我们首次接触到生态系统这一名词时，是在生物课本中。
在这一章内容里，最让人心神向往的莫过于那个宏大而又失败的工程——生物圈2号。
“人类能离开地球生活吗？”
生物圈2号，正是人类为实现外太空殖民迈出的第一步。
当时，它还被认为是继登月计划以后，美国实施的最令人激动的科学研究项目。
生物圈2号内景，一方世外桃源
只是天不遂人愿，被捧得多高就摔得有多重。
原本设计者自信地认为，这个人工生态系统至少可以维系个上百年。
结果却连两年都撑不住，志愿者们就从里面仓皇出逃。
随着计划的失败，这个实验也成了科学笑柄，甚至被嘲讽为“奢侈的科学幻想”。
直至今日，生物圈2号仍被当做是藐视自然反面教材。
课本中，也只告诉我们它失败了，这让生物圈2号充满了神秘感。
那么当年在圈内究竟发生了什么事情，现在的生物圈2号又怎么样了？
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20世纪60年代，人类开始走进了宇航时代。
在这个宏大的工程开始前，宇航员在太空中生活的最长记录已经达到了200多天。
但维系宇航员生活的必需品，全都来自于地球。
吃的是带上去的食物，吸的也是人工氧气。
太空站的宇航员
所以，人们很早想在外太空模拟一个地球生态系统了。
这样，宇航员在太空便过上自给自足的生活。
当然，这只是现下最基础的构想。
而科学家们，更想知道人类能否复制地球。
在环境不断变差的当下，如果成功了那将意味着还有后路可退，殖民外星就不是梦了。
BIOS-3
事实上，生物圈2号并非首创。
前苏联花了7年时间，就在1972年打造出了一个类似的封闭式生物实验基地BIOS-3。
这个315立方米的空间顶多容纳3个人，前后共进行了10次载人模拟实验。
其中3名研究员在舱内待的时间最长为180天。
不过，BIOS-3也并未严格遵守“完全封闭”的条件。
里面产生的垃圾并未得到重复利用，而是搬出了密闭空间。
而这个项目，很快也在1984年因资金缺乏等原因转型了。
所以，想要打造个微缩版的地球并非易事，资金就是个大问题。
但苏联这头刚结束，美国的石油大王爱德华·巴斯（Edward Bass），却对此蠢蠢欲动了起来。
爱德华·巴斯（Edward Bass）
他一向热衷于各种不同凡响的生态项目，并不惜为此一掷千金。
现在的他，也想打造一个类似于BIOS-3的人造封闭系统。
光从他为这个项目取的名字“生物圈2号”，就能看出他的勃勃野心了。
地球，是这个世界上这个最大的生态系统，称为“生物圈1号”
作为克隆版的地球，“生物圈2号”则是世界上最大的人工生态系统。
从1984年起，这位土豪就为生物圈2号怒投了2亿美元。
汇聚大批顶级的科学家与工程师，历史7年的设计和施工，生物圈2号终于在美国亚利桑那州的荒漠中拔地而起。
生物圈2号的总占地面积为13000平方米，总体积约为180000立方米。
远远看上去，这只是个巨大的玻璃温室。
但里面却暗藏玄机。
圈内共包含着5大生态系统：雨林、海洋、荒漠、草原、沼泽。
此外，还有面积约达2020平方米的农场土地，种植着各种能提供粮食的农作物。
生物圈2号的分区
说这里完全与世隔绝，是一点都不夸张。
不但所有门窗都进行了严格的密封处理，就连地面之下也浇筑了厚达两米的混泥土。
这让生物圈2号的气密性非常高，年泄漏率不超过10%。
而其他闭式人工生态系统，如前面提到的BIOS-3每天的泄漏率就已经达到了1%~10%之间。
1991年9月26日，随着一扇大门缓缓关上，一个宏大的计划正式开始了。
在此之前，已有8名科学家（4男4女）被严格挑选出来，成为这艘诺亚方舟的第一批乘客。
他们每个人都有自己熟悉的科学研究领域，如生物学、海洋学、医学、心理学、工程学等。
当然，这8名科学家也并不孤单，随他们一起入住的还有一大批生物。
