中国空间站“天宫”是中国从2021年开始建设的一个模块化空间站系统，为人类自1986年的和平号空间站及1998年的国际空间站后所建造的第三座大型在轨空间实验平台。清华大学地学系刘竹教授团队联合中科院微生物所东秀珠研究员团队和中科院上海技术物理所张涛研究员团队合作开展了基于中国空间站的地外生态系统模拟实验，取得一系列研究进展。

前期研究发现，极端厌氧古菌产甲烷菌是现存的最原始形态的生命之一，是地球大气甲烷的主要贡献者，其广泛分布于地球的深海、水稻田、反刍动物的胃等厌氧环境。美国航空航天局好奇号探测器自2012年登录火星以来已多次探测到不明原因的甲烷信号，产甲烷菌被认为是火星或土卫二上最有可能存在的潜在生命形式之一。然而，开展火星等行星上的地外生命信号的原位探测时间和经济成本高昂。另一方面，现有的同位素仪器等的探测精度尚不足以支撑原位探测中实现对甲烷信号的生物来源的鉴别。为此，团队提出通过对地球极端微生物的地外环境模拟，反向验证火星、木卫二等环境存在生命的可能性（图1）。

图1 空间站地外生态系统模拟实验设计思路

空间站能够提供地面无法比拟的空间微重力和辐射条件，能够高度还原和模拟特殊的地外环境。为此，团队共同设计了在中国空间站上开展的地外生态系统模拟与宜居性实验。该实验将通过在空间站上模拟火星等外太空环境，测试产甲烷菌在不同的环境下的生存和增殖状态。实验在地面实验室和中国空间站的舱内和舱外同步开展，形成地球、模拟火星重力（空间微重力）和宇宙辐射的相互对照实验。模拟火星重力和空间微重力环境将借助中国空间舱内的小型离心机进行构建，宇宙辐射条件将通过空间站舱外暴露平台进行构建。

研究团队自主研制了适合空间站实验的培养管，并设计研发了厌氧古菌在中国空间站梦天舱和问天舱进行空间实验的实验单元。此外，该研究还筛选了适宜空间实验环境的厌氧古菌菌种，进行了地面的温度、压强和材质的匹配实验，以及空间实验的力学验证，并对参与力学实验的菌种成功进行了活化。其中，根据空间站舱内和舱外的环境温度以及运输过程温度，结合产甲烷菌遗传特性和产气能力，筛选出了三株适宜空间实验的厌氧产甲烷古菌，分别为具有遗传操作系统的中温度海藻甲烷球菌（Methanococcus maripaludis S0001），从青藏高原极寒的诺尔盖湿地分离出的嗜冷甲烷叶菌（Methanolobus psychrophilus R15）和厌氧有机废物处理系统中分离的甲烷八叠球菌（Methanosarcina maize CZ1）。

图2 为空间实验筛选的三株厌氧产甲烷菌

相关研究成果以Mission Control的论文形式发表在Nature Astronomy上。清华大学地学系博士毕业生崔夺为论文第一作者，刘竹教授为通讯作者。该研究获得了“空间站工程空间应用系统科学实验项目资助”。

图3 在“天宫”空间站开展的地外生态系统模拟实验设计图

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41550-023-02033-6

供稿：崔夺

编辑：王佳音

审核：张强