走向可持续的太空探索:利用微生物力量的路线图

　　摘要

　　寻找可持续的方法以实现对陆地资源的独立，对未来的空间探索至关重要。这不仅关系到在低地球轨道以外建立可行的空间探索，而且关系到与产生空间废物和保护地外环境有关的伦理考虑。在这里，我们提出并强调了一系列独特的微生物生物技术，适用于建立现场资源利用和闭环的可持续过程。促进空间可持续性的微生物生物技术研究和开发将可转化为地球应用，解决陆地环境问题，从而支持联合国可持续发展目标。

　　简介

　　人类可能会倾向于将宇宙视为一个拥有无限资源的丰富宝库。然而，太空探索的实际情况却截然不同。随着公共部门和私营部门都强烈希望将人类活动扩大到地球轨道以外，对空间探索和空间开发的可持续性的需要正变得更加明显。在应用于太空时，可持续性的概念通常被理解为“确保所有人类能够继续为和平目的和现在和长期的社会经济利益利用外层空间”1。到目前为止，主要是指需要控制、调节和清除近地轨道(LEO)2、3的空间碎片和行星保护(促进负责任的太阳系探索的实施和发展，以保护空间环境和地球)3。随着人类渴望探索外太空，这一概念的定义发生了变化和扩展，任务操作的自我可持续性成为一个关键方面。环闭合，这意味着资源的回收和再利用，以建立循环经济，可以极大地提高空间探索的可持续性，它不仅是*小化从地球上再供应资源的成本，而且是与空间废物产生和保护地外环境相关的伦理考虑的关键4,5,6,7,8,9,10。联合国决定，考虑到《2030年可持续发展议程》，外层空间活动应尽量减少对空间环境和地球的影响11、12。

　　在这一前沿领域取得进展的*大障碍是缺乏可部署的技术，使前哨站、扩展任务以及未来的定居点能够通过就地资源利用(ISRU)和*大限度地回收资源来维持自身5。除了机械/物理/化学方法外，广泛的生物技术和微生物将有助于实现长期生命维持和栖息地系统的性能(闭环)，以及ISRU、制造和能源收集/储存6,7,13,14,15,16,17。微生物方法由于其弹性，可以在偶尔的监测和维护下自我维持，并且总体上比物理化学方法所需的能量更少16。

　　在这里，我们重点讨论了微生物在可持续人类深空探索技术发展中可以发挥的关键作用，考虑了两个主要方面:(i)需要成熟的生物技术和生物过程，以允许任务功能的近闭环操作，如生命支持，以增加自主性和可持续性;以及(ii)需要减少人类在太空扩大存在对供应链的依赖。本文提出的方法是基于目前在地球上以不同技术准备水平(TRL)实施的过程和技术，必须进行调整以满足空间环境的具体要求和挑战。为任何特定的太空应用选择*合适的生物工艺和*适用的微生物并非易事，因为地面技术很少能轻易适应太空的恶劣条件18。因此，必须进行广泛的研究和开发，以提高TRL，使这些技术能够在太空中成功实施。*后，旨在提高空间探索可持续性的微生物生物技术可能可转化为地球应用，以推进循环经济，进一步支持联合国可持续发展目标(SDGs)11,12。

　　栖息地空气生物修复

　　航天器的环境控制和生命支持系统(ECLSS)管理适合人类操作和有利于舒适生活的水供应、大气压力和成分(O2、CO2和惰性气体水平)、温度和相对湿度。二氧化碳在人类废物处理及回收

