Việc cung cấp thức ăn cho các phi hành gia trong sứ mệnh dài ngày tới Sao Hỏa không chỉ đảm bảo họ có đủ chất dinh dưỡng và calo để sống sót sau hành trình kéo dài nhiều năm.
Buồng kín này mô phỏng cách các phi hành gia trồng cây tươi trong không gian. Tín dụng: NASA
Cung cấp cho các phi hành gia chế độ ăn uống phù hợp cũng là điều tối quan trọng trong việc hỗ trợ sức khỏe tinh thần và nhận thức của họ, theo cách không giống như các nhiệm vụ trước đây.
Vì vậy, chúng ta cần suy nghĩ lại một cách triệt để cách chúng ta cung cấp thức ăn cho các phi hành gia không chỉ trong sứ mệnh đầy thách thức tới Sao Hỏa, nhiệm vụ có thể được thực hiện vào cuối những năm 2030 hoặc đầu những năm 2040, mà còn để chuẩn bị cho khả năng định cư trên hành tinh đỏ.
Điều đó bao gồm việc thừa nhận vai trò của vi khuẩn đối với sức khỏe tâm thần và sức khỏe, đồng thời cung cấp cho các phi hành gia những thực phẩm và điều kiện phù hợp để nhiều loại vi khuẩn có lợi này phát triển. Nghiên cứu của chúng tôi nhằm mục đích làm điều đó.
Đây là lý do tại sao sự cân bằng lành mạnh của vi khuẩn lại quan trọng trong những điều kiện đầy thách thức như vậy và cách chúng ta có thể đưa vi khuẩn vào thực đơn.
Tại sao các sứ mệnh lên sao Hỏa lại đầy thách thức?
Các sứ mệnh không gian sâu sẽ khiến con người phải đối mặt với những thách thức to lớn về thể chất và tâm lý. Chúng bao gồm sự cô lập kéo dài với những người thân yêu, những hạn chế về không gian và nguồn lực khắc nghiệt cũng như những khó khăn của môi trường vi trọng lực.
Sự gián đoạn nhịp sinh học của các phi hành gia, phơi nhiễm phóng xạ kéo dài và thay đổi chế độ ăn uống cũng có thể làm giảm hiệu suất nhận thức và sức khỏe của họ.
Các điều kiện nguy hiểm, kết hợp với tổn thất tâm lý có thể xảy ra khi tàu vũ trụ gặp sự cố, đều có thể góp phần gây ra các vấn đề về sức khỏe tâm thần.
Tại sao chế độ ăn uống lại quan trọng đối với sức khỏe tâm thần?
Chúng ta đã biết chất lượng chế độ ăn uống của con người không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất mà còn cả sức khỏe tinh thần và trí não của họ.
Chất lượng chế độ ăn uống có mối liên hệ nhất quán và độc lập với nguy cơ trầm cảm hoặc lo âu. Các thử nghiệm lâm sàng cho thấy việc cải thiện chất lượng chế độ ăn uống có thể dẫn đến cải thiện sâu sắc các triệu chứng trầm cảm và lo âu.
Chế độ ăn uống cũng ảnh hưởng đến kích thước và chức năng của một vùng não cụ thể—vùng hải mã—vùng quan trọng đối với khả năng học tập và trí nhớ cũng như duy trì sức khỏe tâm thần. Khi ngay cả những người trưởng thành trẻ tuổi khỏe mạnh cũng ăn đồ ăn vặt, các khía cạnh nhận thức liên quan đến vùng hải mã sẽ nhanh chóng suy giảm.
Mặt khác, nghiên cứu cho thấy chế độ ăn có nhiều thực phẩm thực vật và hải sản đa dạng hơn (giàu thành phần gọi là axit béo omega-3 chuỗi dài và flavonoid) dẫn đến hiệu suất nhận thức tốt hơn. Nghiên cứu này được thực hiện trong buồng kín trong 45 ngày, được thiết kế để mô phỏng các điều kiện trong không gian.
Chế độ ăn uống có thể gây ra những hậu quả như vậy bằng cách thay đổi:
- chức năng miễn dịch
- kích thước và chức năng của hải mã
- hệ thống truyền tin hóa học (dẫn truyền thần kinh)
- cơ thể chúng ta phản ứng thế nào với căng thẳng.
Chế độ ăn uống cũng có thể ảnh hưởng đến nhiều cách mà vi khuẩn trong ruột tác động đến não, một mối liên kết được gọi là trục vi khuẩn ruột-não.
Không phải tất cả các loại thực phẩm đều đạt tiêu chuẩn
Thực phẩm không gian cần phải thu hút được nhiều phi hành đoàn và giữ được chất dinh dưỡng trong thời gian cực kỳ dài (có thể là sứ mệnh kéo dài từ ba đến năm năm). Chúng cũng cần phải nhẹ và đủ nhỏ gọn để đặt vừa trên tàu vũ trụ.
Khi ở trên sao Hỏa, các thách thức bao gồm trồng thực phẩm tươi sống và nuôi trồng nguồn protein. Ngoài việc cung cấp chất dinh dưỡng, chúng ta cũng cần xem xét việc cung cấp các yếu tố được xác định gần đây hơn bao gồm chất dinh dưỡng thực vật (như polyphenol), sản phẩm lên men và vi khuẩn. Những thứ này có thể sẽ rất quan trọng để duy trì sức khỏe và thực sự là sự sống trong các sứ mệnh không gian sâu.
