30多年前，有群土豪想要再造一个地球
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。
——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
多少年来，人类梦寐以求地憧憬着冲出地球，向宇宙进军。随着地球环境的恶化，这种愿望里似乎又加进了欲逃离的色彩，人们上下求索，加快了寻找的步伐。但是一个严峻的问题摆在了我们面前：如果离开了这个千万年来赖以生存的生态圈，人类还能够继续生存，延续命运吗？
最早考虑这个问题的，大约是传说中的人物：诺亚。在《旧约·创世纪》中，诺亚获得了上帝的神谕，因此在40天40夜大雨所引发的大洪水灭绝众生之前，就预先用高脂树木（歌斐木）制造了一艘包含很多房间的方舟，方舟内外还涂上了松香防水。驾驶方舟的诺亚一家，带着各种生物在神怒降世的大洪水中漂流了370天，直到看见衔着橄榄枝的鸽子之后，才终于获得了新生，从此成为了后代人类的祖先。
诺亚方舟想象图
传说自然只是传说，甚至诺亚方舟这个故事本身，也很可能只是借鉴自苏美尔人的神话人物西苏特罗斯（Xisuthros），公元前2600年的阿卡德文明就记载了这位大英雄从洪水中拯救世间万物的奇迹。只是那个时代简陋低下的人类文明，如果遇到什么突如其来的大灾祸，别说拯救苍生其他物种，可能连自个儿都救不了。
阿卡德文明遗留的西苏特罗斯画像
然而，数千年过去，人类的科技水平突飞猛进之后，科学界竟然开始未雨绸缪地探索：在生物灭绝性质的大灾难到来之前，或者当我们离开熟悉的地球时，能否制造一个完全人工的环境，让人类可以在其中像过去一样生活？
科学家设想的未来太空生态圈
上世纪初，苏联的火箭之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky），就在一篇论文中提到，如果人类将来需要在太空中长期生存的话，就必须要先学会脱离地球生态圈的生活方式，因此必须要掌握自己搭建生态系统的技能，再利用太阳能来管理植物的光合作用，从而在太空的封闭空间中得以长期生存。
火箭祖师爷：康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
正是基于齐奥尔科夫斯基的思想，苏联物理学和生物学家们在冰天雪地的西伯利亚克拉斯诺亚尔斯克市（Krasnoyarsk），打造了一座现代性质的“诺亚方舟”——最初时完全机密的BIOS-3全封闭式生物实验基地。
宁静美丽的克拉斯诺亚尔斯克市
BIOS-3始建于1965年，历时7年之后才完全打造完成。这个封闭基地是一个体积315立方米的地下钢结构空间，最多可以容纳三人。它的设计目的之一，就是为了配合当时太空竞赛中的苏联宇航局，可以让宇航员们在封闭生态系统中尝试生存。
完全隔绝的BIOS-3
BIOS-3被厚重的不锈钢板分隔成四个舱室，除了实验人员的卧室外，还有厨房、盥洗室等生活设施。除了备用的紧急出口外，整个系统和外界是完全隔离的，为了防止空气渗透，甚至还加装了橡胶密封垫进行气密处理。为了模拟太阳的存在，四个舱室内每一间都安装有一台20kw功率的氖弧灯，并通过附近的水力发电站供电。在这些氖弧灯的光合作用下，藻类、小麦和其他蔬菜植物得以生长，并起到调节空气中含氧量的作用。
BIOS-3内部情况
这些植物中，最主要负责维持氧气和二氧化碳平衡的，是一种叫做小球藻（Chlorella）的植物。虽然名字蠢萌蠢萌的，但是小球藻的来头可真不小。这种直径只有3-8微米的球形单细胞淡水藻类，早在20多亿年前就出现在了地球上，是这个星球上最早的生命体之一，同时，小球藻也是一种非常高效的光合植物。
小球藻