　　人类粪便管理对人类太空探索提出了挑战，提出的解决方案通常集中在如何压缩、消毒和处理人类粪便，而不是回收利用它26。目前，在国际空间站上，人类排泄物被稳定、干燥并喷射出空间站，在地球大气中燃烧。这种方法对于远距离任务显然是不可持续的，因为它占用了大量潜在有用的资源。固体人类粪便可被用作生产食品和食用补充剂的原料，以及微生物或植物性生命维持系统(LSS)组件的营养素/肥料(图1)。许多物理化学方法用于固体废物管理，如热解或焚烧，正在被提出26。然而，微生物支持的过程可以通过加强循环闭合来加强人类废物的回收。欧洲航天局(ESA)支持的MELiSSA项目(微生态生命支持系统替代方案)包括一系列用于LSS的互连生物反应器;这是一个很好的例子，说明了各种类型的废物流，包括人类代谢*终产物，可以如何利用微生物进行升级循环5。虽然厌氧废物处理通常被认为比好氧方法时间效率低，但它可以实现与物理化学过程相当的降解率。已经开发出一种双组分系统，它可以厌氧地将液体和固体人类粪便转化为富含蛋白质和脂肪的微生物生物量，用于食品生产28。

　　粮食生产

　　在太空中生产粮食的能力对于在长期太空任务中实现可持续性和自给自足至关重要，微生物生物技术可大大提高这一能力。例如，植物微生物组将在太空作物生产的成功中发挥关键作用。与人类微生物组一样，植物相关的微生物群落为宿主提供了许多好处，例如促进植物生长，刺激植物激素的产生，控制病原体，调节免疫功能，缓解非生物和生物应激29。共生细菌在溶解环境中的营养物质并将其转化为生物可利用形式和改善土壤肥力方面也是必不可少的29,30。例如，食品生产中的氮回收可以通过微生物介导的大气固氮，或通过合成微生物群落介导的尿液硝化来完成(见“人类废物处理和回收”一节)31。

　　对于长时间的太空旅行，应考虑使用农业益生菌，以帮助在太空中生长健壮、稳定和健康的作物。在地球上，农业益生菌已被用作植物生物刺激素、生物肥料和改善土壤质量的生物修复。更好地了解植物微生物组的组成和功能在太空飞行中的变化，有助于为太空农业定制益生菌补充剂。例如，根瘤菌接种剂的概念已经在实践中:用选定的细菌和真菌菌株接种种子，可以提高作物产量和环境可持续性35。面向航天飞行的接种物的其他属性也可能包括有助于*大化资源效率的细菌/真菌，从而需要更少的投入来实现*佳生长。如前所述，藻类和蓝藻不仅可用于空气再生，还可作为食物来源和支持植物生长9,20。

　　为了在月球或火星上成功建立人类前哨基地，宇航员必须利用当地(原地)资源，如风化层(见“土壤修复”一节)，自己生产食物。农业方法包括土壤农业、水培法、细胞农业等。以国际空间站的高级植物栖息地为例，建立一个类似温室的基础设施，以及充足的光线、水供应、土壤养分和作物生长的其他必要参数，可能会加强循环的闭合。这些和其他资源可以从其他(生物支持的)LSS和ISRU隔间中获得(图1)。

　　与药物生物合成越来越相关的微生物来源是人类肠道微生物群。人类微生物组项目*近的一项宏基因组分析表明，人类相关细菌编码生物合成机制，以合成大量的次级代谢产物，如小生物活性分子(如抗生素)。许多研究在航天飞行和模拟研究中调查了肠道微生物组的组成和功能的变化47。可以考虑使用精心策划的微生物群落(例如由非致病菌株组成的微生物群落)来降低传染病的风险48。

　　Biomining

　　在低轨道轨道之外，基础设施的开发成本急剧增加。因此，需要具有成本效益的资源供应。一种选择是通过生物采矿利用目的地现有的就地资源44,49,50,51。生物采矿，即利用微生物从粗矿物(例如，风化层)和矿山废料中提取有价值的金属，已经为适应空间应用做出了广泛的努力50,51,53,54,55,56。空间生物采矿主要受到经济因素的限制:生物介导的过程往往比湿法冶金过程更便宜，对环境的危害更小，但很少能提供同样高的分离率。然而，考虑到与地球上采矿活动有关的环境和健康成本，生物采矿对于各种资源来说已经具有成本效益(铜、金、镍和钴的开采都在商业规模上进行)57。

