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2022-12-15 21:59
这个“模拟地球”的实验,是一场伟大的失败

本文来自微信公众号:把科学带回家 (ID:steamforkids),作者:Greye,审校:韩晶晶,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……》,题图来自:视觉中国


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。


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,作物歉收,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:Dartmouth alumni magazine)


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:Dartmouth alumni magazine)


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

[1]John Allen, Mark Nelson. Biospherics and Biosphere 2, mission one (1991–1993). Ecological Engineering 13 (1999) 15–29

[2]"The Lost History Of One Of The World’S Strangest Science Experiments (Published 2019)". 2019. Nytimes.Com.

[3]"ULTIMATE SURVIVAL: DESERT DREAMERS BUILD A MAN-MADE WORLD (Published 1986)". 1986. Nytimes.Com.

[4]Schlesinger, William H. 2018. "A Noosphere". Bioscience 68 (9): 722-723.

[5]"Eight Go Mad In Arizona: How A Lockdown Experiment Went Horribly Wrong". 2020. The Guardian.

[6]"Biosphere 2: What Really Happened?". 2022. Dartmouth Alumni Magazine.


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

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