起初，那只是一朵花，但美国得州农工大学的本科生伊曼纽尔 · 门多萨（Emmanuel Mendoza）为了能让“花园”郁郁葱葱而竭尽全力。2023年10月下旬，这朵五瓣花在诸多豌豆植物中绽放，随后，更多花朵陆续盛开，甚至还长出了豌豆荚。此时，门多萨隐隐意识到，这可能预示着距地球数百万千米之外的另一个世界的未来。
这些植物可不是什么普通豌豆植物。其中有一些种在模拟火星风化层的土壤上——风化层是覆盖在火星表面的受侵蚀岩石和矿物质的颗粒状混合物，显然不适合人类居住、生产、生活。门多萨在这种模拟风化层中加入了一种叫作“虫粪”的肥料——黑水虻幼虫进食、消化后排出的废物。从本质上说，这些肥料就是虫子的粪便。
门多萨和他的合作者的工作目标就是研究虫粪以及生产虫粪的虫子是否能在未来某一天帮助宇航员在火星上种植食物并管理排泄物。黑水虻幼虫可以消化宇航员排出的有机肥料并将其加工成虫粪。宇航员可以将虫粪用作肥料，从而在火星土壤中种出植物。这些植物可以充当宇航员的食物，宇航员甚至还可以食用以黑水虻幼虫为原料制作的菜品，从而产生更多有营养的排泄物，让这个循环继续下去。
虽然宇航员未来未必就会用这种方式在火星上种植食物，但有一点是肯定的：他们一定会想办法种食物。“我们不可能把所有东西都一起带过去。”美国宇航局生物与物理科学部主管丽萨 · 卡内尔（Lisa Carnell）说。
不过，种食物需要的可不只是一块土地、一点水和一抹阳光，还需要一些非常有活力的原料：像黑水虻这样的昆虫，以及能够让生态系统有序运转的微生物。因此，以长期逗留为目的的火星之旅需要的不只是人类，还有爬来爬去的虫子——大多数人在畅想那些勇敢的人类探险家踏上那个新世界时不会想到这点。
要知道，太空旅行者还从没有过长时间远离地球的经历。
“就现在的情况来说，人类进入太空，更像是举行一次时间比较长的露营旅行。”曾在太空中逗留接近两个月的美国宇航局前宇航员斯科特 · 帕拉金斯基（Scott Parazynski）说。宇航员会携带各种冻干食品（以及辣酱等能增添风味的东西）。如果是在国际空间站里执行任务，那么他们可能会在实验舱的植物试验区看到一些新鲜蔬菜，但很少能真正吃到。
“试验区里的确有蔬菜，舱室里也确实有调味品，但那可不是你家楼下的厨房和香料架。”帕拉金斯基博士说。
然而，要想在火星上逗留更长时间，宇航员显然不可能依靠他们的太空储藏室。他们需要火星菜园。而火星菜园显然需要一点额外的帮助，或许就来自黑水虻幼虫及其排泄物。
荷兰瓦赫宁根大学研究员海伦 · 艾莉森（Hellen Elissen）说：“黑水虻幼虫非常贪吃，而且几乎什么都吃。只要你喂饱了它们，它们就会产生很多虫粪。”
在大约5~10年前，科学家开始尝试把黑水虻幼虫的虫粪——富含氮、钾、磷和细菌——用作肥料。虫粪还含有几丁质——来自昆虫的身体——以及残余有机成分。艾莉森博士最近发表了一篇综述文章，主题就是虫粪如何影响植物和土壤。她的主要结论之一就是：昆虫排泄物的价值就像这些昆虫本身能提供的食用价值一样大。火星菜园需要青草吗？虫粪更好用。要是能给黑水虻幼虫提供能量更高的食物残渣，那就是大奖了。
艾莉森博士说：“有一种说法是，你其实就是你吃的东西。黑水虻幼虫也是一样。”
研究了黑水虻25年的得州农工大学昆虫学教授杰弗里 · 汤姆林（Jeffrey Tomberlin）很是明白这一点。现在，他正在招募其他研究人员一同为这项事业奋斗。举个例子，研究生诺亚 · 莱姆克（Noah Lemke）就为了研究黑水虻的繁殖行为而来到得州农工大学。通过这所大学的阿吉研究项目——参与这个项目的研究生可以为了具体计划而招募本科生一同做研究——汤姆林认识了门多萨。后者当时是主修航天工程专业的学生，在高中时就曾尝试在模拟火星土壤中种植萝卜。
门多萨说：“他的项目主题是‘黑水虻可以供养世界，我们需要更多黑水虻’。”门多萨认为，或许这种昆虫也能供养另一个世界。
他说：“我觉得，好吧，好像也没有什么能阻止我用黑水虻作为催化剂，发挥我对太空农业的兴趣。”