　　化化岩石自养生物(例如，铁和/或硫氧化微生物)可能适用于硫化物矿物的生物开采，出现在火星或小行星物质的各种环境中58。具有其他营养偏好的微生物(如有机营养体)、菌群或生物工程技术可用于其他地方:月球表面主要由硅饱和岩石组成，硫含量一般较低50,54。有机营养微生物对有机营养物质的需求受到空间环境中碳的可用性的限制，在闭环系统中至少可以部分满足(图1)。

　　微生物从玄武岩54、55、58中提取稀土元素和钒，从l -球粒陨石材料中提取铂族元素，已在ISS55、56、59上进行了验证。然而，还需要进一步的研究来证明这些系统的可扩展性，提高性能，并使该技术适用于其他感兴趣的元素(例如，硅，铁，铝)。水、氧、氢以及其他关键分子和元素也可以通过biomining50获得。这些化合物不仅从生物技术的角度，而且对任何人类活动都是必不可少的。关于在月球和火星条件下进行生物采矿的能力的知识很少，也缺乏理论特征50,51，而努力提高在太空条件下从地外风化层中生物浸出能力，以及发展生物工程和合成生物学方法，对成熟技术至关重要。

　　虽然从长远来看，探矿本质上是不可持续的，因为不可避免地会消耗资源(例如采矿时的矿石)，但生物采矿一般被认为比传统采矿更环保，因为它避免使用有毒的无机试剂。这对地外应用也很重要，因为它可以减少对辅助资源的需求。有人提出，生物矿化反应器可以添加到生物再生LSS50中，从而有助于闭环和ISRU(图1)。

　　结构生物制造:生物混凝土，真菌建筑

　　考虑到稀缺的资源可用性，在地球之外建造和维护基础设施是一项必要而艰巨的任务。传统的施工方法使用大量的原材料，需要稳定的维护。为了使建筑和基础设施维护更具可持续性，将修复置于更换之上是至关重要的，并且可以通过生物自修复材料来促进。

　　混凝土和水泥是地球上必不可少的建筑和粘合材料。由于质量的限制，表面结构可能在一定程度上需要矿物的结合来建造，但在空间中可能没有同样程度的使用。例如，微生物诱导方解石沉淀(MICP)是一种生物地球化学过程，微生物沉淀碳酸钙(CaCO3)60，可用作粘结剂61。此外，MICP还可以帮助有毒化合物的生物修复和二氧化碳的封存62,63。微生物电解碳捕获可用于封存二氧化碳，据估计，在美国，每年可通过该过程捕获6800万吨二氧化碳64。

　　随着时间的推移，撞击事件会粉碎行星表面的风化层，形成极细的灰尘，可以阻碍设备的功能并对人类造成伤害65。具有MICP能力的细菌可用于结合和硬化风化层，巩固灰尘66。同样，蓝藻生物膜可用于控制和结合细风化层67。以尿素降解为基础的MICP的副产物，如铵和硝酸盐，可以进一步升级到一个闭环系统(图1)。然而，当必须避免有毒副产物的释放时68，可以使用替代碳酸钙沉淀的微生物(例如，甲烷氧化细菌甲基囊菌)69。

　　基于真菌的生物技术可能为空间应用提供另一种生产坚固和耐腐蚀结构的机会。真菌建筑指的是用真菌生产刚性结构部件和表面。真菌菌丝可以形成密集的网络，与其他材料结合，如风化层，形成菌丝基复合材料。这些在地球上的各个行业中普遍使用。美国国家航空航天局(NASA)已经为太空探索探索了这种解决方案，利用菌丝体作为一种手段，为火星和月球表面建造坚固的家具和栖息地外壳。虽然对空间应用的研究尚处于起步阶段，但真菌非凡的抗辐射能力甚至已成为辐射防护研究的一个课题。这可能为现场制造坚固和自我再生的结构和工程生命材料提供了可能，从而避免了过度再供应的需要，并通过减轻来自地球的供应链来提高太空探索的可持续性。

