第一代火星移民可能是这种“返祖”生物 谁让人家能吃呢

作者: 刘阳

来源: 科学大院

发布日期: 2019-06-05

科学家们通过基因工程手段,使微藻恢复了在高CO2环境下进行光合作用的能力,这一研究可能为减少大气中CO2含量提供新思路,并为未来的火星移民提供潜在的解决方案。

6月5日是“世界环境日”,“低碳生活”当然是今天的主题,不过,除了呼吁人们在日常生活中减排,科学家们还做了更多的尝试,比如,让一种微藻逆向进化,吃掉CO2!自1972年6月5日联合国的第一次人类环境会议以来,环境问题越来越受到世界的关注。

北极圈永久冻土的不断消融,骨瘦嶙峋的北极熊,即将消失的马尔代夫,逐渐酸化的海洋……这些环境恶化的初步表象都隐藏着难以估计的后果,而在全球环境变化中二氧化碳(CO2)扮演着举足轻重的角色。近日,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)莫纳罗亚气象台的传感器监测到一个惊人数据,大气中的CO2浓度已经达到415.26 ppm,远远高于工业革命前的280 ppm。

美国国家航空航天局(NASA)数据也显示大气中的CO2含量自工业革命以来发生了显著的提高。作为主要的温室气体,CO2含量的激增将导致全球气候变化和海洋酸化等重大环境和社会问题。因此,如何减少大气中CO2含量成为了控制环境恶化的重点之一。

在自然界中,CO2的消耗主要通过光合作用完成。

然而,受土地面积的限制,树木等陆生高等植物只能缓慢吸收大气中的CO2,其消纳CO2的总量远远低于人类生产活动的排放量。NASA卫星数据显示,虽然过去二十年地球绿化面积持续增加,然而全球气候变暖的脚步却没有变缓。微藻是一类古老的,在陆地、海洋广泛分布的最低等植物,其光合利用度远远超过同等重量的大型高等植物。

它可以直接利用阳光和水将CO2转变成营养品(如人体不可缺少的EPA、DHA,维生素,抗氧化剂,色素等食品添加剂)或者生物燃料(如柴油)。虽然微藻个体形态微小,但是以微藻为代表的海洋浮游植物每年消耗的CO2占全球CO2固定量的40%,是当之无愧的地球固碳“主力军”。研究表明,每吨微藻生物约可固定2吨CO2,且微藻培养过程可对点源排放的CO2(如火电厂、水泥厂等排放的工业废气)进行利用。

微藻的化石可以追溯到几十亿年前的前寒武纪时期。那时候的地球大气主要成分是CO2,氧气含量极低(还不足现在氧水平的1‰)。微藻的存在为早期的地球提供了能源和氧气。随着时代的变迁,地球大气中的CO2浓度直线下降,而为了适应当前低CO2的环境,微藻进化出了一套碳浓缩机制(CCM),简单来讲,就是一种提高局部CO2的方法。

这就产生一个有趣的疑问,如果我们抑制或破坏微藻的CCM,是否会使微藻恢复原始在高CO2环境下进行光合作用的能力?是否能吃掉更多的CO2?近期,青岛能源所单细胞中心和德国鲁尔大学(波鸿)的研究人员们在微拟球藻(Nannochloropsis spp.)中证实了这个猜想。

微拟球藻是一种单细胞藻类,具有生长速度快、CO2耐受能力强、海水淡水均可培养、遗传操作较完善等突出优点,是一种优良的生物柴油生产藻种。研究人员发现,当通过基因工程手段大幅度降低微拟球藻中一个与CCM相关之关键碳酸酐酶的活性(即抑制CCM)时,工程藻株在高CO2(5%浓度)环境下的生物质产量提高30%以上,而在空气浓度的CO2环境下则丧失了生长优势。

火星是除金星外距离地球最近的行星,它是最有希望实现载人登陆的地外行星,因此作为人类未来移民的首选,火星很可能会在未来成为人类的第二故乡。火星大气中95%是CO2,氧气含量极低,对于火星大气的改造是人类登陆火星的前提。返祖的微藻,能够适应较高浓度的CO2环境,同时生产氧气以及油脂,因此,或许可作为第一代火星移民,肩负改造火星大气组成的重任。

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