火星农民的困境

# 火星农场主的困境 来源：https://mceglowski.substack.com/p/the-plight-of-the-martian-farmer **编程说明**：本通讯订阅已超过1000人！感谢各位！写作过程充满乐趣，你们的订阅为我争取了时间，让我能以标志性的风格深入研究未来主题——就像恐龙一样，只管下载并阅读无穷无尽的论文。如果你认识其他喜欢这些文章的朋友，请推荐给他们！ 分享《火星属于我们》(https://mceglowski.substack.com/?utm_source=substack&utm_medium=email&utm_content=share&action=share) [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!TmZW!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F08ab0852-eb83-4fe1-a65a-bed125e077b4_1100x828.jpeg)2025年3月拍摄的生物圈2号内部照片 第一次参观生物圈2号，你会觉得这里简直是个创办邪教的好地方。这座未来主义温室建筑群坐落在图森以北的山丘上，圣卡塔利娜山脉尽收眼底。环境中弥漫着高浓度的亚利桑那巫术气息——你几乎能感受到地球电流沿着你的能量经络流淌，让你的各种脉轮和气脉与盖亚母亲共振同步。 而这里的运营者也确实有点邪教范儿！他们强制每周冥想和激进戏剧表演，基地设在圣达菲附近的Synergia Ranch（https://synergiaranch.com/），拥有一位魅力十足且专横的领袖约翰·艾伦，他会花数小时向成员们灌输世界史和智力圈理论。更别提1992年把自己锁在里面的八位生物圈居民，他们穿着《星际迷航》风格的制服，名字像“雷射”和“丑角”。整个项目散发着明显的“海尔-波普星”气质——早在“天堂之门”（https://en.wikipedia.org/wiki/Heaven%27s_Gate_(religious_group)）邪教让穿配套运动服变得臭名昭著的许多年前，人们就已经察觉到了这一点。如果你在1993年那场伟大实验重新打开门时，发现这些人的凡胎肉体在地板上摆成曼陀罗图案，你一点也不会感到意外。 但事实上，生物圈居民们是理智且胜任的，他们实现了一件自那以后无人能及的事：建造了一个大型封闭栖息地，并在其中生活了两年，实现完全物质封闭——自己种食物、循环废物、在完全密封环境中维持可呼吸的大气。他们的大型温室建筑群的漏气量甚至低于航天飞机1（https://mceglowski.substack.com/p/the-plight-of-the-martian-farmer#footnote-1），而且他们在需要外界氧气补充前存活了17个月，这至今仍是环境封闭系统中生存的绝对记录。 生物圈2号由一系列相连的温室组成，每个房间模拟不同的生物群落。内部包括一个小型海洋（带造浪机）和活珊瑚礁，还有稀树草原室、热带雨林、雾沙漠（高湿度的干旱微气候），以及种植区和居民生活区。大家共用厨房，但每人都有私人空间可以独处。整个建筑群下方是机械室，也属于封闭空间的一部分。两个装有配重波纹管的巨大房间被称为“肺”，用于平衡内外气压，并在二氧化碳过高时充当多余生物量（修剪的草）的储存室。 如今，该建筑群由亚利桑那大学作为生态实验室运营，你可以参加导览进入内部。整个设施有点像电子游戏关卡，或者一个你必须在同伴一个个倒下时疯狂搜寻凶手的地方，而警察只能在外无助旁观。 生物圈居民只吃自己种的食物，主食包括红薯、香蕉、甜菜、山羊奶，以及一种特别难吃的豆子“拉布拉布”。他们大约四分之三的时间花在农活、备餐或清洁上，几乎所有时间都处于饥饿状态，这导致团队成员在实验开始一年内分裂成两个不可调和的小团体。 用餐安排让成员轮流为同伴做午餐和晚餐，这意味着团队中厨艺最差的两个人每人要做四分之一的饭菜。