　　生物能量的收集和储存

　　能源收集和储存(例如燃料)在任何偏远环境中都是一个重大挑战，尤其依赖于供应链的一致性。某些厌氧菌(所谓的“致电菌”，如脱硫单胞菌、地杆菌等)可以减少有机废物产生电流。具体来说，微生物燃料电池(MFC)利用微生物将化学能转化为电能73。利用有机废物的还原力来发电，MFC可以与原位流动废物修复系统相结合44。这样的微生物系统可以分为暗发酵和光生物过程，并且它们可以使用来自例如废物流的湿生物质77,75。以类似的方式，与MFC类似，微生物电合成(MES)可用于将电(回)转化为化合物，例如，能量存储，以弥合间歇性可用性和需求76。一些证据也表明，通过从月球风化层中产生纳米颗粒产生氢的可能性77,78。氢、甲烷和其他生物燃料也可以从其他原地资源中生产，如水和无机碳，光自养或岩石自养(例如，用蓝藻和各种藻类)，以产生稳定的能量载体6,78。这些可以是高能量密度的液体化合物，如丁二醇，作为能量存储的手段，以补充或补充化学衍生的双推进剂(氢/甲烷和氧)76,78。在许多情况下，利用致电微生物、产氢微生物、产甲烷微生物和生产生物燃料的微生物，废物和就地资源可以进行升级循环，用于能量的转换、收集和储存，与传统的机械化学方法相比，产量更高，能量输入更低。

　　回收电子产品、塑料和其他废物

　　目前，开发高效闭环系统的大部分努力都集中在生物废物(如食物、黑/灰/黄水)的回收和升级循环79，而合成废物(如电子废物、塑料、消耗品)的解决方案在很大程度上尚未探索，目前的管理在长期任务中是不可可行的26。

　　有价值的金属(Fe, Cu，稀土元素，Al, Si, Zn)，包括贵金属(Au, Pt和铂族元素)，以及某些非金属(Cl, P, N，甚至O)可以从金属结构和电子器件中回收80。从电子废物(例如，计算机组件、配电板、太阳能电池板)中回收金属可以减少对再供应的需求和/或通过例如生物采矿(见“生物采矿”部分)更费力地从原位资源中获得资源50,54。物理化学过程是可用的;然而，就成本和能源需求而言，生物浸出技术被认为更环保和可持续81。这些过程中涉及的生化反应类似于生物采矿(见“生物采矿”一节)，因此类似的微生物和生物技术可用于回收电子废物82。

　　塑料在地球上的日常生活中已经成为不可缺少的，例如，在建筑、包装和制造业中使用。除了常见的地球模拟应用之外，塑料，特别是高强度和耐久性的塑料，作为航天器和宇航服的部件，在支持人类在太空中的活动方面发挥着关键作用。大多数塑料是由从不可再生的化石燃料中提取的有机聚合物组成83。在像太空这样的环境中，化石燃料是不可用的，塑料的回收和升级循环将是重要的(i)获得制造原料，以生产新的消耗品，(ii)重新使用和回收资源，从而关闭碳基给料的循环，以及(iii)减少废物处理。微生物已被证明可以将微塑料分解为支持生长的可代谢化合物。这一过程被称为生物降解，为循环生物经济提供了令人兴奋的途径83，英国天体生物学中心(英国爱丁堡大学)的研究人员正在探索这些微生物过程是否也可以用于太空中的废物回收。现代合成生物学方法可用于为地外环境量身定制微生物途径/功能43,48，并使用塑料作为升级循环和生产有用分子的原料84,85。与微生物塑料生物降解相补充的是塑料的微生物生产(例如，生物塑料)。某些微生物可以使用各种原料，包括CO2、CH4或废弃生物质，来生产聚羟基烷酸盐等生物塑料。由于生物塑料比基于化石燃料的聚合物更容易生物降解，这些过程将通过闭环的方式提高可持续性。

