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藍藻是否能夠在外星生存——易科泰太空生物學技術方案（一）
發布時間： 2024-05-21 點擊次數： 1495次太空生物學（Astrobiology）顧名思義就是研究生物和外空間物體的相互作用的科學。其中一個重要課題就是地球上的生物能夠在太空與外星環境下生存，并進一步改造外星環境使之更適于地球生物。雖然現在我們已經能夠在空間站上開展太空環境下的相關研究，但由于技術限制，我們還沒辦法在外星直接進行這樣的研究工作。
但科學家們還是想盡辦法在地球上開展太空生物學研究。他們結合太空觀測數據，合理推測外星球的環境條件，通過控制光強、光譜、光周期、大氣組成、營養條件等來模擬外星的環境條件來培養地球上的藻類和植物，然后利用葉綠素熒光技術為代表的植物表型分析技術來評估其生長狀態，尤其是這些藻類和植物能否穩定地進行光合作用。
下面我們通過兩個微藻相關研究案例來說明相關的太空生物學技術方案：
案例一、藍藻利用火星風化層來支持火星殖民
葡萄牙阿威羅大學的科學家研究了3種藍藻（柱孢魚腥藻Anabaena cylindrica、念珠藻Nostoc muscorum和鈍頂節旋藻Arthrospira platensis）和1種綠藻（小球藻Chlorella vulgaris）能否利用火星現有資源生活。他們利用美國月球和小行星表面科學中心提供的火星風化層模擬物（MGS-1）制作成水提物，之后將這幾種微藻分別培養在純水、火星風化層水提物和17%螺旋藻培養基中，定期測量其光密度OD440并使用FluorCam葉綠素熒光成像系統測量其最大光化學效率Fv/Fm。
OD440動態曲線表明微藻生物量的生長變化，而Fv/Fm的高低則直接反映微藻光系統活性以及受損程度。這兩項數據結果表明，在火星的營養條件下，念珠藻的生長狀況，而鈍頂節旋藻和小球藻則幾乎無法生存。因此念珠藻應該成為未來研究的目標，不僅因為它們在氧氣生產中的作用，也因為它們可以被用作食物來源。
案例二、實驗室模擬藍藻在M矮星的宜居性
近十年的研究發現，40%的M矮星擁有“超級地球"（最小質量在1到30個地球質量之間，軌道周期短于50天，半徑介于地球和海王星之間）。但M矮星的光譜特性與太陽有很大的差別，其波長更長，在可見光范圍內主要集中在遠紅光區（FR）。而藍藻由于可以合成葉綠素d和葉綠素f，因此可以使其光合利用波長延長至750nm。
由此，意大利國家天文物理研究所、蘇黎世聯邦理工學院等合作，控制培養光譜、光強、大氣組分（CO2濃度）、溫度等環境條件，檢測Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912、Chroococcidiopsis thermalis PCC 7203、Synechococcus PCC 7335、Synechocystis sp. PCC 6803這4種藍藻在太陽光、M矮星M7光譜、遠紅光下的生長狀況，從而評估這些藻類在M矮星的宜居性。
微藻的生長和光合狀況主要使用FluorCam葉綠素熒光成像系統進行檢測。葉綠素最小熒光F0（也稱原初熒光、本底熒光）在很大程度上與葉綠素濃度和微藻細胞數正相關，因此F0增長率被用來衡量生長量的變化。最大光化學效率Fv/Fm則直接反映其光合效率。結果很令人驚訝，所有微藻在M7光譜條件下的生長狀況與在太陽光下類似，而且遠好于只在遠紅光下的生長狀況。M7這種奇異光譜的可見光與遠紅光比例可能是其中的關鍵因素。
易科泰微藻太空生物學技術方案
1. 智能培養與在線監測
l 全LED光源，培養光強最高達3000 μmol photons m-2 s-1，光譜組成可根據用戶需求定制
l 實時調控光強、光譜、光周期、溫度、氣體組分等，并可配備恒化（恒定pH）或恒濁（自動補充培養基并恒定OD）培養模塊，實現穩定半連續培養
l 實時在線檢測葉綠素熒光、OD光密度、溫度、pH、溶解氧、溶解CO2等
l 容積包括100ml、400ml、1000ml、3000ml、25L、100L等，可靈活定制
2. 藻類葉綠素熒光與表型成像技術
l 測量樣品包括大型藻、微藻（液體/固體培養基均可）。可研究微藻群體，也可連接顯微鏡研究單個藻類細胞
l 可測量葉綠素熒光成像、高光譜成像、UV激發熒光成像等，無損檢測藻類生長狀況、光合生理、脅迫抗性、色素組成等
l 儀器型號和配置功能靈活多樣，可根據客戶實際需要靈活定制
參考文獻：
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
北京易科泰生態技術公司提供藻類培養與表型研究全面技術方案：
l AquaPen、FluorCam藻類葉綠素熒光/多光譜熒光技術
l SL3500、AlgaeTron/FytoScope智能LED光源與生長箱
l SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測量技術
l FKM多光譜熒光動態顯微成像系統
l FMT150藻類培養與在線監測系統
l MC1000 8通道藻類培養系統
l ET-PSI多功能藻類培養與在線監測系統
l AlgaTech®高通量藻類表型成像分析平臺