Các phi hành gia có thể ăn thức ăn làm từ phân trong tương lai, nghiên cứu cho biết

Ngay cả khi con người du hành ngoài Trái đất và mạo hiểm đến Sao Hỏa và xa hơn nữa, những thực tế bất tiện trong sinh học của con người sẽ xuất hiện cùng chúng ta. Những người tiên phong trong tương lai vẫn sẽ điều khiển cùng một con tàu yếu đuối, không hoàn hảo mà con người đã lái trong hàng ngàn năm: cơ thể con người. Và trừ khi chúng ta tìm ra một cách để vận hành bộ não và trái tim bằng pin, con người sẽ luôn phải ăn và uống và ị và đi tiểu.

May mắn thay, các nhà nghiên cứu đã làm việc chăm chỉ để cố gắng tìm ra cách đáp ứng yêu cầu sinh học của con người, trong khi giữ cho chuyến bay vào vũ trụ hiệu quả nhất có thể. Để đạt được điều này, các nhà sinh vật học tại Đại học bang Pennsylvania đã phát triển một phương pháp xử lý chất thải của con người bằng vi khuẩn để tạo ra một sản phẩm ăn được.

Đây là một điều kỳ lạ, nhưng khái niệm này sẽ hơi giống với Marmite hoặc Vegemite khi bạn đang ăn một chút 'vi sinh vật', ông Christopher House, tiến sĩ, giáo sư khoa học địa chất và đồng tác giả của bài báo, trong một tuyên bố. Ông và các đồng tác giả đã công bố phát hiện của họ trong số tháng 11 năm 2017 của tạp chí Khoa học đời sống trong nghiên cứu không gian.

Một trong những thách thức lớn trong các sứ mệnh không gian, đặc biệt là các chuyến đi dài hơn tới Sao Hỏa và xa hơn nữa, sẽ giữ cho các phi hành gia được cung cấp đủ dinh dưỡng mà không nhồi nhét toàn bộ con tàu bằng hộp thức ăn và bình đựng nước. Ngay cả các hệ thống để trồng rau sẽ chiếm nhiều không gian, năng lượng và nước. Và một khi các phi hành gia ăn và uống đồ tiếp tế của họ, họ sẽ cần lưu trữ chất thải của họ.

Đây là lý do tại sao House, cùng với Lisa Steinberg, Tiến sĩ và Rachel Kronyak tại Trung tâm nghiên cứu sinh vật học bang Pennsylvania, đã đưa ra một hệ thống giải quyết cả hai vấn đề này cùng một lúc bằng cách sử dụng hai giai đoạn xử lý chất thải vi khuẩn để tạo ra một goo dinh dưỡng có nhiều protein và chất béo. Các nhà nghiên cứu nói rằng chất này có thể được các phi hành gia ăn trực tiếp hoặc cho một sinh vật khác ăn, chẳng hạn như cá, sau đó họ sẽ ăn.

House Chúng tôi đã hình dung và thử nghiệm khái niệm xử lý đồng thời chất thải của các phi hành gia với chất thải của vi khuẩn trong khi tạo ra một sinh khối có thể ăn được trực tiếp hoặc gián tiếp tùy thuộc vào mối quan tâm về an toàn, House nói.

Để có được goo vi sinh vật này, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã chạy một hỗn hợp nước thải nhân tạo mà thường được sử dụng trong các thí nghiệm xử lý nước thông qua một thiết bị phân hủy kỵ khí. Thiết bị này chứa vi khuẩn phân hủy chất thải mà không có oxy, giống như thức ăn của con người.

Tiêu hóa kỵ khí là một thứ chúng ta thường xuyên sử dụng trên Trái đất để xử lý chất thải, House giải thích. Một cách hiệu quả để nhận được một cách hiệu quả để được xử lý và tái chế hàng loạt. Điều mới lạ về công việc của chúng tôi là lấy chất dinh dưỡng ra khỏi dòng đó và cố tình đưa chúng vào lò phản ứng vi sinh vật để trồng thức ăn.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khí metan sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí có thể được sử dụng để phát triển Methylococcus capsulatus, một loại vi khuẩn ăn khí metan và có nồng độ chất béo và protein mong muốn, tương ứng là 36% và 52%. Bằng cách giữ độ pH của hỗn hợp rất cao, họ nói rằng vi khuẩn gây bệnh, như E coli, wouldn có thể sống sót.