　　虽然不是生命维持的直接功能(如食物、氧气、水的生产)，但所有先前的微生物过程都可以支持LSS，反之亦然，使长时间的太空飞行更具可持续性。例如，来自电子垃圾的金属可以供养含有植物或微生物的LSS隔间，这反过来又可以增强与LSS直接相关的过程(图1)50。

　　土壤修复

　　重金属和有毒化合物，如高氯酸盐，可以从月球和火星的风化层中去除，使其能够用于土壤形成，用于粮食生产86。为了实现这一目标，清除有毒化合物是必要的，因为它们在植物组织中积聚会给宇航员带来潜在风险。如上所述(见“生物采矿”一节)，微生物可以结合和动员来自月球和火星风化层的特定元素53,88。这与去除有毒元素和化合物(生物修复)一起，可以改善风化层作为植物生长基质的质量89，大大减少植物基LSS持续运行所需的资源。*终，这种循环方法结合了迄今为止所述过程的关键要素，同时能够生产维持地球外人类所需的食物，并*大限度地减少需要从地球运输的资源。

　　生物修复可由变形菌门(如鞘单胞菌)和真菌(如青霉菌属90,91)支持。对这些生物或其他物种进行基因工程可以去除高氯酸盐(例如，将高氯酸盐转化为分子氯和氧87)，以及重金属、放射性物质的积累和转化92、酸、盐和来自地外风化层的有机污染物。

　　由于微生物催化非常特定的反应，它们的使用可以导致资源的高效利用，同时不改变无毒化合物。此外，生物修复所需的能量通常低于物理化学替代方法，如热处理以分解高氯酸盐。*后一点可能会被所需的营养物质所抵消，而这些营养物质并不能保证就地就能得到。然而，这些可以从其他生物LSS隔间衍生出来，包括上面描述的那些。目前关于这些过程在空间中的适用性的知识有限，因此需要更好地了解生物修复机制、空间环境中的微生物行为及其对土壤形成的潜力。

　　技术需求和未来研究

　　迄今为止讨论的大多数应用的一个共同技术分母是需要为微生物及其支持或启用的功能提供受控的环境。微生物过程取决于温度、压力、氧气可用性(或有无)、pH值、重力和辐射条件以及其他因素93,94。这些方面推动了(i)生物反应器的技术需求，以为特定过程提供适当的环境，以及(ii)了解空间环境对这些过程的影响所需的研究，以确定在*小化资源、工程和操作要求的同时*大化产量的条件。

　　从技术角度来看，开发适合太空使用的生物反应器至关重要。这些可能需要针对它们所支持的应用程序进行特殊化，尽管它们之间的共性是预期的，其中包括:(i)提供和维持受控环境(温度、压力、液体/气体组成)，(ii)工程系统的生存能力和其中的微生物的数据收集能力，以及其性能(包括散装介质和气体的化学和物理状态，如适用)，(iii)提供前体、接收产品和连接下游处理设备的接口的存在，(iv)按需采样的能力，(v)至少部分自主经营的能力;以及(vi)符合行星保护准则的适当遏制水平，这与未来的火星定居点特别相关(值得注意的是，从这个角度来看，闭环系统已被确定为潜在的解决方案)95。

　　根据应用的不同，会有差异，例如，表面积体积比(SAVR)，例如，微生物支持的光自养生物直接空气捕获CO2需要高SAVR，以*大化CO2与微生物的摩尔比和细胞暴露于光96。相反，一些药物合成过程可以在厌氧条件下进行，因此可能不依赖于SAVR39。培养体积的另一个方面可能会有所不同:要求高savr的应用可能会产生蛇形培养体积的设计驱动，特别是对于光养生物(类似于高性能热交换器)，而低savr的应用可能会使用更简单的圆柱形罐。反过来，这可能会驱动系统对流体流动和混合的需求。还有许多其他方面需要考虑，这些方面也会影响工艺效率，这尤其适用于无搅拌的生物反应器。即在生物反应器设计时必须考虑的相内和相间(液-固、气-液、气-固)的质量输运现象，这些质量输运现象取决于浓度梯度、温度等。

