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藍(lán)藻是否能夠在外星生存——易科泰太空生物學(xué)技術(shù)方案（一）
發(fā)布時(shí)間： 2024-05-21 點(diǎn)擊次數(shù)： 1190次太空生物學(xué)（Astrobiology）顧名思義就是研究生物和外空間物體的相互作用的科學(xué)。其中一個(gè)重要課題就是地球上的生物能夠在太空與外星環(huán)境下生存，并進(jìn)一步改造外星環(huán)境使之更適于地球生物。雖然現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠在空間站上開展太空環(huán)境下的相關(guān)研究，但由于技術(shù)限制，我們還沒辦法在外星直接進(jìn)行這樣的研究工作。
但科學(xué)家們還是想盡辦法在地球上開展太空生物學(xué)研究。他們結(jié)合太空觀測數(shù)據(jù)，合理推測外星球的環(huán)境條件，通過控制光強(qiáng)、光譜、光周期、大氣組成、營養(yǎng)條件等來模擬外星的環(huán)境條件來培養(yǎng)地球上的藻類和植物，然后利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)為代表的植物表型分析技術(shù)來評(píng)估其生長狀態(tài)，尤其是這些藻類和植物能否穩(wěn)定地進(jìn)行光合作用。
下面我們通過兩個(gè)微藻相關(guān)研究案例來說明相關(guān)的太空生物學(xué)技術(shù)方案：
案例一、藍(lán)藻利用火星風(fēng)化層來支持火星殖民
葡萄牙阿威羅大學(xué)的科學(xué)家研究了3種藍(lán)藻（柱孢魚腥藻Anabaena cylindrica、念珠藻Nostoc muscorum和鈍頂節(jié)旋藻Arthrospira platensis）和1種綠藻（小球藻Chlorella vulgaris）能否利用火星現(xiàn)有資源生活。他們利用美國月球和小行星表面科學(xué)中心提供的火星風(fēng)化層模擬物（MGS-1）制作成水提物，之后將這幾種微藻分別培養(yǎng)在純水、火星風(fēng)化層水提物和17%螺旋藻培養(yǎng)基中，定期測量其光密度OD440并使用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測量其最大光化學(xué)效率Fv/Fm。
OD440動(dòng)態(tài)曲線表明微藻生物量的生長變化，而Fv/Fm的高低則直接反映微藻光系統(tǒng)活性以及受損程度。這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在火星的營養(yǎng)條件下，念珠藻的生長狀況，而鈍頂節(jié)旋藻和小球藻則幾乎無法生存。因此念珠藻應(yīng)該成為未來研究的目標(biāo)，不僅因?yàn)樗鼈冊(cè)谘鯕馍a(chǎn)中的作用，也因?yàn)樗鼈兛梢员挥米魇澄飦碓础?/span>
案例二、實(shí)驗(yàn)室模擬藍(lán)藻在M矮星的宜居性
近十年的研究發(fā)現(xiàn)，40%的M矮星擁有“超級(jí)地球"（最小質(zhì)量在1到30個(gè)地球質(zhì)量之間，軌道周期短于50天，半徑介于地球和海王星之間）。但M矮星的光譜特性與太陽有很大的差別，其波長更長，在可見光范圍內(nèi)主要集中在遠(yuǎn)紅光區(qū)（FR）。而藍(lán)藻由于可以合成葉綠素d和葉綠素f，因此可以使其光合利用波長延長至750nm。
由此，意大利國家天文物理研究所、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院等合作，控制培養(yǎng)光譜、光強(qiáng)、大氣組分（CO2濃度）、溫度等環(huán)境條件，檢測Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912、Chroococcidiopsis thermalis PCC 7203、Synechococcus PCC 7335、Synechocystis sp. PCC 6803這4種藍(lán)藻在太陽光、M矮星M7光譜、遠(yuǎn)紅光下的生長狀況，從而評(píng)估這些藻類在M矮星的宜居性。
微藻的生長和光合狀況主要使用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)進(jìn)行檢測。葉綠素最小熒光F0（也稱原初熒光、本底熒光）在很大程度上與葉綠素濃度和微藻細(xì)胞數(shù)正相關(guān)，因此F0增長率被用來衡量生長量的變化。最大光化學(xué)效率Fv/Fm則直接反映其光合效率。結(jié)果很令人驚訝，所有微藻在M7光譜條件下的生長狀況與在太陽光下類似，而且遠(yuǎn)好于只在遠(yuǎn)紅光下的生長狀況。M7這種奇異光譜的可見光與遠(yuǎn)紅光比例可能是其中的關(guān)鍵因素。
易科泰微藻太空生物學(xué)技術(shù)方案
1. 智能培養(yǎng)與在線監(jiān)測
l 全LED光源，培養(yǎng)光強(qiáng)最高達(dá)3000 μmol photons m-2 s-1，光譜組成可根據(jù)用戶需求定制
l 實(shí)時(shí)調(diào)控光強(qiáng)、光譜、光周期、溫度、氣體組分等，并可配備恒化（恒定pH）或恒濁（自動(dòng)補(bǔ)充培養(yǎng)基并恒定OD）培養(yǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定半連續(xù)培養(yǎng)
l 實(shí)時(shí)在線檢測葉綠素?zé)晒狻?/span>OD光密度、溫度、pH、溶解氧、溶解CO2等
l 容積包括100ml、400ml、1000ml、3000ml、25L、100L等，可靈活定制
2. 藻類葉綠素?zé)晒馀c表型成像技術(shù)
l 測量樣品包括大型藻、微藻（液體/固體培養(yǎng)基均可）。可研究微藻群體，也可連接顯微鏡研究單個(gè)藻類細(xì)胞
l 可測量葉綠素?zé)晒獬上瘛⒏吖庾V成像、UV激發(fā)熒光成像等，無損檢測藻類生長狀況、光合生理、脅迫抗性、色素組成等
l 儀器型號(hào)和配置功能靈活多樣，可根據(jù)客戶實(shí)際需要靈活定制
參考文獻(xiàn)：
1. Macário I P E, Veloso T, Frankenbach S, et al. Cyanobacteria as candidates to support Mars colonization: growth and biofertilization potential using Mars regolith as a resource. Frontiers in Microbiology, 2022, 13.
2. Claudi R, et al. 2020. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life 11(1): 10
北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供藻類培養(yǎng)與表型研究全面技術(shù)方案：
l AquaPen、FluorCam藻類葉綠素?zé)晒?/span>/多光譜熒光技術(shù)
l SL3500、AlgaeTron/FytoScope智能LED光源與生長箱
l SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測量技術(shù)
l FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像系統(tǒng)
l FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)
l MC1000 8通道藻類培養(yǎng)系統(tǒng)
l ET-PSI多功能藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)
l AlgaTech®高通量藻類表型成像分析平臺(tái)
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