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670萬種物種的DNA樣本送往月球保存。

“月球方舟”存物種

近日，美國科學(xué)家公布了一份研究報告，提出將“月球方舟”作為“現(xiàn)代全球保險策略”。他們建議將地球上迄今已知的670萬種物種的DNA樣本送往月球保存，以便在地球發(fā)生超級火山爆發(fā)、全球核戰(zhàn)爭、小行星撞擊、流行病、氣候變化加劇、全球太陽風(fēng)暴和干旱等重大災(zāi)難時，能保存地球的基因多樣性。

為了保護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，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。科學(xué)家利用電腦進行模擬研究，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。研究人員的設(shè)想是在熔巖管的開口安裝一個電梯井。電梯井將作為下方低溫保存模塊的入口和出口，這樣，機器人或宇航員就能夠像在圖書館借書和還書一樣，遷入和遷出樣本。

杰坎·桑加指出，只有將這些基因信息儲存在太陽系的其他地方，才能確保它們在地球面臨任何生存威脅時都能幸存下來。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，月球上的熔巖管可以確?！胺街邸钡陌踩？茖W(xué)家們表示，整個項目有望在未來30年內(nèi)完成。不過，他們也指出，整個項目仍面臨不少技術(shù)難題。其中，最主要的問題是成本昂貴。建造“方舟”和運輸670萬種物種的DNA樣本將花費數(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。如此低的溫度對開展作業(yè)的機器人來說，無疑是巨大的挑戰(zhàn)。此外，建造“方舟”的工程量十分浩大。據(jù)粗略估算，科學(xué)家將生物樣本進行低溫冷凍處理后，需要通過大約250次火箭發(fā)射才能將生物樣本運送到月球。相較之下，在近地軌道組裝國際空間站的火箭總發(fā)射次數(shù)僅為40次。

圖書館“落戶”月球?

在計劃將670萬個地球物種的DNA樣本儲存在月球之前，科學(xué)家曾設(shè)法運送第一個“月球圖書館”到那兒“安家”。2019年2月21日，美國太空探索公司向月球發(fā)射了以色列“創(chuàng)世紀”月球著陸器。“創(chuàng)世紀”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，它還裝載著一個由Arch Mission基金創(chuàng)建的“Arch月球圖書館”。2016年成立于美國加利福尼亞州的Arch Mission基金是一個非營利組織，旨在將人類知識的檔案存放在被稱為“Arch”的圖書館里送上太空。該項目的靈感來自美國科幻小說家艾薩克·阿西莫夫的著作《基地三部曲》，該作品以銀河系為舞臺，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。他們積極行動起來，保護人類的知識財產(chǎn)，避免即將到來的預(yù)計將持續(xù)數(shù)千年的銀河系黑暗時代帶來的影響。

?“Arch月球圖書館”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月球圖書館”的數(shù)據(jù)內(nèi)容達到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月球圖書館”計劃，將公眾上傳的圖片、多媒體產(chǎn)品與書籍等電子數(shù)據(jù)發(fā)送到月球上，實現(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3000萬頁文件。前4張薄鎳盤的內(nèi)容是6萬多頁圖書、圖片、插圖和文檔。第一張薄鎳盤包括1500頁文本、圖像、徽標和其他數(shù)據(jù)，可以放大100倍進行觀看。接下來的3張薄鎳盤可在1000倍放大率下觀看，里面存儲著2萬張文字圖像和照片，其中包括超過100萬個概念的入門書和一本介紹5000種人類語言的語言學(xué)指南書籍。還有一份關(guān)于英語維基百科和以色列歷史的完整數(shù)據(jù)，附有技術(shù)說明、詳細訪問方式、解碼方法以及進一步學(xué)習(xí)所需要的科學(xué)和工程知識說明。如果對“Arch月球圖書館”進行解壓，那么數(shù)據(jù)內(nèi)容可達到200GB。

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

對“創(chuàng)世紀”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：“畢竟只有可以長期幸存的儲存材質(zhì)，才能實現(xiàn)‘億萬年流傳的目標。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?，F(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‘圖書館，要么就是將該‘圖書館的遺址留在了月球，供日后考古用?！被蛟S有人會認為，在月球上建立“圖書館”純屬浪費錢財。其實，此舉意義深遠，因為災(zāi)難性的滅絕事件在地球上曾經(jīng)發(fā)生過，而且很有可能再次發(fā)生。

