自從人類第一次登上月球以來，世界各地的航天機構都將外星生命的想法視為一個關鍵的長期目標。在我們可以實際到達的目的地中，火星脫穎而出，成為領先的候選者。其令人驚嘆的風景和熟悉的特徵使它感覺像是探索和定居的下一個前沿。然而，確保可持續的人類福祉仍然是我們最大的抱負之一。這是科學和工程有史以來面臨的最困難的問題之一。
火星並不總是今天的樣子。數十億年來，地球已經失去了曾經保護其表面的稠密大氣層。剩下的環境與地球上大多數生命無法忍受的環境完全不同。空氣非常稀薄，主要成分是二氧化碳。氣壓還不到地球氣壓的百分之一。溫度變化範圍約為 -90°C (-130°F) 至 26°C (79°F)。
而且，仍然有持續不斷的宇宙輻射，沒有可供呼吸的空氣。這意味著火星避難所需要的不僅僅是屋頂和牆壁。它必須作為生命支持，能夠承受一個為了摧毀生命系統而建立的世界。從地球運輸大量建築材料過於昂貴且不現實。該方法是建立在火星上已有的基礎上的。就地資源利用（ISRU）是指使用當地材料。它是紅色星球上人類可持續生活路線圖的核心。
美國宇航局的毅力號火星車從古老的火星河床傑澤羅隕石坑收集了樣本。並且可能有早期生命的證據。這種可能性引發了比過去的生物學搜索更大的問題。如果微生物曾經生活在火星上，微生物過程可以幫助我們在那裡建造嗎？
從地球上最早的生命到火星的建造
地球上的生命始於簡單的微生物。隨著時間的推移，淺水環境中的小生物極大地改變了世界的形狀。包括幫助向大氣中添加氧氣。並創建一個同樣耐用的結構。當我們展望火星時，研究人員正在詢問微生物是否會再次發揮巨大作用。這一次，我們將幫助把一個貧瘠的世界變成一個人類可以生存的地方。
我們的研究從自然系統中汲取靈感，匯集了來自多個領域的專家進行國際跨學科努力。重點是生物礦物轉化過程。這是微生物（細菌、真菌和微藻）在新陳代謝過程中產生礦物質的過程。數十億年來，生物礦物質一直影響著地球的景觀。當我們探索在火星條件下如何發揮作用時，在酸性湖泊、火山土壤和深洞穴等惡劣環境中繁衍生息的微生物可能特別有用。
將火星風化層變成建築材料。
我們的團隊正在研究各種微生物的礦化途徑。它利用火星車的火星土壤（風化層）數據來查看哪些路線可以生產堅固的居住材料。同時避免星際污染的風險。最有前途的選擇是生物水泥：在這種方法中，微生物在室溫下產生類似水泥的物質，例如碳酸鈣。
這項工作的一個重要部分集中在兩種細菌之間的合作。一是 巴氏滅菌孢子含量已知通過尿解作用產生碳酸鈣。另一件事是 球蟲病這是一種耐寒的藍細菌，可以在惡劣的環境中生存。包括模擬火星條件。
作為一個合作系統一起工作 球蟲病 釋放氧氣有助於創造更有利的微環境。 巴氏滅菌孢子含量– 它還產生具有保護作用的細胞外聚合物。 巴氏滅菌孢子含量 來自火星表面紫外線破壞的回報 孢子八疊球菌 分泌天然聚合物，支持礦物形成並幫助粘合新岩石。結果是鬆散的土壤可以轉變成堅硬的混凝土狀材料。
3D 打印和生命支持系統之家
長期願景是將細菌共培養物與火星風化層相結合，並將其用作火星上 3D 打印的原材料。這個概念是占星學、地球化學、材料科學和建築工程的交叉點。如果它可以廣泛使用，它可能會改變紅色星球的結構設計和製造方式。
潛在價值不僅限於建築，因為 球蟲病 可以產生氧氣這可能會影響棲息地的穩定性和宇航員的救援。隨著時間的推移，氨作為新陳代謝的副產品產生。 巴氏滅菌孢子含量 它可以幫助實現閉環農業系統，甚至可能在火星改造中發揮作用。
通往火星家園之路上的下一個障礙
儘管這個想法很有前途，但這項工作仍處於早期階段。國際機構的目標是在 2040 年代在火星上建立第一個人類居住地，但結果一再拖延。將樣本返回火星限制了測試和驗證火星特定施工方法的速度。隨著航天機構計劃未來十年的載人飛行任務，現在需要對生物衍生建築進行研究，為人類的到來做好準備。
從生物占星學的角度來看，一個關鍵任務是了解這些微生物群落在火星再生過程中的表現。以及它們如何承受地球的諸多壓力。實驗室中的風化層模擬器是在類似火星的條件下測試共培養的一種實踐方法。並創建預測生物水泥性能的模型。
機器人技術增加了另一個挑戰。在地球上重現火星的引力是很困難的。但重力會影響 3D 打印和自動化結構。為了為未來的任務做好準備，我們需要強大的控制算法和專門的協議，使機器人系統能夠在火星的特殊環境中高效可靠地構建。進展可能會逐步取得。但每一次實驗的成功測試和這一巧妙的步驟都將使我們更接近人類可以真正以火星為家的未來。