Trong khi các nhà nghiên cứu thiên đường thực sự đưa phân của người và đi tiểu vào thiết bị để tạo ra chất dinh dưỡng, họ nói rằng thí nghiệm này chứng minh khái niệm của họ. Thêm vào đó, tất cả các mảnh đã có sẵn trên thị trường.

Mỗi thành phần khá mạnh mẽ và nhanh chóng và phân hủy chất thải một cách nhanh chóng, tổ chức House nói trong bản tuyên bố. Tại sao điều đó có thể có tiềm năng cho chuyến bay vào vũ trụ trong tương lai. Nó nhanh hơn so với trồng cà chua hoặc khoai tây.

Trừu tượng: Các sứ mệnh không gian có người lái dài hạn trong tương lai sẽ yêu cầu tái chế hiệu quả nước và chất dinh dưỡng như một phần của hệ thống hỗ trợ sự sống. Xử lý chất thải sinh học ít tốn năng lượng hơn so với phương pháp xử lý hóa lý, tuy nhiên việc xử lý chất thải metan kỵ khí đã được tránh phần lớn do tốc độ xử lý chậm và các vấn đề an toàn liên quan đến sản xuất mêtan. Tuy nhiên, khí mê-tan được tạo ra trong quá trình tái sinh khí quyển trên ISS. Ở đây chúng tôi đề xuất xử lý chất thải thông qua quá trình phân hủy kỵ khí và sau đó là sự tăng trưởng methanotrophic của Methylococcus capsulatus để tạo ra một sinh khối giàu protein và lipid có thể được tiêu thụ trực tiếp, hoặc được sử dụng để sản xuất các nguồn thực phẩm giàu protein khác như cá. Để đạt được xử lý chất thải methanogen nhanh hơn, chúng tôi đã xây dựng và thử nghiệm một lò phản ứng kỵ khí, chảy qua màng cố định để xử lý nước thải ersatz. Trong quá trình vận hành ở trạng thái ổn định, lò phản ứng đã đạt được tỷ lệ loại bỏ nhu cầu oxy hóa học (COD) 97% với tốc độ tải hữu cơ là 1740 g d ^ 1 m ^ 3 và thời gian lưu thủy lực là 12,25 d. Lò phản ứng cũng đã được thử nghiệm ba lần bằng cách cho ăn ca. 500 g COD trong vòng chưa đầy 12 giờ, tương đương 50 lần tốc độ cho ăn hàng ngày, với tỷ lệ loại bỏ COD dao động từ 56170%, cho thấy khả năng của lò phản ứng đối phó với các sự kiện cho ăn quá mức. Trong khi điều tra việc lưu trữ nước thải của lò phản ứng được xử lý ở độ pH 12, chúng tôi đã phân lập được một chủng Halomonas desiderata có khả năng phân hủy acetate trong điều kiện pH cao. Sau đó, chúng tôi đã kiểm tra hàm lượng dinh dưỡng của chất kiềm Halomonas desiderata căng thẳng, cũng như thermophile Bình thủy, là nguồn protein và lipid bổ sung phát triển trong điều kiện nên loại trừ mầm bệnh. Các M. capsulatus sinh khối bao gồm 52% protein và 36% lipid, H. desiderata sinh khối bao gồm 15% protein và 7% lipid, và sinh khối * Thermus Aquus bao gồm 61% protein và 16% lipid. Công trình này cho thấy tính khả thi của xử lý chất thải nhanh trong thiết kế lò phản ứng nhỏ gọn và đề xuất tái chế chất dinh dưỡng trở lại thực phẩm thông qua quá trình tăng trưởng vi khuẩn dị dưỡng (bao gồm methanotrophic, acetotrophic và thermophilic).