Astronauts Puwede Kumain Pagkain Ginawa Mula sa Poop sa Kinabukasan, Pag-aaral Sabi

Kahit na ang mga tao ay naglalakbay sa kabila ng Lupa at nagpapatuloy sa Mars at higit pa, ang mga hindi maginhawang katotohanan ng biology ng tao ay darating sa amin. Ang mga pioneer sa hinaharap ay patuloy pa rin ang pagpipiloto sa parehong malupit at di-sakdal na sisidlan na piloto ng mga tao sa loob ng libu-libong taon: ang katawan ng tao. At maliban kung malaman natin ang isang paraan upang patakbuhin ang ating mga talino at puso na may mga baterya, ang mga tao ay palaging kinakain at inumin at tae at umihi.

Sa kabutihang palad, ang mga mananaliksik ay nahihirapan sa pagsisikap na malaman kung paano mapagtutuunan ang mga kakulangan ng mga tao na biological na kinakailangan habang pinapanatili ang paglipad ng espasyo bilang mabisa hangga't maaari. Upang magawa ito, ang mga astrobiologist sa Penn State University ay nakagawa ng isang paraan upang gamutin ang basura ng tao sa bakterya upang makabuo ng isang nakakain na produkto.

"Ito ay isang maliit na kakaiba, ngunit ang konsepto ay magiging isang maliit na bit tulad ng Marmite o Vegemite kung saan kumakain ka ng isang smear ng 'microbial goo'," sinabi Christopher House, Ph.D., propesor ng geosciences at co-may-akda sa artikulo, sa isang pahayag. Siya at ang kanyang mga kapwa may-akda ay nag-publish ng kanilang mga natuklasan sa isyu ng Nobyembre 2017 ng journal Life Sciences sa Space Research.

Ang isa sa mga pangunahing hamon sa mga misyon sa espasyo, lalo na ang mga paglalayag sa Mars at higit pa, ay iiwasan ang mga astronaut na binigyan ng sapat na pagkain nang walang pag-cram sa buong sisidlan ng mga kahon ng pagkain at mga banga ng tubig. Kahit na ang mga sistema upang mapalago ang mga gulay ay kukuha ng maraming espasyo, lakas, at tubig. At kapag ang mga astronaut ay kinakain at uminom ng kanilang mga suplay, kakailanganin nilang iimbak ang kanilang basura.

Ito ang dahilan kung bakit ang Bahay, kasama ng Lisa Steinberg, Ph.D., at Rachel Kronyak sa Penn State Astrobiology Research Center, ay dumating sa isang sistema na lutasin ang parehong mga isyung ito nang sabay-sabay sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang yugto ng bacterial waste treatment upang makabuo ng Ang nutrient goo na mataas sa protina at taba. Sinasabi ng mga mananaliksik na ang sangkap na ito ay maaaring alinman sa kinakain nang direkta sa pamamagitan ng mga astronaut o ipinapasa sa ibang organismo, tulad ng isda, na kung saan sila ay makakakain.

"Inisip namin at nasubok ang konsepto ng sabay na pagtrato sa basura ng mga astronot na may mga mikrobyo habang gumagawa ng isang biomass na nakakain alinman direkta o hindi direkta depende sa mga alalahanin sa kaligtasan," sabi ni House.

Upang makakuha ng microbial goo na ito, ang mga mananaliksik ay unang nagpatakbo ng isang artipisyal na pinaghalong wastewater na karaniwang ginagamit sa mga eksperimento sa paggamot ng tubig sa pamamagitan ng isang anaerobic na aparato ng pantunaw. Ang piraso ng kagamitan na ito ay naglalaman ng bakterya na bumabagsak sa basura nang walang oxygen kasalukuyan, tulad ng isang pagkain ng digest ng tao.

"Anaerobic digestion ay isang bagay na madalas naming ginagamit sa Earth para sa pagpapagamot ng basura," ipinaliwanag House. "Ito ay isang mahusay na paraan ng pagkuha ng masa ginagamot at recycled. Ano ang nobelang tungkol sa aming trabaho ay ang pagkuha ng mga nutrients sa labas ng stream na iyon at sadyang ilagay ang mga ito sa isang microbial reaktor upang lumago pagkain."

