微生物能将宇航员粪便转化为食物【博科园-科学科普】宾夕法尼亚州立大

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【博科园-科学科普】宾夕法尼亚州立大学的地球科学研究人员终于弄明白了有机农民们一直以来所知道的:消化垃圾可以帮助生产食物。但是地球上的农民可以让土壤中的微生物将废物转化为肥料，而这些肥料可以用来种植粮食作物，宾夕法尼亚州立大学的研究人员不得不采取另一种方法正试图弄清楚如何让微生物直接转化为食物。

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宾夕法尼亚州立大学的研究人员正在开发一种方法，利用微生物将人类的排泄物转化成食物，用于长时间的太空航行。图片版权:YuriGorby, Rensselaer Polytechnic Institute

长时间的太空任务有很多困难，或者像火星这样的其他星球有很长时间的任务。最具挑战性的难题之一是如何摄取足够的食物。宇航员在6个月的火星之旅中所吃的食物，以及返程的足够重量，重量很大，而且所有的重量都必须由昂贵的火箭送入太空。

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太空探索技术公司的可重复使用的火箭正在降低太空发射的成本，但成本仍然过高。任何重量的节省都有助于任务的可行性，包括减少长期太空旅行的食物供应。在这张图片中SpaceX猎鹰9号回收火箭于2017年10月11日下午6点53分在日落时分起飞。图片版权:Ken Kremer/Kenkremer.com

携带足够的食物在太空进行长途旅行是有问题的。到目前为止提供这种食品的解决方案一直集中在水培室和温室里。但这也需要大量的空间、水和能量。和时间，这并不是一个真正的解决方案。宾夕法尼亚州立大学地球科学教授克里斯托弗·豪斯说:这比种西红柿或土豆快。

宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的研究人员正试图开发一种将垃圾直接转化为可食用的营养物质的方法。他们的目标是把中间过程剔除出去在这种情况下，中间过程是植物本身，就像番茄、土豆或其他水果和蔬菜一样。

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科学家一直假设在火星上工作的宇航员会在模拟的地球环境中种植地球上的农作物来养活自己。但这需要大量的能量、空间和材料。也许没有必要。艺术展示了火星上的温室。图片版权: SAIC

宾夕法尼亚州立大学地球科学教授克里斯多夫·豪斯说:设想并测试了同时将宇航员的排泄物与微生物同时进行处理的概念，同时生产一种可以直接或间接食用的生物量，这取决于安全问题。这有点奇怪但这个概念有点像Marmite或Vegemite，你在那里吃了一抹‘微生物黏液’。宾州州立大学的研究小组建议使用特定的微生物将废物直接转化为可食用的生物量。

他们工作的核心是微生物反应器，微生物反应器基本上是用来使微生物的表面面积最大化的容器。这些类型的反应堆用于处理地球上的污水，而不是用来生产可食用的生物量。研究人员建造了一个直径4英尺，直径4英尺的圆柱形容器。在里面允许选择的微生物在受控条件下接触到人类排泄物。这个过程是厌氧的，类似于人类消化道内发生的事情。

厌氧消化是我们在地球上经常使用的处理垃圾的方法。这是一种有效的处理和回收质量的方法。新颖之处在于从这条河流中汲取营养，并有意将其放入微生物堆中以种植食物。研究小组发现这个过程很容易产生甲烷。甲烷是高度易燃的，在太空任务中是非常危险的，但在食品生产中它还有其他可取的特性。事实证明甲烷可以用来生长另一种微生物，叫做甲基球菌。囊状球菌被用作动物食品。这一过程可以为宇航员提供一种营养丰富的食物，即52%的蛋白质和36%的脂肪。

使用了来自商业水族工业的材料用于生产甲烷。过程并不简单，所涉及的厌氧过程会产生对人体非常危险的病原体。为了防止这种情况发生，研究小组研究了在碱性环境或高温环境下培养微生物的方法。在将pH值提高到11后发现了一种细菌的菌株，Halomonas desiderata茁壮成长。Halomonas desiderata是15%的蛋白质和7%的脂肪。他们还将该系统启动到一个致病原的158华氏度，并发现可食用的Thermus aquaticus生长，这是61%的蛋白质和16%的脂肪。

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在英国传统的废物处理工厂需要几天的时间来处理废物。宾州州立大学的研究小组对这一系统进行了测试，结果显示垃圾处理的时间只有1要个小时。图片:Nick Allen, CC BY-SA 4.0

系统是建立在现代水族系统的基础上的，那里的微生物生活在过滤膜的表面。微生物从河流中吸收固体废物，并将其转化为脂肪酸。然后这些脂肪酸被同一表面的其他微生物转化为甲烷。速度是这个系统的一个因素，现有的废物管理处理一般需要几天时间。在13个小时内该小组的系统将固体废物移除了49%至59%。

这个系统不会很快在太空中出现。这些测试是针对个别组件进行的，作为可行性论证。一个完整的系统仍然需要建立。每个组件都非常坚固和快速，快速分解废物。这就是为什么这可能有未来太空飞行的潜力。这比种西红柿或土豆要快。该研究小组的论文发表在《空间研究生命科学》杂志上。【博科园-科学科普(如有疑问及相关问题请评论区留言“博科园”会挑选问题给予回复解答)】

知识:科学无国界，博科园-科学科普参考:Life Sciences In Space Research 作者:EvanGough 内容:经“博科园”判定符合今主流科学来自:Universe Today 编译:中子星审校:博科园解答:本文知识疑问可于评论区留言传播:博科园