對此，Arch Mission基金雄心勃勃，以保護人類的寶貴知識和生物遺產(chǎn)為光榮使命，計劃在太陽系周圍建立更多的“太空圖書館”，并增設(shè)可流傳億萬年的人類文明數(shù)據(jù)備份。例如，未來的“火星圖書館”將為火星居民提供龐大的數(shù)據(jù)集，包括來自地球的大量重要的知識和大部分互聯(lián)網(wǎng)的副本，以備在未來丟失的情況下作為備份。在Arch Mission 基金規(guī)劃的史詩級項目中，首先是把“太空圖書館”打造成圍繞太陽的“知識圈”，最終將所有“太空圖書館”連接起來，把分散的讀寫數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)整合成“太陽系圖書館”。它將圍繞太陽運行數(shù)十億年，把人類的文明和知識傳播到太陽系中的每個星球上，甚至跨越太陽系。

北極有個“種子庫”

對科學(xué)家來說，創(chuàng)建基因庫以恢復(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就已投入使用，它儲存了超過100萬個種子樣本。它坐落在挪威北極圈內(nèi)距離極點1000多千米的山體中，由挪威政府于2007年3月開始在北冰洋的斯瓦爾巴群島建造，并得到聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的支持。它造價不菲，總計耗資900萬美元，常年運轉(zhuǎn)費用大約在10萬～20萬美元。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，卻能讓種子庫遠離“天災(zāi)人禍”，被稱為是全球農(nóng)業(yè)的“諾亞方舟”。

在設(shè)計“種子庫”時，科學(xué)家們?nèi)婵紤]了現(xiàn)在和未來世界上可能發(fā)生的各種最壞險情。例如，為防止發(fā)生山體崩潰時所造成的任何結(jié)構(gòu)損壞，其混凝土墻厚達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”也不會被淹沒，能持續(xù)保持干燥的狀態(tài)。

各國挑選的合格的種子用特制的三層鋁箔袋密封，送到“種子庫”后，工程師對每個種子樣本進行分類，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，就可以在資料庫里找到它們。斯瓦爾巴全球種子庫的工作原理和銀行的金庫差不多，只有儲戶才能夠打開并領(lǐng)取儲存的種子。

斯瓦爾巴全球種子庫的入口處設(shè)計先進，裝配有金屬反射鏡，白天能反射陽光，夜晚則會閃閃發(fā)光。從大門進去，是一條120米長的隧道，深入砂巖山里，直通三座長45米、寬4米、高4米的獨立種子儲藏室，而每個樣本保存有約500粒種子。從入口到儲藏室，中間配備5道防爆艙門，能夠承受里氏6.2級的地震或核攻擊。“種子庫”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，適合種子長期儲藏，如小麥和大麥能夠儲存1000年，而高梁則可以保存19000年。

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

工程師對每個種子樣本進行分類，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并不是地球上唯一的一座種子庫，在世界各地還有1700個左右由不同的國家和組織管理運營的“種子銀行”。位于我國昆明的中國西南野生生物種質(zhì)資源庫2005年正式開工，2007年建成并投入運行，已成為亞洲最大的野生生物種質(zhì)資源收集和保藏機構(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份和動物種質(zhì)資源2203種60262份。

既然各國都有自己的“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去呢？原來那些分布在各地的“種子銀行”并非十分安全，不時為水資源短缺、地震、戰(zhàn)爭或是其他自然災(zāi)害而遭受威脅。例如，菲律賓的國家種子庫曾毀于洪水，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)的種子庫損毀嚴重。也許最能回答這個問題的是敘利亞人，他們是從斯瓦爾巴全球種子庫中提取種子的第一個國家。2015年9月，由于內(nèi)戰(zhàn)，該國位于第一大城市阿勒頗的種子庫被炸毀，無法提供適合當(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提出申請，要求取出先前存入那里的325盒、總計11.6萬份農(nóng)作物種子“備份”中的近130盒回國復(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儲存。

斯瓦爾巴全球種子庫因為其特殊構(gòu)造及其所處的地理環(huán)境，接納了來自全球多地國家性、地區(qū)性和國際性種子庫的種子“備份”，充分體現(xiàn)了它為“世界末日種子庫”的價值。或許真正的世界末日距離我們還十分遙遠，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份作物種子。然而，無論如何，人類都有一個共同的心愿，那就是期待“世界末日種子庫”永遠沒有被啟用的一天。