为什么要在尿液中种番茄?

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延斯·豪斯拉格(Jens Hauslage)的办公室位于临近科隆市的德国航空航天中心的航天局。当你走进这间拥挤的办公室,首先映入眼帘的就是盛满尿液的鱼缸,放置在他书桌旁的架子上,桌子上一如既往堆满乱七八糟的学术资料,有书,有图表,还有学术论文。

两根大概一米高的透明塑料圆筒从鱼缸的中间伸出,繁茂的番茄植株从每根圆筒的顶部伸展开来,长着绿叶、花朵,甚至还挂着几个红彤彤的番茄。

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Image caption 尽管实验室里到处都是装满尿液的容器,但却几乎没有什么异味,这都要感谢细菌把尿液分解了(图片来源:Richard Hollingham)

"这些番茄能吃吗?"我问,心里面暗暗希望能被告知离它远一点。

"当然能吃。"豪斯拉格说,他是一位植物生理学家。他一边回答我,一边随意地从枝上扭下来一颗番茄,把这颗一欧元硬币那么大的果实递给了我。

我把这颗番茄放进嘴里。说实话,这真不是我吃过的最好吃的番茄,皮有点硬,味道也有一点发苦。但是,不管怎样,这是一颗健康的、能吃的番茄。

循环的汗液

豪斯拉格办公室里的番茄不是最好吃的,这并不令人惊讶。这些植物已经经过了特殊的培育,将在太空中成长。这些实验用的装尿液的容器、管子和植株是最初的放在卫星里的原型,目的是为了证明番茄可以在月球或者火星上被成功地培育出来。

现在,国际空间站上几乎所有的食物都要依靠货船从地球上运过来。唯一的例外是一些莴苣和卷心菜叶,宇航员已经成功地用水培法种出了这些蔬菜。然而,空间站上大部分的水都来自于宇航员自己的尿液。洗衣、出汗和使用厕所产生的废弃液体几乎都会通过一个复杂的处理系统被回收利用。今天的尿液就是明天的咖啡。

但是如果可以用宇航员尿液中有用的盐分来生产食物呢?如果人类将要长期居住在月球或者火星上,他们需要自给自足的食物供应。豪斯拉格说:"除了蛋白质补充条,你还需要更多的食物。"

"地球是一个封闭的生物系统,植物生产氧气和食物,动物和微生物在土壤中进行降解。"他说,"没有这些系统,就没有可持续的、长期的生命支持系统。"

在豪斯拉格的实验室里,更多的尿液在桶里、漏斗里和软管里晃来晃去。大部分是混合而成的人工尿液,这样科学家们才能知道实验中准确的化学成分。但是也有一些尿液来自于志愿者的捐献。墙上排列着灰色塑料制成的排水管,连接着装有冒泡的人工尿液的塑料盒子。在实验室中央,更大的赤土色的管子从装尿液的塑料大桶里伸出来。

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Image caption 延斯·豪斯拉格的实验室里到处都是用尿液种番茄的容器——这个想法未来也许可以为宇航员们生产食物(图片来源:Richard Hollingham)

"这些小管子可以处理一个人一天的尿液,"豪斯拉格解释道,"大管子可以处理四到六个人的尿液。"

每一根管子里都塞满了浮石。这是一种固体化的熔岩,布满孔洞,是细菌滋生的温床。这些微生物以流过管子的尿液为食,一些细菌把氨转化为亚硝酸盐,其他细菌则是把氨转化为硝酸盐,是很好的肥料。

这是在实验室控制条件下进行的氮循环,在地球上的土壤和水流中也自然地发生。这个封闭循环的生物系统和尿液一起,可以被用来处理剩下的食物和从植物上掉落的叶子。

说来也奇怪,想想看,我们身处一个放满数十加仑尿液的房间,但却没有味道。"因为尿液转化成二氧化碳和氨的降解速度相当快,"豪斯拉格说,"过滤器里的细菌也反应迅速。"

德国航空航天中心的科学小组已经在实验室中研发出了这项技术,现在他们在致力于将其带入太空轨道。今年晚些时候,航天局将会启动Eu:CROPIS项目(Euglena and Combined Regenerative Organic Food Production in Space的缩写,多少有点啰嗦),在一米宽的圆柱形卫星中设置两个微型温室。

这颗卫星将被SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭送入太空,携带着番茄种子、一桶人工尿液和细菌菌群,绕地球轨道运行。航天器将绕行,为第一个温室模拟月球的重力。六个月后,当第二个温室开始工作,绕行速度将加快来模拟火星的重力。

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Image caption 探索火星的宇航员会需要蛋白质补充条之外的更多食物来保持健康与活力(图片来源:iStock)

一开始,氧气由绿藻群产生——正是缩写中提到的Euglena。但是最终番茄植株将会产生比二氧化碳更多的氧气。

"在发射之后,我们将使卫星绕行并为系统注水,"豪斯拉格说,"番茄将会发芽,我们会将尿液注入系统来培育番茄。"

植物将会被16架摄像机严格监控,数据一天四次返回地球。尽管这不是番茄第一次进入太空,但这是第一个专门在封闭系统里种植植物的卫星。

如果任务成功,就可以为在外太空种植植物提供更进一步的方法。但是能不能也使用人类其他的排泄物比如粪便呢?

在电影《火星救援》(The Martian)中,我们看到马特·达蒙(Matt Damon)在火星上靠土豆维持生命,那些土豆就是在人类的粪便中培育出来的。目前,国际空间站产生的固体废物是被打包放进补给舰,在地球大气层烧毁。

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Image caption 这些番茄带着苦味但是完全能吃(图片来源:Richard Hollingham)

"作为一名科学家,我认为粪便并不如尿液珍贵,"豪斯拉格说,"但是粪便中含有大量的钾,是优质肥料所需要的一种元素。"然而,由于粪便中含有危险的病原体,因而需要小心细致的处理。

虽然如此,如果未来在月球或者火星上居住,很有可能任何东西都不会被扔掉,一切都需要循环利用。在一个如此遥远的新世界里养活那么多新居民看起来也是一个挑战。

"你需要很多卡路里,所以必须生产出大量土豆、黄瓜、番茄等等食物,而且你还需要蛋白质和脂肪。"豪斯拉格说。后一类食物似乎尤其困难,但是他的团队已经在攻克这一难题:"我们同样进行了实验,用尿液和藻类生产富含脂肪的食物。"

好极了,只是别指望在太空里种出来的食物可以达到米其林星级水平。

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