失败的“生物圈2号”实验带来的反思

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  生物圈2号是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统。1993年1月,8名科员人员进入生物圈2号,计划在里面呆上两年,自给自足。然而一年多以后,由于内部环境的氧气含量大幅减少,科研人员不得不提前撤离,结束探索。
  1987年,美国的《发现》杂志曾刊载过一篇文章,介绍了一个“美国继肯尼迪总统启动登月计划后,最激动人心的科学工程”。这个工程,就叫“生物圈2号”。
  “生物圈2号”这个想法,最初来自一个环保组织。1982年,一场在法国乡间举行的会议上,他们和一批世界顶尖的科学家经过热烈的讨论,决定进行一个实验——在地球上建立一个封闭型的结构空间,作为未来以下一些行为的实验基地:人类移民火星之后的栖息地,世界爆发核大战后的庇护所,当然,也可作为地球生态系统的一个最大规模的研究室。
  这也是“生物圈2号”名字的由来——“生物圈1号”,就是我们人类栖息的地球本身。
  这确实是一个伟大的构思:地球哺育了人类,而人类现在要脱离地球,自行建造一个可以供他们栖息的“地球”。
  按照设计,“生物圈2号”需要占地1.3万平方米,里面要有5种地形形态:热带雨林、热带草原、沼泽、沙漠和海洋——是的,你没看错,还需要有海洋,不仅“海水”是用外面的海水和淡水按比例配置,而且要通过人工机械制造波浪。此外,要有两个人工生物群落:集约农业区和居住区。
  此外,为了充分模拟地球真实生态,需要在“生物圈2号”内投放3000种动植物以及1000种微生物。
  最关键的是,“生物圈2号”是由8000根白漆钢梁和6000块玻璃构成的一个封闭环境,但由于温度会造成内外压力的不同,进而破坏玻璃板,所以在“生物圈2号”里,还装了两个被称为“肺”的体积可变室,用来调节封闭结构内的气压。
  面临这样一个激动人心的计划,“金主”还是不难找的。最终,来自美国得克萨斯的艾德·巴斯成了主要投资人。
  尽管“生物圈2号”最终建成的费用达到了2亿美元左右(是预算的6倍),但还是完全竣工了。
  1991年9月26日,4男4女共8名科研人员,如同宇航英雄一般,在公众和媒体的欢呼下,进入了建立在亚利桑那州海拔1200米沙漠上的“生物圈2号”。
  自“生物圈2号”的封闭舱门被关上的那一刹那,一切不顺利就开始了。
  按照原先的规定,在舱门关闭之后,两年之内,“生物圈2号”不允许有任何东西进出。换句话说,“生物圈2号”里所有的生命(包括人类)必须坚持两年——8个人必须吃自己耕种的食物,喝循环的水,呼吸循环的氧气。
  艙门关闭的第十天,意外就发生了。“生物圈人”——这样听起来有点酷——简·波因英特,把手伸进了一台打谷机,然后被削掉了一截中指。
  尽管这8名科研人员在进入“生物圈2号”之前,都受过大量专门的训练,但可能他们并未预料到这类事件的发生。事实上,如果处在任何一个真实的野外环境,发生这类事件后也只有一种选择:“顺其自然”。但毕竟这是一次“实验”,所以简·波因英特被送出“生物圈2号”几个小时处理伤口。“两年内不得进出”的规定,一开始就被打破了。
  随着时间的推移,那8位科研人员发现,“中指被截断”这类事件,其实只是小事一桩——他们的生命受到了威胁。
  造成这一威胁的,是“生物圈2号”内的氧气含量开始下降。
  这一现象首先造成“生物圈2号”内海水变酸,然后很多动物死去,其中大部分是脊椎动物。然后,所有的传粉昆虫开始死亡,进而造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。当然,也有“野蛮生长”的,科研人员发现,建筑物里随处可见两种黑乎乎的生物——蟑螂和蚂蚁。
  科研人员百思不得其解,因为“生物圈2号”内的二氧化碳-氧气循环是经过多次验证和设计的。他们最终发现,原来种植庄稼的肥料里的微生物,以及建造建筑的混凝土,会对大气成分产生严重的影响。而这些大家之前根本连想都没想过。
  当然,氧气含量减少带来的最大威胁,是人类的生存。
  1993年1月,“生物圈2号”里的氧气含量已经从当初的21%,下降到了14%。8个“生物圈人”都饱受缺氧的痛苦,最终,外界决定开始向圈内输入氧气。
  尽管在圈内的8名科研人员基本实现了自给自足(就是都瘦了好多),但从科学实验的角度来说,氧气是一切生存的基础——如果是外界输氧,那实验数据就变得不精确了。
  1993年6月26日,在顽强生存了一年零九个月后,最初进去的8名科研人员,有7名选择了走出“生物圈2号”,哪怕离当初约定的两年时间只差3个月。
  1994年3月6日,由5男2女组成的“第二批居民”再次进入了“生物圈2号”。但这一次,大气里的二氧化氮浓度又失控了,10个月之后,第二批“居民”全部撤离。
  至此,“生物圈2号”就再也没有人住进去过了。
  从“人类的壮举”到“奢侈的科学”,很多人开始反思:这样一个昂贵的实验室,究竟给我们带来了什么?
  比如圈内大气中氧气与二氧化碳比例失调的具体原因,就是一个宝贵的教训。此外,一个封闭生态里,多少物种的存在才能适合人类的生存,也是一个很好的课题——科学家后来发现,尽管只有8个人,但“生物圈2号”里投放的动物和植物种类还是太少了,他们想象中的“生态链”并没有运行起来。
  当然,得到启发的除了纯粹的科学研究,还有人类社会学研究甚至心理学研究。
  比如在各种恶劣情况下(缺氧和农作物歉收等),因为意见不合,哪怕只是8个科研人员的人类小团体,也分成了各4个人的两个帮派——两个帮派之间几乎不沟通交流。但另一方面,先后进入“生物圈2号”的两批科研人员中,各有一对男女在出来后结成了夫妻。
  不再进行科学实验后,“生物圈2号”向游客开放,成为一个旅游景点。不过当初的投资人巴斯并不希望看到这样,所以在1996年,他把这座巨大的实验室交给了哥伦比亚大学,并追加了4000万美元投资。
  1998年,一篇有关“生物圈2号”内大气二氧化碳浓度上升对人造海洋影响的论文,发表在了美国《科学》杂志上,人们开始认识到,原来“生物圈2号”真的可以在研究人类与地球环境相互作用的领域作出贡献。
  当时的哥伦比亚大学雄心勃勃,希望将“生物圈2号”打造成地球生态研究、科研、交流的首选基地,并自己追加了数千万美元投资。
  但不知道什么原因,2011年,亚利桑那大学从哥伦比亚大学手中接过了“生物圈2号”。不过,不管怎么变,当年的那个投资人巴斯却一直初心不改,从来没有间断过资助——光维持“生物圈2号”的电力供应,就需要每年花费100万美元。
  如今,“生物圈2号”依旧对游客开放,同时也开始了几个关于地球生态研究的科研项目。
  “生物圈2号”用客观事实证明,地球通过几十亿年的进化,孕育了生命,成为适合人类居住的星球,是有万千内在联系和原因的,并不是一个简单的生态系统就能模拟的。
  “生物圈2号”实验不能被简单归为失败。因为它让我们认识到了地球家园的唯一和可贵,同时也告诉我们,寻找人类新家园的道路漫长而又充满坎坷。
  (摘自中信出版集团《历史的温度4:那些执念和信念、理想与梦想》)
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