橘紅色星球上的荒涼大地給了劉永定一個夢：用藻改造火星，讓它變成綠色，適宜人類生存。武漢科學家、中國藻類學會理事長劉永定堅信，早期的地球之所以變成今天的綠色星球，藻起了至關重要的作用，反過來，藻一定可以改變火星。
12月10日，在昆明市滇池高原湖泊研究院劉永定院士工作站，從事了40多年藻類研究的劉永定說，把藻送上火星是他最后的夢想，火星地球化（即將火星改造成適合地球生命棲息的星球）應該是21世紀人類最偉大的冒險和挑戰(zhàn)。
氦氣球上搭載的荒漠藻。
4次模擬火星環(huán)境試驗種藻
今年9月中旬，一顆碩大的氦氣球從柴達木盆地大柴旦的上空徐徐升起，吊籃中放置的數(shù)十個鋁合金盒子中裝著兩種荒漠藻——擬甲色球藻和念珠藻。氦氣球將這兩種荒漠藻送上3萬米高空的地球臨近空間。
氦氣球是天亮前放飛的，確保正午前到達臨近空間——這里溫度為零下30多攝氏度，紫外線強烈，氧氣稀薄，與火星環(huán)境極為相似。
兩種荒漠藻究竟能不能活下來，讓地面的中國科學院水生生物研究所（以下簡稱“中科院水生所”）王高鴻博士有些擔心。
此次試驗前后持續(xù)7個小時，結果表明，在臨近空間停留4小時的兩種荒漠藻全部存活，王高鴻第一時間將這一結果告訴了遠在武漢的中國藻類學會理事長、中科院水生所研究員劉永定。
“我們離劉老師的設想越來越近了?！蓖醺啉櫿f，為了證明藻類能夠在火星上存活，劉永定帶領團隊先后進行了4次類火星環(huán)境荒漠藻耐受試驗。
2019年6月，第一次試驗在內蒙古烏拉特中旗進行。團隊利用氦氣球將小球藻、念珠藻等4種荒漠藻送上3萬米高空，結果因吊艙設備溫度過高，與火星地表溫度并不一致，荒漠藻雖均存活，但試驗并不完美。
當年9月，團隊將試驗地點選在了柴達木盆地北沿的大柴旦。這里的環(huán)境從地面到高空都與火星環(huán)境有很多相似之處。試驗用的小球藻、念珠藻和微鞘藻，在-40℃到40℃的環(huán)境中，3個小時全部存活。
2020年9月，同樣在大柴旦，試驗團隊將氦氣球升空高度進行調整，試驗荒漠藻在不同的高度和環(huán)境的生命狀態(tài)。在2萬余米高空、-20℃至20℃的氣溫中，紫外線輻射強度是火星的一半。這次試驗進行了7小時，擬甲色球藻、念珠藻全部存活。
“目前只能說是存活，而不是生長繁衍?！蓖醺啉櫿f，4次試驗都說明藻的生命力頑強，作為模擬火星環(huán)境的試驗，荒漠藻能否在火星表面繁衍生長還需要進一步試驗。
在今年的試驗中，他們還特意用了保溫裝置，重點觀察藻對紫外線輻射的耐受力?；鹦巧线€有地下湖、鹽湖甚至液態(tài)水，即使淡水藻類不能生存，王高鴻相信總會有其他極端環(huán)境藻類可能存活并生長繁殖。
“火星的磁場消失，導致環(huán)境惡性循環(huán)，而地球誕生之初同樣環(huán)境惡劣，但地球上出現(xiàn)的藻類逐漸改良了地球環(huán)境。”在劉永定看來，藻類對物種起源和生命演化發(fā)揮了重要作用；火星上的環(huán)境特點與早期地球陸地極為接近，人類探索火星，藻類植物或許能幫上大忙。
藻是大約35億年前出現(xiàn)在地球上的，就拿古老的藍藻來說，世界已知的藍藻約有2000種。30多億至25億年前，最原始的藍藻是簡單的單細胞球狀藍藻，25億至17億年前出現(xiàn)絲狀藍藻，19億年前絲狀藍藻中出現(xiàn)了帶異形胞的念珠藻。
藍藻是光合自養(yǎng)生物，利用陽光、水、氮、磷和其他營養(yǎng)物質進行光合作用，將二氧化碳同化為有機碳化合物，并且釋放出氧氣。“太空中是強輻射、微重力、亞磁環(huán)境、無水而且驟冷驟熱，藻類在地面50%會自然變異，遺傳的變異性與保守性同時存在，空間環(huán)境會影響生命的過程，有些可以修復有些難以修復?！眲⒂蓝ㄕf，高空環(huán)境與藻類的變異有多大關聯(lián)仍需要進一步研究。
治理滇池感受藻的頑強生命力
