Angkasawan boleh Makan Makanan yang Dibuat Dari Poop di Masa Depan, Kajian Kata

Walaupun manusia mengembara di luar Bumi dan menceburkan diri ke Marikh dan seterusnya, realiti biologi manusia yang menyusahkan akan datang bersama kami. Perintis masa depan masih akan menguji kapal yang licin dan tidak sempurna yang manusia telah menjalani pilakan beribu-ribu tahun: badan manusia. Dan melainkan jika kita memikirkan cara untuk menjalankan otak dan hati kita dengan bateri, manusia akan sentiasa makan dan minum dan kotoran dan kencing.

Nasib baik, penyelidik telah bekerja keras untuk mencari cara untuk menampung keperluan biologi manusia yang menjengkelkan sambil mengekalkan penerbangan ruang yang secepat mungkin. Untuk tujuan ini, ahli astrobiologi di Penn State University telah membangunkan kaedah untuk merawat buangan manusia dengan bakteria untuk menghasilkan produk yang boleh dimakan.

"Ia agak pelik, tetapi konsepnya akan sedikit seperti Marmite atau Vegemite di mana anda memakan 'goo mikroba'," kata Christopher House, Ph.D., profesor geosains dan penulis bersama artikel, dalam satu kenyataan. Beliau dan pengarangnya menerbitkan penemuan mereka dalam terbitan jurnal pada bulan November 2017 Sains Hayat dalam Penyelidikan Angkasa.

Salah satu cabaran utama semasa misi angkasa, terutamanya perjalanan lebih jauh ke Marikh dan seterusnya, akan memelihara angkasawan yang dibekalkan dengan makanan yang mencukupi tanpa menjejaskan seluruh kapal dengan kotak makanan dan air kendi. Malah sistem untuk menanam sayuran akan mengambil banyak ruang, tenaga, dan air. Dan apabila angkasawan makan dan minum bekalan mereka, mereka perlu menyimpan sisa mereka.

Itulah sebabnya House, bersama-sama dengan Lisa Steinberg, Ph.D., dan Rachel Kronyak di Pusat Penyelidikan Astrobiologi Penn State, telah menghasilkan satu sistem yang menyelesaikan kedua-dua isu ini sekali gus menggunakan dua peringkat rawatan sisa bakteria untuk menghasilkan goo nutrien yang tinggi dalam protein dan lemak. Para penyelidik mengatakan bahawa bahan ini sama ada boleh dimakan secara langsung oleh astronot atau diberi makan kepada organisme lain, seperti ikan, yang kemudiannya akan dimakan.

"Kami membayangkan dan menguji konsep serentak untuk merawat sisa-sisa angkasawan dengan mikrob sementara menghasilkan biomas yang boleh dimakan secara langsung atau tidak langsung bergantung kepada kebimbangan keselamatan," kata House.

Untuk mendapatkan goo mikroba ini, para penyelidik mula-mula menjalankan campuran sisa tiruan yang biasa digunakan dalam eksperimen rawatan air melalui peranti pencernaan anaerob. Sekeping peralatan ini mengandungi bakteria yang memecah sisa buangan tanpa oksigen, seperti makanan pencernaan manusia.

"Pencernaan anaerobik adalah sesuatu yang sering kita gunakan di Bumi untuk merawat sisa," jelas House. "Ini cara yang berkesan untuk mendapatkan rawatan massa dan dikitar semula. Apa novel tentang kerja kami mengambil nutrien daripada aliran itu dan dengan sengaja meletakkannya ke dalam reaktor mikroba untuk membesar."

Para penyelidik mendapati bahawa metana yang dihasilkan semasa pencernaan anaerobik boleh digunakan untuk berkembang Methylococcus capsulatus, bakteria yang memakan metana dan mempunyai kepekatan lemak dan protein yang tinggi, 36 peratus dan 52 peratus. Dengan menjaga pH campuran yang sangat tinggi, mereka mengatakan bahawa bakteria patogen, seperti E coli, tidak akan dapat bertahan.

Walaupun para penyelidik sebenarnya tidak memasukkan kotoran manusia dan kencing ke dalam peranti untuk menghasilkan goo gizi, mereka mengatakan percobaan ini membuktikan konsep mereka. Tambahan pula, semua kepingan itu sudah tersedia secara komersil.

"Setiap komponen agak kuat dan pantas dan membuang sisa dengan cepat," kata House dalam kenyataan itu. "Itulah sebabnya ini mungkin berpotensi untuk penerbangan angkasa lepas. Ia lebih cepat daripada tumbuh tomato atau kentang."

Abstrak: Misi angkasa lepas jangka masa panjang akan memerlukan kitar semula air dan nutrien yang berkesan sebagai sebahagian daripada sistem sokongan kehidupan. Rawatan sisa biologi kurang intensif tenaga daripada kaedah rawatan fizikokimia, namun rawatan sisa methanogen anaerobik telah banyak dihindari kerana kadar rawatan perlahan dan isu keselamatan mengenai pengeluaran metana. Bagaimanapun, metana dihasilkan semasa suasana semula di ISS. Di sini kami mencadangkan rawatan sisa melalui penghadaman anaerobik diikuti oleh pertumbuhan metanotropik Methylococcus capsulatus untuk menghasilkan biomas yang kaya dengan protein dan lipid yang boleh digunakan secara langsung, atau digunakan untuk menghasilkan sumber makanan protein tinggi lain seperti ikan. Untuk mencapai rawatan sisa methanogenik yang lebih cepat, kami membina dan menguji reaktor anaerobik-aliran, melalui reaktor anaerobik untuk merawat air sisa ersatz. Semasa operasi mantap, reaktor mencapai 97% penyingkiran permintaan oksigen kimia (COD) dengan kadar pemuatan organik 1740 g d ^ -1 m ^ -3 dan masa pengekalan hidraulik 12.25 d. Reaktor juga diuji pada tiga kali dengan memberi makan. 500 g COD dalam masa kurang daripada 12 jam, mewakili 50x kadar makan harian, dengan kadar penyingkiran COD dari 56-70%, menunjukkan keupayaan reaktor untuk bertindak balas terhadap kejadian overfeeding. Semasa menyiasat penyimpanan efluen reaktor yang dirawat pada pH 12, kita mengasingkan ketegangan Halomonas desiderata mampu degradasi asetat di bawah keadaan pH yang tinggi. Kami kemudian menguji kandungan pemakanan alkalipilik Halomonas desiderata ketegangan, serta thermophile Thermus aquaticus, sebagai sumber protein dan lipid tambahan yang tumbuh dalam keadaan yang harus menghalang patogen. The M. capsulatus biomas terdiri daripada 52% protein dan 36% lipid, yang H. desiderata biomas terdiri daripada protein 15% dan lipid 7%, dan biomassa * Thermus aquaticus terdiri daripada 61% protein dan 16% lipid. Kerja ini menunjukkan kemungkinan rawatan sisa cepat dalam reka bentuk reaktor padat, dan mencadangkan kitar semula nutrien kembali ke dalam makanan melalui pertumbuhan mikrobiologi heterotrofik (termasuk metanotrophik, asetetropik, dan thermofilik).