Este proyecto investiga sobre la posibilidad de desarrollar una tecnología que permita o aumente la producción de alimentos con muy pocos recursos, sobre todo en un viaje espacial dónde los recursos, el espacio y el peso son muy limitados. Dadas estas restricciones, es muy importante aprovechar los recursos disponibles dentro de la nave espacial.
Con este objetivo, esta investigación se basa en el aprovechamiento de residuos humanos para producir alimentos.
Los humanos generan unos excrementos que están en un porcentaje significativo constituidos por bacterias. Estas bacterias, de hecho, son las bacterias de nuestro microbioma intestinal y funcionan sin oxígeno y, por tanto, para que funcionen de acuerdo a sus características, deben encerrarse en un contenedor donde no haya ese gas para que prosigan su digestión bacteriana.
Una vez finalizada esta, las heces se convertirán en una fuente importante de compuestos nitrogenados y también de bastantes minerales, que se utilizarán más adelante. Por otro lado, los humanos también originamos orina, que aporta a estos compuestos nitrogenados y minerales que ya teníamos, y una sustancia muy importante: el agua. Si este conjunto, lo encerramos en un reactor y añadimos más bacterias, conseguiremos como resultado un abono que podría ser utilizado para aumentar la producción de plantas. Plantas, como por ejemplo, la lechuga; pero no sólo éstas.
Con este tipo de abono, también podemos hacer crecer espirulinas (cianobacterias del género Arthrospira); es decir, más bacterias. Tanto los vegetales como las espirulinas son capaces de realizar la fotosíntesis, y tanto unos como otros aprovecharán el dióxido de carbono que producen los propios humanos para completar su nutrición mediante dicho proceso. Es decir, reciclará una parte de este dióxido de carbono para producir carbohidratos y además, como subproducto, generará el oxígeno necesario para la respiración de otros seres vivos -entre ellos, los humanos-. Además, las plantas también transpiran (como principal mecanismo que hace ascender la savia bruta a los órganos fotosintéticos: hojas o tallos jóvenes o herbáceos) y la condensación de esta transpiración proporcionará el agua. Si hay una gran cantidad de plantas, recogiendo el agua transpirada se podría proporcionar suficiente agua para la bebida de los humanos.
Vemos, entonces, como las bacterias participan en tres procesos fundamentales: un primer proceso es la descomposición de las heces, básico para el reciclado y la recuperación de sustancias, un segundo proceso es la reacción de estas heces junto a la orina para incrementar su riqueza en nutrientes y, finalmente, un tercer proceso es la producción de alimentos directamente para los humanos.
Es decir, se obtienen alimentos a partir de desechos en un ciclo casi cerrado.
Para verificar estos procesos, la metodología utilizada es la siguiente:
- Recogida de excrementos humanos y caninos durante dos semanas conservados en un recipiente hermético.
- Posteriormente se preparan tres cultivos de lentejas durante cinco semanas en tierra: un cultivo con abono de residuos de humanos, otro cultivo con abono de residuos de animales y un tercer cultivo sin abono y que servirá como referencia o control. Antes de realizar los cultivos, las lentejas fueron cultivadas durante una semana en algodón y agua para asegurar su crecimiento inicial.
- Se sembraron cuarenta y cinco plantas de lentejas en cada parterre, que previamente se había dividido en cuadrículas (en cada una de ellas se plantaron nueve lentejas) para asegurarnos que cada planta dispusiese de la misma cantidad de tierra para que las condiciones de crecimiento fueran iguales, para un mejor control de la cantidad de producción.
- Cada semana se arrancaban el mismo número de plantas de cada tipo de cultivo (una con abono humano, otra con abono animal y la última, sin abono).
- La toma de datos consistió en pesar las plantas con una báscula electrónica, secarlas en una estufa de laboratorio a 60ºC durante 24 horas y volver a pesarlas tras el secado. El objetivo era que, de esta manera, se podían calcular tasa de crecimiento (restando la pesada inicial tras el secado y la respiración a la final), biomasa (multiplicando la tasa de crecimiento por el número de cuadrículas entre la superficie total empleada), productividad anual (multiplicando la biomasa por la cantidad de plantas total utilizada en el experimento), respiración (restando la pesada inicial tras el secado a la final más pequeña) y cantidad de agua que absorben las plantas en función del abono en la que estén cultivadas. A partir de estos datos, se calcularán la biomasa y la productividad que consumirán los consumidores primarios, secundarios y terciarios, respectivamente. Estos cálculos se realizarán según la regla del 10% o diezmo ecológico, que expone que sólo alrededor del 10% de la energía de un nivel trófico pasa al siguiente como materia consumible, dato sólo orientativo ya que suele variar entre el 1% y el 20% dependiendo del ecosistema.