苏联人通过实验发现，只需要8立方米的小球藻，就能供给一个人全部的氧气摄入，它可以通过回收人呼出的废气，再重新制造出氧气。在理想状态下，这样的循环可以保证人类的基本氧气需求。从诞生之日起，BIOS-3生态系统一共进行了十次模拟实验，每一次都有1至3名实验员参与其中，最初的一次实验维持了180天。可以说这是最早期的，在人造生态环境下所进行的人类生存实验了。通过多次实验，BIOS-3成功地在封闭的人造环境中种植了包括谷物、蔬菜、藻类等11种作物。
科研人员在BIOS-3中检查作物长势
然而和许多其他苏联的黑科技项目一样，BIOS-3虽然是个伟大的先驱者，却并未修得什么正果，因为资金的匮乏，1984年的最后一次实验后，这个黑科技项目就被暂时中止了。苏联解体后，BIOS-3就成为俄罗斯科学院西伯利亚分院生物物理研究所的一个下属机构，专注于太空植物培育和废物回收。
俄罗斯科学院西伯利亚分院生物物理研究所
在BIOS-3之后，美国的NASA，日本的闭合生态实验研究机构CEEF，以及欧洲空间局ESA，都参照BIOS-3的模式，有样学样地搞了自己的一套项目来进行类似研究。只是这玩意实在过于烧钱，因此这几次尝试也都因为经费原因的瓶颈，最终无疾而终了。
在CEEF中种植水稻的日本科研人员
就在全世界都准备放弃类似研究的时候，一个叫生物圈2号的项目横空出世。生物圈2号，是建于美国亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，它由与之八竿子打不着“不务正业”的美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资公司承建，耗资1.5亿美元。这笔投资在当时也不是个小数字。
前橄榄球运动员约翰·艾伦
生物圈2号项目是在一个占地3.1英亩(12550平方米)，大约有两个足球场大小、用玻璃和钢架建成的一个密闭拱形玻璃罩内进行的。这个拱形玻璃罩从外观看，由三个圆拱形结构和一个金字塔形结构的建筑群组成，有10—20层楼高，里面设置了多个连通的实验室。一些科学家将此项目戏称为"在一个瓶子中的星球"、“微型地球”、“火星殖民地原型”。这是世界上最大的、用人工建筑与陆地表面连接起来的一个封闭生态系统。
生物圈2号外景
生物圈2号由热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠等5个模拟野生生物群落和集约农业区和居住区2个人工生物群落组成。野生生物群落以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板，分别由美、英生物和生态学家设计而成。圈内共有约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、裸子和被子等）约3000种，微生物（包括细菌、粘菌、真菌、微藻等）约1000种，它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。
划分完备的各个生态区域
生物圈2号项目的初衷，是为了研究封闭环境下空气、土壤、动植物、微生物和人类之间的相互作用和影响，同时也为未来太空殖民计划提供前期的移民基地方案。此外，还有一个更加深远的设想：测试生存在其内部的生命，是否能够按照地球上生命进化的轨迹进行自我调节， 以适应太空环境下的生活。
生物圈2号的内部构造图
从1987年到1991年，历时4年之后生物圈2号工程终于建设完毕，它将迎来第一批勇敢的挑战者。1991年9月26日这一天，包括四男四女在内的八名科学家进入了生物圈2号。按照计划，他们将在这个封闭的人造环境下真正“与世隔绝”地生活整整两年，期间除非遇到成员身体出现严重不适，否则禁止和外界有任何直接接触（当然看电视、上网这些还是可以的），更不允许离开。
