藍藻(zao)是(shi)否能(neng)夠在(zai)外(wai)星生(sheng)存(cun)——易科(ke)泰太空(kong)生(sheng)物(wu)學技(ji)術(shu)方案（壹）

太空(kong)生(sheng)物(wu)學（Astrobiology）顧名(ming)思義(yi)就(jiu)是(shi)研(yan)究生(sheng)物(wu)和外(wai)空(kong)間物(wu)體的相互(hu)作用的(de)科學(xue)。其(qi)中壹個重要(yao)課(ke)題(ti)就(jiu)是(shi)地(di)球(qiu)上的生(sheng)物(wu)能夠在(zai)太空(kong)與(yu)外(wai)星環(huan)境(jing)下生(sheng)存(cun)，並進壹(yi)步(bu)改造(zao)外星環(huan)境(jing)使(shi)之更(geng)適(shi)於(yu)地(di)球(qiu)生(sheng)物(wu)。雖然(ran)現(xian)在(zai)我(wo)們已經(jing)能(neng)夠在(zai)空(kong)間站(zhan)上(shang)開展(zhan)太空(kong)環(huan)境(jing)下的(de)相關(guan)研(yan)究，但由於技(ji)術(shu)限(xian)制，我(wo)們還沒(mei)辦法在外(wai)星直接(jie)進行這樣的(de)研(yan)究工(gong)作(zuo)。

但科學(xue)家們還是(shi)想(xiang)盡辦法在地(di)球(qiu)上開展(zhan)太空(kong)生(sheng)物(wu)學研(yan)究。他們結(jie)合(he)太空(kong)觀測數據，合(he)理(li)推測外星球的環(huan)境(jing)條(tiao)件，通(tong)過控(kong)制光強(qiang)、光譜、光周期(qi)、大氣(qi)組成(cheng)、營養(yang)條(tiao)件等(deng)來模擬(ni)外(wai)星的環(huan)境(jing)條(tiao)件來培養(yang)地(di)球(qiu)上的藻(zao)類(lei)和植(zhi)物(wu)，然(ran)後(hou)利(li)用葉(ye)綠素(su)熒光技(ji)術(shu)為(wei)代表的(de)植(zhi)物(wu)表型(xing)分析(xi)技(ji)術(shu)來評(ping)估(gu)其(qi)生(sheng)長(chang)狀態(tai)，尤其(qi)是(shi)這些藻(zao)類(lei)和植(zhi)物(wu)能否穩定地(di)進行光合(he)作(zuo)用。

下(xia)面(mian)我(wo)們通過兩個微藻(zao)相(xiang)關研(yan)究案例來說明相(xiang)關的太空(kong)生(sheng)物(wu)學技(ji)術(shu)方案：

案例壹(yi)、藍藻(zao)利(li)用火星風(feng)化(hua)層來支持(chi)火星殖(zhi)民(min)

葡(pu)萄牙(ya)阿威(wei)羅(luo)大學(xue)的(de)科(ke)學(xue)家研(yan)究了3種(zhong)藍藻(zao)（柱孢(bao)魚(yu)腥藻Anabaena cylindrica、念(nian)珠藻Nostoc muscorum和鈍(dun)頂節旋藻Arthrospira platensis）和1種綠藻(zao)（小(xiao)球藻(zao)Chlorella vulgaris）能否利(li)用火星現(xian)有(you)資(zi)源(yuan)生(sheng)活(huo)。他們利(li)用美(mei)國(guo)月(yue)球和小(xiao)行星表面科學(xue)中心(xin)提供的(de)火星風(feng)化(hua)層模擬(ni)物(wu)（MGS-1）制作(zuo)成(cheng)水(shui)提物(wu)，之後將(jiang)這幾種微(wei)藻(zao)分別(bie)培(pei)養(yang)在(zai)純水(shui)、火星風(feng)化(hua)層水(shui)提物(wu)和17%螺旋藻培(pei)養(yang)基(ji)中，定期(qi)測量其(qi)光密度OD440並使(shi)用FluorCam葉(ye)綠素(su)熒光成像系統(tong)測量其(qi)最大光化(hua)學(xue)效率(lv)Fv/Fm。

