生物圈2號(hào)，何去何從？

李雯婷

早上10點(diǎn)，雨開(kāi)始下。這場(chǎng)雨不是特別大，但卻下個(gè)不停，持續(xù)不斷的雨水滲進(jìn)了深黑色的土壤里。午夜之后，整座小山都“喝飽了水”，表面開(kāi)始出現(xiàn)了涓涓細(xì)流。激流涌動(dòng)，沖出一條小水溝。雨繼續(xù)下，水溝越積越深。

幾周過(guò)后，小山的山腳下，是一灘被沖到混凝土地面上的黑色泥漿，這讓“降雨”制造者們驚愕不已。他們并沒(méi)打算重新開(kāi)拓一片山坡——畢竟，他們剛剛才把它建好。

這場(chǎng)“暴雨”發(fā)生的地方是在一個(gè)巨大的玻璃房子里。這是一座密封式的、復(fù)雜的巨型溫室的一部分，建造在美國(guó)亞利桑那州圖森市北部的圣卡塔利娜島，里面集合了熱帶雨林、熱帶草原，甚至還“附送”了微型海洋。這是生物圈2號(hào)：一座試圖用來(lái)證明人類(lèi)在一個(gè)全封閉的環(huán)境中，再加上些許陽(yáng)光，就能夠生存下去的建筑。

該項(xiàng)目被譽(yù)為一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的科學(xué)試驗(yàn)。1991年，8名科學(xué)家入駐生物圈2號(hào)，這8個(gè)人的生存完全自給自足：食物是自己種的，喝的是再生水，呼吸的氧氣則來(lái)源于植物的光合作用。這項(xiàng)計(jì)劃，旨在為太空探索和“外星殖民計(jì)劃”提供一張模擬地球生態(tài)與環(huán)境的藍(lán)圖，同時(shí)幫助我們了解地球是如何運(yùn)作的。

無(wú)論如何，原計(jì)劃本該如此。但是，第一個(gè)“任務(wù)”就宣告失敗了：氧含量下降，即生物圈2號(hào)內(nèi)的氧氣與二氧化碳的組成比例無(wú)法自行達(dá)到平衡；水泥建筑物影響到正常的碳循環(huán)；多數(shù)動(dòng)植物無(wú)法正常生長(zhǎng)或繁殖，其滅絕的速度比預(yù)期的還要快。也就是說(shuō)，生物圈2號(hào)并未達(dá)到原先設(shè)計(jì)者的預(yù)定目標(biāo)。幾年后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)試圖進(jìn)行改進(jìn)，但最終也是徒勞。在此之后，這座昂貴的“玻璃金字塔”被迫退出了歷史舞臺(tái)。2007年，它差點(diǎn)被改造成公寓。不過(guò)現(xiàn)在，生物圈2號(hào)重回拯救世界的科學(xué)中心。

建造一個(gè)迷你地球

生物圈2號(hào)這個(gè)想法最初來(lái)源于一個(gè)相當(dāng)癡迷環(huán)保的的小型組織，領(lǐng)導(dǎo)者是極富魅力、又有點(diǎn)喜怒無(wú)常的約翰·艾倫。

艾倫的生物圈2號(hào)計(jì)劃誕生于1982年的一場(chǎng)科學(xué)會(huì)議。這場(chǎng)會(huì)議在法國(guó)召開(kāi)，出席者均是世界上頂尖的科學(xué)家。由于人們習(xí)慣把地球本身作為生物圈1號(hào)，所以這個(gè)人工生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)被取名為“生物圈2號(hào)”。之后不久，他們開(kāi)始起草詳細(xì)的計(jì)劃，幾個(gè)財(cái)團(tuán)聯(lián)手出資，由空間生物圈風(fēng)險(xiǎn)投資公司承建，實(shí)驗(yàn)的目的是為了考察人類(lèi)離開(kāi)地球能否生存。這個(gè)與世隔絕的系統(tǒng)可以作為登陸火星的實(shí)驗(yàn)基地、潛在核戰(zhàn)后的掩體，也可以作為生活實(shí)驗(yàn)室，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。

