人工生物圈的最大缺陷是什么？
如果非要挑一个“最大”的缺陷，我会毫不犹豫地指向其脆弱性与稳定性难以保证的“内生性困境”。这听起来有点绕，但却是人工生物圈最核心的难题。简单来说，就是在完全人为控制的环境下，要维持一个复杂的、动态平衡的生态系统，其内在的稳定性和应对突发状况的能力，与自然生态系统相比，简直是天壤之别。
我们先来拆解一下这个“内生性困境”的几个关键层面：
1. 生物多样性的缺失与生态功能的单一化：
自然界，尤其是那些稳定成熟的生态系统，之所以能够蓬勃发展并自我调节，很大程度上归功于其极其丰富的生物多样性。无数的微生物、植物、动物，它们之间构成了一个错综复杂、相互依赖的网络。即使某个环节出了问题，其他环节也可能及时填补空缺，维持整体的运转。
在人工生物圈里，出于对可控性、效率和成本的考量，我们往往会选择数量有限、功能明确的物种。比如，为了生产食物会选择几种高效的农作物，为了净化空气会引入一些特定的植物，为了处理废物会依赖几种主要的微生物。这种“精挑细选”的模式，在初期看似高效，但一旦其中某个物种出现问题（比如某种微生物失活，某种植物感染病虫害），就可能引发连锁反应。没有足够多的“替代方案”，整个系统的“弹性”就会大打折扣，甚至可能崩溃。
想象一下，一个自然森林里，可能有一百种不同的真菌分解有机物，但人工生物圈可能只依赖一种高效的细菌。如果这种细菌因为某种未知的变异或环境变化而失活，那么有机物的分解就会陷入停滞，积累的废物可能会毒害其他生物，整个系统就危险了。
2. 微生物群落的不可控性与“黑箱效应”：
微生物，特别是土壤和水体中的微生物群落，是地球生态系统中最关键的“工程师”，它们参与了物质循环、能量流动、废物处理等几乎所有生命活动。然而，即便以我们目前的科技水平，我们对这些微生物群落的认知依然非常有限。它们是极其复杂的、动态变化的集合体，其中的相互作用和潜在功能远超我们的理解。
在人工生物圈中，我们试图引入或培养特定的微生物来完成某些任务，但我们很难预测和完全控制它们的行为。微生物会不断进化，它们之间的关系也会随环境变化而改变。我们也许引入了一种高效的固氮菌，但它可能会在一段时间后被另一种更具竞争力的菌株取代，而新的菌株是否能同样高效地完成任务，我们不得而知。更糟糕的是，一些意想不到的有害微生物可能会趁虚而入，并在没有天敌或竞争者压制的情况下迅速繁殖，导致系统失衡。这种“黑箱效应”让微生物层面的风险难以规避。
3. 物质循环的封闭性与能量输入的绝对依赖：
自然生态系统是开放的，它从太阳获取能量，从大气和地壳中获取物质，并将代谢废物释放回环境，形成一个相对动态的循环。
人工生物圈则试图实现高度封闭的物质循环，将所有的物质都尽可能地回收利用。理论上，这可以极大地减少外部资源的消耗。但现实是，即使是最先进的人工生物圈，在物质循环上也无法做到百分之百的完美。总会有一些物质的流失或转化不完全，需要外部补充。更关键的是，能量的输入是绝对且持续的。虽然太阳光是最终的能量来源，但如何在封闭的环境中，高效、稳定地转化为生物可利用的能量，并且避免能量的浪费或过剩导致温度失控，是一个巨大的挑战。
例如，植物光合作用效率并不高，而人工照明又需要大量能源。如果照明系统故障，或者太阳能转化效率达不到预期，整个食物链就会崩溃。
4. 长期稳定性与“世代演替”的缺失：
自然生态系统经过亿万年的演化，具备了强大的自我更新和适应能力。物种会自然淘汰，新的物种可能出现，生态结构也在不断调整，从而保持长期的稳定性。
人工生物圈，由于其人为设计的属性，缺乏这种“世代演替”的机制。我们选择的物种可能在长期暴露于特定环境后，其基因会发生未预期的改变，或者失去某些关键功能。我们也很难预测在几十年甚至上百年的时间尺度上，这些人工选择的物种是否能保持其原有的特性，或者能否应对环境中极其微小的变化。这种缺乏自然选择压力的环境，反而可能导致生物体的退化或适应性降低，最终影响系统的稳定性。
5. 对外部环境变化的极度敏感性：
尽管人工生物圈追求封闭和自给自足，但它在很大程度上仍然是脆弱的“温室花朵”。任何外部的干扰，无论多么微小，都可能对其造成毁灭性的打击。例如，一旦密封性出现问题，外部的污染物、病原体或不适宜的温度、湿度涌入，整个系统就可能在短时间内被破坏。即使是轻微的参数波动，比如二氧化碳浓度的细微变化，如果系统中没有足够的缓冲机制，也可能导致生物体的胁迫反应，进而影响整个链条。
总结来说，人工生物圈最大的缺陷在于它试图用有限的、经过人工筛选的组件，去模拟一个极其复杂、充满偶然性但又异常强大的自然系统。 我们对自然界运作机制的理解尚不完全，而将这些不完整的知识应用于创造一个完全独立且需要长期稳定运作的系统，本身就充满了巨大的不确定性。这种内在的脆弱性和对精细控制的高度依赖，使得人工生物圈在面对未知变量和突发情况时，显得异常“不堪一击”。它并非一个“坏”的构想，而是我们当前认知能力和工程技术边界的真实体现，它暴露了我们在驾驭复杂生命系统方面的局限性。
