无论今天陪伴我们的是清晨的阳光，还是连绵的阴雨；无论我们呼吸的是甜美的空气，还是PM2.5爆棚的雾霾，当我们生活在地球的生态圈中时，可能都不会意识到一个严重的问题：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，延续我们的命运吗？
嗯，就好比电影《火星救援》中，马特·达蒙在远离地球五千五百多万公里之外的火星上，靠着完全人工的土豆基地来维持生命，在那种隔绝的人造生态系统中苟延残喘。
可更可怕的是，如果人类遭遇到甚至足以引发灭绝的大灾难，比如在《辐射》浩劫之后的废土上，我们又该如何面对那种完全恶劣的环境，而不至于让文明从此终结？
01
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夜的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。
如果按照《圣经》中的记载，这艘搭乘了各类生物的诺亚方舟，有着.5米长，22.3米宽，13.4米高，排水量大约是泰坦尼克的五分之三，毋庸置疑可称是一艘“大船”。
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。传说中的诺亚活了岁，并在岁时生了三个儿子：闪、含以及雅弗，分别是*种人、黑种人和白种人的始祖。
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。
阿卡德文明遗留的西苏特罗斯画像
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……
然而，数千年过去，人类的科技水平突飞猛进之后，科学界竟然真的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？
上世纪初，苏联的火箭之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（KonstantinTsiolkovsky），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
并且，他老人家的论文末尾留下了振聋发聩的一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。”
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。
02
BIOS-3始建于年，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。
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，但是潜在的问题也是很多的，眠眠后面会仔细说……
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，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。
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
连堂堂美帝*府都缺钱搞不起，还有谁能支撑这样的科研项目呢？难道真有漫画里的钢铁侠或是布鲁斯·韦恩这样的超级土豪，敢于一掷千金，以一己之力的私人财产搞黑科技研发吗？
然而，还TM真的有……
03
这位大佬的名字可能并没有多少人听过，他叫做爱德华·巴斯（EdwardBass）。
年生于德克萨斯沃斯堡的巴斯，可谓是含着金汤匙出生的孩子，作为石油巨头家族企业的一员，他的人生可谓是一帆风顺。
如今的爱德华·巴斯
但是，巴斯和其他追求物质享受的土豪有着完全不同的精神世界。自幼目睹了美国工业化后，对环境危害造成的可怕影响后，童年阴影一直困扰巴斯的整个人生。就像蝙蝠侠布鲁斯·韦恩决意毕生打击罪犯一样，巴斯也许下宏远，要终生为了生态事业干一番大事。
从耶鲁大学毕业之后，巴斯就痴迷于各种庞大的环保工程，并为此挥洒着手中从钞票：从尼泊尔的豪华生态酒店，到澳大利亚占地30万英亩的牧场；从波多黎各的一片热带雨林，再到家乡沃斯堡的一个梦幻表演中心……
重返耶鲁大学时的爱德华·巴斯（中）
然而，所有的这些大投资都没有达到爱德华·巴斯心目中的完美idea，野心勃勃的他，想打造一个类似于BIOS-3那样的全封闭生态系统，并且要比苏联人的那个大得多，同时也复杂得多。
在当时人的眼中，这样的大工程可能仅仅存在于科幻小说中，何况是以个人的资金来支撑，就更加不可思议了。但巴斯靠着石油巨子的身家，却愣是把这种不可能化为了可能。
在精心计划之后，爱德华·巴斯选中了美国亚利桑那州菲尼克斯市和图森市之间，圣卡塔利娜山（SantaCatalinaMountains）地带海拔米的一块区域，曾经途径此地的眠眠告诉大家，这里基本是一片沙漠地带，可以说是最单调贫瘠的自然生态环境（基本就是《绝命*师》第一季的那种场景）。
因此，巴斯选中这个地方只有一个原因，他看中了那里超级充足的日照时间。
是的，巴斯的计划并不包括人工电能的氖弧灯，而是选择了完完全全的自然能源：太阳。这样他的生态系统就比曾经苏联的BIOS-3更加先进，同时也更加不可控制。事实上，在后来的实践中，就证明了这一点。
巴斯的工程面积也不是BIOS-3那样的小儿科，它有着庞大的平方米，体积更是达到000立方米。并且它的外形相当前卫，主基地是8层楼高的圆顶钢架玻璃结构，其他的部分也都由玻璃和不锈钢完整地包裹着，甚至连地下的部分，也使用了不锈钢材料实现完整分离。只有10%的气体年渗出率，说明了整个系统可以说封闭得相当完好。
生物圈2号
在这块穹顶之下，与世隔绝的小世界里，居然划分出了7块区域，其中包括五块自然区域，分别是：热带雨林、稀树草原、滨海沙漠、河口沼泽和热带海洋（海洋还包括珊瑚礁和海滩生态）。另外还有两个与空气和水循环系统相连接，但是设置了屏障以阻挡昆虫入侵的区域：集约型农业生物区和人类住宅区。
划分完备的各个生态区域