1987年，《發(fā)現(xiàn)》雜志大張旗鼓地宣稱(chēng)：“生物圈2號(hào)是肯尼迪總統(tǒng)自啟動(dòng)登月計(jì)劃以來(lái)最令美國(guó)人激動(dòng)不已的科學(xué)項(xiàng)目?！眳⑴c這項(xiàng)工程的8位科學(xué)家如宇航員一般，被視作“國(guó)民英雄”。在全美國(guó)人民的關(guān)注下，這項(xiàng)工程如火如荼地展開(kāi)了。這個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃需要迄今為止全世界最大的密封環(huán)境，大到足以容納熱帶雨林、紅樹(shù)林沼澤、草原、沙漠，甚至還有一片微型珊瑚海。

該系統(tǒng)內(nèi)有大量的空間用以種植植物。那里既有高大的樹(shù)木，也有矮小的灌木草叢植物，各個(gè)生物群落中的生境也不一樣。生物群落間均有相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)區(qū)將它們互相隔開(kāi)：如熱帶草原和沙漠之間用灌木叢使二者相對(duì)隔離；熱帶雨林的周?chē)N滿(mǎn)了濃密的姜科植物，從而保護(hù)內(nèi)部樹(shù)種免遭側(cè)面強(qiáng)光的照射；而在與海洋的隔離區(qū)內(nèi)，科學(xué)家種植了竹子來(lái)抵御鹽分的滲入。當(dāng)然，系統(tǒng)內(nèi)還配有高端的農(nóng)用設(shè)備。

烏托邦式的科研計(jì)劃宣告破產(chǎn)

1991年9月26日，8位“國(guó)民英雄”進(jìn)入生物圈2號(hào)，他們就像《星際迷航》中的超級(jí)明星一般“全副武裝”，因?yàn)樗麄儗⒁谶@么一個(gè)封閉的空間里生活兩年。但最主要的問(wèn)題是，他們并不清楚在接下來(lái)的兩年里自己應(yīng)該做什么。他們從來(lái)沒(méi)有制訂正式的研究計(jì)劃，相反，他們卻著重強(qiáng)調(diào)管理方面的目標(biāo)——即兩年內(nèi)不能有任何“進(jìn)出”。比起科學(xué)性來(lái)說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目反而更具戲劇性。

所以，當(dāng)波因特（進(jìn)入生物圈2號(hào)的8名科學(xué)家中的一位）的手指被弄傷，不得不外出醫(yī)治時(shí)，這個(gè)巨資項(xiàng)目便被蒙上了一層陰影?！拔覀冇幸粋€(gè)‘沒(méi)有進(jìn)出’的既定目標(biāo)，計(jì)劃完美地去工作，但這顯然是荒謬、愚蠢的”，亞當(dāng)斯（生物圈2號(hào)的副主任）說(shuō)，“這不是一個(gè)科學(xué)的目標(biāo)，這注定了實(shí)驗(yàn)的失敗。”

與此同時(shí)，從二氧化碳濃度的大幅波動(dòng)到害蟲(chóng)肆虐，生物圈2號(hào)的許多其他問(wèn)題開(kāi)始浮出水面。與媒體的蜜月期很快就結(jié)束，批判性的報(bào)道越來(lái)越多。耗資2億美元的生物圈2號(hào)一時(shí)間成為笑柄，甚至被斥之為“奢侈的偽科學(xué)”。在第一年試驗(yàn)期間，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，他們長(zhǎng)期處于饑餓的狀態(tài)，每個(gè)人的體重都大幅減輕。最嚴(yán)重的問(wèn)題是，就算那8名科學(xué)家再怎么努力種植足夠多的植物，空氣中的氧含量仍在下降，他們不得不忍受著饑餓和窒息的雙重痛苦。