　　两项与应用相关的技术需求是数据采集和样本收集，在某些情况下，这将需要气/液/固分离。在月球和火星表面，由于(部分)重力的存在，这种情况可能会自然发生。然而，在微重力环境下进行的操作(例如，空间站和火星探测器)提出了一个更具挑战性的工程问题。从生物学的角度来看，特别令人感兴趣的是开发自动化和实时监测系统(生长和产量、滴度和产量、pH值、pO2以及输入和输出)，以便对系统性能进行表征。

　　任何以微生物为基础的生物技术都需要液态水97，液态水是任何长期太空活动*关键的商品之一。在国际空间站上，水目前是由水回收系统获取的，该系统是ECLSS18的一部分:尿液、湿气凝结物和人类排泄物被回收，通过蒸馏、过滤、高温催化和化学消毒等多个过程来生成饮用水98。这对于长期特派团和*终的定居点可能是不够的。因此，必须通过更完整的循环封闭来提高水的回收率(图1)。此外，可以通过机械/物理过程和/或生物采矿(见“生物采矿”一节)从月球和火星上的不同位置或小行星上获得额外的水。

　　其他技术需求还包括对需要一定程度的隔离和隔离的应用程序进行划分。一些应用，如MICP、土壤生物修复和真菌结构，可能需要专门的专用隔间，以保护表面基础的其余部分不受其他不需要的微生物群落和风化层的影响，这可能对船员的健康和设备产生不利影响，而其他应用可能在相同的栖息地区域进行(图1)。空间条件，特别是高水平辐射，显示可诱发突变。以影响表型的方式改变微生物系统的基因型93这些可能会影响空间微生物过程的可靠性和稳健性。因此，技术应包括适当的辐射屏蔽，对表型和基因型进行严格和频繁的控制，以及冗余(例如，将主要接种物作为备份进行保护储存)。

　　“栖息地空气生物修复”一节中描述的每个类别都需要进行研究，以将其TRL增加到9，如图2所示。反过来，这项研究将需要专门的平台来进行研究，例如，获取微重力和部分重力，以及空间辐射。研究需要，除了在前一节中所描述的，包括生物膜控制策略。从礼炮6号到国际空间站，生物膜的形成一直是每个空间站的一个问题，并可能导致ECLSS设备的运行中断。这个问题已经通过来自地球的补给解决了，但在LEO100以外的长期任务中，这是不可能的。用于微生物培养的工程系统自然会暴露在不必要的微生物生物膜形成(即污染)的风险中。

　　这一讨论激发了以下一系列开放的研究问题:(i)微生物生物技术如何在保护地外环境的同时，增强长期深空探索任务和定居点、废物回收的可持续性?如何在遵守行星保护准则的同时进行这些进程?需要什么技术来监测过程效率?对于每种应用:(iv)在相关的重力和辐射环境中，哪些微生物(包括转基因微生物)和培养条件能优化该过程?(v)适用于实施该工艺的生物反应器、操作和基础设施要求是什么?(vi)我们如何收集、提取和提炼从工艺中获得的等分物和*终产品?

　　对地球的好处

　　空间探索一直是发展在地球上应用的新技术的催化剂和试验台(例如，附带技术)101。空间科学对解决地球环境问题的影响也并不新鲜。事实上，太空活动被联合国公认为“实现可持续发展目标的重要工具”11,12。此外，天基技术对于监测天气和植被模式(自然和人为)、森林砍伐、水资源、塑料污染、碳排放和气候变化必不可少。更具体地说，这项工作中列出的空间生物技术可以提供强大的工具来支持一些具体的可持续发展目标，包括“零饥饿”(目标2)、“良好健康和福祉”(目标3)、“清洁水和卫生设施”(目标6)、“负担得起的清洁能源”(目标7)、“工业、创新和基础设施”(目标9)、“可持续城市和社区”(目标11)、“负责任的消费和生产”(目标12)以及“气候行动”(目标13)11,2。将来，陆地环境问题可以通过使用专门为增强可持续性而设计的空间生物技术来解决:允许小规模资源紧密闭环和近乎理想的循环运作的系统是在全球范围内应用的典范。这种切实的公共利益不仅是向资助机构和政府证明太空探索合理性的关键，而且是在多重重叠的危机威胁着我们文明及其生态支持系统的稳定之际，激励科学家投入时间和精力进行太空探索的关键。

