样子的？该部门的主要项目之一是在生菜植物中生产一种蛋白质肽 ， 这种肽可用于使用农业细菌转化治疗骨质疏松症或骨质疏松症 。 通过几代人传播植物 ， 研究人员将能够选择从一代人到下一代产生最稳定数量的药物的生产线 。 他们还把其他绿叶蔬菜 ， 如菠菜 ， 视为潜在的药物平台 。 这些植物不仅在美国宇航局的实验中经常被使用 ， 而且收获指数也很高 ， 这意味着大部分或全部植物都可以用于食物 ， 这使得它们有可能成为火星任务的候选者 。 “作为工程师 ， 我们在约束下设计系统 ， ”麦克唐纳说 。 “但是我们在地球上所面临的限制与火星任务中的限制完全不同 。 ”
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她的团队面临着两个相互关联的挑战：完善从植物中廉价有效地提取和纯化化合物的方法 ， 这些化合物对宇航员注射是安全的 ， 以及确定有多少药物能够真正进入血液 。 麦克唐纳说 ， 宇航员可能需要携带一些诊断设备 ， 以确保药物是纯化和安全的消费 。 尽管CUBES将目光投向了恒星 ， 但这项工作也对地球上的生命提出了重要的问题 。 阿肯说 ， 从健康和安全的角度来看 ， 这项技术不太可能消除地球上的大规模制药生产 。 但这并不意味着CUBS的研究没有可能彻底改变我们的饮食和种植方式 ， 特别是在未来几十年 ， 随着气候变化加剧 ， 全球人口增加 ， 我们的自然资源继续减少 。
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阿尔金说：“（立方体）是关于这样一个想法 ， 是的 ， 火星是我们可能访问的下一个行星 ， 但我们的星球正在以如此高的速度变化 ， 我们必须处理这里的‘下一颗行星’ 。 ”“如果我们能建立一个能养活10个人的自养自建工厂 ， 从二氧化碳、光和废物中获取食物、燃料、药品和建筑材料 ， 这将是对世界各地人类的巨大好处 。 它会为我们的下一个星球做好准备”
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