氧含量下降著實(shí)令人感到困惑——既然生物體消耗了大量氧氣，那同時(shí)也應(yīng)該產(chǎn)生大量的二氧化碳。但在大氣成分分析中并未發(fā)現(xiàn)二氧化碳成分有明顯的增加。后來(lái)人們找到了罪魁禍?zhǔn)住⑸铩Ｔ谵r(nóng)業(yè)區(qū)域有豐富的堆肥，在堆肥中生存的微生物消耗了大量的氧氣。但如此劇烈的活動(dòng)卻被忽略了，因?yàn)樗鼈兺鲁龅拇蟛糠侄趸急晃挥诨康幕炷廖樟?，從而間接導(dǎo)致了整個(gè)環(huán)境中氧含量的減少?？偟膩?lái)說(shuō)，就是微生物消耗了太多的氧氣。

“我們并沒(méi)有在檢驗(yàn)材料方面做到完美。在完全相同的環(huán)境中，有些材料以我們想不到的方式彼此互動(dòng)著，這是我們?nèi)f萬(wàn)沒(méi)想到的?！辈ㄒ蛱卣f(shuō)。就算后來(lái)科學(xué)家們又重新補(bǔ)充了氧氣和其他的一些所需物質(zhì)，該計(jì)劃也失掉了一些可信度。不過(guò)，這仍有一定的科學(xué)價(jià)值，“早期大氣告訴了我們很多不為人知的地球奧秘，以及地表和大氣是如何協(xié)作的?！鄙锶?號(hào)的主管特拉維斯說(shuō)道。

生物圈2號(hào)內(nèi)部的氧氣濃度以每月0.5%的穩(wěn)定速率不斷下降。到1993年1月，空氣中的氧含量已經(jīng)非常低了，8位科學(xué)家中的好幾位都開(kāi)始出現(xiàn)了不良生理反應(yīng)。因此，外界管理團(tuán)隊(duì)不得不開(kāi)始從外界泵入純氧。接下來(lái)的一個(gè)月，由于實(shí)驗(yàn)人員的意見(jiàn)沒(méi)被領(lǐng)導(dǎo)重視，導(dǎo)致整個(gè)科學(xué)委員會(huì)在挫折感中集體辭職。第一次進(jìn)駐生物圈2號(hào)的實(shí)驗(yàn)宣告失敗。

二次進(jìn)駐宣告失敗

“實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)‘意外’是很正常的，你還可以學(xué)到東西，”哈曼說(shuō)，“但是，如果工程實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)意外，規(guī)劃出現(xiàn)意外，員工的生命安全受到了威脅，這就很難獲取什么知識(shí)了。”盡管為期兩年的任務(wù)結(jié)束了，但生物圈2號(hào)的科學(xué)合理性已經(jīng)嚴(yán)重受損。

第二次任務(wù)開(kāi)始于1994年3月，預(yù)期持續(xù)執(zhí)行10個(gè)月?？茖W(xué)家們針對(duì)第一次任務(wù)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的種種問(wèn)題進(jìn)行了大規(guī)模的研究與改善工程。由于混凝土是吸附二氧化碳的元兇，因此所有混凝土的表面都被加以涂封，以防止其吸收二氧化碳。不同于第一次任務(wù)時(shí)8名組員一開(kāi)始無(wú)法生產(chǎn)足夠的食物，第二次任務(wù)的組員已有能力達(dá)成足量食物生產(chǎn)的目標(biāo)。但實(shí)驗(yàn)剛進(jìn)行了一個(gè)月，由于投資人就不斷增加的開(kāi)支以及信心的不足，決定放棄投資。數(shù)天后，2名組員被迫違反原定的完全隔離原則而打開(kāi)了艙門(mén)。此次事件發(fā)生之后，生物圈2號(hào)第二次任務(wù)又歷經(jīng)了2次組員變動(dòng)，并由于管理公司的財(cái)務(wù)困難，最終于9個(gè)月后結(jié)束。這也是生物圈2號(hào)所進(jìn)行的最后一次封閉環(huán)境住人試驗(yàn)。