第一批进入的科学家
这两年间他们主要的饮食来源，是在生物圈内种植的86种作物，其中包括香蕉、南瓜、红薯、甜菜、花生、扁豆、豇豆、水稻和小麦作物等等，之所以要选择如此多样的种类，就是为了在出现某种作物无法继续生长的情况下，不至于断粮。同时，多种作物可以保证营养的均衡，以及食材的丰富，避免像《火星救援》里的马特·达蒙只能靠天天啃土豆为生。按照规划，蔬菜主要占科研人员生存需求的83%，剩下的部分，嗯，人家其实还是有肉吃的。在生物圈2号中，有一块区域专门用来养殖家畜，其中还包括专业的育仔室、繁种室等。而遴选之后的家畜只有三种，分别是一种非洲矮山羊、一种原产自乔治亚州的猪，以及一种亚洲的杂交鸡。
科研人员正在照顾母羊
当然并不是说它们的肉有多好吃，这些家畜之所以被选入这个现代版“诺亚方舟”，完全是因为它们的特性非常有利于人类的生活：不是特别能产奶，就是特别能生仔（或者下蛋）。更重要的是，它们能吃人类吃不来的各种残枝败叶，拉出的粑粑还能直接供肥。噢，除了这些荤菜，八个人还有鱼肉可以吃，因为那里还养着我们喜闻乐见的——中国鲫鱼。
中国鲫鱼
一开始这八名科学家都觉得自己很幸运，能够被选中参加这样前所未见的实验。的确，实验初期的阶段，八人过着可称田园牧歌般的美妙生活。这群现代鲁滨逊在意识到今后两年只能自给自足之后，发挥出了最大的天赋来种菜。可以说原本就对作物习性十分了解的他们，基本上利用了生物圈内每一寸可以利用的土地，单位产量也大大超越一般的种植方式。
生物圈2号内部景色
种菜之余，每天还可以喂喂猪，养养鸡，挤挤奶，帮助牲畜交配之类，一周只需要一天的时间用来检查、维护和修理整个系统。周末时，八位科研人员常常一边写着报告，一边用咖啡树上的新鲜咖啡豆泡杯咖啡，偶尔还会拿出精心酿造的米酒小酌一下。
开始阶段时的实验员妹子笑得很开心
然而，随着时间的推移，严重程度不一的各种问题也接踵而至了。首先，由于生物圈2号是一个完整封闭的内循环系统，因此使用带有毒性的除虫剂和除草剂是不可能的，会有毒物长期残留在系统内。因此，研究人员只能采取无毒的方式来防虫，比如以虫治虫或是喷洒肥皂水的方式来驱赶害虫。然而毕竟缺乏直接有效的手段，生物圈2号内各片区域都开始大量繁殖害虫，比如：二点蛛形蜗、粉状介壳虫、蚜虫、潜叶虫、白粉菌、根结线虫、土鳖虫、臭虫和嶂螂等等。恼人的虫子入侵了新生的作物，导致了减产。
由于虫害作物减产
为了解决害虫问题，八个人可谓是想尽了各种办法，他们花了大量时间用清水清洗侵染的叶子，又根据害虫的分布重新进行了抗虫类作物的轮种，增添了作物的多样性，才算是基本控制了害虫。就在害虫问题解决不久，另一个问题又凸显了出来，这就是长期封闭环境内的空气质量问题。根据此前苏联BIOS-3的经验，整个实验能否顺利进行下去，很大程度上取决于系统内空气的成分。而此前研究中发现，生长于人造环境下的植物虽然可以很好地平衡二氧化碳和氧气的浓度，但是对于其他各种微量气体却无能为力。
堪忧的空气质量
好在这个问题也并未造成很大的困扰，毕竟在生物圈2号内拥有着一种优质而自然的空气净化器：土壤。科研人员通过泵送空气的方式，将空气强制通过土壤进行过滤净化，再加上严格执行人类和家畜排泄物的再循环处理，粪便需要固定堆沤，废水更是要经过厌氧微生物发酵和水生植物的代谢分解处理，终于将微量气体的水平降低到了一个可以接受的程度。
生物圈2号的废水处理系统
如果说前两个问题还是生物圈2号系统本身的问题，可以妥善解决的话，第三个问题就严重得多了，这个问题恰好反映出了大自然的不确定性和复杂性。虽然生物圈2号所在地阳光充裕，但是就在八人进驻生物圈2号后不久，全球化的厄尔尼诺现象发生了。这直接导致了美国西南部地区极为反常的秋冬季多云气候，阳光被厚重的云层遮蔽住了，这一不正常现象一直延续到第二年，使得生物圈2号的光照水平比预期降低了20%之多。
