在环火星轨道的“火星一号站”上，一场虚惊曾让宇航员们心跳加速。一位宇航员在检查栖息舱时，意外发现舱壁上附着着一团黏糊糊的物质。在微重力环境下，这团物质本不该出现，瞬间让他的脑海中闪过无数外星科幻电影的惊险画面。他惊恐地认为，自己可能首次发现了外星生命的迹象，甚至担心无法活着将这一发现公之于众。
然而，当这位宇航员将此事告知其他船员后，紧张的气氛迅速缓和。船员们冷静地解释，这并非外星威胁，而是一种名为“生物膜”的物质。生物膜是微生物的群落，它们附着在物体表面，相互粘附，并被一层自我产生的黏滑层所包裹。这种物质在地球上已存在了数十亿年，通过共享资源、相互沟通以及抵抗恶劣条件来帮助微生物生存。船员们还安慰他，虽然生物膜在地球和太空中都可能对人类健康构成风险，但在太空中，由于微重力环境，生物膜更容易附着在物体表面，因此风险相对更大。他们甚至开玩笑地让他去拿零食包里的士力架，以缓解紧张情绪。
这场虚惊背后，却隐藏着一个值得深入探讨的科学话题：生物膜在太空探索中究竟能发挥什么作用？最近发表在《npj生物膜与微生物组》上的一项研究，正是为了解答这一问题。来自多个国家的研究人员合作，对生物膜在航天任务中的利与弊进行了全面研究。他们希望通过这项研究，帮助科学家更好地理解生物膜在航天中的作用，同时减轻其对宇航员的健康风险。
研究人员首先回顾了生物膜的历史与特性，包括它们如何促进地球早期生命的演化、复杂生命形式的出现、人类健康和植物生产的发展。在航天领域，他们关注了太空飞行如何干扰生物膜的结构与功能，以及微重力如何影响肠道与生物膜的相互作用，还有根际（根系、微生物和土壤相互作用的区域）与生物膜的相互作用。这些研究为理解生物膜在太空中的行为提供了重要线索。
基于从美国国家航空航天局开放科学数据存储库获取的数据，研究人员探讨了生物膜在航天中的潜在应用。这些应用包括精准医学和再生医学，以及通过提高作物产量和质量、减少农药化学品使用来促进农业发展。研究指出，可以设计生物膜群落用于原位药物生产，从而减少从地球补给药品的需求，这对于长期太空任务来说至关重要。
这项研究并非孤立存在，而是建立在二十多年来对生物膜在航天中应用的研究基础之上。近年来，多项研究都关注了生物膜在太空条件下的生长情况。例如，2025年发表在《生物膜科学》上的一篇论文模拟了一个微重力生物膜反应器，观察了太空条件下生物膜的生长与发育。另一篇同年发表于《微生物学杂志》的论文则探讨了生物膜在太空条件下的生长情况，并讨论了潜在风险与缓解策略。2023年发表在《npj微重力》上的一篇论文也涉及了太空中生物膜的形成问题。
美国国家航空航天局对生物膜的研究尤为深入，特别关注其在太空中与地球上特性的差异。研究发现，生物膜群落在微重力下更容易附着在表面，可能导致设备损坏和宇航员健康风险。它们对抗菌剂和抗生素表现出更强的耐受性，这在太空任务的封闭系统环境中尤为危险。生物膜群落可能导致供水系统堵塞、金属和管道腐蚀，并损坏空气过滤系统，而空气过滤系统对宇航员获取氧气、过滤二氧化碳及其他有害化学物质至关重要。
在国际空间站上进行的“微重力下不同材料及环境条件下生物膜形成、生长和基因表达特征”（太空生物膜）研究，是迄今为止为理解微重力下生物膜活动而开展的最全面研究项目。在这项研究中，宇航员探索了在微重力下驱动生物膜生长和发育的复杂过程。与国际空间站上无数其他研究一样，这项研究的成果也可能对地球应用产生积极影响，包括减轻生物膜对健康的危害。
生物膜研究只是影响人类太空探索的众多研究领域之一。虽然生物膜对宇航员构成健康风险，但它们也拥有无数可助力人类太空探索的应用潜力。从精准医学到农业发展，从药物生产到设备保护，生物膜在太空中的角色正逐渐被揭示。随着研究的深入，我们有理由相信，生物膜将在未来的太空探索中发挥更加重要的作用。
