《火星救援》现实版：“拓荒”月球，微生物先上
相关实验装置。
■本报记者 甘晓
在美国科幻电影《火星救援》中，宇航员滞留火星后，在极端恶劣的环境中，依靠简易大棚种植土豆维系生存，最终等到救援、重返地球。
在不远的未来，中国载人登月任务也将展开。而要实现在月球上“种土豆”，必须先解决土壤问题。与地球土壤不同，天然月壤不仅缺乏植物生长所需的营养元素，还富集高浓度重金属，且颗粒棱角尖锐，无法直接用于农作物种植。
针对这一困境，科学家选择先让微生物去“拓荒”。目前，一批放线菌样品正在中国空间站舱外接受长达6个月的太空辐射等极端条件的严酷考验。
中国科学院微生物研究所（以下简称微生物所）助理研究员刘明皓日前向《中国科学报》介绍：“本次实验旨在验证放线菌在太空极端环境中的遗传稳定性，检测其对月壤的改良效能；同时借助宇宙辐射和微重力环境筛选新型突变菌株，探索其在空间站生命保障系统中的应用潜力。”
放线菌的太空远征
放线菌作为一类重要的原核微生物，尽管包含少部分有害菌株，比如诱发人体痤疮的丙酸杆菌、造成马铃薯大面积减产的疮痂链霉菌，但对人类生存与发展有着巨大价值。目前，临床应用中超50%的抗生素，例如链霉素、四环素等，都是从放线菌中提取并制备的。不仅如此，帮助人体肠道稳定健康的双歧杆菌也属于放线菌。在自然生态系统中，它们还能分解污染物、改良贫瘠土壤。
今年5月，科研团队精心配比的放线菌样品组合随神舟二十三号飞船升空，正式开展“空间环境对典型放线菌表型和遗传的影响规律及其分子机制研究”。
科研团队希望利用太空微重力、强辐射的特殊环境，激活放线菌的潜在功能，诱导其产生良性基因突变，最终筛选出在恶劣条件下依然保持高活性的太空“超级拓荒者”菌株。
微生物所在放线菌系统进化、种质资源挖掘与开发领域深耕数十年，积累了扎实的理论基础与丰富的实验经验，为这次太空实验筑牢了科研根基。
早在神舟八号任务期间，微生物所研究员黄英领导的科研团队就参与了中德合作太空放线菌实验，开启了太空放线菌研究的探索之路。在神舟二十号任务中，团队针对单一链霉菌开展了短期太空实验，成功证实微重力环境可加快链霉菌生长、提升部分抗生素合成产量。
为验证这一生长规律的普遍性，这次实验大幅扩充样本规模，将放线菌样品拓展为八大类23种组合，同时将实验周期延长至半年。刘明皓介绍，此次搭载菌株覆盖多种功能，包含抗生素合成、污染物降解、模拟月壤改良等。
“随着国家航天事业的飞速发展，我们有机会实现太空微生物实验从点到面、从短期到长期的跨越，我深感自豪。”刘明皓表示。
直面深空的极端洗礼
这次实验的一大核心特色，是将部分放线菌样品放置于空间站舱外，开展为期半年的深空暴露实验。
《火星救援》中，主角依靠火星简易种植大棚自给自足，这一科幻场景正是科研团队打造长期月球驻留基地的愿景。
“在真实的深空探测场景中，未来的月球基地可能无法实现空间站式全封闭防护。简易大棚、半开放栖息设施若能成为常态化配置，将显著降低基地运营成本。”谈及实验设计初衷，刘明皓解释道。
这类半开放设施无法完全屏蔽宇宙辐射和抵御极端温差，人类也无法长期在这类环境中驻留，但月球环境改造、生态体系搭建的前期工作必须提前落地。
由此，“人未到，菌先行”的深空拓荒理念应运而生。科学家计划先依托微生物适配改造月球极端环境，期望利用太空辐射加速菌株进化，逐步将贫瘠恶劣的月表改造为适宜人类生存、开展种植的宜居环境，为后续人类登月驻留筑牢基础。
科学家计划先让微生物适应半开放、高辐射的环境，甚至利用辐射加速它们的进化，把环境改造得更适宜生存。
因此，空间站舱外暴露实验正是对月球半开放简易设施环境的真实模拟。在为期半年的实验周期内，放线菌将持续直面宇宙射线轰击、高真空、极端温差等多重深空考验。团队不仅要监测菌株的存活状态，还将重点观测其在极端环境胁迫下，原有功能是否稳定保留、能否进化出更优质的全新性状。
微观世界的“地质改造”
在舱外暴露的载荷中，一个重要的实验模块是将放线菌菌株与人工模拟月壤混合培养。而模拟月壤是科研人员依据月表地质成分高度复刻的“平替”，最大程度还原了天然月壤的恶劣特性。
小小的放线菌究竟如何改造修复恶劣的月壤？刘明皓介绍，科研团队的前期研究表明，菌株可通过3个层面的微观作用实现月壤的全方位改良。
首先是解毒降害。天然月壤富含高浓度游离重金属离子，对植物细胞具有极强毒性，阻碍植物生长。放线菌在代谢过程中可分泌特异性活性物质，有效吸附、固定这些重金属离子，大幅降低月壤整体毒性。
其次是释肥增养。月壤虽然含有磷、钾等植物生长的必需营养元素，但这类元素牢牢禁锢在矿物晶格结构中，无法被植物根系吸收利用。放线菌可通过分泌代谢产物，对月壤矿物产生生物风化作用，破解矿物结构，释放固化的营养成分，将贫瘠的矿物碎屑转化为具备肥力的生长基质。
最后是改良结构。天然月壤因长期太空风化作用，颗粒棱角锐利坚硬，极易刺伤、损坏植物根系。放线菌在生长繁殖过程中，依靠菌丝体缠绕、代谢产物包裹的方式，钝化月壤颗粒棱角，从微观层面优化月壤物理结构，让土质更加疏松通透，更适合植物根系的伸展。
“利用微生物原位改良月壤，无需从地球远距离运输土壤物资，极大降低了深空探测的成本，是实现月球原位资源利用、搭建月球自主生态系统的关键一环。”刘明皓表示。
按照实验规划，这批历经半年太空极端环境历练的放线菌与模拟月壤混合样品，将于今年下半年随神舟飞船返回地面。科研团队后续将对返回样品开展系统性检测与数据分析，筛选出环境耐受性强、月壤改良效率大幅提升的优质菌株，为月球原位拓荒、地外生态构建提供核心菌种支撑。