Los datos obtenidos tras el experimento son:
Los resultados obtenidos durante el experimento muestran que el crecimiento ha sido irregular a lo largo de las cinco semanas de este experimento. Durante las tres primeras semanas, la tasa de crecimiento de las plantas cultivadas en la tierra sin excrementos y con excrementos humanos ha sido muy semejante (con una diferencia de ∙6,67·10-3g entre estos cultivos), pero a partir de la tercera semana se observa un aumento en la tasa de crecimiento en la tierra con excrementos humanos correspondiente a un 72,45%. Por otra parte, la tasa de crecimiento de las lentejas plantadas en tierra con excrementos caninos empieza siendo semejante a la de las lentejas en tierra sin excremento (con una diferencia de 0,01g), pero es a partir de la tercera semana cuando la tasa de crecimiento se reduce a un 86% en las dos últimas semanas.
Las cadenas tróficas procedentes de la tierra con abono de residuos humanos poseen un 61,56% más de biomasa y productividad anual que las que procedan de la tierra sin abono y un 81,67% más que las provenientes de la tierra con abono de residuos caninos.
En conclusión, podemos afirmar que las lentejas que han sido cultivadas en tierra con excrementos humanos tienen una tasa de crecimiento, una biomasa y una productividad mayor. Esto es debido a que los excrementos humanos poseen una mayor cantidad de nutrientes que las demás. De ello, deducimos que la digestión de los humanos no absorbe completamente los nutrientes de los alimentos que ingiere y, por tanto, excretan más cantidad de nutrientes, lo que convierte a los excrementos humanos en un abono ideal para plantas.
Los resultados con valores inferiores corresponden a la tierra con excrementos caninos. Esto puede deberse a que la digestión canina absorbe mucho más los nutrientes que ingiere, convirtiendo los excrementos caninos en un abono con escasos nutrientes para los vegetales. También puede deberse a que la alimentación de los perros (el pienso) no aporta tantos nutrientes como la alimentación humana.
En este estudio, se han tenido en cuenta los errores de la toma de datos. Los valores de error y cálculo proceden del error de la báscula electrónica utilizada: ±0,01g. Para reducir el error de este experimento, se podría solventar utilizando una báscula electrónica de mayor precisión. Por otra parte, no todas las plantas crecen en la misma medida. En cada toma de datos sólo se ha pesado una de las muestras y no hemos realizado una media de los valores para que los datos sean más fiables. Este error podría corregirse si hubiéramos utilizado más cultivos o parterres para estudiar una mayor cantidad de plantas y hacer una media de todos los datos obtenidos.
Cabe mencionar que este experimento se ha realizado en condiciones terrestres, no espaciales. Por ejemplo, que las plantas de este experimento estaban bajo el efecto de la gravedad. Esta diferencia de condiciones puede provocar una variación en la cantidad de biomasa y producción anual a la hora de realizar el cultivo en condiciones muy diferentes de gravedad y bajo luz no solar directa. En la presentación del trabajo también se mencionaba que la orina era un componente esencial para añadir nitrógeno y agua al compuesto. Cabe destacar, que finalmente no he añadido este componente; el agua que proporciona la orina se ha facilitado a través del riego. Quizá en un próximo experimento sería conveniente añadir la orina para valorar cómo influye en el desarrollo de nitrógeno, que en esta ocasión no se ha añadido.
Para este trabajo, como principales referencias bibliográficas y webgrafías he utilizado:
Programa de divulgación científica Quéquicom, TV3, Bacteris: de l’intestí a Mart, capítulo 115, 09 de enero de 2010. http://www.ccma.cat/tv3/alacarta/quequicom/bacteris-de-lintesti-amart/video/1834069/ [Consulta: 26 de septiembre de 2015].
C.J. Clegg, Biología, IB Diploma, primera edición, Ediciones Vicens Vives, S.A., España, 2015. La página web oficial de la NASA, https://www.nasa.gov/ [Consulta: 03 de octubre de 2015].
