يكتشف باحثو علوم الأرض في جامعة ولاية بنسلفانيا أخيرًا ما يعرفه المزارعون العضويون دائمًا: يمكن أن تساعد نفايات الجهاز الهضمي في إنتاج الغذاء. ولكن في حين أن المزارعين هنا على الأرض يمكنهم السماح للميكروبات الموجودة في التربة بتحويل النفايات إلى سماد ، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لزراعة المحاصيل الغذائية ، يجب على الباحثين في ولاية بنسلفانيا أن يسلكوا مسارًا مختلفًا. إنهم يحاولون معرفة كيفية السماح للميكروبات بتحويل النفايات مباشرة إلى طعام.
هناك العديد من الصعوبات فيما يتعلق بالبعثات الفضائية طويلة الأمد ، أو مع البعثات الطويلة إلى عوالم أخرى مثل المريخ. واحدة من أصعب الصعوبات هي كيفية تناول ما يكفي من الغذاء. إن الغذاء لطاقم من رواد الفضاء في رحلة لمدة 6 أشهر إلى المريخ ، وكافي لرحلة العودة ، يزن الكثير. ويجب رفع كل هذا الوزن إلى الفضاء بصواريخ باهظة الثمن.
يعد حمل ما يكفي من الطعام لرحلة طويلة في الفضاء أمرًا صعبًا. حتى الآن ، كان الحل لتوفير هذا الغذاء يركز على زراعته في الغرف المائية والصوبات. ولكن هذا يتطلب أيضًا الكثير من المساحة والماء والطاقة. و الوقت. إنه ليس حلاً حقًا.
"إنها أسرع من زراعة الطماطم أو البطاطس." - كريستوفر هاوس ، أستاذ ولاية بنسلفانيا لعلوم الأرض
ما يحاول الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا ، بقيادة أستاذ علوم الأرض كريستوفر هاوس ، تطويره ، هو طريقة لتحويل النفايات مباشرة إلى مادة غذائية صالحة للأكل. هدفهم هو قطع الرجل الأوسط ، كما كان. وفي هذه الحالة ، فإن الوسطاء هم نباتات أنفسهم ، مثل الطماطم أو البطاطس أو غيرها من الفواكه والخضروات.
قال كريستوفر هاوس ، أستاذ علوم الأرض بولاية بنسلفانيا: "تصورنا واختبرنا مفهوم معالجة نفايات رواد الفضاء في وقت واحد بالميكروبات أثناء إنتاج كتلة حيوية صالحة للأكل إما بشكل مباشر أو غير مباشر بناءً على مخاوف تتعلق بالسلامة". "إنه أمر غريب بعض الشيء ، لكن المفهوم سيكون مثل Marmite أو Vegemite حيث تأكل لطاخة من" goo الميكروبية ".
يقترح فريق ولاية بنسلفانيا استخدام كائنات دقيقة محددة لتحويل النفايات مباشرة إلى كتلة حيوية صالحة للأكل. وهم يحرزون تقدمًا.
في قلب عملهم أشياء تسمى المفاعلات الميكروبية. المفاعلات الميكروبية هي في الأساس أوعية مصممة لزيادة مساحة سطح الميكروبات إلى الحد الأقصى. تستخدم هذه الأنواع من المفاعلات لمعالجة مياه الصرف الصحي هنا على الأرض ، ولكن ليس لإنتاج كتلة حيوية صالحة للأكل.
"إنه أمر غريب بعض الشيء ، لكن المفهوم سيكون مثل Marmite أو Vegemite حيث تأكل لطخة من" الميكروبي غو ". - كريستوفر هاوس ، أستاذ ولاية بنسلفانيا لعلوم الأرض
لاختبار أفكارهم ، قام الباحثون ببناء وعاء أسطواني بطول أربعة أقدام بقطر أربع بوصات. داخلها ، سمحوا لكائنات دقيقة مختارة بالتلامس مع النفايات البشرية في ظروف خاضعة للرقابة. كانت العملية لا هوائية ، وعلى غرار ما يحدث داخل الجهاز الهضمي البشري. ما وجدوه واعد.
قال هاوس: "الهضم اللاهوائي هو شيء نستخدمه بشكل متكرر على الأرض لمعالجة النفايات". "إنها طريقة فعالة لمعالجة الكتلة وإعادة تدويرها. كان الأمر الجديد في عملنا هو إخراج العناصر الغذائية من هذا التيار ووضعها عن قصد في مفاعل ميكروبي لزراعة الطعام ".
اكتشف أحد الأشياء أن العملية تنتج الميثان بسهولة. الميثان سريع الاشتعال ، وخطير للغاية في مهمة فضائية ، ولكن له خصائص أخرى مرغوبة عند استخدامه في إنتاج الغذاء. اتضح أنه يمكن استخدام الميثان لزراعة ميكروب آخر يسمى Methylococcus capsulatus. يستخدم Methylococcus capsulatus كغذاء للحيوانات. استنتاجهم هو أن العملية يمكن أن تنتج طعامًا مغذيًا لرواد الفضاء الذي يحتوي على 52 في المائة من البروتين و 36 في المائة من الدهون.
"استخدمنا مواد من صناعة الأحياء المائية التجارية لكننا قمنا بتكييفها لإنتاج الميثان." - كريستوفر هاوس ، أستاذ ولاية بنسلفانيا لعلوم الأرض
العملية ليست بسيطة. يمكن أن تنتج العملية اللاهوائية المعنية مسببات أمراض خطيرة جدًا على الناس. لمنع ذلك ، درس الفريق طرق زراعة الميكروبات إما في بيئة قلوية أو في بيئة عالية الحرارة. بعد رفع درجة الحموضة في النظام إلى 11 ، وجدوا سلالة من البكتيريا Halomonas desiderata التي ازدهرت. Halomonas desiderata هو 15٪ بروتين و 7٪ دهون. كما قاموا بتدوير النظام إلى درجة تصل إلى 158 درجة فهرنهايت قاتلة للممرض ، ووجدوا أن Thermus aquaticus الصالح للأكل نما ، وهو 61 في المائة بروتين و 16 في المائة دهون.
يعتمد نظامهم على أنظمة الأحياء المائية الحديثة ، حيث تعيش الميكروبات على سطح فيلم المرشح. تأخذ الميكروبات الفضلات الصلبة من الجدول وتحولها إلى أحماض دهنية. ثم يتم تحويل تلك الأحماض الدهنية إلى ميثان بواسطة ميكروبات أخرى على نفس السطح.
السرعة عامل في هذا النظام. تستغرق معالجة إدارة النفايات الموجودة عادةً عدة أيام. أزال نظام الفريق 49 إلى 59 في المائة من المواد الصلبة في 13 ساعة.
لن يكون هذا النظام في الفضاء في أي وقت قريب. أجريت الاختبارات على مكونات فردية كدليل على الجدوى. لا يزال يتعين بناء نظام كامل يعمل معًا. قال هاوس: "كل مكون قوي وسريع ويكسر النفايات بسرعة". "هذا هو السبب في أن هذا قد ينطوي على إمكانية لرحلات فضائية في المستقبل. إنه أسرع من زراعة الطماطم أو البطاطس ".
نُشرت ورقة الفريق هنا في مجلة Life Sciences In Space Research.