OD440動態(tai)曲(qu)線表明(ming)微藻生(sheng)物(wu)量的(de)生(sheng)長(chang)變化(hua)，而Fv/Fm的高低則(ze)直接(jie)反映微(wei)藻(zao)光系統(tong)活(huo)性(xing)以及(ji)受損程(cheng)度(du)。這兩項數(shu)據(ju)結(jie)果表明(ming)，在(zai)火星的營養(yang)條(tiao)件下(xia)，念(nian)珠藻的(de)生(sheng)長(chang)狀況(kuang)，而鈍頂節旋藻和小(xiao)球藻(zao)則(ze)幾乎(hu)無(wu)法生(sheng)存(cun)。因(yin)此念(nian)珠藻應(ying)該成為(wei)未(wei)來研(yan)究的目(mu)標(biao)，不(bu)僅(jin)因(yin)為(wei)它(ta)們在氧(yang)氣(qi)生(sheng)產中的作(zuo)用，也因(yin)為(wei)它(ta)們可以被(bei)用作(zuo)食物(wu)來源。

案例二(er)、實驗室(shi)模擬(ni)藍藻(zao)在M矮星的宜(yi)居性(xing)

近(jin)十年(nian)的(de)研(yan)究發現(xian)，40%的(de)M矮星擁有(you)“超(chao)級(ji)地(di)球(qiu)"（最小(xiao)質量在(zai)1到(dao)30個地(di)球(qiu)質量之間，軌道(dao)周(zhou)期(qi)短(duan)於(yu)50天，半徑(jing)介於(yu)地(di)球(qiu)和海(hai)王星之間）。但M矮星的光譜特(te)性(xing)與(yu)太陽(yang)有(you)很(hen)大的(de)差(cha)別(bie)，其(qi)波長更(geng)長(chang)，在(zai)可見(jian)光範(fan)圍內(nei)主要集(ji)中在遠(yuan)紅光區(qu)（FR）。而藍藻(zao)由於(yu)可以合(he)成(cheng)葉(ye)綠素(su)d和葉(ye)綠素(su)f，因(yin)此可以使(shi)其(qi)光合(he)利(li)用波(bo)長延(yan)長(chang)至(zhi)750nm。

由(you)此，意(yi)大利(li)國(guo)家天文物(wu)理(li)研(yan)究所、蘇黎世聯(lian)邦(bang)理(li)工(gong)學(xue)院(yuan)等(deng)合(he)作(zuo)，控(kong)制培(pei)養(yang)光譜、光強(qiang)、大氣(qi)組分（CO₂濃(nong)度）、溫(wen)度(du)等(deng)環(huan)境(jing)條(tiao)件，檢(jian)測Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912、Chroococcidiopsis thermalis PCC 7203、Synechococcus PCC 7335、Synechocystis sp. PCC 6803這4種(zhong)藍藻(zao)在太陽(yang)光、M矮星M7光譜、遠(yuan)紅光下的生(sheng)長(chang)狀況(kuang)，從(cong)而評(ping)估(gu)這些藻(zao)類(lei)在(zai)M矮星的宜(yi)居性(xing)。

微(wei)藻的生(sheng)長(chang)和光合(he)狀(zhuang)況(kuang)主要使(shi)用FluorCam葉(ye)綠素(su)熒光成像系統(tong)進行檢測。葉(ye)綠素(su)最小(xiao)熒光F₀（也稱(cheng)原(yuan)初熒光、本底(di)熒光）在很(hen)大程(cheng)度(du)上與(yu)葉(ye)綠素(su)濃(nong)度和微(wei)藻細胞(bao)數(shu)正(zheng)相關(guan)，因(yin)此F₀增(zeng)長率(lv)被用來衡量生(sheng)長(chang)量的(de)變(bian)化(hua)。最大光化(hua)學(xue)效率(lv)Fv/Fm則(ze)直接(jie)反映其(qi)光合(he)效率(lv)。結(jie)果很(hen)令(ling)人(ren)驚訝(ya)，所有(you)微藻在M7光譜條(tiao)件下(xia)的生(sheng)長(chang)狀況(kuang)與(yu)在(zai)太陽(yang)光下類似，而且(qie)遠(yuan)好於(yu)只在(zai)遠(yuan)紅光下的生(sheng)長(chang)狀況(kuang)。M7這種奇(qi)異(yi)光譜的可(ke)見(jian)光與(yu)遠(yuan)紅光比例(li)可能(neng)是(shi)其(qi)中的關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。

