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“生物圈 2 号”实验:企图再造一个“新世界”

2022-12-18 19:39把科学带回家(万物)44评

原文标题:《这个科学实验,让八名男女困在温室里生活两年,供人参观……》

(图片来源:Vox)

历史上疯狂的科学实验很多。

但九十年代的“生物圈 2 号”可能是其中最浪漫、最雄心勃勃的。因为它的建造初衷,是模仿“生物圈 1 号”,也就是我们的地球。

“生物圈 2 号”耗资 1.5 亿美元建造,是一座用玻璃包围的未来感建筑,看起来像个大温室。

它坐落于美国亚利桑那州,占地一公顷,大约一个标准操场大小。

“生物圈 2 号”设计图。(图片来源:The Institute of Ecotechnics)

1991 年到 1993 年间,四男四女在里面封闭生活了两年。他们自己种植作物、喂养牲畜,循环利用所有空气和水。

当时人们以为,“生物圈 2 号”的探索能够为人类未来的星际航行做准备。

直到“生物圈 2 号”的幕后故事被一一揭开,人们才意识到,这是一个失败的、受到过多关注的、虎头蛇尾的科学实验。

第二个地球

“生物圈 2 号”的雏形,其实没有太多科学属性。

它起源于美国新墨西哥州的一个实验性社区,人们在社区里过着一种单纯的生活,他们自己种植农作物,有空搞一下实验戏剧。

后来,他们想建立一个新的社区,能够将生态系统与科技相结合,实现自给自足。这个想法得到得克萨斯州一个石油大亨儿子的资金支持。

1984 年,“生物圈 2 号”开始在亚利桑那州的荒漠中建造。

“生物圈 2 号”建于荒漠之中。(图片来源:Mark Nelson)

负责这个项目的太空生物圈风险投资公司宣布,这将是一个密闭的空间,生物将在里面蓬勃发展。

建造完成后,“生物圈 2 号”看起来确实像个小地球。

它拥有陆地、海洋、湿地、沙漠、草原等多种生态系统,尽管都是迷你的。

为了让这些生态环境更加真实,工程师花了大量精力,来给海洋制造潮汐,确保热带雨林有正确的温度与降水量,甚至试图在里面创造微风。

“生物圈 2 号”里的迷你海洋。(图片来源:The Institute of Ecotechnics)

除此之外,还有超过 3800 种动植物生活在“生物圈 2 号”里。

除了人类饲养的鸡、山羊和猪,还有蜂鸟、狐猴等野生动物。

而人类可种植的农作物则高达 80 种,包括水稻、山药、花生、甜菜、小麦、胡萝卜、辣椒、西红柿、羽衣甘蓝、茄子、洋葱、红薯、土豆、南瓜等。

另外,设计者还引入了昆虫来分解有机废物,而污水则经过处理后循环使用。

组员们在种植农作物和饲养山羊。(图片来源:TED)

1991 年 9 月 26 日早上,“生物圈 2 号”正式启动。

八名组员身穿蓝色连体衣,仿佛科幻电影里的太空人,在密密麻麻的媒体与摄像机面前,他们发表了激扬的演讲。

“我将最后一次呼吸地球的空气,因为我知道,接下来两年我将在一个不同的大气里呼吸。”

组员 Jane Poynter 回忆,那场面就像他们要去执行太空任务一样。

但事实上,八名组员中并没有宇航员。他们有的是植物学家,有的是海洋生物学家,有的人有畜牧业和工程师背景,甚至还有外科医生。

在全球媒体的瞩目下,八人走进了这座巨型的玻璃房子,开始了长达两年的封闭生活。

Jane Poynter 在进入生物圈前的演讲。(图片来源:《未来漫游指南》)

“生物圈 2 号”里的生活并不悠闲,实际上,组员们非常忙碌。

组员 Mark Nelson 后来统计了他们的时间分配,发现他们至少把四分之一的时间都花在种植农作物上。

其他还包括研究和维护占 20%,写报告占 19%,烹饪占 12%,生物群落管理占 11%,畜牧业占 9%。剩下的时间,他们还要接受媒体采访,处理各种各样的事情。

而温室外面,每年都有上百万游客和学生乘坐大巴车来到这里,饶有兴致地隔着玻璃,观察他们的一举一动。

一名组员记得,知名人类学家珍・古道尔也曾来参观过,“她的表情像是在观察灵长类动物”。

组员与游客隔着玻璃对视。(图片来源:TED)

对组员们来说,入住“生物圈 2 号”是崭新的体验。

Mark Nelson 回忆说,那种感觉很奇妙,因为他做的每一件事,都能立即看到影响。

“每次我呼吸,那些植物都在等待着我的二氧化碳,它们是我的第三个肺…… 我和这里的生物有着绝对的联系。”

消失的氧气

“生物圈 2 号”的一切看起来都那么美好。

后来媒体与公众才知道,运营“生物圈 2 号”的公司实际上隐瞒了很多信息,其中最大的谎言,便是它的封闭性。

“生物圈 2 号”才刚启动两周,就出了岔子。

组员 Jane Poynter 在使用脱粒机时,不慎将手指尖切掉了一部分。随时待命的医生对她进行了紧急处理,但她仍需要被送往医院去做手术。

几个小时后,Jane Poynter 才重新回到玻璃房子里,但没有媒体知道这次“偷渡行动”。

后来记者发现了越来越多事实,人们开始感到被欺骗。

原来,“生物圈 2 号”的工作人员会每月两次,给组员们提供各种物资,包括农作物的种子,组员们的维他命,以及捕蟑螂和捕鼠的工具等。

而且,在组员们入住的头几个月,由于阴雨天气多,作物欠收,他们还直接从储藏室中获取食物。

即便如此,组员们仍经常挨饿,Mark Nelson 记得,他掉了约 11 公斤体重,最饿的时候甚至吃花生的壳。

生物圈里的农场。(图片来源:The Institute of Ecotechnics)

