加利福尼亞州里弗賽德——對(duì)于即將訪問(wèn)火星的宇航員來(lái)說(shuō)，在他們?yōu)槠?/span> 3 年的任務(wù)中吃什么將是關(guān)鍵的問(wèn)題之一。這不僅僅是品味問(wèn)題。根據(jù)最近的一項(xiàng)估計(jì)，六名船員估計(jì)需要 10,000 公斤的食物來(lái)完成這次旅行。計(jì)劃在 20 年內(nèi)將人類(lèi)送上火星的美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 可以用預(yù)先包裝好的食物塞滿(mǎn)一艘宇宙飛船，并提前向這顆紅色星球發(fā)射額外的補(bǔ)給品，以便返回家園。但即使這樣也不能完全解決問(wèn)題。

太空宇航員需求的微量營(yíng)養(yǎng)素，包括許多維生素，會(huì)在數(shù)月內(nèi)分解，需要在途中合成。食物不僅僅是卡路里的來(lái)源，味道、質(zhì)地、新鮮度和其他因素都對(duì)維持我們的健康起著重要作用。

加州大學(xué) (UC) 河濱分校的化學(xué)工程師羅伯特金克森認(rèn)為，答案是讓宇航員在黑暗中種植自己的機(jī)上花園，讓植物生長(zhǎng)由人工養(yǎng)分而非陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)。這并不容易；畢竟，植物進(jìn)化了數(shù)億年以從陽(yáng)光中提取能量。但 Jinkerson 認(rèn)為，這可以通過(guò)重新喚醒植物已經(jīng)擁有的代謝途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)——這些途徑為埋在地下的種子發(fā)芽提供動(dòng)力，然后在幼苗的葉子開(kāi)始接觸太陽(yáng)時(shí)關(guān)閉。在他對(duì)未來(lái)的設(shè)想中，來(lái)自太陽(yáng)能電池板的電力可以轉(zhuǎn)化水和二氧化碳（CO 2) 由航天器機(jī)組人員呼出的簡(jiǎn)單、富含能量的碳?xì)浠衔?，轉(zhuǎn)基因植物可以用來(lái)生長(zhǎng)——即使在黑暗的太空或火星上昏暗的光線下，火星接收的陽(yáng)光還不到地球的一半。

他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，在無(wú)光照條件下，改良植物即使還不能茁壯成長(zhǎng)也能存活下來(lái)。如果加州大學(xué)河濱分校的研究人員能讓它們蓬勃發(fā)展，Jinkerson 相信他們不僅能為宇航員提供食物，還能在沒(méi)有土地和充足陽(yáng)光的情況下在地球上種植多種作物。“它可以在南極等無(wú)法開(kāi)展農(nóng)業(yè)的地方實(shí)施，”金克森說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)贏得了美國(guó)宇航局的兩輪比賽。

其他人曾試圖讓植物擺脫光照，幾十年的嘗試都沒(méi)有奏效是有原因的。“他們做任何事情都需要光，”卡內(nèi)基科學(xué)學(xué)院的植物生物學(xué)家 Sue Rhee 說(shuō)。光不僅在光合作用中發(fā)揮作用，而且在果實(shí)的發(fā)芽、生長(zhǎng)、開(kāi)花和成熟中也發(fā)揮著作用。但她認(rèn)為 Jinkerson 的設(shè)想是“大膽的”，值得一試，因?yàn)樗婕盎蛘{(diào)整和添加以前從未嘗試過(guò)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組合。加州大學(xué)伯克利分校的植物分子生物學(xué)家 Patrick Shih 對(duì)此表示贊同。“他們正試圖重新思考我們?nèi)绾巫鲛r(nóng)業(yè)，”施說(shuō)。“這是一種真正開(kāi)箱即用的看待方式，令人耳目一新。”

2017 年，在加入加州大學(xué)河濱分校幾個(gè)月后，金克森發(fā)現(xiàn)自己參加了特拉華大學(xué)化學(xué)家焦峰的研討會(huì)。Jiao 正在描述他的團(tuán)隊(duì)使用電解槽進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，電解槽是一種平裝書(shū)大小的設(shè)備，可以用電將 CO 2和水轉(zhuǎn)化為醋酸鹽和乙烯，后者是塑料的基礎(chǔ)材料。由于乙烯市場(chǎng)巨大，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)每年價(jià)值 1,760 億美元，圍繞焦的電解槽的大部分討論都集中在這種化合物上。但 Jinkerson 想到，如果 Jiao 可以從 CO 2中制造乙酸鹽，他自己的團(tuán)隊(duì)就可以將其喂給藻類(lèi)，也許有一天可以喂食糧食作物。“我認(rèn)為這是一場(chǎng)完美的比賽，”金克森說(shuō)。“我在停車(chē)場(chǎng)推銷(xiāo)他，2 個(gè)月后又在一次會(huì)議上推銷(xiāo)他。”

兩人聯(lián)手。焦和他的學(xué)生改造了他們的電解槽，以降低乙烯產(chǎn)量并提高乙酸鹽產(chǎn)量。去年，他們?cè)?/span>Nature Catalysis中報(bào)告稱(chēng)，他們已將乙酸鹽的產(chǎn)量從 30% 提高到 99%，純度高到足以直接喂給植物。此后，特拉華團(tuán)隊(duì)對(duì)其工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，表明在具有常規(guī)電網(wǎng)電力的電解槽中生產(chǎn)醋酸鹽比生產(chǎn)用于紡織品等的醋酸鹽的傳統(tǒng)工藝更便宜。

在加州大學(xué)河濱分校植物轉(zhuǎn)化研究中心的不銹鋼冰箱內(nèi)生長(zhǎng)的乳白色珍珠牡蠣蘑菇說(shuō)明了這種醋酸鹽還可以做什么。

每個(gè)蘑菇都是從一個(gè)超大試管中長(zhǎng)出來(lái)的，試管里裝滿(mǎn)了浸泡在液體生長(zhǎng)介質(zhì)中的沙狀蛭石，這是一種醋酸鹽和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)素（包括磷和氮）的混合物。在去年發(fā)表在《自然食品》雜志上的工作中，Jinkerson、Jiao 及其同事將電解槽中產(chǎn)生的乙酸鹽喂給在黑暗中生長(zhǎng)的蘑菇、酵母和藻類(lèi)。這些生物將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為新生物量的效率比以光合作用種植的植物高 18 倍。

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