博文
生物圈2号的成与败（访美见闻之二）
精选
|||
上世纪90年代建立的最大的人工生态循环系统——生物圈2号（Biosphere 2），就在位于图森市以北的沙漠中。生物圈2号的由来是因为把我们的地球本身称作生物圈1号而得此名的。
我的实验室主要研究方向是生物再生生命保障系统。生物圈2号是我们研究过的重要案例，来到图森是一定要去生物圈2号看看。
虽然我们对生物圈2号的主要数据、实验情况有比较多的了解，也知道它的庞大和复杂，但是亲眼见了后还是很震撼。如果说他是温室，那也应该是世界上最宏伟的温室了。
生物圈2号全景图
自从生物圈2号实验结束后至今有很多关于它的评论，几乎都在说它的实验失败。这里我们需要思考一个问题，实验结果和预先设计的不一样就是失败吗？如果是一个工程，工程完工后，测试运行没有满足设计要求，我们可以认为工程是失败的。
我个人认为，生物圈2号实验应该被看成是个科学实验，试验用那样的方法构建类似于地球的生物圈的可行性，结果是不是可行。虽然得出的结果与原来预计的相反，我们也不能因此就说这个实验是失败的。
生物圈2号实验是一个伟大的创举，是一个勇敢的尝试。投资2亿多美元，占地1.28公顷，总体积约为180000m3，列入了7种生态群落区，8人进去进行了长达2年的密闭实验。至今，他仍然是一个非常好的生态学、植物学和全球变化的实验场。
生物圈2号生态分区图
从生物圈2号设施的构建和实验中我们可以得到很多启示，有很多的经验和教训值得借鉴。它告诉我们，简单地将地球上的各种生态类型切一块罗列在一起组成的生物圈，不会像地球生物圈那样自运行。因为地球生物圈有庞大的缓冲，极其复杂的生物多样性，地球生物圈中的生物经过了亿万年的进化拟合匹配，环环相扣，天衣无缝。
实际上早在生物圈2号之前，为了建立人类深空探测所需的生物再生生命保障系统，俄罗斯科学院生物物理研究所在1972-1976年就已经构建了人工闭合生态系统——BIOS-3，进行了3人最长180天的密闭系统实验，实现了水和氧气的100%内部自给，植物性的食物也由系统内生产。实验进行的非常成功。
但是这个系统是一个由14种作物加上小球藻和微生物构成的完全由人工控制的受控系统。列入系统的每一个物种、每一种材料都经过了细致的研究，明确了其各种性质，并基于此进行了严密的设计和计算。
俄罗斯的BIOS-3生态循环密闭系统
负责生物圈2号设计和构建的科学技术人员，在前期调研中也专门去俄罗斯参观过BIOS-3系统，与研制BIOS-3系统的科学家进行过深入的交流。但是不知道什么原因，他们没有按照BIOS-3的模式做，而是选择了完全不同的做法。
我猜测，生物圈2号的科学家们并不是想把这个项目当作是一个工程项目，当成为了人类在地外长期生存的生物再生生命保障系统的工程技术研究，而是想探索人类自行构建类似于地球的生物圈的可能性吧。
生物圈2号告诉我们，在没有弄清楚一种材料如水泥、土壤等的性质可能在系统中发生什么生物、化学反应之前，就把它放进系统中是很危险的，可能会引起连锁反应，从而破坏系统的平衡；没有弄清楚某一个物种的生理和生化特性，没有弄清楚物种之间的相互关系，是不能把它们搭配在一起的。
综合生物圈2号和BIOS-3的经验和教训，美国航天局NASA在之后建立了一系列的实验设施，以满足人的物质需求为目标，进行了由作物为核心生物组成的受控生态生命保障系统研究，实验进行的很成功。日本也相继进行了有关的研究，建立了以作物为核心生物构成的系统，进行了有人实验。我们自2004年以来也一直在着力进行这方面的研究工作。
NASA建立的实验系统
最后，我还想对生物圈2号的投资人表示一下敬意。作为生意人，投入巨资进行这种对企业没有收益的科学研究，实在是令人敬佩，他们一定是具有强烈的社会责任感和对生物圈的兴趣。至今，他们还在支撑着生物圈2号的运行和其中的研究工作，每年投入400万美元。
生物圈2号1996年起由哥伦比亚大学接手管理，在投资人的资助下开展研究工作。2011年7月起由亚利桑那大学接管，还是由投资人继续资助。生物圈2号每年仅电费就达100万美元，20年来他一直正常运转至今，没有这些企业家的坚持，它可能早已荒芜变成了沙漠上的废墟。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2440-472881.html
上一篇：一学生论文获得第18届IAA“人在太空”国际学术会议最佳墙报奖
下一篇：是什么支撑了美国人舒适的生活？（访美见闻之三）
