Новый "микробный реактор" для космонавтов превращает отходы в пищу

Микроорганизмы перерабатывают отходы сначала в метан, а потом в съедобную биомассу.

Иллюстрация в общественном достоянии.

Как выяснилось, половина микробного населения кишечника всё ещё остаётся загадкой для науки.

Иллюстрация Centers for Disease Control and Prevention.

Учёные испытали систему, которая быстро и экономно перерабатывает отходы в съедобную биомассу с помощью микроорганизмов. Об этом сообщается в научной статье, опубликованной в журнале Life Sciences in Space Research.

Сегодня на МКС пищу доставляют грузовыми кораблями, а твёрдые отходы сжигают в атмосфере Земли. В дальних космических путешествиях о такой роскоши придётся забыть. У космонавтов не будет способа пополнить запасы какого бы то ни было вещества, будь то металл или сахар. Придётся довольствоваться тем, что путешественники смогли взять с собой, а в космосе каждый грамм на вес золота. Поневоле приходится думать о том, как сделать круговорот вещества как можно более эффективным.

В известном фильме "Марсианин" межпланетный робинзон выращивал картофель в почве из собственного кала. Однако на космическом корабле такое сельское хозяйство неуместно. Оно потребует слишком много воды, места и энергии, к тому же от первых саженцев до урожая проходит немало времени.

Команда учёных во главе с Кристофером Хаусом (Christopher House) из Университета Пенсильвании призвала на помощь силу, не раз выручавшую исследователей в самых разных областях: микроорганизмы. Биологи соорудили компактную камеру в виде цилиндра длиной 1,2 метра и диаметром 10 сантиметров. В качестве материала использовалась стандартная смесь для тестирования технологий микробной переработки отходов.

Новым в исследовании был тот факт, что биологии построили целую пищевую цепочку от мусора к съедобной для человека субстанции. Одним из промежуточных звеньев здесь является метан. Кстати, биомасса потребителя метана Methylococcus capsulatus на 52% состоит из белков и на 36% из жиров. Сегодня она используется как пищевая добавка для скота. Ничто, однако, не мешает превратить её в пищу для человека.

Как выяснилось, половина микробного населения кишечника всё ещё остаётся загадкой для науки.
Иллюстрация Centers for Disease Control and Prevention.

Однако в этой замкнутой влажной (хотя и бескислородной) среде размножаются и болезнетворные микробы. Чтобы исправить этот недостаток, биологи сделали условия эксперимента более жёсткими. В частности, они повысили показатель pH до 11 (это очень щелочная среда). И обнаружили, что в таких условиях, убивающих большинство патогенов, благоденствует штамм Halomonas desiderata. Правда, он не так уж питателен: всего 15% белков и 7% жиров. Зато, если оставить в покое кислотность, но поднять температуру до 70 градусов Цельсия, то, как выяснили авторы, будет процветать Thermus aquaticus. А эти бактерии состоят на 61% из белков и на 16% из жиров.

Как поясняется в пресс-релизе, на разработку учёных вдохновили аквариумы с функцией переработки отходов жизнедеятельности рыб. В них используется специальная плёнка с высокой площадью поверхности, покрытая бактериями.

"Мы использовали материалы, применяемые в коммерческом производстве аквариумов, но приспособили их для производства метана, – поясняет Хаус. – На поверхности материала находятся микробы, которые берут твёрдые отходы и превращают их в жирные кислоты, которые превращаются в метан с помощью других микробов на одной и той же поверхности".

Технология обеспечивает и отличную скорость переработки. За 13 часов испытаний было переработано от 49 до 59% всех твёрдых веществ в смеси отходов.

По словам авторов, систему можно ещё и усовершенствовать.

"Представьте себе, что кто-то сможет точно настроить нашу систему, чтобы вы могли вернуть 85% углерода и азота из отходов в белок, не используя гидропонику или искусственный свет, – говорит Хаус. – Это будет фантастическая разработка для дальних путешествий.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) неоднократно писали о микробной переработке отходов. Например, мы рассказывали о том, как бактерии позволят превратить пластик в топливо и сделать кирпичи для марсианских колоний. Говорили мы и о том, как космическим колонистам помогут дрожжи и как печь хлеб в невесомости.