生物圈2号，何去何从？

李雯婷

早上10点，雨开始下。这场雨不是特别大，但却下个不停，持续不断的雨水渗进了深黑色的土壤里。午夜之后，整座小山都“喝饱了水”，表面开始出现了涓涓细流。激流涌动，冲出一条小水沟。雨继续下，水沟越积越深。

几周过后，小山的山脚下，是一滩被冲到混凝土地面上的黑色泥浆，这让“降雨”制造者们惊愕不已。他们并没打算重新开拓一片山坡——毕竟，他们刚刚才把它建好。

这场“暴雨”发生的地方是在一个巨大的玻璃房子里。这是一座密封式的、复杂的巨型温室的一部分，建造在美国亚利桑那州图森市北部的圣卡塔利娜岛，里面集合了热带雨林、热带草原，甚至还“附送”了微型海洋。这是生物圈2号：一座试图用来证明人类在一个全封闭的环境中，再加上些许阳光，就能够生存下去的建筑。

该项目被誉为一项开创性的科学试验。1991年，8名科学家入驻生物圈2号，这8个人的生存完全自给自足：食物是自己种的，喝的是再生水，呼吸的氧气则来源于植物的光合作用。这项计划，旨在为太空探索和“外星殖民计划”提供一张模拟地球生态与环境的蓝图，同时帮助我们了解地球是如何运作的。

无论如何，原计划本该如此。但是，第一个“任务”就宣告失败了：氧含量下降，即生物圈2号内的氧气与二氧化碳的组成比例无法自行达到平衡；水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或繁殖，其灭绝的速度比预期的还要快。也就是说，生物圈2号并未达到原先设计者的预定目标。几年后，设计团队试图进行改进，但最终也是徒劳。在此之后，这座昂贵的“玻璃金字塔”被迫退出了历史舞台。2007年，它差点被改造成公寓。不过现在，生物圈2号重回拯救世界的科学中心。

建造一个迷你地球

生物圈2号这个想法最初来源于一个相当痴迷环保的的小型组织，领导者是极富魅力、又有点喜怒无常的约翰·艾伦。

艾伦的生物圈2号计划诞生于1982年的一场科学会议。这场会议在法国召开，出席者均是世界上顶尖的科学家。由于人们习惯把地球本身作为生物圈1号，所以这个人工生态循环系统被取名为“生物圈2号”。之后不久，他们开始起草详细的计划，几个财团联手出资，由空间生物圈风险投资公司承建，实验的目的是为了考察人类离开地球能否生存。这个与世隔绝的系统可以作为登陆火星的实验基地、潜在核战后的掩体，也可以作为生活实验室，对整个生态系统进行系统性的研究。

1987年，《发现》杂志大张旗鼓地宣称：“生物圈2号是肯尼迪总统自启动登月计划以来最令美国人激动不已的科学项目。”参与这项工程的8位科学家如宇航员一般，被视作“国民英雄”。在全美国人民的关注下，这项工程如火如荼地展开了。这个雄心勃勃的计划需要迄今为止全世界最大的密封环境，大到足以容纳热带雨林、红树林沼泽、草原、沙漠，甚至还有一片微型珊瑚海。

该系统内有大量的空间用以种植植物。那里既有高大的树木，也有矮小的灌木草丛植物，各个生物群落中的生境也不一样。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开：如热带草原和沙漠之间用灌木丛使二者相对隔离；热带雨林的周围种满了浓密的姜科植物，从而保护内部树种免遭侧面强光的照射；而在与海洋的隔离区内，科学家种植了竹子来抵御盐分的渗入。当然，系统内还配有高端的农用设备。

乌托邦式的科研计划宣告破产

1991年9月26日，8位“国民英雄”进入生物圈2号，他们就像《星际迷航》中的超级明星一般“全副武装”，因为他们将要在这么一个封闭的空间里生活两年。但最主要的问题是，他们并不清楚在接下来的两年里自己应该做什么。他们从来没有制订正式的研究计划，相反，他们却着重强调管理方面的目标——即两年内不能有任何“进出”。比起科学性来说，这个项目反而更具戏剧性。

所以，当波因特（进入生物圈2号的8名科学家中的一位）的手指被弄伤，不得不外出医治时，这个巨资项目便被蒙上了一层阴影。“我们有一个‘没有进出’的既定目标，计划完美地去工作，但这显然是荒谬、愚蠢的”，亚当斯（生物圈2号的副主任）说，“这不是一个科学的目标，这注定了实验的失败。”