Tại sao vi khuẩn lại quan trọng đến vậy?
Nếu bạn đã xem bộ phim "Người sao Hỏa", bạn sẽ biết vi khuẩn là một khía cạnh quan trọng trong việc trồng trọt thực phẩm và rất cần thiết để duy trì sự sống và hoạt động của con người.
Chúng ta đã cùng tiến hóa và là vật chủ của hàng nghìn tỷ vi khuẩn khác nhau sống trên da cũng như trong tất cả các hốc và hốc của chúng ta. Điều này bao gồm miệng, mũi, âm đạo, phổi và quan trọng là ruột của chúng ta.
Hầu hết các vi khuẩn này là vi khuẩn. Số lượng lớn nhất là ở ruột, nơi chúng ảnh hưởng đến quá trình tiêu hóa, trao đổi chất và hệ miễn dịch, nội tiết (hormone) và hệ thần kinh của chúng ta.
Hệ vi sinh vật của con người là gì?
Mối quan hệ giữa vi khuẩn đường ruột với sức khỏe và hành vi tâm thần diễn ra theo cả hai hướng. Vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến sức khỏe tinh thần và hành vi của chúng ta, và những điều này lại ảnh hưởng đến vi khuẩn đường ruột của chúng ta.
Các thành phần khác của hệ vi sinh vật của chúng ta—vi rút, nấm và thậm chí cả ký sinh trùng—và hệ vi sinh vật ở miệng và phổi cũng có liên quan đến sức khỏe tâm thần và não bộ.
Điều quan trọng là chúng ta chia sẻ vi khuẩn với những người khác, bao gồm cả thông qua trao đổi không khí, điều này rất phù hợp trong các hệ thống môi trường khép kín như bên trong tàu vũ trụ.
Vì vậy, việc đảm bảo tất cả các phi hành gia đều có vi khuẩn khỏe mạnh và đa dạng nhất trong toàn bộ sứ mệnh là điều quan trọng.
Làm thế nào chúng ta có thể khuyến khích các vi khuẩn khỏe mạnh?
Chúng ta không chỉ phải nghĩ đến thực phẩm. Chúng ta cũng cần suy nghĩ về cách trồng trọt thực phẩm nếu muốn hỗ trợ hệ vi sinh vật khỏe mạnh.
Thật vậy, vi khuẩn đóng một vai trò thiết yếu trong hàm lượng dinh dưỡng và hóa chất thực vật của thực vật, và vi khuẩn trong đất, thực vật và con người có mối liên hệ với nhau. Nghiên cứu được công bố vào năm 2023 xác nhận vi khuẩn trên rau và các thực phẩm thực vật khác tìm thấy nơi trú ngụ trong ruột người, tăng cường sự đa dạng của vi khuẩn.
Nhưng những cách trồng thực phẩm trên tàu vũ trụ hiện nay không sử dụng đất tự nhiên. Các phương pháp "canh tác thẳng đứng" tiêu chuẩn trồng cây trong môi trường tăng trưởng thay thế—hãy tưởng tượng một hệ thống thủy canh thế hệ tiếp theo. Vì vậy, chúng ta có thể cần thêm một loại hỗn hợp vi sinh vật được tối ưu hóa vào các hệ thống này để tăng cường các đặc tính sức khỏe của thực phẩm mà các phi hành gia trồng và ăn.
Protein lên men từ vi khuẩn có thể được sản xuất nhanh chóng trong lò phản ứng sinh học trên tàu vũ trụ, thậm chí từ chất thải thực phẩm. Một số loại có hương vị và kết cấu giống thịt và có thể cung cấp tất cả các axit amin mà con người cần cũng như các sản phẩm phụ hữu ích từ chính vi khuẩn.
Bản thân quá trình lên men tạo ra hàng nghìn phân tử hoạt tính sinh học khác nhau, bao gồm một số vitamin, có tác dụng có lợi đa dạng đối với sức khỏe, bao gồm cả những lợi ích có thể có đối với sức khỏe tâm thần.
Mặc dù chúng ta vẫn chưa biết những loại thực phẩm lên men nào có thể được sử dụng trong không gian, nhưng chúng ta có thể đưa các loại thực phẩm lên men như kim chi và dưa cải bắp vào chế độ ăn của các phi hành gia trên Trái đất.
Probiotic và prebiotic làm chất bổ sung cũng có thể cần thiết. Probiotic là những vi khuẩn sống đã được chứng minh là có lợi cho sức khỏe và prebiotic là thức ăn cho những vi khuẩn khỏe mạnh này.
Lợi ích trên trái đất quá
Chúng ta chỉ mới bắt đầu học cách tối ưu hóa vi khuẩn để giữ cho các phi hành đoàn không gian khỏe mạnh, điều này rất quan trọng đối với các chuyến bay vào vũ trụ dài ngày và khả năng định cư trên các hành tinh khác.
Tuy nhiên, nghiên cứu này có thể có nhiều ứng dụng khác. Chúng ta có thể sử dụng những gì học được để giúp tạo ra các hệ thống thực phẩm bền vững và tự cung tự cấp trên Trái đất nhằm cải thiện môi trường và sức khỏe con người.
