李忠東

“月球方舟”建在月球的熔巖管內(nèi)。

科學(xué)家提出將地球上迄今已知的670萬(wàn)種物種的DNA樣本送往月球保存。

“月球方舟”存物種

近日，美國(guó)科學(xué)家公布了一份研究報(bào)告，提出將“月球方舟”作為“現(xiàn)代全球保險(xiǎn)策略”。他們建議將地球上迄今已知的670萬(wàn)種物種的DNA樣本送往月球保存，以便在地球發(fā)生超級(jí)火山爆發(fā)、全球核戰(zhàn)爭(zhēng)、小行星撞擊、流行病、氣候變化加劇、全球太陽(yáng)風(fēng)暴和干旱等重大災(zāi)難時(shí)，能保存地球的基因多樣性。

為了保護(hù)DNA樣本免遭太空輻射、宇宙隕石碰撞和巨大溫差變化的危害，“月球方舟”研究報(bào)告的作者、亞利桑那大學(xué)工程學(xué)院的教授杰坎·桑加提議將“方舟”建在月球的熔巖管內(nèi)。地球上普遍存在的熔巖管是由火山噴出的熔巖形成的，熔巖的外表冷卻后形成一個(gè)硬殼。隨著火山噴發(fā)的結(jié)束和溫度的降低，硬殼內(nèi)的熔巖消失，形成巨大的地道，也就是熔巖管。這種類似的形成過(guò)程也在月球上發(fā)生。目前，科學(xué)家尚不清楚這種洞穴是如何形成的，據(jù)推測(cè)，很有可能是由于隕石碰撞、月震、地球引力形成的壓力導(dǎo)致的?？茖W(xué)家利用電腦進(jìn)行模擬研究，以確定擁有不同頂部外形、寬度和厚度的月球熔巖管的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，寬度5千米以上的月球熔巖管在結(jié)構(gòu)上非常穩(wěn)定。

科學(xué)家設(shè)想，首先把微型跳躍和飛行機(jī)器人送入月球熔巖管，以收集風(fēng)化層或松散的巖石和泥土的樣本，了解熔巖管的布局、溫度和構(gòu)成，最終指導(dǎo)“方舟”底座的設(shè)計(jì)。研究人員的設(shè)想是在熔巖管的開(kāi)口安裝一個(gè)電梯井。電梯井將作為下方低溫保存模塊的入口和出口，這樣，機(jī)器人或宇航員就能夠像在圖書(shū)館借書(shū)和還書(shū)一樣，遷入和遷出樣本。

杰坎·桑加指出，只有將這些基因信息儲(chǔ)存在太陽(yáng)系的其他地方，才能確保它們?cè)诘厍蛎媾R任何生存威脅時(shí)都能幸存下來(lái)。月球之所以是外太空“方舟”理想的棲身之所，主要在于以現(xiàn)有人類飛船的速度，月球離地球只有4天路程。同時(shí)，月球上的熔巖管可以確保“方舟”的安全?？茖W(xué)家們表示，整個(gè)項(xiàng)目有望在未來(lái)30年內(nèi)完成。不過(guò)，他們也指出，整個(gè)項(xiàng)目仍面臨不少技術(shù)難題。其中，最主要的問(wèn)題是成本昂貴。建造“方舟”和運(yùn)輸670萬(wàn)種物種的DNA樣本將花費(fèi)數(shù)千億美元，并且樣本必須要在零下180至零下196攝氏度的極低溫度下保存。如此低的溫度對(duì)開(kāi)展作業(yè)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是巨大的挑戰(zhàn)。此外，建造“方舟”的工程量十分浩大。據(jù)粗略估算，科學(xué)家將生物樣本進(jìn)行低溫冷凍處理后，需要通過(guò)大約250次火箭發(fā)射才能將生物樣本運(yùn)送到月球。相較之下，在近地軌道組裝國(guó)際空間站的火箭總發(fā)射次數(shù)僅為40次。

圖書(shū)館“落戶”月球?