Nalaman ng mga mananaliksik na ang mitein na ginawa sa panahon ng anaerobic digestion ay maaaring gamitin upang lumago Methylococcus capsulatus, isang bacterium na kumain sa methane at may kanais-nais na konsentrasyon ng taba at protina, 36 porsiyento at 52 porsiyento, ayon sa pagkakabanggit. Sa pamamagitan ng pagsunod sa pH ng halo napakataas, sinasabi nila na pathogenic bakterya, tulad ng E. coli, hindi magagawang mabuhay.

Habang ang mga mananaliksik ay hindi aktwal na ilagay ang tao tae at umihi sa aparato upang makabuo ng nutrient goo, sinasabi nila eksperimentong ito nagpapatunay ng kanilang mga konsepto. Dagdag pa, ang lahat ng mga piraso ay available sa komersyo.

"Ang bawat bahagi ay lubos na matatag at mabilis at mabilis na natutunaw ang basura," sabi ni House sa pahayag. "Iyon ang dahilan kung bakit maaaring magkaroon ito ng potensyal para sa paglipad sa espasyo sa hinaharap. Ito ay mas mabilis kaysa sa lumalaking mga kamatis o patatas."

Abstract: Ang hinaharap na pangmatagalang mga misyon sa espasyo ng kalangitan ay mangangailangan ng epektibong pag-recycle ng tubig at mga sustansya bilang bahagi ng isang sistema ng suporta sa buhay. Ang biological waste treatment ay mas mababa ang enerhiya kaysa sa intensive physicochemical pamamaraan ng paggamot, ngunit anaerobic methanogenic basura paggamot ay higit sa lahat iwasan dahil sa mabagal na mga rate ng paggamot at mga isyu sa kaligtasan tungkol sa mitein produksyon. Gayunpaman, ang mitein ay nabuo sa panahon ng kapaligiran pagbabagong-buhay sa ISS. Narito nagpanukala kami ng paggamot sa basura sa pamamagitan ng anaerobic digestion na sinundan ng methanotrophic growth ng Methylococcus capsulatus upang makabuo ng isang protina-at lipid-mayaman na biomass na maaaring direktang natupok, o ginagamit upang makabuo ng iba pang mga mapagkukunan ng mataas na protina tulad ng isda. Upang makamit ang mas mabilis na methanogenic waste treatment, itinayo namin at sinubok ang isang fixed-film, flow-through, anaerobic reactor upang gamutin ang ersatz wastewater. Sa panahon ng pagpapatakbo ng matatag na estado, ang reaktor ay nakakamit ng 97% rate ng pag-alis ng kemikal na oksiheno (COD) sa isang organic loading rate ng 1740 g d ^ -1 m ^ -3 at isang haydroliko panahon ng pagpapanatili ng 12.25 d. Ang reaktor ay nasubok din sa tatlong okasyon sa pamamagitan ng pagpapakain ca. 500 g COD sa mas mababa sa 12 oras, na kumakatawan sa 50x araw-araw na rate ng pagpapakain, na may mga rate ng pag-alis ng COD mula 56-70%, na nagpapakita ng kakayahan ng reaktor upang tumugon sa sobrang pagdadalhan ng mga kaganapan. Habang sinisiyasat ang pag-iimbak ng ginagamot na effactent ng reactor sa isang pH ng 12, kami ay naghiwalay ng isang strain ng Halomonas desiderata may kakayahang umurong sa ilalim ng mataas na kondisyon ng pH. Pagkatapos ay sinubukan namin ang nutritional nilalaman ng alkaliphilic Halomonas desiderata pilay, pati na rin ang thermophile Thermus aquaticus, bilang mga suplementong protina at lipid na lumalaki sa mga kondisyon na dapat mahahadlangan ang mga pathogens. Ang M. capsulatus Ang biomass ay binubuo ng 52% na protina at 36% na lipid, ang H. desiderata Ang biomass ay binubuo ng 15% na protina at 7% na lipid, at ang * Thermus aquaticus biomass ay binubuo ng 61% na protina at 16% na lipid. Ang gawaing ito ay nagpapakita ng pagiging posible ng mabilis na pag-aaksaya ng basura sa isang compact na reaktor na disenyo, at nagmumungkahi ng pag-recycle ng mga sustansya pabalik sa mga pagkain sa pamamagitan ng heterotrophic (kabilang ang methanotrophic, acetotrophic, at thermophilic) microbial growth.