加利福尼亚州里弗赛德——对于即将访问火星的宇航员来说，在他们为期 3 年的任务中吃什么将是关键的问题之一。这不仅仅是品味问题。根据最近的一项估计，六名船员估计需要 10,000 公斤的食物来完成这次旅行。计划在 20 年内将人类送上火星的美国国家航空航天局 (NASA) 可以用预先包装好的食物塞满一艘宇宙飞船，并提前向这颗红色星球发射额外的补给品，以便返回家园。但即使这样也不能完全解决问题。

太空宇航员需求的微量营养素，包括许多维生素，会在数月内分解，需要在途中合成。食物不仅仅是卡路里的来源，味道、质地、新鲜度和其他因素都对维持我们的健康起着重要作用。

加州大学 (UC) 河滨分校的化学工程师罗伯特金克森认为，答案是让宇航员在黑暗中种植自己的机上花园，让植物生长由人工养分而非阳光驱动。这并不容易；毕竟，植物进化了数亿年以从阳光中提取能量。但 Jinkerson 认为，这可以通过重新唤醒植物已经拥有的代谢途径来实现——这些途径为埋在地下的种子发芽提供动力，然后在幼苗的叶子开始接触太阳时关闭。在他对未来的设想中，来自太阳能电池板的电力可以转化水和二氧化碳（CO 2) 由航天器机组人员呼出的简单、富含能量的碳氢化合物，转基因植物可以用来生长——即使在黑暗的太空或火星上昏暗的光线下，火星接收的阳光还不到地球的一半。

他的团队已经证明，在无光照条件下，改良植物即使还不能茁壮成长也能存活下来。如果加州大学河滨分校的研究人员能让它们蓬勃发展，Jinkerson 相信他们不仅能为宇航员提供食物，还能在没有土地和充足阳光的情况下在地球上种植多种作物。“它可以在南极等无法开展农业的地方实施，”金克森说，他的团队已经赢得了美国宇航局的两轮比赛。

其他人曾试图让植物摆脱光照，几十年的尝试都没有奏效是有原因的。“他们做任何事情都需要光，”卡内基科学学院的植物生物学家 Sue Rhee 说。光不仅在光合作用中发挥作用，而且在果实的发芽、生长、开花和成熟中也发挥着作用。但她认为 Jinkerson 的设想是“大胆的”，值得一试，因为它涉及基因调整和添加以前从未尝试过的营养物质的组合。加州大学伯克利分校的植物分子生物学家 Patrick Shih 对此表示赞同。“他们正试图重新思考我们如何做农业，”施说。“这是一种真正开箱即用的看待方式，令人耳目一新。”

2017 年，在加入加州大学河滨分校几个月后，金克森发现自己参加了特拉华大学化学家焦峰的研讨会。Jiao 正在描述他的团队使用电解槽进行的实验，电解槽是一种平装书大小的设备，可以用电将 CO 2和水转化为醋酸盐和乙烯，后者是塑料的基础材料。由于乙烯市场巨大，据最新统计每年价值 1,760 亿美元，围绕焦的电解槽的大部分讨论都集中在这种化合物上。但 Jinkerson 想到，如果 Jiao 可以从 CO 2中制造乙酸盐，他自己的团队就可以将其喂给藻类，也许有一天可以喂食粮食作物。“我认为这是一场完美的比赛，”金克森说。“我在停车场推销他，2 个月后又在一次会议上推销他。”

两人联手。焦和他的学生改造了他们的电解槽，以降低乙烯产量并提高乙酸盐产量。去年，他们在Nature Catalysis中报告称，他们已将乙酸盐的产量从 30% 提高到 99%，纯度高到足以直接喂给植物。此后，特拉华团队对其工艺进行了技术经济分析，表明在具有常规电网电力的电解槽中生产醋酸盐比生产用于纺织品等的醋酸盐的传统工艺更便宜。

在加州大学河滨分校植物转化研究中心的不锈钢冰箱内生长的乳白色珍珠牡蛎蘑菇说明了这种醋酸盐还可以做什么。

每个蘑菇都是从一个超大试管中长出来的，试管里装满了浸泡在液体生长介质中的沙状蛭石，这是一种醋酸盐和无机营养素（包括磷和氮）的混合物。在去年发表在《自然食品》杂志上的工作中，Jinkerson、Jiao 及其同事将电解槽中产生的乙酸盐喂给在黑暗中生长的蘑菇、酵母和藻类。这些生物将化学能转化为新生物量的效率比以光合作用种植的植物高 18 倍。

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