网友意见
和计划经济最大的缺陷其实是一样的：对复杂系统肤浅的了解不足以支撑不切实际的野心。
不能IPO
人工生物圈的最大缺陷是人类太年轻太单纯，人类做的各种设计往往是想当然的，而且往往缺乏资金投入。
人工生物圈、人造生物圈，或曰人造封闭生态系统，可以帮我们加深对地球生物的了解，其研究成果能应用于航海（尤其是潜艇）、航天、环境保护、民防工程等领域，有必要发展，但并无特别迫切的需求。这方面最大的障碍是缺少资金，而且“生物圈二号”之类大规模项目在自然科学上取得的成果还不如工程学上来得多：它揭露了我们过去对生物和身边的建筑材料的严重无知。
过去几十年里，许多先驱讨论过在空间站、月球、火星上建立人造生物圈的可行性。现在有不少解决方案，其中一些方法在现有技术水平下是可以实现的，但没有足够的资金投入。
在封闭生态系统中，至少要有一种自养生物来生产有机物，每一种生物新陈代谢产生的废弃物必须能被至少一种生物所利用，上述过程可以有机器辅助，但现有的机器还不能完全包办。如果该系统的目的是让人在里面维持至少一段时间的生存，人呼吸释放的二氧化碳、日常排泄的粪便和尿液等必须被其他生物和机器转化为氧气、食物和水。在现有的实践中，很难期待靠化能自养生物维持人的生活所需，绝大多数封闭生态系统实验设施建立在光能自养生物的基础上，小球藻之类单细胞光合生物是热门选择。
读者可以简单了解一下“生物圈二号”的情况：
生物圈2号（Biosphere 2）位于美国亚利桑那州，是艾德·巴斯等人在1987~1989年主持建造的人造封闭生态系统，占地1.3万平方米，约有8层楼高，为圆顶形密封钢架结构的玻璃建筑物。
生物圈2号的设计目的是探索基于各种生物群系的、具有不同区域结构的生命系统内的相互作用网络，证明人造封闭生态系统能在太空或其它天体上自我维持并支持人类居住。建筑内有数个生物群落和生活区、农业区、工作空间。
由于当时人们对从蟑螂到混凝土的各种东西的认识都很天真，生物圈2号的设计步子迈得太大，在里面设置了不完整的小块热带雨林、小块海水、小块湿地等对维持封闭环境并无好处的东西。
生物圈2号规划了两次长期科研任务：让8个人在只有阳光输入的状态下生活2年。第一次任务从1991年9月26日至1993年9月26日，第二次任务从1994年3月6日开始，在1994年9月6日由于资金问题而提前结束。
在第一次任务中，八位组员靠农业系统生产了83%的饮食。在第一年试验期间，由于缺乏经验，八人十分有效地减了肥，在第二年食物生产量提高之后体重才回升。他们还遇到氧气与二氧化碳浓度变化的问题：实验期间，封闭空间里的氧浓度徐徐下降，直到一些实验者感到不适。外界管理团队在1993年1月与1993年8月从外部朝生物圈2号泵入纯氧来解决。
- 生物圈2号的农业区、热带草原区、雨林区在任务前设置了支持植物生长的微生物，事后调查发现这些微生物消耗了超出预期的氧气，而建筑物基部的混凝土在硬化过程中吸收了微生物排出的大部分二氧化碳，从而让整个环境中的氧气徐徐减少。
在将受伤的实验者送出建筑等操作中，新闻界有人怀疑他们从外界输入了食物等物品，让实验的可信度下降。
实验过程中，人们想当然地引入的大量的授粉昆虫很快灭绝，一种热带蚂蚁和蟑螂大量繁殖、成为优势物种[1]，并负起了一部分授粉的责任——对，下次有人和你吹嘘说蜜蜂灭绝后人类OO个月云云的时候，你可以用这事实去啐ta——后期因二氧化碳浓度升高，热带雨林区的一些植物快速生长，枝干的支撑力下降，造成安全隐患。总之就是十分混乱，显示了地球生物的特性。
- 蚂蚁：年轻人，扯到蛋了吧，让爷爷来救你吧。
在第一次任务结束后，人们针对上述种种问题进行了大规模的改善工程与研究，用涂料封闭了所有的混凝土表面来防止其吸收二氧化碳。
在第二次任务中，八位实验者达成了食物生产自给自足的目标。但是，1994年4月5日，两名前项目成员从外部破坏生物圈2号，将一扇双门气闸和三个单门紧急出口打开了约十五分钟、损伤了5块玻璃。生物圈2号在一小时内重新密封，但已经有约10%的空气与外界发生交换。那之后又发生了两次组员变动，实验的意义下降了很多。
1994年9月6日，由于管理公司的财务困难，生物圈2号提前结束了封闭任务。那之后哥伦比亚大学、亚利桑那大学先后使用它进行了科研项目。
或者，要看成功的项目的话，可以看苏联的BIOS-3，美国的CELSS，日本的CEEF，我国的“绿航星际”与“月宫一号”。但我更建议读者看看火星-500，思考一下你要应用人造封闭生态系统的领域是否真的需要在封闭状态持续循环。
参考
- ^ 更讽刺的是，这蚂蚁不是人类放进去的，是自己从土里钻进去的
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