宇宙で生き残るためには、排泄物を食料に変えなければならないかもしれない

慌てる必要はありません。長期宇宙ミッションに出る宇宙飛行士が自分の排泄物をつまみ食いすべきだと言っている人はいません。しかし、宇宙飛行士の尿が飲料水として再利用されるのと同じように、排泄物も近いうちに宇宙飛行士の栄養源として利用されるようになるかもしれません。Life Sciences in Space Researchに掲載された新しい研究は、生物学的排泄物が (少しだけ) 風味豊かな食品の生産に役立つ可能性があるプロセスを示唆しています。

科学者たちが国際宇宙ステーション（ISS）での生活の先を見据え、火星やその先への旅を考えている中、解決すべき最も明白な問題の一つは食糧源の発見だ。軌道が最も最適な状態で火星に着くまで約9か月かかるため、たとえそこに行ってすぐに引き返したとしても（そんなことはあり得ないが）、乗組員全員で1年半分の食糧が必要になる。旅のためにそれだけの量のMREを詰め込むことはできるが、ロケット燃料は高価なので、余分な重量は避けたほうがよい。宇宙飛行士が継続的に新鮮な食糧を栽培できるシステムを作ることができれば、宇宙船の占有スペースを節約でき、新天地に着陸した後も確実に栄養源を確保できる可能性がある。

理論上、排泄物は大きな役割を果たす可能性がある。現在、ISS の人間の排泄物は、大気圏に放出されて流れ星のように燃え上がるまで密閉して保管されている。それには十分な理由がある。NASA は、その狭い密閉空間で危険な微生物が繁殖するリスクを冒したくないのだ。しかし、それは、排泄物が放出する窒素などの栄養素を利用できないということであり、窒素は土壌の肥沃化に役立つ可能性がある。映画「オデッセイ」では、地球に取り残された宇宙飛行士マーク・ワトニーが、同僚の真空パックされた排泄物を利用して、赤い惑星の死んだ土に地球の微生物を供給したことは有名だが、彼は悲惨な状況に陥っていた。私たちは、わざとそのような危険なことをすることはないだろう。食料源の近くで、うっかり危険な病原体の増殖を助長する可能性が高すぎるのだ。

糞便を安全に利用したいなら、汚物そのものは残したまま、栄養素を閉じ込める方法を見つける必要があります。ペンシルベニア州立大学の科学者たちが探し始めたのは、糞便から栄養豊富なガスを取り出し、さらに利用できるようにする方法です。そして、彼らはすぐに、ジャガイモを栽培することはできないと気づきました。

「生命維持システムのための食糧生産のほとんどは植物の栽培に重点を置いています。水産養殖や畜産は狭いスペースで管理するのがかなり難しいからです」と、ペンシルベニア州立大学の博士研究員としてこのプロジェクトに携わったデラウェア郡コミュニティカレッジの科学研究室監督、リサ・スタインバーグ氏は言う。「しかし、種子や木の実など、植物の高タンパク質部分は、植物バイオマス全体の中では比較的小さな部分なので、宇宙飛行士に十分なタンパク質を供給できるかどうかは、常に心配の種です。」

彼らの解決策は？バクテリアが糞便を消化して窒素やメタンなどのガスを生成したら、そのガスを他のバクテリアの餌として使うのです。そして、そのおいしい微細な一口大の食べ物を食べるのです。

「宇宙飛行士にとってはどうなのだろうか？全く分からない」と、研究の共著者でペンシルベニア州立大学の地質科学教授クリストファー・ハウス氏は言う。「あまりいい話ではないようだ」

ハウス、スタインバーグ、そしてペンシルベニア州立大学の元学部生レイチェル・クロニャックは、すでに動物の飼料に加工されている種を含む、タンパク質を多く含む細菌に注目した。極小の微生物をむさぼり食うことは想像しにくいが、これらの種はバイオフィルムと呼ばれる塊になって成長し、まとまって、つまり、粘液として存在する。培養されたバイオフィルムを採取して、水槽などのより口当たりの良い潜在的な食料源に与えることもできるとハウスは提案するが、現実的に考えてみよう。サイズ制限があるため、宇宙飛行士は缶から直接粘液を食べなければならないだろう。おそらく主要なカロリー源にはならないだろうが、高タンパク質のバイオマスは有益なサプリメントとして役立つ可能性がある。

「少し水に浸した平らな表面で栽培すれば、どんな基質を敷いてもバイオマスのプレートのような形で成長するかもしれません」とハウス氏は言う。「もしかしたら、食用物質の上で栽培して表面全体を食べることもできるかもしれません」

スタインバーグ氏は、バイオマスはおそらくマーマイトやベジマイトのような見た目になるだろうと話す。「個人的には、シラチャを詰めます」と彼女は付け加える。「シラチャは何でもおいしくしてくれるからです。」

今のところ、このシステムは理論段階にある。チームは、（水槽の濾過からヒントを得た）別々のリアクターが廃棄物を処理して微生物の成長を促進する方法を解明し、どの微生物がこのシステムに最適かというアイデアも持っている。また、必要なバクテリアが、宇宙で経験する可能性のある温度変化などのさまざまな衝撃に耐えられることを確認する作業も行った。しかし、宇宙で使用できるほど小さくて安全で、かつ、有用なバクテリアの塊を生産できるほど大きくて効率的なものを実際に設計するには、さらに多くの研究が必要になるだろう。

「まだ適切な微生物が見つかったとは思っていません」とハウス氏は言う。「良い出発点となる微生物をいくつかリストアップしました。廃棄物を分解するのにどの微生物が適しているかを考えるだけでなく、どの微生物がエネルギー損失を最小限に抑え、水や酸素などの重要な資源の使用を最小限に抑えて、最良の栄養素を生み出すのかを考える必要があります。」

彼にとって、NASA が資金提供したプロジェクトの最大の利点の一つは、プロジェクト開始時にちょうど博士号を取得したばかりだったスタインバーグ氏が、プロジェクトに留まり、博士研究員として研究を続けることができたことだと彼は付け加えた。

「学部生には、私たちがやったことをさらに次のステップに進めるチャンスがたくさんあると思います」と彼は言う。「将来的にも、この分野で何かできることがあると思います。」