宇航员排泄物快速降解或用于粮食种植学术资讯

或许有一天，在深空探测旅途中，人类的排泄物将成为珍贵的资源。近日，美国宾州州立大学的研究团队就向我们展示了如何在抑制病原菌生长的同时，利用一系列微生物反应器将固体和液体排泄物快速降解，进而用于粮食种植。

该研究着眼于解决火星探测或者更远的深空探测所面临的多重挑战。研究人员使用了通常用于排泄物处理测试的人造混合排泄物，并制作了一个长4英尺，直径4英寸的封闭圆柱状系统，用以筛选与排泄物接触的微生物。这些微生物利用与人类消化食物相类似的厌氧分解过程来降解排泄物。

“厌氧分解是地球上处理废物的常用方法，我们研究的新颖之处在于将营养物质从排泄物中提取出来，并将其放入微生物反应器中，用于种植粮食。”宾州地球科学学院的教授克里斯多夫·豪丝说。

厌氧分解人类排泄物的过程中容易产生甲烷，而甲烷又可以用来培养不同的微生物，如目前用作动物饲料添加剂的荚膜甲基球菌。该研究团队认为，培育这类微生物能够为深空探测提供营养食品。据报道，荚膜甲基球菌的蛋白质含量为52%，脂肪含量为36%，是宇航员的潜在营养品。

不过在密闭湿润的环境里，病原菌的繁殖也会关系到有益微生物的生长，因此该团队尝试在碱性或者高温的环境下培养微生物。他们将系统的pH值提高到11，惊讶地发现符合需要的盐单胞菌能够在这种条件下存活。而在高温实验（158℃）中，大多数病原菌都被杀死了，但培养了出包含61%蛋白质和16%脂肪的可以食用的水生嗜热杆菌。

该团队的设计灵感来源于利用固定生物膜滤片处理鱼排泄物的鱼缸。这些鱼缸中的膜经过特殊设计，是一层具有高表面积的细菌覆膜材料。“我们利用的材料来源于商品化的鱼缸工厂，但对它进行了调整以适用于甲烷的生产，”豪丝说，“膜表面的微生物会从流体中获取液体排泄物，并将其转换成氨基酸，然后由同一表面的另一种微生物再将其转换成甲烷”。

固体排泄物的处理曾是一个难关，目前的处理方式是将其喷射到地球的大气层中燃烧。对于液体排泄物，国际空间站的宇航员是从一部分尿液中回收水分，但是这个过程本身是非常耗能的。

“想象一下，如果能够改进我们的系统，在无需水培和人造光的条件下从排泄物中回收得到85%的C和N元素并将其转换成蛋白质，这将带来深空探测的跨越式发展”。

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编译：Sky 审稿：三水编辑：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-01-microbes-astronauts-human-food.html