今年78歲的劉永定從事藻類研究已有40余年。1979年，劉永定考上了中科院水生所的研究生，師從后來成為院士（學部委員）的我國著名藻類專家黎尚豪。劉永定自此與藻結緣一生，被學界稱為“藻王”。
早在20世紀80年代末，劉永定就注意到，我國胡煥庸線（即我國地理學家胡煥庸提出的劃分我國人口密度的對比線）東側的許多水體常有藍藻水華形成，甚至暴發(fā)。
藍藻水華是諸多藻華類型中最普遍最嚴重的一種。含有豐富氮、磷營養(yǎng)的污染物進入江河湖庫海洋等地球表面的水體以后，為水體中藻類及其他水生植物提供營養(yǎng)，使藻類、水生植物大量繁殖、死亡，導致水中溶解氧降低，水質惡化，魚貝類死亡，這種現(xiàn)象即水體的富營養(yǎng)化。藻華就是水體富營養(yǎng)化的表征，是營養(yǎng)物質加富循環(huán)受阻的表現(xiàn)。
20世紀90年代末，世界園藝博覽會要在云南昆明舉辦，滇池的水葫蘆、藍藻水華比較嚴重，導致滇池水質惡化到劣V類。如何讓滇池水質盡快好起來，中科院把這項艱巨任務交給了位于武漢的中科院水生所。1995年，51歲的劉永定“掛帥出征”，擔任滇池治污和控藻的首席科學家。
藻類的頑強生命力給了劉永定深刻印象。在滇池控藻的過程中他突發(fā)奇想，在水中，藻類的強大繁衍力和蔓延力是危害，若是在沙漠中呢？
很快，劉永定在沙漠中發(fā)現(xiàn)一種荒漠藻，它們不怕曬不怕凍，耐旱耐高溫，還抗紫外線輻射。只要有一點水，荒漠藻就能生長，在沙面上逐漸形成一層結皮，有神奇的固沙效果。這種結皮富含有機質和營養(yǎng)成分，能夠加速土壤的形成。
沙漠“播藻”突發(fā)奇想——用荒漠藻改造火星
2001年起，劉永定帶領中科院水生所團隊在內蒙古庫布齊沙漠中“播藻”，效果明顯，并在烏蘭布和沙漠、毛烏素沙地等地推廣開來，目前數(shù)萬畝沙漠已經(jīng)被荒漠藻染綠。
2005年，劉永定在上海參加學術論壇時，看到火星上的大幅照片，聯(lián)想到自己在庫布齊沙漠的治理試驗，“能不能將藻類移植到火星上去呢？用荒漠藻結皮技術改造火星?！眲⒂蓝ㄓX得，藻類自身可以進行光合作用，將大自然的二氧化碳和水合成有機物；在合成的過程中，大多數(shù)植物需要氮肥，而一些藻類則不需要，它自己可以固氮，生物學中稱為“全自養(yǎng)”?！耙谕庑乔騽?chuàng)造一個人居環(huán)境，火星是一個很好的嘗試點?！眲⒂蓝ㄕf。
其實，劉永定幾十年前就開始把探索的目光轉移到了外太空。1987年，從德國留學回國的劉永定接到了一項重要任務：開展空間生物學研究，探索利用藻類幫助宇航員在太空長期生存。
這些年來，劉永定帶領團隊先后參與6次返回式衛(wèi)星試驗和2次神舟飛船試驗，研究在太空微重力、強輻射、極端溫度等不利條件下，通過生物的手段建立生命保障系統(tǒng)。試驗中，他們通過人工培育藻類植物，保證了螺螄等小動物在太空中存活，為我國載人航天的相關探索提供了重要理論支持。
“水泡螺、輪蟲、藻類、細菌，放在一起組成一個封閉的生態(tài)系統(tǒng)?！痹沃袊d人航天飛船應用系統(tǒng)生命科學分系統(tǒng)副主任設計師的劉永定回憶，把這些生物體放在一個香煙盒大小的盒子里，里面要放營養(yǎng)液，有生產(chǎn)者藻類、消費者水泡螺、分解者細菌，建立成一個封閉生態(tài)系統(tǒng)和生物鏈，研究生命生存所需要的水、空氣和食物的再生。
太空中是沒有條件支持生命的，小盒子中的生物要想存活，就需要氧氣和水。這些必要條件的產(chǎn)生，除了用化學、物理辦法解決，就是靠此次的生物辦法。“一旦有了持久的氧氣、干凈的水，今后航天員、人類要長期駐留太空就成為可能?！眲⒂蓝ㄕf。
正因為在空間領域的巨大貢獻，藻類專家劉永定當選國際宇航科學院院士，這也更加堅定了他用藻類改造火星環(huán)境的夢想。
期待能早日把藻送上火星