与此同时，从二氧化碳浓度的大幅波动到害虫肆虐，生物圈2号的许多其他问题开始浮出水面。与媒体的蜜月期很快就结束，批判性的报道越来越多。耗资2亿美元的生物圈2号一时间成为笑柄，甚至被斥之为“奢侈的伪科学”。在第一年试验期间，由于缺乏经验，他们长期处于饥饿的状态，每个人的体重都大幅减轻。最严重的问题是，就算那8名科学家再怎么努力种植足够多的植物，空气中的氧含量仍在下降，他们不得不忍受着饥饿和窒息的双重痛苦。

氧含量下降着实令人感到困惑——既然生物体消耗了大量氧气，那同时也应该产生大量的二氧化碳。但在大气成分分析中并未发现二氧化碳成分有明显的增加。后来人们找到了罪魁祸首——微生物。在农业区域有丰富的堆肥，在堆肥中生存的微生物消耗了大量的氧气。但如此剧烈的活动却被忽略了，因为它们吐出的大部分二氧化碳被位于基部的混凝土吸收了，从而间接导致了整个环境中氧含量的减少。总的来说，就是微生物消耗了太多的氧气。

“我们并没有在检验材料方面做到完美。在完全相同的环境中，有些材料以我们想不到的方式彼此互动着，这是我们万万没想到的。”波因特说。就算后来科学家们又重新补充了氧气和其他的一些所需物质，该计划也失掉了一些可信度。不过，这仍有一定的科学价值，“早期大气告诉了我们很多不为人知的地球奥秘，以及地表和大气是如何协作的。”生物圈2号的主管特拉维斯说道。

生物圈2号内部的氧气浓度以每月0.5%的稳定速率不断下降。到1993年1月，空气中的氧含量已经非常低了，8位科学家中的好几位都开始出现了不良生理反应。因此，外界管理团队不得不开始从外界泵入纯氧。接下来的一个月，由于实验人员的意见没被领导重视，导致整个科学委员会在挫折感中集体辞职。第一次进驻生物圈2号的实验宣告失败。

二次进驻宣告失败

“实验中出现‘意外’是很正常的，你还可以学到东西，”哈曼说，“但是，如果工程实验出现意外，规划出现意外，员工的生命安全受到了威胁，这就很难获取什么知识了。”尽管为期两年的任务结束了，但生物圈2号的科学合理性已经严重受损。

第二次任务开始于1994年3月，预期持续执行10个月。科学家们针对第一次任务时所发现的种种问题进行了大规模的研究与改善工程。由于混凝土是吸附二氧化碳的元凶，因此所有混凝土的表面都被加以涂封，以防止其吸收二氧化碳。不同于第一次任务时8名组员一开始无法生产足够的食物，第二次任务的组员已有能力达成足量食物生产的目标。但实验刚进行了一个月，由于投资人就不断增加的开支以及信心的不足，决定放弃投资。数天后，2名组员被迫违反原定的完全隔离原则而打开了舱门。此次事件发生之后，生物圈2号第二次任务又历经了2次组员变动，并由于管理公司的财务困难，最终于9个月后结束。这也是生物圈2号所进行的最后一次封闭环境住人试验。

1995年12月，美国哥伦比亚大学租下了生物圈2号，他们决定将这座综合建筑用于研究新的课题。研究人员把这个巨大温室分隔开来，改变了每个区域的环境。他们研究了不同高度树冠的温度变化是如何影响叶片的呼吸作用，蚂蚁如何入侵，并监控了海洋中的造礁情况。

但到2003年，研究人员正干得起劲，哥伦比亚大学却结束了租赁，原因之一是运行设备过于昂贵（光电费每年就要花掉60万美元，绝大部分用于冷却）。

在接下来的4年里，生物圈2号就像一个旅游景点似的：参观者会被带领着穿过职员厨房，在玻璃圆顶下参观各种不同的生境，并向下穿过走廊进入“肺部”——用于为封闭的建筑按温度高低调节气压的装置。

2007年，这座建筑甚至差一点被推平用来建造公寓，好在美国亚利桑那大学适时介入，接手了租约。2011年，投资人把这座建筑捐赠给了亚利桑那大学，同时还捐助了2000万美元用以启动新项目。

