火星华佗养成记：好好种菜 胜造七级浮屠
作者：王茸
校对：杨伯顺 王婧彧 张砚斌 张宇辰
审阅：游小波 杨伯顺
美编：崔郁
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
好好种菜 胜造七级浮屠
话说火星轨道春晚666不？大家去刷火箭飞船了吗？被新冠搞到待机的地球剧情也没能挡住人类宇宙天团进击火星，这么想想，去太空开一场国际歌舞秀或许真的指日可待。你方火星轨道唱罢，我家水手峡谷登场。脑洞开到这里，就忍不住要瓜一下宇航员这个职业以后的分工前景，灯光、场记、配音、导演……
脑洞和科幻很容易让人热血，科学的假设和验证却是另外一回事。送人去火星是作家们写了一个世纪的热门题材，但是直到土星5号之父沃纳·冯·布劳恩（Wernher von Braun）在1953年发表了《火星计划》这本书（The Mars Project），载人登火这个想法才慢慢从不切实际的幻想里走出来，并与现实握了握手。尽管距离第一次发表已经过去多年，但这个计划在现在听起来仍然是很先锋的。首先是为科技上的可行性提供了实现的场景，并且阐释了10条空间飞船、每船70人如何带着传统燃料飞抵火星。
有兴趣的朋友可以利用春节假期感受一下本书的脑洞
Image Credit: University of Illinois Press
所以，核心还是宇航员，是人呀。是人就有喜怒哀愁和生老病死。这其中，大概最不可控的变量就是病吧。新冠传播让大家更加关注公共健康卫生话题，过去一年中，宇航员在空间站生活和飞船航行的健康话题也频频曝光。除了特别紧急的医疗情况，宇航员生病后是需要与地面医生团队连线进行远程协助治疗的。事实上，坐镇地球的医疗团队也解决过宇航员在国际空间站的血栓问题。
国际空间站上的医疗包
Image credit: NASA
科技有着长足进步，但挑战尚存。从制造一个可供宇航员自由呼吸的火星定居点，到能种出满足人体需求的食物，每一步都不容易。自2017年起, NASA的CUBES机构就致力于研究太空生物工程应用，其中一个重要议题就是：治病。
和国际空间站的宇航员相比，去火星的宇航员们要面对的疾病处理问题可能更加棘手。骨折、血栓、还有其他意料之外的疾病都是火星宇航员们要面临的挑战。总不能要求宇航员个个都接受过漫长而专业的医疗训练吧？况且在去往火星的路途中，有限的补给可能让专业医生都“难为无米之炊”，更别提宇航员了。当人类心心念念要“殖民”火星时，包括送宇航员去火星定居等计划，恐怕也必须考虑到医疗的问题。毕竟，万里送药去火星，在许多紧急情况下，是远水救不了近火的。举个例子，毅力号（Perseverance）算是目前最先进的火星登陆探测器了，从发射到到达火星也需要200多天的时间，这么久的飞行时间，如何救急呢？
建造火星定居点已经够不容易了，现在还要考虑医疗的问题，真是难为科学家了。
Image credit: NASA
问题越难，解决问题的想法就越是五花八门。有人会说，那人类携带一整舱的药物和宇航员一起飞火星不就行了？听起来这个方法比较现实，可宇航员也不能事先知道他们可能会生的所有疾病。虽然有一些健康风险是已知的，比如引力低带来的骨质疏松和肌肉萎缩，以及离开地球大气层后的太空辐射暴露危险等，但携带所有的药品和治疗器材仍然是又贵又不能恰当解决问题的下策。
跳出送药和带药的框框，如果科学家想出一种办法，让宇航员自己在火星上造药呢？写到这里，总有绝命毒师的场景出现在眼前。
火星种菜概念图
Image Credit: NASA
这个种药的理念就是CUBES想要解决的问题。想要种药或者造药，就需要用到合成生物学的工具和技术，在火星上制造宇航员需要的生物有机体。如果我们可以让“程序化的生物”为我们在火星上造药，那就不用在出发前穷尽每一种可能的疾病风险，因为程序化是可以控制的。那这种程序化的生物怎么来呢？CUBES给出的答案是通过可持续的生物制造系统。火星是一块理想的试验地，有着未知的极端环境，人类所需的资源等等。如果我们能造出可以生长的物质，最后做一个工厂，我们就能大大的降低在火星的生存成本，也能让人类在那里活得更有质量，更安全。
CUBES所设想的工厂包括程序化种植生菜、菠菜等植物的技术，也包括微生物技术，比如用螺旋藻来生产稳定的药物。CUBES的四大部门之一，食品与药品综合部门（FPSD, Food and Pharmaceuticals Synthesis Division）就在寻找用自然生长的有机物来制造药物的方法。
打个比方，育种模型的原理是植物的种子可以进行基因改造来制造药物，宇航员就可以带着这些种子一起航行。一旦火星定居点建造好，人类就可以在定居点里种下种子，要么直接利用植物治病，要么可以提取其中的元素进行精炼，然后再摄入人体，就像我们在地球上制药一样。
为了先把这些植物培养出来，科学家们正在用一种老式的农杆菌转化方法，将新的DNA转移到目标植物中。被“选中”的植物就被科学家“引诱”着生成治疗性蛋白质。另一种方法涉及到合成基因技术，科学家将宇航员可能需要的所有药物进行编码，或者选取一个DNA库，然后把这些“编译”过的基因注入到植物里去。
合成生物学的一大优势就是你可以综合多种目的来合成DNA。所以FPSD把这种基因合成技术看作是火星生存的有力方法。一旦合成完毕，我们可以通过基因枪这个工具把基因注射进植物表皮，进而渗透植物的细胞膜，然后就大功告成了。
听起来很美好有没有？那现实中可行吗？目前FPSD的一个主要项目就是在生菜里面合成活性蛋白肽来治疗骨质疏松。这样的植物经过几代繁殖，科学家就能获得制造稳定药物的更多线索，从而改良方法。大家可不仅是锁定了生菜这种好种好养活的绿叶菜，菠菜也在药物植物的入选之列。这些植物不光用于药物实验，还产量高，是宇航员定居火星的食物来源之一。从实验到量产，特别是在火星这么严苛的环境下量产，还有很长的路要走。不过，“草药”这个思路，或许真的可行。
除了生菜，大力水手最爱的菠菜也可能在火星生根发芽呦。
科学家和工程师早就习惯了在现实的骨感下寻找解决方法。不过地球上的骨感可和宇航员要在火星上面对的生活不一样。我们在火星上缺医少药给科学家留下的难题是如何用便宜又能高效提取的植物来制造安全的注射剂，以及确定到底有多少药物能进入血液。除了自己“种药”，宇航员们可能还需要携带相关的检测仪器来保证药物的纯度和安全性。
未来的空间居民，要上得了火星，下得了菜园，建得了房屋，治得了疾病，是真正的全能优秀人才。所以，华佗们，春节假期里，要不要先从学习种生菜开始新一年呀？
参考文献
https://astronomy.com/news/2021/02/astronauts-get-sick-too-heres-the-tech-that-could-grow-medicine-on-mars
https://www.space.com/getting-sick-in-space-coronavirus-astronaut-health.html
https://www.space.com/22911-sick-mars-astronauts-earth-return.html
https://www.space.com/37097-heres-what-emergency-medicine-will-look-like-for-astronauts-in-space.html
https://tech.qq.com/a/20170303/007051.htm?winzoom=1
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影像提供与版权: Adam Block & Tim Puckett