生物圈里的其他生物也活得不怎样。

蜂鸟与蜜蜂在“生物圈 2 号”里“灭绝”,导致农作物无法授粉。而最初引入用来分解粪便的蟑螂,则疯狂繁衍,差点将农作物啃光。

然而,组员们的最大威胁,不是饥饿,而是呼吸。

不知为何,“生物圈 2 号”空气中的氧气含量在逐渐下降,从最初的 21% 降到最低时的 14.2%。

如此稀薄的氧气,让组员们像是生活在 4500 米的高原上。

组员回忆当时的情景。(图片来源:《未来漫游指南》)

组员中有人开始在睡眠中出现呼吸暂停,有人在说话中途需要停下来喘口气,才能说完一句长句子。

大家都尽量把动作慢下来,不消耗任何额外的精力。

由于担忧氧气含量再少下去,会影响到组员们的健康,于是,工作人员向“生物圈 2 号”里注入了纯氧。

一时之间,组员们开心得手舞足蹈,并且疯狂大叫与奔跑。Mark Nelson 形容,就像一个九十岁的老人重返青春。

后来经过研究,才发现生物圈中的混凝土会吸收二氧化碳,导致氧气含量减少,这是一个设计缺陷。

“生物圈 2 号”里氧气浓度的下降曲线。(图片来源:William Dempster)

更别提“生物圈 2 号”还有一个死穴 —— 它未能解决能源问题。

尽管它利用了一部分太阳能,但事实上,“生物圈 2 号”从来没有断过电。里面的所有机器、光源、生态系统的运转,仍然依赖外部提供大量电能。

而“生物圈 2 号”在宣传中,定位成世界上第一个人造生物圈,而且是进行封闭试验的科学实验,但实际上却处处依赖电能和物资补充,未能实现碳循环和氧循环。

难怪“生物圈 2 号”在结束后受到许多嘲笑与谴责。

有人骂它伪科学,也有人直指这只是资本操控下的一场真人秀,是一种新颖的娱乐节目。

一次失败的实践

事实上,“生物圈 2 号”的参与者们也心知肚明,这个实验不太“封闭”。

Mark Nelson 在他的书中透露,当时八名组员其实不太合得来。他们分裂成两个四人小组,而且互相看不惯对方。

两组人的分裂源头,正是对实验的看法不同。一组人认为,不应强调“封闭”,应该把更多的时间花在科研上,另一组人则希望保持原状不变。

组员之间冷漠与敌对的氛围,也让整个“生物圈 2 号”的体验变得糟糕。

组员们的合影。(图片来源:Dartmouthalumnimagazine)

如今普遍认为,“生物圈 2 号”实验是失败的。

它耗费了巨资和人力物力来建造、管理和运营,却无法给仅仅八个人提供足够的空气、水和食物。

后来,“生物圈 2 号”被捐献给亚利桑那大学,科研人员仍在里面进行研究。

但“生物圈 2 号”也并非毫无用处。有科学家据此设计了生态球,也就是那种有着小虾、藻类、微生物和水的密闭小球,仅靠阳光便可自给自足。

也有科学家看到了这个实验的积极意义。

生态学家 William Schlesinger 认为,我们所知道的关于生态系统的一切,都是以描述性工作为基础,而“生物圈 2 号”是一次珍贵的实践,不能抹杀它的影响。

现在的“生物圈 2 号”。(图片来源:Dartmouthalumnimagazine)

曾参与其中的 Mark Nelson,同样对“伪科学”的指责感到生气。

他认为,“生物圈 2 号”是有史以来生态学领域进行过的最伟大的实验。它不是一场生存挑战,引入物资没什么可指责的,“封闭”也从不是实验的目的。

同时,它也是一次初出茅庐的试验,不可能一开始就完美运行,必定会经历坎坷和挫折,即便失败,也能为后来者提供经验。

Mark Nelson 乐观地认为,未来人类能够解决自身的问题,而这种乐观,正是在“生物圈 2 号”里生活的经历带给他的。

“它告诉我们每一个行动,无论多小,都是重要的。”

现在“生物圈 2 号”仍在进行科研。(图片来源:science photo library)

美国导演 Matt Wolf 给“生物圈 2 号”拍摄了一部纪录片,叫 Spaceship Earth。他认为,这并非是一个科学实验的成败问题,它实际上暗喻着人类的野心及其局限性。

在九十年代,人类对宇宙、对外太空有着无限的憧憬,想象着五十年后我们会移居到月球或火星生活。

如今三十年过去了,我们仍生活在地球上,移居外星球似乎遥遥无期。

“生物圈 2 号”失败了,我们可以推掉重来。

但在“生物圈 1 号”—— 地球上,没有人会给我们提供额外的氧气、食物和水,一切都得靠人类自身去调配、去适应,以及去创造。

既然无法逃离,那就好好经营,从最小的行动开始。

参考资料:

本文来自微信公众号:把科学带回家 (ID:steamforkids),撰文: Greye,审校:韩晶晶

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