Astronauter kan spise mat laget av poop i fremtiden, sier studien

Selv når mennesker reiser utover Jorden og drar til Mars og hinsides, vil de ubeleilig realiteter av menneskelig biologi komme sammen med oss. Fremtidige pionerer vil fremdeles føre den samme sprø, ufullkomne båten som mennesker har pilotert i tusenvis av år: menneskekroppen. Og med mindre vi finner ut en måte å kjøre hjernene våre og hjerter med batterier, må mennesker alltid spise og drikke og kutte og tisse.

Heldigvis har forskere jobbet hardt for å finne ut hvordan man skal imøtekomme menneskers plagefulle biologiske krav, samtidig som romfart blir så effektivt som mulig. For dette formål har astrobiologer ved Penn State University utviklet en metode for behandling av menneskelig avfall med bakterier for å produsere et spiselig produkt.

"Det er litt rart, men konseptet vil være litt som Marmite eller Vegemite hvor du spiser et smør av" mikrobial goo ", sier Christopher House, Ph.D., professor i geovitenskap og medforfatter på artikkel, i en uttalelse. Han og hans medforfattere publiserte sine funn i november 2017-utgaven av tidsskriftet Biovitenskap i romforskning.

En av de store utfordringene under romoppdrag, spesielt lengre reiser til Mars og utover, vil holde astronautene forsynt med tilstrekkelig næring uten å kramme hele fartøyet med esker med mat og vannkanne. Selv systemer for å dyrke grønnsaker vil ta opp mye plass, energi og vann. Og når astronautene spiste og drukket sine forsyninger, må de lagre avfallet.

Dette er grunnen til at House, sammen med Lisa Steinberg, Ph.D. og Rachel Kronyak ved Penn State Astrobiology Research Center, kom opp med et system som løser begge disse problemene på en gang ved å bruke to stadier av behandling av bakteriell avfall for å produsere en næringsstoffer goo som er høy i protein og fett. Forskerne sier at dette stoffet enten kunne spises direkte av astronauter eller matet til en annen organisme, som fisk, som de da ville spise.

"Vi forestillte og testet konseptet om samtidig behandling av astronauters avfall med mikrober mens du produserer en biomasse som er spiselig enten direkte eller indirekte avhengig av sikkerhetshensyn," sa House.

For å få tak i denne mikrobielle goo, kjørte forskerne først en kunstig avløpsvannblanding som ofte brukes i vannbehandling eksperimenter gjennom en anaerob fordøyelsesenhet. Dette utstyret inneholder bakterier som bryter ned avfallet uten oksygen til stede, som et menneske fordøyer mat.

"Anaerob fordøyelse er noe vi ofte bruker på jorden for å behandle avfall," forklarte House. "Det er en effektiv måte å få masse behandlet og resirkulert. Hva var roman om vårt arbeid var å ta næringsstoffene ut av den strømmen og med vilje sette dem inn i en mikrobial reaktor for å dyrke mat."

Forskerne fant at metan produsert under anaerob fordøyelse kunne brukes til å vokse Methylococcus capsulatus, en bakterie som mater på metan og har ønskelige konsentrasjoner av fett og protein, henholdsvis 36 prosent og 52 prosent. Ved å holde pH i blandingen svært høy, sier de at patogene bakterier, som E coli, ville ikke kunne overleve.

Selv om forskerne ikke har satt menneskeskap og pisse inn i enheten for å produsere næringsstoffet, sier de at dette eksperimentet viser sitt konsept. I tillegg er alle stykkene kommersielt tilgjengelige allerede.

"Hver komponent er ganske robust og rask og bryter raskt ned avfall," sa House i uttalelsen. "Det er derfor dette kan ha potensial for fremtidig romferd. Det er raskere enn å dyrke tomater eller poteter."

Abstrakt: Fremtidige langsiktige bemanede romoppdrag vil kreve effektiv resirkulering av vann og næringsstoffer som en del av et livstøttesystem. Behandling av biologisk avfall er mindre energiintensiv enn fysisk-kjemiske behandlingsmetoder, men anaerob metanogen avfallshåndtering er i stor grad unngått på grunn av lave behandlingshastigheter og sikkerhetsproblemer knyttet til metanproduksjon. Metan er imidlertid generert under atmosfærisk regenerering på ISS. Her foreslår vi avfallshåndtering via anaerob fordøyelse etterfulgt av metanotrofisk vekst av Methylococcus capsulatus å produsere en protein- og lipidrik biomasse som kan konsumeres direkte, eller brukes til å produsere andre høyproteinkilder som fisk. For å oppnå raskere metanogen avfallshåndtering bygget og testet vi en fastfilm, gjennomstrømmende, anaerob reaktor for å behandle et erstatningsavløp. Under stabil drift oppnådde reaktoren en fjerningshastighet på 97% kjemisk oksygenbehov (COD) med en organisk lasthastighet på 1740 g d ^ -1 m ^ -3 og en hydraulisk retensjonstid på 12,25 d. Reaktoren ble også testet tre ganger ved å mate ca. 500 g COD på mindre enn 12 timer, som representerer 50 ganger den daglige tilførselshastigheten, med COD-fjerningshastigheter fra 56-70%, som demonstrerer reaktorens evne til å reagere på overfeeding hendelser. Under undersøkelsen av lagringen av behandlet reaktorutløp ved en pH på 12 isolerte vi en stamme av Halomonas desiderata stand til acetatnedbrytning under høye pH-forhold. Vi testet deretter det ernæringsmessige innholdet i alkalifilikken Halomonas desiderata belastning, så vel som termofilen Thermus aquaticus, som supplerende protein- og lipidkilder som vokser i forhold som bør utelukke patogener. De M. capsulatus biomasse besto av 52% protein og 36% lipider, den H. desiderata biomasse besto av 15% protein og 7% lipider, og * Thermus aquaticus biomasse besto av 61% protein og 16% lipider. Dette arbeidet demonstrerer muligheten for rask avfallshåndtering i en kompakt reaktorutforming, og foreslår gjenvinning av næringsstoffer tilbake i matvarer via heterotrofisk (inkludert metanotrofisk, acetotrofisk og termofil) mikrobiell vekst.