在計(jì)劃將670萬(wàn)個(gè)地球物種的DNA樣本儲(chǔ)存在月球之前，科學(xué)家曾設(shè)法運(yùn)送第一個(gè)“月球圖書(shū)館”到那兒“安家”。2019年2月21日，美國(guó)太空探索公司向月球發(fā)射了以色列“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器?！皠?chuàng)世紀(jì)”月球著陸器重約585千克，直徑為2米，高度為1.5米。除了搭載科學(xué)儀器以外，它還裝載著一個(gè)由Arch Mission基金創(chuàng)建的“Arch月球圖書(shū)館”。2016年成立于美國(guó)加利福尼亞州的Arch Mission基金是一個(gè)非營(yíng)利組織，旨在將人類知識(shí)的檔案存放在被稱為“Arch”的圖書(shū)館里送上太空。該項(xiàng)目的靈感來(lái)自美國(guó)科幻小說(shuō)家艾薩克·阿西莫夫的著作《基地三部曲》，該作品以銀河系為舞臺(tái)，描繪了人類的生存與發(fā)展，講述了一群學(xué)者和藝術(shù)家的故事。他們積極行動(dòng)起來(lái)，保護(hù)人類的知識(shí)財(cái)產(chǎn)，避免即將到來(lái)的預(yù)計(jì)將持續(xù)數(shù)千年的銀河系黑暗時(shí)代帶來(lái)的影響。

?“Arch月球圖書(shū)館”像一張120毫米厚的DVD光盤，由25張薄鎳盤組成，每張只有40微米厚。

“Arch月球圖書(shū)館”的數(shù)據(jù)內(nèi)容達(dá)到200GB。

2018年9月27日，Arch Mission基金、華盛頓大學(xué)和微軟公司等聯(lián)合宣布了“Arch月球圖書(shū)館”計(jì)劃，將公眾上傳的圖片、多媒體產(chǎn)品與書(shū)籍等電子數(shù)據(jù)發(fā)送到月球上，實(shí)現(xiàn)永久保存。據(jù)以色列宇航局的科學(xué)家介紹，“Arch月球圖書(shū)館”如同一張120毫米厚的DVD光盤，由25張薄鎳盤組成，每張只有40微米厚，包含了多達(dá)3000萬(wàn)頁(yè)文件。前4張薄鎳盤的內(nèi)容是6萬(wàn)多頁(yè)圖書(shū)、圖片、插圖和文檔。第一張薄鎳盤包括1500頁(yè)文本、圖像、徽標(biāo)和其他數(shù)據(jù)，可以放大100倍進(jìn)行觀看。接下來(lái)的3張薄鎳盤可在1000倍放大率下觀看，里面存儲(chǔ)著2萬(wàn)張文字圖像和照片，其中包括超過(guò)100萬(wàn)個(gè)概念的入門書(shū)和一本介紹5000種人類語(yǔ)言的語(yǔ)言學(xué)指南書(shū)籍。還有一份關(guān)于英語(yǔ)維基百科和以色列歷史的完整數(shù)據(jù)，附有技術(shù)說(shuō)明、詳細(xì)訪問(wèn)方式、解碼方法以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)所需要的科學(xué)和工程知識(shí)說(shuō)明。如果對(duì)“Arch月球圖書(shū)館”進(jìn)行解壓，那么數(shù)據(jù)內(nèi)容可達(dá)到200GB。

2019年4月4日，“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器成功被月球引力捕獲，因此以色列成了第7個(gè)將探測(cè)器送入月球軌道的國(guó)家。按原定計(jì)劃，“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器應(yīng)于2019年4月12日抵達(dá)月球，并在月表名為“澄?！钡牡攸c(diǎn)著陸，但由于主發(fā)動(dòng)機(jī)故障，“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器功虧一簣，墜毀在月表。Arch Mission基金等有關(guān)組織認(rèn)為，雖然沒(méi)有按預(yù)期的方式著陸，但是“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器攜帶的“Arch月球圖書(shū)館”還是被送上了月球?，F(xiàn)在的問(wèn)題是如何才能找到這個(gè)“Arch月球圖書(shū)館”。有一位航空航天工程師認(rèn)為，“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器撞擊產(chǎn)生的彈坑足夠大，美國(guó)宇航局的相關(guān)設(shè)備可以識(shí)別，但要找到如此微小的“圖書(shū)館”，還是太困難。為此，以色列已啟動(dòng)“創(chuàng)世紀(jì)2號(hào)”登月計(jì)劃，并將在4年內(nèi)發(fā)射該國(guó)的第二個(gè)月球著陸器，Arch Mission基金的“Arch月球圖書(shū)館”計(jì)劃也將隨之繼續(xù)。