不过，新主人仍然不得不削减开支。曾经的农业区域现在与外界空气相通，其他的生物群落仍保持封闭，但减少了冷却程度。雨林的树冠则任由它们茂盛生长，也允许它们在烈日下枯萎，以减少维护费用，大草原的降雨频率也降到最低。经过这样的调整，每年可以节约25万美元。

现在的生物圈2号

现在的生物圈2号，很大程度上保持着最初的设计。热带雨林区的另一边，就是生物圈2号的海边，那里空气潮湿，并带有一股咸味儿。据悉，这片实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照合适的比例配制，然后经过一定的人工处理再利用。如今，墨绿色的海洋中仍有一些鱼儿，不过珊瑚和一些高价引进的物种已经从这里消失很久了。生物圈2号里面的草原就是海洋旁边的那座山脊。再往远处，是一片红树林沼泽，这里挂着巨幅塑料布，将沙漠生物群和其他生物群分隔开来。

在生物圈2号的腹地坐落着一个错综复杂的“迷宫”，里面布满了大大小小的管道、通风口、水箱以及一个巨大的空槽（用于处理人类垃圾）。大多数管道是冷却系统的一部分，为了避免密封温室过热，需要耗费大量的能量。这就是为什么生物圈2号相当耗费电力和财力，而它却不能自给自足的原因之一。

虽然现在的生物圈2号里有许多场景仍保持了最初的设计，但还有一些特别的挑战需要现在的科学家去应对。例如，为了防止内部空气在白天因温度升高、体积膨胀而将立体结构撑破，科学家们建造了两个“肺”。众所周知，温度改变必然导致压力变化，而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板。为了解决这一矛盾，科学家并没有像往常那样采取抵抗压力的措施，而是直接建立了两个“可变室”。这两个“肺”就如同巨大的活塞，通过密封膜连接在气缸上，上下垂直运动距离可达15米。完工后，这项为了减轻立体结构负荷的巨大工程堪称工程学上的一个壮举。但与此同时，后续的维护费用还将耗资巨大，原本3000万美元的预算，后来激增至2.5亿美元。

如今的生物圈2号发生了一些变化——有些生物群已经被小山所取代。在玻璃穹顶之下，有许多如网球场般大小的小山，小山的斜坡由一米多厚的碎火山岩铺就而成。然而，非同一般的是，这些小山都位于几个巨型的金属托盘上，所以小山是可以被称重的。每个金属托盘上都有深孔，有助于科学家采集土壤样品。

事实上，基于第一次进驻生物圈2号失败的教训，同时也由于当前的气候变化，陆地与大气的“协作”已成为热点话题。随着二氧化碳含量的飙升和全球变暖，植物和土壤是否会吸收更多的二氧化碳来减缓这一过程？或者，它们也“学会了”释放二氧化碳，使情况变得更糟？这正是那些盛装着碎火山岩的巨型金属托盘出现在这里的原因。他们现在肯定意识到了，这些岩石能和地表以上的空气发生反应。

这些碎火山岩，形成于大约1.8万年前的一场火山爆发。这种岩石之所以能够被科学家选中，是因为它应对气候变化的速度非常快。3年之后，这些碎火山岩将变成土壤，随后可用于植物的种植。再过两年，这几个托盘将会被相互隔开，并放置于不同的生境中。例如，一条斜坡可以从夏季降雷阵雨的索诺兰沙漠环境转换到冬季降雨的地中海环境。水文专家彼得说道：“只是观察生态系统对气候突然变化的反应，光这一点，碎火山岩的作用都是惊人的。”另外，这几个托盘内配备了1300个传感器，这样它就可以精确地计算出到底有多少碳进入或离开小山坡，其反馈的结果，可以帮助改进传统的气候模型。

该新项目非常符合对最初生物圈2号任务的理解——即把生态系统作为一个整体来理解。生物圈2号的一些经验教训，或许有助于人们实现最初的愿景，包括在月球或火星岩石上建立基地的想法。

建造生物圈2号的宏伟目标就是希望创建一个类似于欧洲核子研究中心的科学中心，但经历了一系列失败的生物圈2号在许多人眼中已经“等同于失败或怪异的科学历史遗留问题”。“幸运的是，项目可以重新起航，实验也将继续”。生物圈2号的主管说：“当我驾车驶离沙漠中这座有趣的建筑时，我很想知道，从生物圈2号学到的教训，能否拯救生物圈1号。”