未来火星旅程食物从哪来:尿液种植的西红柿你吃不吃?

2017年03月15日 08:46 次阅读 稿源:新浪科技 条评论

北京时间3月15日消息,据国外媒体报道,当你走进位于科隆的德国航空航天中心,步入植物生理学家Jens Hauslage的办公室时,首先会看到一个装满了尿液的水族缸——就放在办公桌上。水族缸周围堆满了书籍、图表和科研论文,使原本就不大的房间显得更加局促。

尽管味道稍微有点苦,但这些西红柿完全是可食用的

这样一个装有大量尿液的实验室却没有任何令人不悦的气味。

在水族缸中央竖着两根高约1米的透明塑料管,其顶部都伸出一棵枝繁叶茂,看起来很健康的西红柿,已经可以看到正在盛开的花和几个亮红色的果实。这些西红柿的皮有点韧,味道稍微有点苦,但的确是可供食用的健康食品,尽管口感上还无法和最好的品种相媲美。这种口感上的不足或许与它们的种植方法有关。这些西红柿是专门为了太空种植而培育的。装满尿液的水族缸、塑料管和西红柿都是在一颗卫星上进行实验的原型,而实验的目的便是证明西红柿可以在月球或火星上成功种植,正在进行的这项奇怪实验或许能为未来的火星探险旅程提供食物。

目前,国际空间站上几乎所有的食物都来自从地球发射的货运飞船,宇航员只在太空中用水培法获得了少量生菜和卷心菜叶片。另一方面,国际空间站上所用的水大部分都来自宇航员的尿液。利用一个复杂的处理系统,空间站中的洗澡废水、汗液和厕所废水几乎全部被循环利用。今天的尿液处理之后就变成明天的咖啡。

不过,如何利用宇航员尿液中宝贵的矿物质来种植食物呢?如果人类要前往月球或火星,必然要在太空中生活很长一段时间,这就需要一种可以自给自足的食物供应模式。“你需要的不只是蛋白质能量棒,”Hauslage说道,“地球是一个闭合的生物学系统,植物制造氧气,提供食物,动物和土壤中的微生物完成降解过程,”Hauslage说,“没有这些系统,可持续的长期生命维持系统就无法存在。”

在他的实验室中,大量的尿液在水桶、漏斗和水管中流动。大部分尿液是人工制造的——这样科学家就能掌握实验中确切的化学组成——也有一些来自人类志愿者。实验室墙壁上有许多灰色的塑料排水管,连接着装满尿液的塑料箱。在房间的正中,还有更大的塑料管连接着装满尿液的大塑料桶。

“较小的塑料管能处理一个人一天的尿液量,”Hauslage解释道,“较大的塑料管则能够处理4到6个人的尿液量。”每根塑料管里都装满了浮石——含有许多空隙的固体熔岩——里面生长着大量细菌。这些微生物能从流经塑料管的尿液中获取营养,其中一些微生物能将氨转化为亚硝酸盐,另一些则能把亚硝酸盐转化为硝酸盐——植物生长所需的肥料。

这是一个人工控制的、实验室版本的氮循环,类似过程在地球的土壤和水体无时不刻不在发生着。除了尿液,这个闭合的生物学系统还能用来处理食物残余或凋落的枯叶。有趣的是,这样一个装有大量尿液的实验室却没有任何令人不悦的气味。“尿液降解为二氧化碳和氨的过程其实非常快,”Hauslage说,“我们的过滤器里细菌的活动也非常快。”

德国航空航天中心的科学团队正准备将这项技术带到太空。今年晚些时候,德国航空航天中心将发射“Eu:cropis”任务,这是一颗1米见宽的圆柱形卫星,里面设有两个微型温室。事实上,“Eu:cropis”就是眼虫藻(Euglena)和“太空中复合再生有机食物的生产”(Combined Regenerative Organic Food Production in Space)两个词组的复合缩写。

Eu:cropis将通过SpaceX的猎鹰9号火箭送上地球轨道,卫星上将携带西红柿种子、一个装有合成尿液和细菌群落的水缸。这颗卫星将利用自转来为第一个温室模拟月球重力,六个月后,当第二个温室启用时,卫星将提高自转速率,以模拟火星重力。

西红柿最初所需的氧气将来自眼虫藻群落,随着植株的生长,西红柿产生的氧气很快就会多于二氧化碳。“在发射之后,我们会旋转卫星并为该系统提供水分,”Hauslage说,“西红柿发芽之后,我们会提供尿液,使西红柿生长并结果。”

科学团队将用16台摄像机对西红柿的生长过程进行细致的监控,数据传回地球的频率为一天4次。尽管这不是在太空中第一次种植西红柿,但Eu:cropis却是第一颗专门用于在密闭系统中培育食用植物的卫星,如果Eu:cropis任务一切顺利,那就为未来在其他行星上种植粮食提供了可能。此外,另一种人类排泄物——粪便——是否也可以利用起来呢?

在电影《火星救援》(The Martian)中,我们看到马特·达蒙用人类粪便混合火星土壤,以此种出了马铃薯。目前,国际空间站上的固体废物是先打包放到货运飞船上,最后在地球大气层中燃烧进行处理的,“作为一位科学家,我觉得粪便并不像尿液那么有价值,”Hauslage说,“但粪便中含有大量的钾,这是制造优良肥料所需的元素。”然而,粪便中也含有许多危险的病原体,需要小心进行处理。

无论如何,未来在月球或火星上的人类殖民地中,很可能任何东西都会得到充分的利用——一切都将是可循环的。当然,想要在一个遥远的行星上养活几十个人,毫无疑问都是巨大的挑战,“你需要大量的卡路里,因此你必须生产大量的马铃薯、黄瓜、西红柿等,你还需要蛋白质和油脂,”Hauslage说道。相对来说,油脂的生产将会更为困难,但Hauslage的团队已经在着手研究,“我们正在进行一个实验,用尿液作为藻类的培养液,而这些藻类可以用来生产油脂。”

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