1995年12月，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)租下了生物圈2號(hào)，他們決定將這座綜合建筑用于研究新的課題。研究人員把這個(gè)巨大溫室分隔開(kāi)來(lái)，改變了每個(gè)區(qū)域的環(huán)境。他們研究了不同高度樹(shù)冠的溫度變化是如何影響葉片的呼吸作用，螞蟻如何入侵，并監(jiān)控了海洋中的造礁情況。

但到2003年，研究人員正干得起勁，哥倫比亞大學(xué)卻結(jié)束了租賃，原因之一是運(yùn)行設(shè)備過(guò)于昂貴（光電費(fèi)每年就要花掉60萬(wàn)美元，絕大部分用于冷卻）。

在接下來(lái)的4年里，生物圈2號(hào)就像一個(gè)旅游景點(diǎn)似的：參觀者會(huì)被帶領(lǐng)著穿過(guò)職員廚房，在玻璃圓頂下參觀各種不同的生境，并向下穿過(guò)走廊進(jìn)入“肺部”——用于為封閉的建筑按溫度高低調(diào)節(jié)氣壓的裝置。

2007年，這座建筑甚至差一點(diǎn)被推平用來(lái)建造公寓，好在美國(guó)亞利桑那大學(xué)適時(shí)介入，接手了租約。2011年，投資人把這座建筑捐贈(zèng)給了亞利桑那大學(xué)，同時(shí)還捐助了2000萬(wàn)美元用以啟動(dòng)新項(xiàng)目。

不過(guò)，新主人仍然不得不削減開(kāi)支。曾經(jīng)的農(nóng)業(yè)區(qū)域現(xiàn)在與外界空氣相通，其他的生物群落仍保持封閉，但減少了冷卻程度。雨林的樹(shù)冠則任由它們茂盛生長(zhǎng)，也允許它們?cè)诹胰障驴菸?，以減少維護(hù)費(fèi)用，大草原的降雨頻率也降到最低。經(jīng)過(guò)這樣的調(diào)整，每年可以節(jié)約25萬(wàn)美元。

現(xiàn)在的生物圈2號(hào)

現(xiàn)在的生物圈2號(hào)，很大程度上保持著最初的設(shè)計(jì)。熱帶雨林區(qū)的另一邊，就是生物圈2號(hào)的海邊，那里空氣潮濕，并帶有一股咸味兒。據(jù)悉，這片實(shí)驗(yàn)用的海水是將運(yùn)進(jìn)來(lái)的海水和淡水按照合適的比例配制，然后經(jīng)過(guò)一定的人工處理再利用。如今，墨綠色的海洋中仍有一些魚(yú)兒，不過(guò)珊瑚和一些高價(jià)引進(jìn)的物種已經(jīng)從這里消失很久了。生物圈2號(hào)里面的草原就是海洋旁邊的那座山脊。再往遠(yuǎn)處，是一片紅樹(shù)林沼澤，這里掛著巨幅塑料布，將沙漠生物群和其他生物群分隔開(kāi)來(lái)。

在生物圈2號(hào)的腹地坐落著一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的“迷宮”，里面布滿(mǎn)了大大小小的管道、通風(fēng)口、水箱以及一個(gè)巨大的空槽（用于處理人類(lèi)垃圾）。大多數(shù)管道是冷卻系統(tǒng)的一部分，為了避免密封溫室過(guò)熱，需要耗費(fèi)大量的能量。這就是為什么生物圈2號(hào)相當(dāng)耗費(fèi)電力和財(cái)力，而它卻不能自給自足的原因之一。

雖然現(xiàn)在的生物圈2號(hào)里有許多場(chǎng)景仍保持了最初的設(shè)計(jì)，但還有一些特別的挑戰(zhàn)需要現(xiàn)在的科學(xué)家去應(yīng)對(duì)。例如，為了防止內(nèi)部空氣在白天因溫度升高、體積膨脹而將立體結(jié)構(gòu)撐破，科學(xué)家們建造了兩個(gè)“肺”。眾所周知，溫度改變必然導(dǎo)致壓力變化，而這種伸縮中的壓力變化足以破壞玻璃窗板。為了解決這一矛盾，科學(xué)家并沒(méi)有像往常那樣采取抵抗壓力的措施，而是直接建立了兩個(gè)“可變室”。這兩個(gè)“肺”就如同巨大的活塞，通過(guò)密封膜連接在氣缸上，上下垂直運(yùn)動(dòng)距離可達(dá)15米。完工后，這項(xiàng)為了減輕立體結(jié)構(gòu)負(fù)荷的巨大工程堪稱(chēng)工程學(xué)上的一個(gè)壯舉。但與此同時(shí)，后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用還將耗資巨大，原本3000萬(wàn)美元的預(yù)算，后來(lái)激增至2.5億美元。