即便以今天的视角来看，这样规模的仿生生态圈也几乎是存在于科幻片中的存在。眠眠甚至怀疑最早的《侏罗纪公园》，包括后来的《疯狂动物城》，都从这个大工程中汲取了灵感。
毫无疑问，爱德华·巴斯规划的生态实验基地，简直就是一个微缩的地球，他以生物圈2号来命名这个庞杂的系统。为什么是2号呢？难道还有生物圈1号吗？
生物圈2号内部
没错，在他看来，真正的地球就是那个原始的生物圈1号。
04
如此规模庞大的生物圈2号，从规划好那天，就注定是一个烧钱的大工程。而且，巴斯为了实现最终计划，请来了上千位国际一流的，农业和种群生命多样化方面的工程师、科学家以及其他专家共同参与设计和施工。
此外，他还请到了当时著名的生态学家约翰·艾伦（JohnP.Allen），作为生物圈2号工程的主要负责人。
生物圈2号的内部构造图
虽然人力成本极其高昂，但生物圈2号本身的造价也是相当不菲：前面我们也说到了，整个生物圈2号最大的特点，就是遍布各处的巨大玻璃。这些双层玻璃被液态硅胶密封在轻质管钢之上，以保持内部的空气湿度，整个工程共有高达平方米的玻璃，因此，这座生物圈2号还有另一个别名：玻璃方舟。
只是，即便采用了如此大量的玻璃，但是照射到内部植物上的光线，依然损失了50%-60%之多。但这已经是当时可以想到的最优，同时也是最耗钱的方案了……最终，巴斯为了整个项目花掉了惊人的两亿美元（想想看，这可是在30多年前啊……）
可以说，爱德华·巴斯一掷千金，就是为了完成自己的一个夙愿。
生物圈2号项目的初衷，就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：一个宛如科幻片的存在
从年到年，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。
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。
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，扁豆和豇豆，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
并不是它们的肉有多好吃，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，因为生物圈里还养着我们喜闻乐见的——中国鲫鱼。
05
说实话，如果是眠眠自己的话，也非常期待能够作为其中一名实验者，去挑战一下这么新奇有趣的两年。所以，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。
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，笑得多么开心~
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*性的除虫剂和除草剂是不可能的，会有*物长期残留在系统内。因此，研究人员只能采取无*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。
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。
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。
虽然爱德华·巴斯最初选中这块地就是因为这里阳光充裕，然而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地湿润
缺乏足够的光照带来的问题是积累性质的，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……
06
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，这些尸体堆积有堵塞了过滤系统……
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。这由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公斤降低到了68公斤。
嗯，一个问题引发了一堆问题，所谓牵一发而动全身，大概就是这样的……
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，使得所有八名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。
年时，不甘心的爱德华·巴斯又组织了另外八名成员，参照之前的失败经验进行了全面改进，又进行了第二次挑战。没想到的是，这一次终结得更快，只坚持了十个月不到就宣告再次失败。失败原因更多是实验人员内部的矛盾，以及管理层的种种严重分歧。
所谓“谋事在人，成事在天”，这一次老天爷还没发威呢，人心却已经先散了：两名男性成员以缺氧不适为由，砸坏了五面玻璃，使得生物圈2号的严密封闭性荡然无存。得知这一切的巴斯立刻带着管理团队前来，接管了这里并驱逐了所有实验人员。
接连两次失败之后，巴斯没有继续自己的实验，而是将整个生物圈2号移交给了哥伦比亚大学，年时因为经费问题又转给了当地的亚利桑那大学。
如今的生物圈2号，已经成为了一个旅游景点
讽刺的是，当生物圈2号刚刚诞生时，它被称为自肯尼迪登月计划之后，“美国最令人兴奋的科学计划”，而短短数年之后，它就变成了“新时代的一场伪科学狂欢”……
爱德华·巴斯也坦然承认了自己的失败，但他依然没有改变初心，而是继续投身环保事业，并成为世界野生动物基金会（WWF）的荣誉主席，致力于亚洲地区老虎和犀牛的保护。与此同时，他也是位名列全球福布斯榜单的富豪。
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6万美元，建造了一个外号“迷你地球”的“BiosphereJ”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。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她。
