張競(jìng)元

初識(shí)“月宮一號(hào)”

2021年，我有機(jī)會(huì)參加了英才計(jì)劃項(xiàng)目，并幸運(yùn)地加入了北京航空航天大學(xué)劉紅教授“月宮一號(hào)”課題組，這是一個(gè)為人類未來(lái)移民太空而建造的、模仿地球環(huán)境的大型密閉生態(tài)系統(tǒng)。第一次來(lái)到北航，進(jìn)入“月宮一號(hào)”這個(gè)密閉的不銹鋼艙體中，我非常激動(dòng)，仿佛來(lái)到科幻小說(shuō)中描繪的太空世界。我想到了埃隆·馬斯克的火星移民計(jì)劃，想到科幻小說(shuō)《時(shí)間深淵》中長(zhǎng)滿熱帶雨林的太空飛船“深淵號(hào)”，還有電影《火星救援》中馬特·達(dá)蒙種的土豆……結(jié)合興趣，我選擇研究BLSS （生物再生生命保證系統(tǒng)）中的微生物，具體就是研究BLSS體系中的秸稈發(fā)酵，這個(gè)題目好像既不科幻，也不浪漫，也不好玩，但是，通過(guò)閱讀文獻(xiàn)，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)研究很重要。在BLSS系統(tǒng)中，以秸稈為代表的植物不可食用部分的處理是限制整個(gè)體系能量循環(huán)、物質(zhì)平衡的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)榻斩捁潭ǖ奶计茐牧梭w系的碳平衡，它所蘊(yùn)含的生物能得不到利用，就會(huì)大大降低體系中的能量利用率。

立題之路多坎坷

當(dāng)我踏入這個(gè)領(lǐng)域，才發(fā)現(xiàn)需要學(xué)習(xí)的知識(shí)是多么龐雜，需要看的文獻(xiàn)也浩如煙海。為此，我閱讀了《太空生存》《木質(zhì)素降解菌的降解機(jī)理和應(yīng)用》《木質(zhì)纖維生物質(zhì)的酶糖化技術(shù)》等專業(yè)書籍，查閱了秸稈預(yù)處理、生物燃料乙醇技術(shù)、菌種篩選和轉(zhuǎn)基因技術(shù)、食草動(dòng)物糞便菌群、糖化酶合成技術(shù)、類土壤基質(zhì)、深空探測(cè)方面的文獻(xiàn)……經(jīng)常剛明白一個(gè)問(wèn)題，又出現(xiàn)了另外的問(wèn)題?？戳诉@么多文獻(xiàn)后，我徹底迷失了方向，不知道自己的具體目標(biāo)是什么，更不知道路該怎么走。我所設(shè)計(jì)的方案和路線，或者沒條件，或者沒意義，或者不可行……

放眼星空，立足腳下

與導(dǎo)師就研究目的和方案進(jìn)行了多次探討，最終在導(dǎo)師和師兄的鼓勵(lì)下，我決定在放眼星空的同時(shí)立足腳下，先弄清楚“月宮一號(hào)”中秸稈的發(fā)酵過(guò)程。發(fā)酵菌群來(lái)自馴化的食草動(dòng)物糞便中的微生物，秸稈來(lái)自“月宮一號(hào)”中種植的小麥。秸稈的發(fā)酵過(guò)程或許前人已經(jīng)有過(guò)研究，但我設(shè)計(jì)了新的方法，從不同的角度對(duì)新體系中的發(fā)酵過(guò)程開始了全新的探索。幸運(yùn)的是，不管我計(jì)劃怎么做，課題組的老師都給我盡可能多的支持和幫助，給了我探索的自由，同時(shí)也會(huì)在我偏離正確路線時(shí)及時(shí)提醒。

在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)下，我不僅學(xué)會(huì)了無(wú)菌操作、菌種篩選、傅里葉紅外光譜分析、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)，還建立了測(cè)定發(fā)酵產(chǎn)物中還原糖含量的方法，分析了菌群中微生物種類，探索了提高微生物分解效率的方法，并對(duì)分解產(chǎn)物的成分進(jìn)行了分析。我的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為提高BLSS系統(tǒng)中植物不可食用部分的利用提供了數(shù)據(jù)支持。

未來(lái)可期

在BLSS系統(tǒng)之外的地球生態(tài)系統(tǒng)中，如果從食草動(dòng)物糞便中分離出的纖維素降解菌能將秸稈中的纖維素轉(zhuǎn)化為糖，那么地球上所有的樹木、草叢都可以成為人類的食物，地球上將不再有糧食危機(jī)。在劉慈欣的小說(shuō)《天使》中，通過(guò)對(duì)人類基因的改造，使人類的腸道產(chǎn)生纖維素分解酶，創(chuàng)造出了能吃草的人，解決了地球的糧食危機(jī)。其實(shí)比這更可行的辦法是在食草動(dòng)物的腸道菌群中提取出能分解纖維素的微生物，在體外將草變成糖，變成美味的食物。在這條道路上，我剛剛邁出了探索的一小步，希望未來(lái)有機(jī)會(huì)繼續(xù)深入研究。

有了目標(biāo)，問(wèn)題便是進(jìn)步的動(dòng)力源泉

在研究的過(guò)程中我也遇到了很多困難。雖然文獻(xiàn)上有實(shí)驗(yàn)方法，但在實(shí)際動(dòng)手時(shí)，仍然有很多細(xì)節(jié)不知道該怎么做。比如，最基礎(chǔ)的纖維素降解菌的篩選，不同文獻(xiàn)培養(yǎng)基的配方不盡一致，培養(yǎng)條件也不同，我應(yīng)該如何選擇呢？最適合的培養(yǎng)條件和配方是哪一個(gè)呢？在測(cè)定發(fā)酵產(chǎn)物中的還原糖時(shí)，文獻(xiàn)上說(shuō)水洗，怎么水洗？是浸泡還是沖洗？需要加熱嗎？需要加洗滌劑嗎？每一步在文獻(xiàn)上一筆帶過(guò)的實(shí)驗(yàn)方法，都隱藏著很多問(wèn)題。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不同，是新的發(fā)現(xiàn)還是操作錯(cuò)誤呢？或是還有未考慮到的因素？有時(shí)，在微生物培養(yǎng)了很長(zhǎng)時(shí)間后，才發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要的條件被忽略了，一切又要從頭開始。總之，在科研的道路上，沒有捷徑，只能在解決一個(gè)個(gè)小問(wèn)題中向前推進(jìn)。

周末，我經(jīng)常徒步北京周邊的野山，山上沒有清晰的路標(biāo)，甚至沒有路，爬的時(shí)候既要小心探路、披荊斬棘，又不能忘記大方向；既要記住走過(guò)的路，以便回撤，也要清楚前方的目標(biāo)；既要在“六只腳”APP上搜索前人走過(guò)的路，也要走出自己的路?？蒲幸彩侨绱?，要在解決每個(gè)當(dāng)下問(wèn)題的過(guò)程中推進(jìn)實(shí)驗(yàn)，既要參考前人的工作經(jīng)驗(yàn)，也不能忘記自己的方向，要有自己新的發(fā)現(xiàn)。

我喜歡爬山，因?yàn)槲以谧咭粭l少有人走的路，雖然需要付出更多的努力，但也能看到少有人看到的風(fēng)景，科研也是如此。