13年前劉永定辦理了退休手續(xù)，退休后他沒有一天是閑著的。滇池從“淚珠”到“明珠”，劉永定默默付出了26年。隨著滇池水質的趨穩(wěn)向好，他將忙碌的腳步移向洱海、異龍湖……云南的高原湖泊他總是放心不下，每年有一半時間是在云南度過的。
“這么大年紀還在外奔波，親自下海采樣。”洱海邊，劉永定的農(nóng)民朋友王暢對劉永定有些不解——“這么大年紀還要奮斗？”“不是奮斗，是邊做邊玩?！眲⒂蓝ㄐχ忉?。
“邊做邊玩”是劉永定的口頭禪。他怕別人擔心自己的身體，這樣說別人就不用擔心了?！半m然膽囊切了，胃也切了1/3，但身體沒其他大毛病，需要我來我就會來。干活時心情舒暢，不干活就會憋得慌?！眲⒂蓝ㄕf。
“一個電話就來了，劉老師對洱海貢獻巨大?！鄙蟼€月退休的大理州洱海湖泊研究院負責人衛(wèi)志宏感慨。在衛(wèi)志宏的印象中，劉永定干起工作很拼，一個電話他就來了，每天忙碌十五六個小時，也不午休，只在車上打個瞌睡。
12月5日，正在云南省海通縣杞麓湖邊忙碌的劉永定接到電話，希望他次日能到大理，出任生態(tài)環(huán)境部主導的洱海生態(tài)調查項目首席科學家。同一時間，水利部南水北調工程管理司邀請劉永定前往鄭州開會，研討南水北調水源質量保護。
“幸虧鄭州的會議推遲了，否則分身無術?！?2月6日，劉永定如約趕到大理。如今已有15名技術骨干的大理州洱海湖泊研究院，正是在劉永定的幫助下建立起來的。經(jīng)過系統(tǒng)治理，洱海水質近10年都維持在Ⅱ類和Ⅲ類水質之間，其中一年中多數(shù)月份為Ⅱ類水質。
在煙波浩渺的滇池邊，劉永定經(jīng)常抬頭凝望，深邃的天空有他的另一個夢想。藻把他與太空緊緊相連，他時刻關注著那顆橘紅色的火星。
今年8月，美國國家航空航天局（NASA）正式向社會公開招募火星體驗者，在航天中心內建造的模擬火星基地內居住一年，為將來人類登錄火星長期生活積累經(jīng)驗。這一消息同樣引起劉永定的關注——“我們不能落后，藻的火星試驗還要加快。”
火星是太陽系的第四顆行星，也是與地球最為相似的行星。二者都有大氣層、都有巖石質表面、相似的表面形貌、火山構造、巖石類型、兩極登陸火星和四季變化等。從大氣成分和結構來看，火星大氣層很薄，表面平均氣壓只有地球的0.75%，95%的成分為二氧化碳，3%的氮氣，1.6%的氫氣，氧氣、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等很少，充滿塵埃。
首次火星探測任務科學目標先期研究團隊成員、中國地質大學（武漢）肖龍教授對劉永定研究員用藻改造火星的設想很認同，覺得理論上可行。肖龍認為，目前劉永定團隊試驗外太空強輻射對藻的影響很有必要，將來火星生物試驗能不能帶藻類生物上火星，這一點很關鍵。
火星表面溫度白天最高可達35℃，夜晚可低至-143℃，平均-63℃。火星大氣中的二氧化碳量是地球的數(shù)倍，但因缺乏水汽，所以溫室效應比地球低?；鹦潜砻嬷饕牡孛差愋陀写蟮亩苄位鹕健{谷地貌和干涸的河床、古湖泊、撞擊盆地和撞擊坑、兩極區(qū)冰蓋和沉積層、風成沙丘等?！斑@些看似環(huán)境惡劣，但是藻類的繁殖力很強，是一種優(yōu)勢。另外火星上主要是二氧化碳，氧氣很少，藻會消耗二氧化碳產(chǎn)生氧氣為其他生物提供生存機會。”肖龍說。
藻登陸火星后該如何生存？王高鴻解釋，荒漠藻生命力頑強，種類繁多，有成百上千種，要是有一種可以在火星上合適的環(huán)境里生長發(fā)育，可以說染綠火星的夢就成了。
“把藻送上火星，一定是可以期待的，雖然暫時沒有實施方案，但不能臨渴掘井，做任何事情都要有前瞻性?！庇哪L趣的劉永定內心總是憂心忡忡，時刻關注著祝融號火星車的動態(tài)，他希望能活到中國人登上火星的那一天，能用藻染綠火星。他說：“地球是人類的搖籃，但不能永遠待在搖籃里，應該走出去?！?/p>
（長江日報首席記者楊佳峰）