對(duì)“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器任務(wù)失敗一事，Arch Mission基金聯(lián)合創(chuàng)始人諾瓦·斯皮瓦克表示：“畢竟只有可以長(zhǎng)期幸存的儲(chǔ)存材質(zhì)，才能實(shí)現(xiàn)‘億萬(wàn)年流傳的目標(biāo)。我們研發(fā)的新技術(shù)，以鎳的材質(zhì)讓硬盤在成本低廉的情況下仍保有極高的耐受性，可以確保資料不易毀壞。現(xiàn)在的情況是，我們要么已經(jīng)在月球表面上建立了第一個(gè)‘圖書(shū)館，要么就是將該‘圖書(shū)館的遺址留在了月球，供日后考古用?！被蛟S有人會(huì)認(rèn)為，在月球上建立“圖書(shū)館”純屬浪費(fèi)錢財(cái)。其實(shí)，此舉意義深遠(yuǎn)，因?yàn)闉?zāi)難性的滅絕事件在地球上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)，而且很有可能再次發(fā)生。

對(duì)此，Arch Mission基金雄心勃勃，以保護(hù)人類的寶貴知識(shí)和生物遺產(chǎn)為光榮使命，計(jì)劃在太陽(yáng)系周圍建立更多的“太空?qǐng)D書(shū)館”，并增設(shè)可流傳億萬(wàn)年的人類文明數(shù)據(jù)備份。例如，未來(lái)的“火星圖書(shū)館”將為火星居民提供龐大的數(shù)據(jù)集，包括來(lái)自地球的大量重要的知識(shí)和大部分互聯(lián)網(wǎng)的副本，以備在未來(lái)丟失的情況下作為備份。在Arch Mission 基金規(guī)劃的史詩(shī)級(jí)項(xiàng)目中，首先是把“太空?qǐng)D書(shū)館”打造成圍繞太陽(yáng)的“知識(shí)圈”，最終將所有“太空?qǐng)D書(shū)館”連接起來(lái)，把分散的讀寫數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)整合成“太陽(yáng)系圖書(shū)館”。它將圍繞太陽(yáng)運(yùn)行數(shù)十億年，把人類的文明和知識(shí)傳播到太陽(yáng)系中的每個(gè)星球上，甚至跨越太陽(yáng)系。

北極有個(gè)“種子庫(kù)”

對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建基因庫(kù)以恢復(fù)生物多樣性的想法并不新鮮。早在2008年2月，面積約1000平方米的斯瓦爾巴全球種子庫(kù)就已投入使用，它儲(chǔ)存了超過(guò)100萬(wàn)個(gè)種子樣本。它坐落在挪威北極圈內(nèi)距離極點(diǎn)1000多千米的山體中，由挪威政府于2007年3月開(kāi)始在北冰洋的斯瓦爾巴群島建造，并得到聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織的支持。它造價(jià)不菲，總計(jì)耗資900萬(wàn)美元，常年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用大約在10萬(wàn)～20萬(wàn)美元。那里地理位置偏僻，氣候惡劣，擁有永久凍土地帶，不利于人類居住，卻能讓種子庫(kù)遠(yuǎn)離“天災(zāi)人禍”，被稱為是全球農(nóng)業(yè)的“諾亞方舟”。

在設(shè)計(jì)“種子庫(kù)”時(shí)，科學(xué)家們?nèi)婵紤]了現(xiàn)在和未來(lái)世界上可能發(fā)生的各種最壞險(xiǎn)情。例如，為防止發(fā)生山體崩潰時(shí)所造成的任何結(jié)構(gòu)損壞，其混凝土墻厚達(dá)1米。再如，將其建在高于海平面130米的位置，即使格陵蘭島上的冰蓋和南極洲的冰層完全消融，海平面上升7米，“種子庫(kù)”也不會(huì)被淹沒(méi)，能持續(xù)保持干燥的狀態(tài)。

各國(guó)挑選的合格的種子用特制的三層鋁箔袋密封，送到“種子庫(kù)”后，工程師對(duì)每個(gè)種子樣本進(jìn)行分類，注明其品種、種源及年齡等所有信息，并轉(zhuǎn)錄到一個(gè)科學(xué)界常搜取資訊的網(wǎng)站。只要輸入種子編碼，就可以在資料庫(kù)里找到它們。斯瓦爾巴全球種子庫(kù)的工作原理和銀行的金庫(kù)差不多，只有儲(chǔ)戶才能夠打開(kāi)并領(lǐng)取儲(chǔ)存的種子。

