全球科研团队启动“微生物固化”火星建筑项目：从火星土壤到 3D 打印，迈向人类火星家园的第一步

自人类首次踏上月球以来，全球航天机构将“在地球之外建造人类永久定居点”视为长期宏伟目标。众多可行行星中，火星以其独特地貌与若干熟悉特征成为最有前景的候选地。然而，如何在这颗“红色星球”上构建可持续的人类居住环境，仍是科学与工程面临的最严峻挑战之一。

稀薄大气：空气几乎全为二氧化碳，压力不到地球的 1 %

极端温度：从约 -90 °C（-130 °F）到 26 °C（79 °F）

高强宇宙射线：无可呼吸的空气与持续的宇宙辐射，任何火星庇护所都必须同时完成遮蔽、供氧与辐射屏蔽等多重任务

成本与可行性：从地球运输大量建材既昂贵又不切实际，实用策略是利用火星自身资源（In Situ Resource Utilization，ISRU）——即“在原地”利用当地材料来支撑长期人类生命。

NASA 的 Perseverance 探测车已在古老的 Jezero 升力坑采集样本，或可提供早期生命的痕迹。若真有微生物曾在火星上生存，这一发现不仅对寻找过去生物学意义重大，更引发一个更广泛的问题：微生物过程是否也能帮助我们在火星上建造？

地球上最初的生命始于浅水环境中的简单微生物。随着时间推移，细菌、真菌与微藻等微生物通过 生物矿化——在其代谢过程中生成矿物质的过程——塑造了地球的景观，形成了类似珊瑚礁的坚固结构。科研人员正在询问：是否可以再次借助这些微型生命体，将荒芜星球转化为人类可居住的环境？

本研究汲取自然系统的启示，汇集了来自多个学科的国际专家，聚焦于 微生物矿化。尤其是能在酸性湖泊、火山土壤及深层洞穴等极端环境中存活的微生物，或许最适合在火星条件下发挥作用。

利用 Perseverance 探测车的土壤（即火星岩屑）数据，团队评估了多条微生物矿化路径，以寻找能够在火星栖息地产生坚固材料且不构成行星间污染风险的方案。迄今最具前景的技术是 生物水泥化（biocementation）：微生物在室温下合成类似水泥的碳酸钙等矿物。

关键菌种合作

Sporosarcina pasteurii：以尿裂解产生碳酸钙

Chroococcidiopsis：极耐逆境的蓝绿菌，能在模拟火星环境中存活

这两种细菌形成协同系统：

Chroococcidiopsis 释放氧气，创造更适宜的微环境；其胞外聚合物可保护 Sporosarcina 免受 UV 辐射；

Sporosarcina 则分泌天然聚合物，支持矿物沉积并帮助土壤粘结。结果是松散的火星土壤可被固化为类似混凝土的坚实材料。

长期愿景是将微生物共培养与火星岩屑结合，作为 3D 打印的原料。该概念集天体生物学、地球化学、材料科学、土木工程与机器人技术于一身，为火星建筑设计与制造开启全新思路。

“利用微生物产生氧气，不仅可以稳定火星栖息地，还为宇航员生命支持提供重要资源。” —— Dr. Mei Li，国际火星建筑研究组负责人

除此之外，Sporosarcina 代谢产生的氨可能在长期循环农业系统中发挥关键作用，并为火星的渐进性改造（Terraforming）贡献力量。

技术成熟度：当前实验阶段仍属初步，尽管前景光明。

样品返回延迟：火星样品回收的周期性延迟限制了在火星环境中验证建筑方法的速度。

机器人施工挑战：地球无法完美模拟火星重力，机器人需要精准控制算法与专门协议，以确保在低重力环境中 3D 打印和自动施工的高效可靠。

“每一次实验、每一次成功的测试以及程序的优化，都是向火星人类定居迈进的坚实步伐。” —— Dr. Jean‑Pierre Dupont，NASA 火星探测项目负责人

国际航天机构计划在 2040 年代建造首座人类火星栖息地。随着未来十年载人任务的筹划，生物来源建材的研究正处于加速发展的关键期。

关于本项目

本项目为国际跨学科合作，由火星探测车数据、微生物学、材料工程与机器人技术共同推动。目标是在火星上实现“从土壤到混凝土再到 3D 打印”，为未来人类火星居住提供可持续的技术与实践方案。

勇编撰自论文"From Earth to Mars: a perspective on exploiting biomineralization for Martian construction".Frontiers in Microbiology.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。