全球化的厄尔尼诺现象，导致美国西南部不正常的湿润
缺乏足够光照带来的问题是积累性的，而且没有什么可以直接应对的解决方法。它就像慢性病一样侵蚀着整个生物圈2号系统，于是随后伴生的问题越来越多，也越来越复杂。光照不足所带来的最大问题，就是植物光合作用的效果下降，导致系统内的含氧量一直在下降。一年半之后，已经从最初的20.9%下降到了14.5%，而这个数字仅仅相当于海拔4080米处的氧气含量。换言之，到了后来八名研究人员每天都在过着缺氧的日子，他们逐渐出现了睡眠呼吸暂停以及疲劳症状。
八人后来的状态已经明显不如当初
可以说，屋漏偏逢连夜雨，除了光照不足外，生物圈2号还因为自身设计中的一个潜在问题，导致了不可逆转的结局。这个设计问题，就在于因为当初缺乏经验，没有考虑到设施中的二氧化碳会与建筑物所用混凝土中的钙发生反应。而在日积月累的化学反应之后，生物圈2号内形成了大量的碳酸钙，致使含氧量进一步下降，而二氧化碳和二氧化氮的含量却一路稳步上升。于是接下来的环境问题就极其严重了：系统内大气和人造海洋的酸度不断增加，变酸的海水导致鱼类大量死亡，这些尸体堆积又堵塞了过滤系统。
生物圈2号内不断酸化的人造海洋
而且由于光照和空气问题导致湿度调节失衡，使得沙漠地带过于潮湿，大批的野草在其中生长，使得沙漠变成了丛林和草地。正是这样在我们看来的好事一桩，在封闭的人造环境中却导致了更大的危机：二氧化碳的浓度进一步上升。连锁反应带来的，是原本用于吸收二氧化碳的牵牛花开始野蛮生长，穿越了它原本限定的区域，阻碍了其他植物的繁殖。
后期的生物圈2号，一片枯萎
此时，家畜区的大部分脊椎动物都已经死亡了，更可怕的是，那些用于传粉的昆虫也死了，造成依赖它们授粉繁殖的植物也紧接着全部消失。这导致研究人员的粮食供应产生了歉收缺口，他们的体重一直在降低，其中一名成员的体重甚至从118公斤降低到了68公斤。更重要的是，每天下降的低氧状态，再加上长期填不饱肚子的饥饿感，使得所有成员的心理状态也出现了问题。而封闭隔绝的环境本身就是产生心理问题的一大诱因，这一点早已在南极的科考站中被证实了。
在后来的采访中，成员自称经常心态爆炸
到后来，这些成员们甚至开始产生焦虑和强烈的怀疑感，每天都担心自己的食物会不会被其他人偷走。在坚持了一年多之后，八名成员终于扛不住了，他们主动离开了生物圈2号，也意味着这一次的封闭环境实验彻底失败了。
如今的生物圈2号，已经成为了一个旅游景点
不过，就在生物圈2号宣告失败的12年后，日本环境科学研究所（IES）又在北部青森县六所村附近投入6500万美元，建造了一个外号“迷你地球”的“Biosphere J”闭锁性生态实验设施。它的面积仅有生物圈2号的十分之一，并且没有使用土壤，而是采用了全新的机器分解科技，但是依然没有解决二氧化碳浓度过大的问题。而且，由于机器24小时连续运转的噪音，在封闭环境下令置身其中的研究人员产生了严重的心理问题。在此之后，一些尝试也都失败了（包括中东土豪的），直到今天仍然没有哪个工程可以完成封闭环境下的长期生态平衡。
迷你地球项目外景
这是因为，生态系统的复杂度超乎我们的想象，任何一个不经意的系数变化，都会影响到整个系统整体。不得不说，即便生物圈2号这样的试验失败了，但它也只是一个人造的产物，而我们赖以为生的真正生物圈1号——地球，却无法承受这样的失败。虽然地球的生态圈有着强大的自我修补能力，但是如果地球的环境恶化到无法调整的地步，后果是不堪设想的。所以，至少在目前，与其想着如何复刻一个地球，不如更好地去保护现在的它。