整个生物圈2号内，共有4000个物种。
其中动物（包括软体、节肢、昆虫、鱼类、两栖、爬行、鸟类 、哺乳等）、植物（包括浮游、苔藓、蕨类、裸子和被子植物等）约3000种，微生物（包括细菌、粘菌、真菌、微藻等）约1000种 。
最初，这批科学家都满怀激情地进入圈内，心情不亚于迈向月球。
他们都盼望着，这个模拟地球中所有生物都能和谐共存，各司其职。
早上4小时，他们会用来维护这个生态系统的和谐，如检查每一个小系统、播种收割庄家等。
午后的4小时，则是各种实验与研究的时间，如分析空气成分、研究水和土壤的性质与照料动植物等。
生物圈2号里的人造海洋
而生物圈2号对他们的限制只有一点，那就是禁止圈内人恋爱造人。
在其余的休息时间里，他们可以做一切自己想做的事情，看书、看电影、看新闻等。
虽然身体与外界隔离，但他们仍能用通讯工具与外界联系，与亲朋好友通电话等。
他们的家人也能来到馆外，隔着玻璃探望。
所以说，除了不能光明正大谈恋爱以外（事实上，这8人里面产生了两对地下情侣），他们的生活与普通人差别并不大。
甚至，这种自给自足的田园牧歌式生活，更让人艳羡。
能源，取自于太阳能；
氧气，由生物圈2号内的植物制造；
粮食，则来自每个人的辛勤播种；
肉类和蛋白质，可以寄往于他们养的牲畜。
但，这不过是实验初期的情景罢了。随着时间的推移，让人焦头烂额的难题是一个接着一个。
他们首先面对的，便是极度影响生活质量的粮食减产。
这第一批进住的生物圈人可谓汇聚了八方英雄，但唯独就缺少了会种地的“农民”。
尽管耕作区占了很大的比例，但因缺乏耕作技术他们种出来的麦子、水稻总是不结籽。
不过，更让他们发愁的还是虫害。
因为这是个完全封闭的系统，那些带有毒性的杀虫剂和除草剂，是万万不能带进去的。
所以他们只能用生物防治或比较原始的方法（如喷肥皂水和硫磺、芽孢杆菌）来控制虫害的发生。
但这些治理手段的效果都不太理想，大片的天地被害虫侵占。
再加上那年的光照量不足，这直接导致了粮食供应成了问题。
他们一个星期，只会吃一次肉。
而密闭后建立的农业系统，平均提供8人80%的营养需求。
为了应对粮食减产，科学家们也自觉节食。
每天摄于的能量大大降低，有时低于一千卡路里，饿肚子是常有的事。
到最后的日子里，他们只能靠食红薯根充饥。
这比《火星救援》中只能靠土豆为生的日子还要苦，个个瘦得皮包骨头。
即便是已经离开生物圈2号，有些人谈起红薯的都觉得心慌。
在两年内，这4名男性体重平均下降了18%，4名女性体重则平均下降了10%。
其中一名男子进去时还是个200斤的“胖子”，到出来时已经减掉了50斤的肉。
其中一位“圈内人”Roy Lee Walford医生
吃少点也能活，问题不大，但后面的问题则是真正的危及生命。
从住进生物圈2号开始，圈内的大气就一直处于不太稳定的状态。
除了每日的波动很大之外，生物圈2号内的氧气含量一直在缓慢下降，而二氧化碳量不断上升。
从实验开始后的9个月内，生物圈2号氧浓度就从20.51%降至16.95%。
再过3个月，到1993年的1月中旬，这个数值更直接降为14.5%。
这时，生活在这个迷你地球中的8位志愿者生命，可以用岌岌可危来形容。
任何含氧量低于19.5%的环境，都会被职业安全和健康管理局定义为缺氧。
而14.5%的含氧量什么水平？
这相当于地球上海拔4000米高度的空气含氧量。
海拔高度与空气中理论含氧量的关系一览表
明明生活在平原，但所有人都高原反应严重。
首先，缺氧让所有人都变得昏昏入睡，精神不振。
他们已经几个月无法正常睡眠了，经常一闭上眼睛就因窒息而惊醒。
然而拖着备受摧残的身体，他们还需寻找原因，“氧气到底都去哪了？”
因为按照理论来说，就算圈内生平再不平衡，氧气也不至于跑得那么快。
有机物在吸收氧气的同时，会释放大量二氧化碳。
