蟲子吃塑料:一袋小米帶來的迷信打破
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近日，北京航天航空大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授楊軍的一次科普演講引起了社會各界的關(guān)注。原來，這位科學(xué)家在偶然間將蟲子與塑料掛上了鉤。
塑料能被蟲子“吃掉”?這是否意味著，困擾人類的“白色污染”尋找到了終極解決途徑?這樣的期待，讓楊軍的演講迅速成為大眾熱議話題。
偶然的科學(xué)發(fā)現(xiàn)
2004年春節(jié)，楊軍從家中櫥柜里拿出一袋小米準(zhǔn)備煮粥時，發(fā)現(xiàn)裝米的塑料袋上有許多孔洞，還有蟲子和飛蛾爬出。
米壞了，不能吃，趕緊處理扔掉，這是許多人看到上述情景時的自然反應(yīng)，人們很難將它與科學(xué)研究聯(lián)系起來。不過，這一幕卻對博士畢業(yè)于清華環(huán)境工程專業(yè)、環(huán)境生物技術(shù)方向的楊軍，有了不一樣的啟發(fā)。蟲子咬過，塑料去了哪?如果被蟲子吃掉了，塑料能否被蟲子消化?
楊軍初步推測，塑料可能被蟲子吃掉了，但能否被蟲子消化吸收，并轉(zhuǎn)化成能量或身體組織就不得而知了。
“如果這個問題能被證實，就意味著塑料能被降解，這將是一項革命性的發(fā)現(xiàn)。”春節(jié)過后，楊軍就帶著碩士研究生秦小燕著手開始研究。
通過各種渠道，他買到了“米蟲”，即蠟蟲。通過解剖將其內(nèi)含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無碳培養(yǎng)基中。
“碳是維持生命的主要元素，不給蠟蟲葡萄糖、淀粉等碳源，只給含有聚乙烯的薄膜，蠟蟲要么依靠薄膜進行繁殖代謝，要么因沒有能量來源而死掉。”楊軍告訴《中國科學(xué)報》記者。
實驗進行到第28天，楊軍和秦小燕通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，蠟蟲腸道的內(nèi)含物侵蝕并穿透了塑料薄膜，這意味著蠟蟲的腸道微生物降解了塑料。
蟲子活下來了
實驗蠟蟲腸道的內(nèi)含物會分泌出很多的菌株，不過在之前的研究中并未將其細化。
為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究的方法，楊軍前往牛津大學(xué)做了一年訪問學(xué)者。回國后，他開始展開系統(tǒng)深入地研究，提取內(nèi)含物中的“純菌”進行實驗。
楊軍將蠟蟲腸道內(nèi)含物，與含有聚乙烯的薄膜放一起進行富集培養(yǎng)。以聚乙烯為唯一碳源，60天富集培育分離出8種純菌株，并最終通過抗拉強度試驗選擇了兩種降解能力最強的菌種:阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。
實驗證明，這兩種菌株的確靠塑料薄膜“活了下來”。它們在含聚乙烯的薄膜上穩(wěn)定增長，并具有較強的活性，可以腐蝕掉聚乙烯膜的表面。“把聚乙烯這種長鏈的C-C單鍵氧化斷裂成為一個親水的碳氧雙鍵的羰基，這就是降解的初步機制。”楊軍解釋道。
他推測，如果黃粉蟲的培養(yǎng)時間延長至60天，阿氏腸桿菌和芽孢桿菌可以分別使聚乙烯減重6%和11%，聚乙烯的分子量可以降低6%和13%。“這表明黃粉蟲的降解效率是很高的。”
隨后，楊軍又做了黃粉蟲降解聚苯乙烯實驗。他培養(yǎng)了1500條黃粉蟲，將他們平均分成三組，進行為期30天的實驗。一組僅僅喂食聚苯乙烯的泡沫塑料，另兩組作為對照組，食物分別是它們最喜歡的麥麩和無食物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別單獨喂食泡沫塑料和麥麩的兩組存活率沒有顯著差異。
為測量聚苯乙烯的降解程度，楊軍收集了吃了麥麩和泡沫塑料的蟲糞，并用GPC(凝膠滲透色譜)證明聚苯乙烯的分子量降低了、熱量也降低了。
“50%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉(zhuǎn)化為二氧化碳和自身肌體，可以說是‘長肌肉’了。作為生物化學(xué)機制的‘金標(biāo)準(zhǔn)’，碳13-同位素標(biāo)記示蹤的實驗也更加證實了這個結(jié)果，”楊軍興奮地說，實驗充分證明了黃粉蟲能夠降解聚苯乙烯。
塑料生物降解的新窗口
楊軍表示，塑料本身是一種高分子的惰性材料，難以被生物降解，經(jīng)過微生物、酶的作用，可大大降低分子量，即使部分尚未被完全降解的塑料進入到自然界，對環(huán)境的影響也會減少很多。
“塑料在自然界中降解需要大約500年，我們找到了一種高效降解微生物來源的新途徑，就是從蟲子的腸道里面找到可高效降解塑料的細菌、酶，只需24小時甚至更少的時間就能降解塑料，這為解決石油基塑料污染問題打開了一扇窗。”楊軍說。
中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院錢易教授對此發(fā)現(xiàn)也作了評價，楊軍團隊從蟲子吃塑料的自然生活現(xiàn)象出發(fā)，證實了昆蟲及其腸道微生物可以高效降解聚乙烯和聚苯乙烯。這個發(fā)現(xiàn)是革命性的，揭示了細菌能夠利用過去被認為不可能生物降解的石油基塑料，這是近年來環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域最大突破之一，為解決全球塑料污染問題打開了一扇新的大門。
然而，這項突破性的發(fā)現(xiàn)，隨之引來了人們的擔(dān)憂。
北京師范大學(xué)環(huán)境史博士、北京零廢棄運動發(fā)起人毛達在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，若是沒有進行全面深入的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險分析，盲目引入某種生物技術(shù)，難保不會帶來更嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難。
他同時提醒，一項科學(xué)發(fā)現(xiàn)不等于找到解決塑料污染的方案，并表示利用微生物技術(shù)降解塑料并不能從源頭上解決塑料污染和能源消耗問題。
楊軍也表示，實驗研究中所用的塑料均為最難降解的石油基塑料。此外，想要真正造福人類，需要通過產(chǎn)業(yè)化，使微生物和酶得到高效利用。目前他也正在尋求與企業(yè)合作，試圖開發(fā)一種降解可控的新型材料。
