加利福尼亞州里弗賽德——對于即將訪問火星的宇航員來說，在他們?yōu)槠?/span> 3 年的任務中吃什么將是關鍵的問題之一。這不僅僅是品味問題。根據最近的一項估計，六名船員估計需要 10,000 公斤的食物來完成這次旅行。計劃在 20 年內將人類送上火星的美國國家航空航天局 (NASA) 可以用預先包裝好的食物塞滿一艘宇宙飛船，并提前向這顆紅色星球發(fā)射額外的補給品，以便返回家園。但即使這樣也不能完全解決問題。

太空宇航員需求的微量營養(yǎng)素，包括許多維生素，會在數月內分解，需要在途中合成。食物不僅僅是卡路里的來源，味道、質地、新鮮度和其他因素都對維持我們的健康起著重要作用。

加州大學 (UC) 河濱分校的化學工程師羅伯特金克森認為，答案是讓宇航員在黑暗中種植自己的機上花園，讓植物生長由人工養(yǎng)分而非陽光驅動。這并不容易；畢竟，植物進化了數億年以從陽光中提取能量。但 Jinkerson 認為，這可以通過重新喚醒植物已經擁有的代謝途徑來實現——這些途徑為埋在地下的種子發(fā)芽提供動力，然后在幼苗的葉子開始接觸太陽時關閉。在他對未來的設想中，來自太陽能電池板的電力可以轉化水和二氧化碳（CO 2) 由航天器機組人員呼出的簡單、富含能量的碳氫化合物，轉基因植物可以用來生長——即使在黑暗的太空或火星上昏暗的光線下，火星接收的陽光還不到地球的一半。

他的團隊已經證明，在無光照條件下，改良植物即使還不能茁壯成長也能存活下來。如果加州大學河濱分校的研究人員能讓它們蓬勃發(fā)展，Jinkerson 相信他們不僅能為宇航員提供食物，還能在沒有土地和充足陽光的情況下在地球上種植多種作物。“它可以在南極等無法開展農業(yè)的地方實施，”金克森說，他的團隊已經贏得了美國宇航局的兩輪比賽。

其他人曾試圖讓植物擺脫光照，幾十年的嘗試都沒有奏效是有原因的。“他們做任何事情都需要光，”卡內基科學學院的植物生物學家 Sue Rhee 說。光不僅在光合作用中發(fā)揮作用，而且在果實的發(fā)芽、生長、開花和成熟中也發(fā)揮著作用。但她認為 Jinkerson 的設想是“大膽的”，值得一試，因為它涉及基因調整和添加以前從未嘗試過的營養(yǎng)物質的組合。加州大學伯克利分校的植物分子生物學家 Patrick Shih 對此表示贊同。“他們正試圖重新思考我們如何做農業(yè)，”施說。“這是一種真正開箱即用的看待方式，令人耳目一新。”

2017 年，在加入加州大學河濱分校幾個月后，金克森發(fā)現自己參加了特拉華大學化學家焦峰的研討會。Jiao 正在描述他的團隊使用電解槽進行的實驗，電解槽是一種平裝書大小的設備，可以用電將 CO 2和水轉化為醋酸鹽和乙烯，后者是塑料的基礎材料。由于乙烯市場巨大，據最新統計每年價值 1,760 億美元，圍繞焦的電解槽的大部分討論都集中在這種化合物上。但 Jinkerson 想到，如果 Jiao 可以從 CO 2中制造乙酸鹽，他自己的團隊就可以將其喂給藻類，也許有一天可以喂食糧食作物。“我認為這是一場完美的比賽，”金克森說。“我在停車場推銷他，2 個月后又在一次會議上推銷他。”

兩人聯手。焦和他的學生改造了他們的電解槽，以降低乙烯產量并提高乙酸鹽產量。去年，他們在Nature Catalysis中報告稱，他們已將乙酸鹽的產量從 30% 提高到 99%，純度高到足以直接喂給植物。此后，特拉華團隊對其工藝進行了技術經濟分析，表明在具有常規(guī)電網電力的電解槽中生產醋酸鹽比生產用于紡織品等的醋酸鹽的傳統工藝更便宜。

在加州大學河濱分校植物轉化研究中心的不銹鋼冰箱內生長的乳白色珍珠牡蠣蘑菇說明了這種醋酸鹽還可以做什么。

每個蘑菇都是從一個超大試管中長出來的，試管里裝滿了浸泡在液體生長介質中的沙狀蛭石，這是一種醋酸鹽和無機營養(yǎng)素（包括磷和氮）的混合物。在去年發(fā)表在《自然食品》雜志上的工作中，Jinkerson、Jiao 及其同事將電解槽中產生的乙酸鹽喂給在黑暗中生長的蘑菇、酵母和藻類。這些生物將化學能轉化為新生物量的效率比以光合作用種植的植物高 18 倍。

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