如今的生物圈2號(hào)發(fā)生了一些變化——有些生物群已經(jīng)被小山所取代。在玻璃穹頂之下，有許多如網(wǎng)球場(chǎng)般大小的小山，小山的斜坡由一米多厚的碎火山巖鋪就而成。然而，非同一般的是，這些小山都位于幾個(gè)巨型的金屬托盤(pán)上，所以小山是可以被稱(chēng)重的。每個(gè)金屬托盤(pán)上都有深孔，有助于科學(xué)家采集土壤樣品。

事實(shí)上，基于第一次進(jìn)駐生物圈2號(hào)失敗的教訓(xùn)，同時(shí)也由于當(dāng)前的氣候變化，陸地與大氣的“協(xié)作”已成為熱點(diǎn)話(huà)題。隨著二氧化碳含量的飆升和全球變暖，植物和土壤是否會(huì)吸收更多的二氧化碳來(lái)減緩這一過(guò)程？或者，它們也“學(xué)會(huì)了”釋放二氧化碳，使情況變得更糟？這正是那些盛裝著碎火山巖的巨型金屬托盤(pán)出現(xiàn)在這里的原因。他們現(xiàn)在肯定意識(shí)到了，這些巖石能和地表以上的空氣發(fā)生反應(yīng)。

這些碎火山巖，形成于大約1.8萬(wàn)年前的一場(chǎng)火山爆發(fā)。這種巖石之所以能夠被科學(xué)家選中，是因?yàn)樗鼞?yīng)對(duì)氣候變化的速度非?？?。3年之后，這些碎火山巖將變成土壤，隨后可用于植物的種植。再過(guò)兩年，這幾個(gè)托盤(pán)將會(huì)被相互隔開(kāi)，并放置于不同的生境中。例如，一條斜坡可以從夏季降雷陣雨的索諾蘭沙漠環(huán)境轉(zhuǎn)換到冬季降雨的地中海環(huán)境。水文專(zhuān)家彼得說(shuō)道：“只是觀察生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候突然變化的反應(yīng)，光這一點(diǎn)，碎火山巖的作用都是驚人的。”另外，這幾個(gè)托盤(pán)內(nèi)配備了1300個(gè)傳感器，這樣它就可以精確地計(jì)算出到底有多少碳進(jìn)入或離開(kāi)小山坡，其反饋的結(jié)果，可以幫助改進(jìn)傳統(tǒng)的氣候模型。

該新項(xiàng)目非常符合對(duì)最初生物圈2號(hào)任務(wù)的理解——即把生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)理解。生物圈2號(hào)的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，或許有助于人們實(shí)現(xiàn)最初的愿景，包括在月球或火星巖石上建立基地的想法。

建造生物圈2號(hào)的宏偉目標(biāo)就是希望創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)似于歐洲核子研究中心的科學(xué)中心，但經(jīng)歷了一系列失敗的生物圈2號(hào)在許多人眼中已經(jīng)“等同于失敗或怪異的科學(xué)歷史遺留問(wèn)題”?！靶疫\(yùn)的是，項(xiàng)目可以重新起航，實(shí)驗(yàn)也將繼續(xù)”。生物圈2號(hào)的主管說(shuō)：“當(dāng)我駕車(chē)駛離沙漠中這座有趣的建筑時(shí)，我很想知道，從生物圈2號(hào)學(xué)到的教訓(xùn)，能否拯救生物圈1號(hào)?！?/p>