假如你正在前往火星的途中,而在一次出舱作业时你不小心失去一个关键的工具。不用担心,您只需重新输入您的航天器,并使用一些微生物将尿液和二氧化碳转化为特定的化学物质,从而制作出全新的工具。这是科学家们正在开发使太空旅行更长时间的方法之一。

宇航员不能在太空旅行中携带大量备用品,因为每增加一公斤载荷会增加几倍于载荷的逃离地球重力所需的燃料成本。Mark A. Blenner博士说:"如果宇航员要进行几年的旅程,我们必须寻找一种回收他们从地球所带来的一切的方法。" "在宇宙航行中,原子循环经济将变得非常重要。"

解决方案在于与宇航员本身,因为在宇宙飞船上的所用物品中,宇航员其实是最浪费资源的"配件"。他们不断地从呼吸,饮食和使用材料中产生不同程度的浪费。Blenner说,与地球上的同胞不同,这些太空人不会想要丢弃任何废物分子。所以他和他的团队正在研究如何重新利用这些分子,并把它们转化成宇航员所需要的产品,如聚酯和营养物质。

Clemson大学的Blenner说,一些必需的营养素,如ω-3脂肪酸,保质期只有几年。他们需要在发射后几年开始,或在目的地进行生产以满足自身的需求。

他说:"拥有一个生物系统,当他们需要时宇航员可以从休眠状态唤醒,便可以开始生产他们所需要的,这是我们项目的最终目的。"

Blenner所描绘的生物系统包括酵母解脂耶氏酵母的各种菌株。这些生物需要氮和碳的生长。而他的研究小组发现酵母可以在未处理的尿液中从尿素中提取出氮元素。

同时,酵母可以从二氧化碳中获取碳,而二氧化碳可以来自宇航员呼出的气息,也可能来自火星的大气层。但是要使用二氧化碳,酵母需要一个中间人将碳"固定"成可以吸收的形式。为此,酵母依赖研究人员提供的光合蓝细菌或藻类。

酵母菌的产物之一ω-3脂肪酸,是一种有助于心脏、眼睛和大脑的健康的营养物质。另一种进行过基因修改的酵母菌已被设计成能够搅拌出单体并将它们连接成聚酯聚合物。

然后可以将这些聚合物用于3-D打印机中以产生新的塑料部件。Blenner的团队正在继续设计这种酵母菌株以产生可以聚合成具有一系列性质的不同类型聚酯的各种单体。

目前,工程酵母菌株只能生产少量的聚酯或营养成分,但科学家正在努力提高产量。他们还在寻找在地球上的应用,养鱼和人类营养。例如,通过水产养殖养殖的鱼需要给予ω-3脂肪酸补充剂,这可以由Blenner的酵母菌株产生。

Blenner说:"我们正在学习解脂耶氏酵母与其他酵母在遗传学和生物化学性质上有很大的不同。"每一个新生物体都有一些你必须关注和更好理解的奇怪性。"