摘要本文描述了科学家以生物学“虚拟现实”技术设计建造的模拟地球情形的“生物圈2号”实验基地。介绍了“生物圈2号”外部形态和内部功能以及生物圈居民的生活情况。通过分析“生物圈2号”失败的原因，得出在目前现有条件下地球是人类唯一家园的结论。

生物圈（Biosphere）—词是1875年由奥地利地质学家Eduard Suess提出来的，指地球表面生物及其生存环境的总和。科学家们把生命休养生息的地球称为“生物圈1号”。美国一些自称为“太空生物圈冒险家”的学者出于对太空旅行和人类是否能移居到月球上生活的极大兴趣，于1984年始设计并建造了模拟地球情形的“生物圈2号”，使它作为一个实验基地去研究地球生态系统；研究生态系统中各因素的相互作用；研究植物、动物，特别是人能否长期生活在里面。还可以获取一些有价值的资料，以便更淸楚地了解“生物圈1号”——地球。

“生物圈2号”设置在美国亚利桑那州图桑市北部的卡塔利纳山麓，它是一个巨大的、具有未来派风格的用玻璃、钢筋混凝土建造的形状独特而美观的建筑。“生物圈2号”耗资2亿美元，占地13000 m2,最高点有91英尺，地面用重500吨的不锈钢内衬与大地分开，整个构架有6000多个绝对密闭的玻璃窗，形成一个完全密封的、与世隔绝的结构。“生物圈2号”里面的布局完全模拟自然界，有人造太阳、人工降雨、人工通风；有海洋、沙漠、草原、沼泽、雨林；有农作物生产区；有人的居住区；还有3000多种动物和植物。简直就是一个完全独立的生命支持系统。

设计和制造者们对“生物圈2号”的运作进行了周密的安排。“生物圈2号”能源中心有一个很大的天然气发生器，它能产生所需电能3倍的能E，来驱动所有系统的工作。另外，还有一个能M紧急恢复系统，以确保能量供应。这个能量中心也通过控制密闭管道中水的冷热来调节“生物圈2号”内部的温度。还有750个电子探测器，每3分钟监测一次土壤、气压和湿度。“生物圈2号”有两个圆顶建筑是参照肺脏用橡胶膜建造的可改变自身体积的气压调节室，它随着“生物圈2号”内部气压的变化而膨胀或收缩来调节气压，以预防高大密闭的“生物圈2号”建筑内陷或爆炸。

“生物圈2号”里的海洋是世界上最大的人工海洋，海水表面积为700 m2,最深处达25英尺，容量大约有100万加仑。它是一个通过技术控制的自我助益的系统，自动调节海水的含盐量、温度和pH值，驱动泵使海水持续围绕着珊瑚礁流动而形成海浪。海藻控制着养分和含氧量，一些并不凶猛的海鱼在水中游来游去。这个人造海洋成为研究海洋生物学极为便利的地方。

“生物圈2号”里2000 m2的热带雨林为生物圈居民提供氧气、食物、纤维和药品。它呈立体布局，有高层的大树、中层的木本植物、低层的灌木和地表的草本植物共300余种。还通过控制降雨量来保持热带雨林的温度在摄氏23~34%左右。

在“生物圈2号”建设的同时，来自美国、英国、德国、墨西哥、比利时、澳大利亚和尼泊尔的15位科学家也分别接受了严格的科学技能的训练，除了已具有的知识外，还获得了工程学、化学、海洋生物学、农学、电子学、医学等学科的知识及必备的潜水技巧、电脑操作技能和实验技能。1991年9月26日，8位科学家（4男4女）怀着雄心壮志进入“生物圈2号”，成为首批生物圈居民。他们边观察、边试验、边探究、边体验，看看在这个微缩的生态系统中能过多久自给自足的生活。他们在农作物生产区种植粮食和蔬菜，为了防止机械种植污染大气，每种农作物都是手工种植和收获。由于禁止使用杀虫剂，大批疯蚁十分猖獗，危害了蝴蝶、飞蛾、蜜蜂、甲虫这些给农作物授粉的昆虫，使农作物减产。另一方而，阴绵的气候和光照不足，也使农作物产货不足以维持生物圈居民的生活需要、为生物圈居民提供肉类的动物是鱼类、尼日利亚矮种山羊、日本丛林野禽和野猪。然而这些经过精心挑选的动物仍不能满足生物圈居民对奶、蛋、肉的需要，尤其是空气中二氧化碳的增高和氧气含量的下降对生物圈居民造成了威胁。

两年后的“生物圈2号”：

• 上层的温度远远高于预计的数字，而下层的温度又远远低于预计的数字；

• 空气中二氧化碳量猛增（340 mg/kg→571 mg/kg）,氧气量减少（21%→14%）,不足以维持人的生存；

• 过高的湿度把沙漠变成了绿油油的草地；

• 用来吸收二氧化碳的牵牛花疯狂蔓延，把农田都覆盖了，农作物由于大气变酸而种植失败；

• 25种脊椎动物有19种全部死亡，除了蟑螂、蟋蟀和疯蚁外，其余昆虫全部死亡；

• 那些靠昆虫传粉延续后代的植物也灭绝了，大树摇摇欲坠；

• 一氧化碳贵猛增到百万分之79,足以减弱人体合成某种维生素的能力，危害大脑健康；

• 生物圈居民普遍体质减弱，体重下降，一位居民两年来体重从190磅降到150磅，而且出现多疑症状，总怀疑食物被盗。

残酷的现实使试验者们不得不承认“生物圈2号”的失败，1993年9月26日8位生物圈居民从“生物圈2号”里出来。经过6个月过渡期，第二批5男2女科学家又进入“生物圈2号”，他们在里面仅居住了6个半月就不得不于1994年9月17日出来。自那以后，再也没有人类在“生物圈2号”里面居住的计划。

1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”，并任命国家科学基金会副会长W. Harris为“生物圈2号”的负责人，他于10月14日上任后启动了新的研究项目，焦点集中在高温和高浓度二氧化碳对生物的影响，因为高温和高浓度二氧化碳将是下世纪末给地球上的生命带来毁灭性威胁的大气气候。

“生物圈2号”已将居民区与其它六个区域（海洋、沙漠、草原、沼泽、雨林、农业区）隔开，居民区作为教育、研究、旅游基地于1996年11月26日正式向游客开放。美国自然历史博物馆和国家环境保护基金会在那里举办了“地球生物学展览”，还提供一系列令来访者感兴趣的环境教育项目。哥伦比亚大学专设了“生物圈2号”园地，那里有学生公寓、教室、实验室和开放性的试验场所，还设置了“生物圈2号”课程，每年都有来自世界各地的大学生在这里接受“生物圈2号”专家组的指导，来研究地球整体无限的潜在力。

“生物圈2号”也从另一方面告诉我们：在目前现有条件下，人类还无法模拟出类似地球可供人类长期生存的生态环境，地球是人类唯一的家园！