易科(ke)泰(tai)微(wei)藻(zao)太空(kong)生(sheng)物(wu)學技(ji)術(shu)方案

1. 智(zhi)能培養(yang)與(yu)在(zai)線(xian)監測

l 全(quan)LED光源，培養(yang)光強(qiang)最高達3000 μmol photons m^-2 s^-1，光譜組成(cheng)可(ke)根(gen)據(ju)用戶需(xu)求(qiu)定制

l 實(shi)時調(tiao)控(kong)光強(qiang)、光譜、光周期(qi)、溫(wen)度(du)、氣(qi)體組(zu)分等(deng)，並可配(pei)備恒(heng)化(hua)（恒(heng)定pH）或恒濁（自動(dong)補(bu)充(chong)培(pei)養(yang)基(ji)並恒定OD）培(pei)養(yang)模塊(kuai)，實(shi)現(xian)穩定半連(lian)續培養(yang)

l 實時在線(xian)檢(jian)測葉(ye)綠素(su)熒光、OD光密度、溫(wen)度(du)、pH、溶解氧(yang)、溶解CO₂等

l 容(rong)積包(bao)括(kuo)100ml、400ml、1000ml、3000ml、25L、100L等(deng)，可靈(ling)活定制

2. 藻(zao)類葉(ye)綠素(su)熒光與(yu)表(biao)型(xing)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu) 

l 測量樣(yang)品(pin)包(bao)括大型(xing)藻(zao)、微(wei)藻（液體/固(gu)體培(pei)養(yang)基(ji)均(jun)可(ke)）。可研(yan)究微藻群體，也可(ke)連(lian)接(jie)顯微(wei)鏡(jing)研(yan)究單個藻類(lei)細胞(bao)

l 可測量葉(ye)綠素(su)熒光成像、高光譜成像(xiang)、UV激發熒(ying)光成像等(deng)，無(wu)損檢(jian)測藻類生(sheng)長(chang)狀況(kuang)、光合(he)生(sheng)理(li)、脅(xie)迫(po)抗性(xing)、色(se)素(su)組成(cheng)等

l 儀(yi)器型(xing)號(hao)和配(pei)置(zhi)功能(neng)靈(ling)活多(duo)樣，可(ke)根(gen)據(ju)客(ke)戶實(shi)際(ji)需(xu)要(yao)靈(ling)活定制

參(can)考文獻(xian)：

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(bei)京易(yi)科(ke)泰(tai)生(sheng)態(tai)技(ji)術(shu)公(gong)司提供藻(zao)類培(pei)養(yang)與(yu)表(biao)型(xing)研(yan)究全面技(ji)術(shu)方案：

l AquaPen、FluorCam藻類(lei)葉(ye)綠素(su)熒光/多(duo)光譜熒光技(ji)術(shu)

l SL3500、AlgaeTron/FytoScope智能LED光源與(yu)生(sheng)長(chang)箱

l SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測量技(ji)術(shu)

l FKM多光譜熒光動態顯(xian)微(wei)成(cheng)像系統(tong)

l FMT150藻類培養(yang)與(yu)在(zai)線(xian)監測系統(tong)

l MC1000 8通道(dao)藻(zao)類(lei)培(pei)養(yang)系統(tong)

l ET-PSI多功能藻類(lei)培(pei)養(yang)與(yu)在(zai)線(xian)監測系統(tong)

l AlgaTech®高通量藻(zao)類(lei)表(biao)型(xing)成(cheng)像(xiang)分析(xi)平(ping)臺