可是检测器在测出氧气含量显著降低时，却没有显示二氧化碳含量对应的增加。
直到离开，他们都没能找到这些氧原子究竟藏在哪里，只能眼睁睁看着氧气一点点流失。
后来，研究人员才发现这与混凝土有关。
为了保证气密性，生物圈的地面埋了一层厚厚的混凝土。
而内部裸露出来的混泥土面积更是达10000多平方米，比两个足球场还要大。
细菌在呼吸作用中所产生的二氧化碳，会与混凝土中的氢氧化钙反应生成了碳酸钙。
经过测量发现，这混泥土结构内外侧碳酸钙的含量明显不同，内侧竟比外侧高10倍以上。
不过，即便不是混凝土这一疏忽，生物圈2号设计时土壤、空气、海洋的比例就与“生物圈1号”的比例相去甚远。
尽管拥有4000种生物，但科学家仍无法调控其中的微妙平衡。
除了氧气降低以外，二氧化碳和氧化亚氮也几度升高到超出警戒水平。
就拿二氧化碳为例子，到1993年2月它的浓度就超过了地球上的十倍。
这真是一场生态大灾难。
看似完美的生物圈2号，仿佛一夜之间崩塌，这个小地球已经乱作一团。
高浓度的二氧化碳，使人造海洋中的酸度不断升高，导致大量的鱼类与珊瑚死亡。
此外，生物圈2号内的25种脊椎动物，只有6中存活了下来。
绝大多数昆虫也都灭绝了。
更糟糕的是，蜜蜂、蜂鸟和其他所有可以传授花粉的益虫，都无一幸免。
这也就意味着，许多植物根本无法繁衍后代。
由于降雨失控，人造沙漠也变成了丛林与草地。
不过，在这种新的环境下，有几种物种却混得特别好。
其中之一便是牵牛花。
研究人员就是看在它固定二氧化碳的效率才将其引进生物圈2号。
却不料，这种植物在高浓度的二氧化碳下开始疯狂生长。
它们的藤蔓已经伸向了玻璃穹顶，更危机其他植物和农田。
圈里人每天都需要花大量时间来修剪除草。
为了保证8位科学家的人身安全，生物圈2号的管理不得不妥协。
短短两年的时间内，生物圈2号的大门就开启逾24次。
其中一次是由外向内输送空气，有两次则是补充纯氧以平衡里面的空气。
做到这一步，基本已经可以宣布生物圈2号这个项目破产了。
坚持了近两年时间，八名成员也终于扛不住了，一起离开了生物圈2号。
而从他们踏出大门的那一刻起，人类复制地球的美梦也彻底破碎了。
后来，爱德华·巴斯还是不死心，在1994年3月继续开启了第二轮实验。
这次他们也已吸取了教训，开始规避第一次实验中遇到的难题。
例如，新增了一位32岁的农学院毕业的大学生。
确实，入住后种出来的粮食是多得吃不完了。
但结果还是一样的糟糕，依旧无法控制大气的平衡。
而且，这次结束来得更快，只坚持了6个月左右实验人员就已人心涣散。
其中两名男性成员就以缺氧为由，砸毁了生物圈2号的玻璃，功亏一篑。
两轮的失败，也总算让人看清了现实。
最后，这座耗资2亿美元的工程也被移交给了哥伦比亚大学.
现在生物圈二号已经转型成为研究环境的实验室，也算是物尽其用。
现在，每年仍会有无数旅客，来到这种庞然大物面前“朝圣”。
而生物圈2号，也一直在向人类传达一个最普通的道理。
经历了几十亿年的风霜，地球才变成了现在的模样。
人们渴望窥探这种精妙的平衡，只是以人类现有的认知水平还无法望其项背。
建设适合人类生存的空间，确实是人类最美好的愿望。
但现下方舟未成，我们只拥有一个地球。
*参考资料
BIOS-3.Wikipedia
Biosphere 2.WikipediaJordan Fisher Smithfe Under the Bubble.Discover.2010.12.20
MARK NELSON.Biosphere 2: What Really Happened? 2018.05-06
蒋高明.我在“生物圈二号”里的亲历[J].科技潮
郭双生，孙金镖.美国生物圈2号及其研究[J].中国航天.1996
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