時(shí)間來(lái)到2041年，一位駐守在環(huán)火星軌道“火星一號(hào)站”的宇航員，正在檢查棲息艙深處生命支持系統(tǒng)的運(yùn)行情況。當(dāng)他打開(kāi)一個(gè)艙室時(shí)，震驚地發(fā)現(xiàn)艙壁在微重力環(huán)境下附著著一團(tuán)本不該存在的、黏糊糊的神秘物質(zhì)。在驚駭之中，過(guò)往看過(guò)的所有外星科幻電影畫(huà)面立刻涌入腦海，他確信自己不僅首次發(fā)現(xiàn)了外星生命的跡象，而且可能無(wú)法活著將此事公之于眾。在恐慌中將此事告知其他船員后，大家卻冷靜地向他解釋，這并非外星威脅，而是一種名為“生物膜”的物質(zhì)，它在地球上已存在了數(shù)十億年。

他們解釋說(shuō)，生物膜是微生物的群落，它們附著在表面并相互粘附，被一層自我產(chǎn)生的、具有保護(hù)性的黏滑層所包裹。生物膜通過(guò)共享資源、相互溝通以及抵抗惡劣條件（尤其是抗生素）來(lái)幫助微生物生存�？粗@位宇航員的臉色逐漸恢復(fù)，船員們解釋道，雖然生物膜無(wú)論在地球還是太空中都可能對(duì)人類健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，但在太空中風(fēng)險(xiǎn)更大，因?yàn)樯锬ぴ谖⒅亓Νh(huán)境下更容易附著在物體表面。他們還開(kāi)玩笑地讓他去拿機(jī)組零食包里的士力架，因?yàn)椤梆I的時(shí)候你不是你自己”，并安慰他一切都會(huì)好起來(lái)的。

但生物膜究竟如何用于太空探索呢？這正是最近發(fā)表在《npj生物膜與微生物組》上的一項(xiàng)研究所希望探討的。來(lái)自多國(guó)的研究人員協(xié)作研究了在航天任務(wù)中使用生物膜的利與弊。這項(xiàng)研究有望幫助科學(xué)家更好地理解生物膜在航天中的作用，同時(shí)減輕其對(duì)宇航員的健康風(fēng)險(xiǎn)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首先回顧了生物膜漫長(zhǎng)而復(fù)雜的歷史與特性，包括它們?nèi)绾未龠M(jìn)了地球早期生命、復(fù)雜生命形式、人類健康和植物生產(chǎn)。針對(duì)航天領(lǐng)域，研究者回顧了太空飛行如何干擾生物膜的結(jié)構(gòu)與功能、影響腸道與生物膜的相互作用，以及微重力如何影響根際與生物膜的相互作用（根際是根系、微生物和土壤相互作用的區(qū)域）。

最后，研究人員基于從美國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)放科學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)獲取的數(shù)據(jù)，探討了生物膜在航天中的潛在應(yīng)用。該數(shù)據(jù)庫(kù)旨在推動(dòng)建立一種公開(kāi)、包容的科學(xué)研究模式。這些潛在應(yīng)用包括精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和再生醫(yī)學(xué)，以及通過(guò)提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量、減少農(nóng)藥化學(xué)品使用來(lái)促進(jìn)農(nóng)業(yè)。研究指出，可以設(shè)計(jì)生物膜群落用于原位藥物生產(chǎn)，從而減少?gòu)牡厍蜓a(bǔ)給藥品的需求。

“自原始地球以來(lái)，生物膜就一直維系著生命，”研究在結(jié)論中指出，“生物膜嵌于多細(xì)胞生命之中，我們不應(yīng)僅將其視為需要清除的風(fēng)險(xiǎn)因子，還應(yīng)將其理解為可供利用的復(fù)雜且適應(yīng)性強(qiáng)的生物工具�；陂_(kāi)放科學(xué)原則的太空生物膜研究，為開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的生物膜技術(shù)提供了契機(jī)。這些新技術(shù)既能助力實(shí)現(xiàn)深空探索的雄心，也能為地球帶來(lái)可持續(xù)且有意義的積極影響。”

這項(xiàng)研究建立在二十多年來(lái)對(duì)生物膜在航天中應(yīng)用的研究基礎(chǔ)之上。近期研究包括2025年發(fā)表在《生物膜科學(xué)》上的一篇論文，該文模擬了一個(gè)微重力生物膜反應(yīng)器，研究人員在其中觀察了太空條件下生物膜的生長(zhǎng)與發(fā)育。另一篇2025年發(fā)表于《微生物學(xué)雜志》的論文也探討了生物膜在太空條件下的生長(zhǎng)情況，同時(shí)討論了潛在風(fēng)險(xiǎn)與緩解策略。2023年發(fā)表在《npj微重力》上的一篇論文同樣探討了太空中生物膜的形成。

如前所述，NASA數(shù)十年來(lái)一直在研究生物膜，特別關(guān)注其在太空中與地球上特性的差異。這包括研究生物膜群落在微重力下如何更容易附著在表面，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和宇航員健康風(fēng)險(xiǎn)；以及觀察到它們對(duì)抗菌劑和抗生素表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐受性。由于太空任務(wù)的封閉系統(tǒng)環(huán)境，生物膜群落可能導(dǎo)致供水系統(tǒng)堵塞、金屬和管道腐蝕，并損壞空氣過(guò)濾系統(tǒng)，而空氣過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)宇航員獲取氧氣、過(guò)濾二氧化碳及其他有害化學(xué)物質(zhì)至關(guān)重要。

可以說(shuō)，為更好地理解微重力下生物膜活動(dòng)而開(kāi)展的最全面研究項(xiàng)目，當(dāng)屬在國(guó)際空間站上進(jìn)行的“微重力下不同材料及環(huán)境條件下生物膜形成、生長(zhǎng)和基因表達(dá)特征”（太空生物膜）研究。在這項(xiàng)研究中，宇航員探索了在微重力下驅(qū)動(dòng)生物膜生長(zhǎng)和發(fā)育的復(fù)雜過(guò)程。與國(guó)際空間站上無(wú)數(shù)其他研究一樣，這項(xiàng)研究的成果也可能影響地球應(yīng)用，包括減輕生物膜對(duì)健康的危害。

無(wú)論是在國(guó)際空間站、月球還是火星上，生物膜研究都只是將影響人類太空探索的眾多研究領(lǐng)域之一。雖然生物膜對(duì)宇航員構(gòu)成健康風(fēng)險(xiǎn)，但它們也擁有無(wú)數(shù)可助力人類太空探索的應(yīng)用潛力。

在未來(lái)幾年乃至幾十年里，生物膜將如何為航天事業(yè)做出貢獻(xiàn)？唯有時(shí)間能給出答案，而這正是我們從事科學(xué)探索的意義所在！

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