饮食以素食为主，辅以少量蛋奶和偶尔的肉鱼。早餐永远是木瓜调味的粥，任何试图改变这一餐的尝试（这是白天唯一可能吃饱的机会）都会招致暴力威胁。午餐是汤。上午有花生点心，每粒都仔细数过，确保人人均分；饥饿的队员们连壳一起吃。 像任何自给自足的社会一样，生物圈中的生活完全围绕食物展开。为了缓解持续的饥肠辘辘，他们安排了定期的盛宴日（美国节假日和队员生日）。生物圈居民吃了太多红薯，皮肤因β-胡萝卜素而变得橙黄。 害虫防治是一场战斗。偷渡的澳大利亚蟑螂晚上铺满地板，摧毁它们能咬到的任何东西，包括大量沙拉作物和厨房里的两个微波炉（它们吃掉了电线）。阔叶螨——一种通常危害茶树的有害生物——在此特殊环境中扩大了视野，并杀死了整个马铃薯作物。在海洋区，生物圈居民与意外引入的偷渡章鱼展开智力较量；这些章鱼的贪婪只有其狡猾能超越。最初几周后它们就再也没被看见，但破坏仍在继续。 按客观标准，队员们都异常健康——所有人体重下降，血压和血清胆固醇降低，活出了现代延寿影响者的梦想。但他们也脾气暴躁，渴望糖和咖啡，并且在任务后期（密封栖息地氧气浓度接近14%）长期缺氧，甚至出现睡眠呼吸暂停。任务早期，一名队员破坏了大部分咖啡作物，弄伤了幼小咖啡树的花。在关于实验的书中，简·波因特回忆自己曾饿到偷了一把猴子饲料（味道是甜的），以及多次和男友深夜在实验室偷偷煮一把高粱吃。整个生物圈唯一锁着的门就是香蕉储藏室的门；没人相信自己能在夜里抵抗那种甜水果的诱惑。 生物圈任务原本打算继续，但第一次实验后，项目亿万富翁资助者与管理层发生冲突，撤资了。有一段时间生物圈由史蒂夫·班农（！）运营，然后被甩给哥伦比亚大学，最终落入亚利桑那大学手中并运营至今。不再有环境封闭实验，但这一独特设施促进了许多在较不可控环境中难以或无法进行的生态研究。今天你可以去参观——早点到，几乎可以独享整个地方。 生物圈2号曾是个笑料，但它值得更好的声誉。这个不太可能成功的项目仍然是我们了解火星栖息地生活的最佳窗口。 在外星球上种田有两种基本思路。一种是NASA的工程学方法：将农业视为工程问题，植物只是机械工具箱里一个专用的绿色工具。在这个范式下，你希望用最少组件维持队员生存，排除所有无关因素。目标是在已知且可复现的条件下，培育无病虫害、无微生物或其他复杂因素的单一耐逆物种。 这种极简种植的术语是“限菌生物学”，源于希腊词根“gnosis”（知识）。其理念是生物系统中每个成分都被完全表征，直达微生物层面。最极端情况下，你会选择培养“无菌”生物——完全没有其他物种存在。（对鱼类特别容易做到，因为它们的卵可以在孵化前表面灭菌。）但由于许多植物需要细菌伙伴才能茁壮成长，这通常意味着系统只允许列入白名单的有益生物存在。 另一种思路是生态学方法。它不是从最少物种向上构建，而是从另一端开始：尽量捕获有机作物周围天然群落中的一切，并塞入密封空间。这必然包括大量神秘的生物——各种昆虫、一些害虫，以及庞大未知的微生物组（https://mceglowski.substack.com/p/microbial-dark-matter-and-the-search）。其核心理念是，比起从第一原理逐个物种构建，缩小现有天然生态系统的规模更有希望保持其平衡。 生物圈2号结合了两种方法。对于已知的栖息地（稀树草原、沙漠，当然还有种植区），生物圈居民精心策划了希望存在于他们世界中的物种集合（从植物到昆虫）。但对于最复杂的栖息地（海洋和雨林），他们采用了另一种方法：从自然源头收集大量土壤和水样，然后创造条件让它们在人工环境中繁荣生长。 限菌方法的优势在于可以从太空农场中排除各种害虫和麻烦。缺点是作物生长在完全不同于自然或人类经验的环境中，同时又嵌入在载人空间站相对有菌的环境中。在那种条件下，你认为无害的共生细菌可能会乘虚而入成为机会性病原体。或者，你遗漏的某种生物可能是原植物健康所需的关键共生体。 而且有证据表明，植物和动物需要基线水平的病原体才能正常发育。