斯瓦爾巴全球種子庫(kù)的入口處設(shè)計(jì)先進(jìn)，裝配有金屬反射鏡，白天能反射陽(yáng)光，夜晚則會(huì)閃閃發(fā)光。從大門進(jìn)去，是一條120米長(zhǎng)的隧道，深入砂巖山里，直通三座長(zhǎng)45米、寬4米、高4米的獨(dú)立種子儲(chǔ)藏室，而每個(gè)樣本保存有約500粒種子。從入口到儲(chǔ)藏室，中間配備5道防爆艙門，能夠承受里氏6.2級(jí)的地震或核攻擊。“種子庫(kù)”始終維持零下18攝氏度的低溫，是一座天然的“大冰箱”。 它不受氣溫變化的影響，適合種子長(zhǎng)期儲(chǔ)藏，如小麥和大麥能夠儲(chǔ)存1000年，而高梁則可以保存19000年。

斯瓦爾巴全球種子庫(kù)所處的地理位置偏僻，氣候惡劣，擁有永久凍土地帶，遠(yuǎn)離“天災(zāi)人禍”。

工程師對(duì)每個(gè)種子樣本進(jìn)行分類，注明其品種、種源及年齡等所有信息。

然而，斯瓦爾巴全球種子庫(kù)并不是地球上唯一的一座種子庫(kù)，在世界各地還有1700個(gè)左右由不同的國(guó)家和組織管理運(yùn)營(yíng)的“種子銀行”。位于我國(guó)昆明的中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)2005年正式開(kāi)工，2007年建成并投入運(yùn)行，已成為亞洲最大的野生生物種質(zhì)資源收集和保藏機(jī)構(gòu)。截至2020年底，保存野生植物種子10601種85046份，植物離體培養(yǎng)材料2093種24100份，DNA材料7324種65456份，微生物菌株2280種22800份和動(dòng)物種質(zhì)資源2203種60262份。

既然各國(guó)都有自己的“種子銀行”，為何又要不厭其煩地把種子送到北極的斯瓦爾巴全球種子庫(kù)去呢？原來(lái)那些分布在各地的“種子銀行”并非十分安全，不時(shí)為水資源短缺、地震、戰(zhàn)爭(zhēng)或是其他自然災(zāi)害而遭受威脅。例如，菲律賓的國(guó)家種子庫(kù)曾毀于洪水，重建后又因火災(zāi)被毀。在阿富汗和伊拉克等戰(zhàn)亂地區(qū)的種子庫(kù)損毀嚴(yán)重。也許最能回答這個(gè)問(wèn)題的是敘利亞人，他們是從斯瓦爾巴全球種子庫(kù)中提取種子的第一個(gè)國(guó)家。2015年9月，由于內(nèi)戰(zhàn)，該國(guó)位于第一大城市阿勒頗的種子庫(kù)被炸毀，無(wú)法提供適合當(dāng)?shù)胤N植的耐干旱作物種子。他們只好向斯瓦爾巴全球種子庫(kù)提出申請(qǐng)，要求取出先前存入那里的325盒、總計(jì)11.6萬(wàn)份農(nóng)作物種子“備份”中的近130盒回國(guó)復(fù)種。第二年再重新挑選合格的種子，送回斯瓦爾巴全球種子庫(kù)儲(chǔ)存。

斯瓦爾巴全球種子庫(kù)因?yàn)槠涮厥鈽?gòu)造及其所處的地理環(huán)境，接納了來(lái)自全球多地國(guó)家性、地區(qū)性和國(guó)際性種子庫(kù)的種子“備份”，充分體現(xiàn)了它為“世界末日種子庫(kù)”的價(jià)值?；蛟S真正的世界末日距離我們還十分遙遠(yuǎn)，但可能20年或30年后，全球氣候變得異常干燥，洪水泛濫成災(zāi)，甚至不少國(guó)家戰(zhàn)事頻發(fā)，而能夠重啟農(nóng)耕文明、拯救人類的希望就靠冰封在那兒的幾百萬(wàn)份作物種子。然而，無(wú)論如何，人類都有一個(gè)共同的心愿，那就是期待“世界末日種子庫(kù)”永遠(yuǎn)沒(méi)有被啟用的一天。