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火星生物反应器atmos:生物技术适合红色的星球

时间:2022-04-16 17:58:07来源:

A:生物反应器ATMOS(“Mars-bound有机系统的大气测试仪”)。B:大气内的单个船只。C:设计原理图。

美国宇航局与其他领先的太空机构合作,旨在在20世纪30年代初发给火星的第一个人类任务,而SPACKX这样的公司也可能会这样做。火星上的宇航员将需要氧气,水,食物和其他耗材。这些需要从火星源,因为从地球导入他们的长期将是不切实际的。在微生物学中的边界中,科学家们首次展示了Anabaena Cyanobacteria只能用当地的气体,水和其他营养物和低压生长。这使得开发可持续生物生命支持系统更容易。

“在这里,我们显示蓝藻可以在低总压力下使用火星大气中可用的气体,作为它们的碳和氮源。在这些条件下,Cyanobacteria使其能够在仅含有火星样灰尘的水中生长,并且仍可用于饲喂其他微生物。这有助于使长期任务成为火星可持续的,“德国应用空间技术中心应用空间微生物学实验室,德国大学应用空间技术和微普(ZARM)中应用空间微生物学实验室的Astrobiigogry博士博士。

低压气氛

Cyanobacteria长期以来一直是候选人来推动在太空任务上的生物生命支持,因为所有物种都通过光合作用产生氧气,而有些物种可以将大气氮气固定成营养素。难度是他们不能直接在火星氛围中生长,其中总压力小于地球 - 6至11 HPA的1%,对于液态水的存在太低 - 而氮气的部分压力 - 0.2至0.3 HPA - 对于他们的新陈代谢来说太低了。但重新创造地球般的氛围会昂贵:需要进口气体,而文化系统需要坚固 - 因此,重抵抗压力差异:“想想一个压力炊具,”比阿斯特说。因此,研究人员寻找了一个中间地面:靠近火星的气氛,允许蓝色细胞康复。

寻找合适的大气条件,Verseux等人。开发了一个名为ATMOS的生物反应器(对于“MARS-BREAD有机系统的”气氛测试仪“),其中蓝细菌可以在低压下在人造气氛中生长。任何投入必须来自红色的星球本身:除了氮和二氧化碳,在火星大气中丰富的气体,可以从冰中开采的水,营养应来自“鲁代岩”,覆盖地球像地球和卫星的灰尘。Martian Remolith已被证明富含磷,硫和钙的营养素。

Anabaena:在火星般的尘土上种植的多功能蓝藻

ATMOS具有含有玻璃和钢制的九个1升血管,每个血管都是无菌,加热,压力控制和数字监测,而内部的培养物连续搅拌。作者选择了一种叫做Anabaena sp的氮素固定性毒细菌的菌株。 PCC 7938,因为初步测试表明它特别擅长使用火星资源并帮助其他生物。已经显示出密切相关的物种是可食用的,适用于基因工程,能够形成专门的休眠细胞以存活恶劣的条件。

长江和他的同事首先在96%氮气和4%二氧化碳的混合物下在100 HPA的压力下达到了10天的anabaena - 10倍的混合物。蓝细菌在环境空气下大大增长。然后他们用极孔测试改性气氛的组合。由于没有从火星带来的鲁斯,他们使用了佛罗里达州中部大学(称为Mars Global Matulant“)而开发的基材,而是创造一个生长培养基。作为对照,Anabaena在标准介质中生长,在环境空气或相同的低压人工大气下。

蓝藻在所有条件下增长良好,包括在低压下在氮气和二氧化碳的混合物下的高压性。正如预期的那样,它们在对蓝藻优化的标准培养基上增长速度比MARS全球模拟剂在大气层中。但这仍然是一个重大成功:虽然标准媒介需要从地球进口,但鲁阿罗斯在火星上普遍存在。“我们希望用作火星上可用的营养资源,只有那些,”大展示说。

将干燥的Anabaena生物量被研磨,悬浮在无菌水中,过滤,并成功用作生长大肠杆菌细菌的基材,证明糖,氨基酸和其他营养物可以从它们中提取,以饲料较少的细菌硬性但经过了测试的生物技术工具。例如,大肠杆菌可以比Anabaena更容易地设计,以在Anabaena不能的火星上生产一些食品和药物。

研究人员得出结论,在受控条件下的低压下,可以在局部成分下,在火星上有效地生长氮固定,氧气产生的蓝菌。

管道进一步改进

这些结果是一个重要的进步。但是提交人小心进一步研究是必要的:“我们希望从这个概念证明到一个可以有效地在火星上使用的系统,”大杂志表示。他们建议微调压力,二氧化碳和氮气的组合,而是对生长的最佳性,同时测试其他青霉菌,也许遗传对空间任务量身定制。MARS的培养系统也需要设计:

“我们的生物反应器,Atmos,不是我们将在火星上使用的培养系统:它意味着在地球上测试我们将提供的条件。但我们的结果将有助于指导火星培育系统的设计。例如,较低的压力意味着我们可以开发更轻松的结构,更容易充电,因为它不必承受内部和外部之间的差异,“比斯约克结束。

参考:“低压,N2 /二氧化碳气氛适用于火星的蓝杆菌寿命支持系统”由Cyprien Versiens,Christiane Heinicke,Tiago P. Ramalho,Jonathan Chanceann,Malty Duckhorn,Michael Smagin和Marc Avila,2月16日2021年,Microbiology中的前沿.DOI:
10.3389 / FMicB.2021.611798

该项目由Alexander Von Humboldt基金会资助。

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