娇养的植物在更世故、经验丰富的植物能轻松应对危机时，可能毫无抵抗力。或者它们可能根本无法繁殖。 生态方法的风险也很明确：你无法清楚知道太空农场上生活着什么生物，或它们在人工环境中会如何行为。还存在偷渡者（生物圈2号队员亲切地称之为“志愿者”）的永久风险。但至少你是从一个已知的平衡系统开始，并试图保持稳定，而不是把一切押在少数选定物种适应外星环境上。 方法的不同也影响心态：你是工程师还是农民？如果是后者，你可以利用非常深厚的知识和经验储备，但代价是完全控制和理解。如果是前者，那么你背后就贴着一个巨大的“踢我”招牌来挑衅大自然，就像迄今为止所有涉足垂直农业并自取灭亡的硅谷初创公司一样。 有趣的是，生物圈2号由一群几乎无法重获新生的戏剧专业学生建造，却至今完爆欧美航天机构的所有类似尝试。在有人能在封闭系统生活方面做得更好之前，举证责任在于NASA，要证明为什么“嬉皮式面包车有机种植”不应该成为月球或火星长期生活的默认方法。 清理完这些哲学灌木丛，现在我们来搭建一个火星农场吧！ NASA说，要为一个提供足够热量的食物，需要50平方米。这个面积是你为一个人产生氧气和吸收二氧化碳所需面积的两倍多，所以在规划农场时，我们可以将食物视为限制因素，确信空气补充会自动解决。 生物圈2号在半英亩农地上为7人（并勉强养活8人）提供了足够食物。换算下来约每人280平方米。与NASA数字的差异主要来自作物失败（阔叶螨吃了马铃薯，霉菌毁了大豆）和光照不足。下文我将采用每人100平方米的数值，以留出安全余量并增加种植多样性。 火星上的阳光不足以让主粮作物茁壮成长。满度火星阳光大约相当于美国腹地的一个阴天，足够喜阴植物，但不足以种植小麦、土豆或水稻。下图显示，即使是晴朗的火星天气对土豆也只是勉强够用，一旦空气中有灰尘，土豆会先死，然后你也活不了。 [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!i4xc!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Fba0c84e8-7ea2-4d6f-a80c-d02670a1886e_1100x566.jpeg)从土豆视角接收的每日光照量 另一个重要变量是大气压。地球实验表明，只要提供足够二氧化碳，主粮作物在低至10 kPa（约地球海平面压力的1/10，相当于50000英尺高度）的气压下也能正常生长。但这仍然是火星表面气压的约20倍。所以简单的加热温室不够用；你需要在火星上建某种加压栖息地来种东西。 [](https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!L-SM!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Feb6a6584-d3ca-4a5f-8180-7bf49c73f8e7_1100x619.jpeg)SpaceX官方渲染图“火星阿尔法基地”。看看那个穹顶！ 人人都想要穹顶。我理解。我也想要穹顶！SpaceX那些漂亮的“火星阿尔法基地”渲染图——在它变成AI托管公司之前——展示了一个长满绿色植物的透明测地穹顶。但这正是我称之为“犹他谬误”的例子。因为火星看起来很像沙漠西南部，人们容易低估那里环境的严酷，以为可以直接在地表建造沙漠西南风格的东西（比如生物圈2号！）。 问题在于，火星其实更像一颗冰冻、辐射的小行星，而不是摩门教的心脏地带。一个装满地球标准空气的测地穹顶会像一个气球，用全力挤压火星表面，试图将穹顶射向天空。整个结构必须要么锚定在基岩上，要么被数米厚的岩石和冰层从上方压住。 你可以在火星上建造这样的穹顶（你可以做任何事！），但很难找到理由。例如，要建造一个六十米的穹顶，你需要数百吨碳纤维支柱和塑料板2（https://mceglowski.substack.com/p/the-plight-of-the-martia