人类对于太空有着无限的好奇心。闪烁的星辰上是否也有生命？人类能否在新的星球生活？随着好奇，我们开启了探索新生存空间的时代。
火星是运行轨迹离地球最近的行星，因为表面鲜红如萤火，让人捉摸不透，在中国古代被叫做“荧惑”。在西方，这颗神秘的星球也因为其表面的红色被冠以战神马尔斯（Mars）之名。
直到19世纪末，望远镜首次观测到了火星表面，人们才发现这颗星球看似热闹的红色表面只是氧化铁构成的尘埃，而在这层鲜红之下是荒芜一片。低温、低气压、高辐射、高二氧化碳的环境下没有发现生命存在的迹象。
随着火星探测的逐步深入，我们发现这颗星球是太阳系中与地球最相似的行星：有着昼夜和四季；有类似地球的固态岩石表面；有较厚的大气层；曾经有水，也可能曾有过生命；有着如同地球沉寂寒冷的早期形态，未来也可能孕育出生命。
现如今，神秘的“荧惑”已不再让人困惑，并成为人类移民的首选目标，美国国家航天局希望在2030年将第一批人类送上火星。
在开启火星移民之旅前，我们需要更好的了解火星的可居住性。
欧洲航天局开发了名为Expose的天体生物学实验平台，安装在国际空间站（ISS）外，用于研究生物化学样品在模拟的火星环境下可否生存。
在前期的实验中，研究人员发现暴露在模拟火星环境下的微生物极少可以存活。
为了进一步研究微生物在什么情况下能够在火星维持生命力，Expose在2014年的第三次任务中进行了生物学和火星实验(BIOMEX)，以测量生物膜在火星条件下的稳定性。
46种生物样品中被放置在Expose平台上，经历了18个月模拟火星环境生活后，运返至地球进行分析。
在这次实验中，多数微生物群落仍被太空环境破坏，但其中一种能够生产细菌纤维素的木醋杆菌Komagataeibacter却存活下来。研究人员发现，它之所以在火星环境下能够维持生命力，完全归功于一个在太空中保护细菌的好帮手---细菌纤维素。
在Expose实验中，研究人员将干燥的细菌纤维素运送到国际空间站。宇航员将它固定在舱外的Expose平台，在这里面经受了十八个月模拟火星的环境测试后，样本回到地球，和留在地球上的同批干燥纤维素同时用制作康普茶的方式进行再次培养。
发现一直在地球上的干燥纤维素被激活7天后长出了新的纤维素，火星旅行后的干燥纤维素在60天后也长出了新的纤维素。
在进行基因组比对后发现：虽然干燥纤维素中的微生物群落受到了火星环境的破坏，但进行纤维素生产的木醋杆菌在火星旅行后依然存活，即使在火星的环境下也仍旧具有合成纤维素的能力。
细菌纤维素（Bacterial cellulose，简称BC）是一种由以醋酸杆菌科为代表的细菌发酵代谢生成的不溶于水的胞外多糖，由独特的细密三维纤维网构成，是一种细菌自我保护的产物。被送上太空的细菌纤维素是由醋酸杆菌科中的木醋杆菌在康普茶发酵过程中产生的纤维素薄膜。
研究结果表明，这层细菌纤维素膜可能是细菌在火星旅行后仍然有生产能力的原因。是木醋杆菌给自己织了一件抵御地外环境的宇航服。
为什么这层既有平面结构又有疏水结构的纤维素可以成为细菌外部的物理屏障？
细菌纤维素能够优化细菌内的氧气浓度，促进有氧固氮。保护细菌本身免受环境压力，如紫外线辐射。可以产生耐受酸性条件、代谢乙醇和产生有机酸的能力。
还可以通过抑制污染物的代谢物扩散从而使细菌内部不受到其他微生物的入侵。能够很好地保护细菌，支持细菌内部稳定运作。
这层木醋杆菌给自己编织的宇航服让它在十八个月的太空旅行后仍然能够生长出新的细菌纤维素。
细菌纤维素对于太空环境强大的耐受性展现出未来助力人类进行太空探索的可能性。
我们已经开始对于细菌纤维素在太空中的应用有了畅想。
1.生物废弃物管理：在外星建立居住区时，需要处理大量废弃物。由于细菌纤维素是由纯纤维素构成，是一种完全可降解的材料。在太空中使用细菌纤维素制造包装、衣物等生活用品可以减少太空中的垃圾堆积，提供可持续的太空生活。
细菌纤维素培养过程中的副产品也可以加以利用。例如制造衣服的纤维素皮层残留物可作土壤/动物饲料，酸味康普茶饮料可转化为醋/香膏/消毒剂。
2. 植物生长基质：细菌纤维素作为发酵产物，还可以用作植物生长基质的一部分。细菌纤维素可以与其他材料混合使用，例如火山岩、矽土和其他可用的地球材料，可以制造出一种类似于土壤的生长基质，提供适当的营养和水分，促进植物的生长。
3. 太空服材料：太空服是在太空行走时保护宇航员免受极端条件的影响的重要设备。细菌纤维素可以用作太空服的一部分，例如衬里或面料。
由于其高抗张和抗辐射能力，可以提供额外的保护。纤维素的网状结构，作为服装还可以吸收气味，可以被折叠成紧凑的体积还易于清洗。
与生物的高相容性也让细菌纤维素与人体皮肤直接接触时不会产生过敏反应，高持水性还能缓解太空中的皮肤干燥。还可以将细菌纤维素与其他材料进行复合，相比起目前的金属材料太空服，能够使太空服装处理和回收更方便和环保。
4. 建筑材料：细菌纤维素还能与其他可用材料混合用作建筑材料，例如砖、板材和绝缘材料。制造出一种结实、耐用和具有隔热性的在火星上可以使用的建筑材料。
5. 太空药品的制备和包装：在太空环境中，药品可能受到辐射、高温、低温和高真空等极端条件的影响，需要一种有较高稳定性的包装材料来保护药品的质量和功效。
细菌纤维素具有高强度、低毒性等特点，能够有效地保护药品并延长药品的保质期。未来还可以用于制备药品的载体或缓释剂，通过改变结构和物理性质来控制药品的释放速度和作用时间，提高治疗效果，研究太空医学中的抗生素耐药性。
6.太空运输中的包装材料：在太空环境下，传统的塑料包装会因为辐射等因素失效，而细菌纤维素对于太空环境的耐受性可以避免这种问题。
网状结构带来的良好的气体渗透性和透明度可以用于制作高透明度和高透气性的太空包装材料。可以用于太空运输中的食品和水处理。细菌纤维素的超强吸水能力，可以用于太空中的水分处理和回收。
7.太空电池：细菌纤维素良好的导电性和光学性能可以用于太空电池和光伏电池等能源存储器件的制作。
在过去的一个世纪里，我们逐渐了解这颗遥远的邻星。在不远的未来，人类在这颗红色星球上是否会有新的生活？细菌纤维素正在帮助我们搭建这条走向火星的轨道。
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来源：as科学艺术研究中心
编辑：十七