　　各空间机构和组织都认识到这一概念的巨大潜力。越来越多的提案被提出，目的是制定战略，利用空间资源解决地球上的环境问题。2021年，欧空局(即“欧空局循环经济启动竞赛”)102和NASA(即“轨道炼金术挑战”)103发起了相关竞赛。2022年，太空科学促进中心(CASIS)宣布了“超越塑料”可持续发展挑战(即“CASIS超越塑料”)104，其座右铭是“如果下一个改善我们星球的伟大发现来自地球外的研究呢?”值得注意的是，包括获胜者在内的三个入围项目中有两个涉及微生物的使用。

　　这里介绍的许多基于微生物的空间技术和战略都有可能被转移，并为地面应用带来好处。为应用于其他陆地体而开发的土壤修复技术可用于帮助对地球上的土壤污染作出反应，识别或设计适合清理和降解特定污染物的生物，以及使用抗干燥的生物来防治荒漠化。同样，植物/微生物基因工程技术可以用于使作物在有限资源的更小空间内生长，并提供相当或更高的产量。

　　太空飞行中细菌毒性的增加有可能有助于确定对抗耐药性的新靶点37。按需在太空制造药物可能会比在地球上更简单(例如，步骤更少)但更灵活的药物生产和纯化。这可能会改变目前使用的复杂且难以持续的生产工艺，用生物制造取代它们，并降低药物成本，从而使资源稀缺的偏远地区能够获得关键药物。碳捕获和封存技术将有可能直接转移到地球上，以应对气候变化。

　　在能源转型中，氢被认为是季节性储存、工业过程和一般电网平衡的基石。在空间技术的背景下，利用生物生产氢，可以促进发现地球上绿色氢的生产途径75。生物混凝土合成和真菌结构的研究将增强微生物在基础设施建设和维护中的应用方式。和太空一样，地球也有各种极端条件。工程微生物用于基础设施维护可以解决偏远和艰苦地区的问题。用于太空应用的改进和高效的废物回收，包括但不限于有机/生物、塑料/消耗品和电子废物，可以转化为地球应用，以解决陆地废物管理问题、垃圾填埋场溢出和环境污染。

　　结论

　　通过这项工作，我们的目标是倡导人类太空探索可持续方法的紧迫性，以及微生物生物技术在这方面可以发挥的重要作用。已经讨论了微生物生物技术如何支持几个过程，这些过程反过来可以帮助减少供应链对(来自地球的)长期深空探索任务的依赖，*终使人类能够在整个太阳系立足和定居。与此同时，这些微生物支持的过程中的一些也可能有助于关闭LSS和其他系统的循环，这些系统可以保护资源和地外环境。这两个方面，独立地和共同地，使空间探索能够以可持续的方式进行。

　　为了为已命名生物技术的成熟提供适当的条件，并向更广泛的社区开放该领域，需要进行研究和创新。初步研究应在地球上的实验室、模拟平台和近地轨道上进行，并在顺月空间和月球表面进行全面调查。还应考虑在样品重复和实验条件方面增加现有天基设施以增加空间实验能力，以改善初步研究的影响。资助应该考虑到基因工程和合成生物学的高成本(和时间)，这些技术可能严重依赖于它们。

　　*后，讨论了这些技术对地球效益的潜力，具体参考了联合国可持续发展目标。如果在地球外维持人类生活和经济活动的超高效方法能够用于有意意义地解决我们地球上的问题，那么太空探索将为公共投资带来丰厚回报，从而不仅在技术上，而且在政治上变得更加可持续。关于太空旅行和探索对公众有益的辩论是健康和必要的，但在可持续性领域，太空倡导者现在可能有机会赢得这场辩论，为一代人。