人造生物圈，最后的诺亚方舟？

▲生物再生生命保障系统原理图

　　■编者按

　　这是由一部电影引起的反思。近日，由美国著名导演克里斯托弗·诺兰执导的科幻冒险电影《星际穿越》在国内热映。故事发生的背景是地球环境不可持续，人类必须探索宜居星球。

　　无论是探索宜居星球还是长时间宇航飞行，离开地球都意味着要先建造一个适合人生存的人造生态圈。比如，宇航飞行必须要有一个能保持相对稳定的生态系统，在这个密闭的生态系统中，人才能生存，继而才能实现在星际中的长途旅行。

　　为帮助人类了解地球是如何运作，研究在仿真地球环境下人类是否适合生存等，美俄等国相继开展了人造生物圈的试验。这些试验虽未达到预期目标，但为很多地球生态研究积累了经验，同时也提醒我们，地球目前仍是人类唯一能赖以生存的地方。

　　人造生物圈的探索

　　在《星际穿越》这部电影当中，人类文明的发展已经不可避免地向星际文明演化，长距离的空间飞行成为现实。电影中对于在数以光年计算的星际旅行中，人类如何在密闭的宇宙飞船中生活没有详尽的交代。但是，要在超级宇宙飞船中融合自然生态系统，建造一个类似于完整的生物圈空间，在现实中还有相当长的路要走。

　　从20世纪70年代后，人们就开始了这方面的尝试，但现在的科技还不具备建造这一环境的能力。事实上，建造一个能自行进行自然分解并循环发展的封闭生态圈实在是太难了。

　　1972年，前苏联科学家首次尝试建造了受控生态生命保障系统，完成了BIOS-3的建造，这个约1033平方米的生态圈位于西伯利亚，可供3人生存。生态圈中设有大型水池，其中的藻类可以为居住者提供氧气。若生态圈内一切运行良好，可为居住者提供85%所需的空气和循环水。在BIOS-3里进行的最长一次实验曾长达180天。

　　1989年，美国宇航局开始了生态圈实验，在大约两个活动房大小的空间里进行生命支持系统的研究。研究人员在人造的环境中研究废水处理和室内空气质量的状况。结果不出所料，种植植物能够极大地提高空气质量并改善居住者的身体状况。虽然实验最终失败，却为人造生态圈提供了经验。

　　2007年，一个名为生物气候室（Biotron）的生态馆在加拿大建成，研究人员计划用它来检测升高的温度会对生态环境产生什么影响。生物气候室内有许多约6米高的巨型圆柱，每个圆柱内部都填满了约10吨的沙土。研究人员将这些沙土的温度从零下40摄氏度变化至60摄氏度，以便更好地了解日益变暖的地球生态圈。生物气候室是第一个能够以这种方式生成气候变化模型的实验室，可以让科学家们知晓一些地球（我们已知的唯一一个可正常运作的生态圈）的未来。

　　生物圈二号的启示

　　1991年，美国科学家进行了一个耗资1.5亿美元、规模空前的“生物圈二号”实验。生物圈二号是相对于生物圈一号——地球而命名的。生物圈二号建于美国亚利桑那州图森市以北的沙漠中，是一个巨大的封闭生态系统，大约有两个足球场大小。从外观看，它很像科幻片里建在月球上的空间站。依照设计，这个封闭的生态系统尽量模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。实验目的是观察空气、水和废物在一个封闭的环境中怎样有效地进行再循环，以及评价在这样的实验条件下，能否创造出一个稳态的生态系统，以寻找维持生存和净化环境的有效途径。

　　解构生物圈二号的组成部分

　　◆外观构造

　　生物圈二号占地1.28公顷，总体积约为18万立方米。地上部分为涂有粉剂的立体钢架结构，配有双层玻璃窗板；地面部分为焊接不锈钢板，并用钢垫密封。其内部主要由7种生态群落区和两个大气扩张室（也称作“肺”）组成。同时，为了减轻立体结构的负荷，生物圈二号的内部压力略高于周围大气压。生物圈二号有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。它们以地球北回归线和南回归线之间的生态系统为样板 。