很快，他们就对整个系统有了构想。黑水虻幼虫可以吃宇航员的食物残渣，从而产生虫粪，让原本贫瘠的外星土壤逐渐肥沃起来，最后形成能够种植食用植物的土壤环境。同时，这些幼虫本身也可以成为一种蛋白质来源，宇航员——或者他们一同带去外星的某些动物——可以直接食用黑水虻幼虫。门多萨说：“整个系统就是，人类喂养虫子，虫子喂养植物和其他动物，这些植物和动物又都能供养人类。”
汤姆林、门多萨、莱姆克三人拿着模拟火星风化层和虫粪，把它们按不同比例混合，然后查看豌豆的长势。在一项试点实验中，混合比例从零虫粪全风化层逐渐调整到全虫粪零风化层。接着，这个研究团队将按照这种方式种植的植物的生长情况同种植在盆栽土（也用各种比例的虫粪施了肥）中的绿色植物的生长情况做比较。试点实验结束后，他们又缩小比例范围，将虫粪的比例缩小到0~50%。
莱姆克说：“豌豆在模拟火星土壤和盆栽土中的生长情况类似，至少在环境条件适宜的情况下是这样。”
莱姆克还补充道：“太高比例的虫粪对植物健康有害。”因为植物会吸收过多营养成分。另一方面，如果虫粪比例过低，植物就无法摄入足够多的氮，这同样不利于植物发芽。莱姆克说：“理想的比例是10%左右，这种比例的虫粪看上去效果不错。”混在虫粪中的微生物似乎也同样有用，将风化层磨碎（这对宇航员来说就是一项类似捣臼的任务）再混合也很有效果，这样混合土壤就能更好地吸收水分。
门多萨最近在美国昆虫学会大会上发表了他们三人的研究成果。他希望能借助自己的工程学背景开始研究一种可以真正用于太空探索的物理系统，让昆虫能在远离地球家园的情况下也能保证多产。
门多萨、莱姆克和汤姆林的研究推动了美国宇航局以及其他空间研究机构多年来一直在做的事，其中包括有关空间环境如何影响虫子、微生物以及其他生物的研究。卡内尔说：“水熊虫、线虫、果蝇、酵母菌，我们研究了各种生物。”
食物方面，研究人员在植物群和动物群的结合方面也已经做了一些尝试。总部位于佛罗里达的星际实验室是美国宇航局深空食品挑战大赛的决赛圈选手，这家公司正在研究一种包括昆虫在内的自给自足的植物和蘑菇种植系统。在这个系统中，昆虫独立于植物生活，但会为后者提供二氧化碳。卡内尔博士说：“我们正在研究如何引入正确的微生物，以便现在就创造出一种更加可靠的土壤混合物。”
中国农业大学的科学家最近在《生物学通讯》（Communications Biology）上发表了一项研究。这项研究表明，在模拟月球土壤中释放三种混合细菌，有助于将贫瘠土壤中的磷转化为植物可以吸收的磷，从而使得植物长得更大更绿。
不过，卡内尔博士也补充说，这些微生物的存在也会导致其他问题，比如：我们不知道这些虫子随宇航员一起进入太空甚至去到另一个星球的表面后会发生何种变化，也不知道它们会如何影响人类宇航员自身的微生物群。
门多萨介绍说，在地球上，研究人员已经开始使用模拟火星土壤研究在火星上种植农作物可能出现的情况。
美国宇航局生物和物理科学部的一系列新研究建议为未来10年的更多此类项目扫清了障碍，腾出了空间。在所有这些建议中，美国宇航局正在考虑一种名为BLiSS的活动。这项活动的全称是“生物再生式生命保障系统”，目标是构筑并认识“一种系统，它能够提供高质量食物、清新空气与水，加工处理废物，并且能创建独立于地球的可供宇航员长期生存的空间环境”。
卡内尔博士说，黑水虻系统非常符合这个构想。她表示：“黑水虻以废料为食，可以生产肥料，还有很多额外的好处。”更不用说，宇航员可以直接用黑水虻幼虫做一顿丰盛的晚餐——或者微引力环境下锻炼后的一顿蛋白质奶昔。
当然，吃黑水虻幼虫肥料养大的豌豆是一码事，直接吃黑水虻幼虫本身就是另一码事了，宇航员可能会觉得它们难以下咽。帕拉金斯基博士说：“不过，只要营养成分在那儿，他们很可能还是会设法吃下这些虫子。当然，我肯定不想做第一个吃黑水虻晚餐的人。”
无论如何，无论人类想要去地球之外的哪个星球，就一定要带上这些蠕动的伙伴，并且与它们一同生活。因为在地球之外生存的唯一方法就是让那个地方变得更像地球——一个充满富含营养的生物的星球。
资料来源 The New York Times
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本文作者萨拉·斯科尔斯（Sarah Scoles）经常为《纽约时报》科学栏目撰写文章，主题包括模拟太空植物、火星环境等