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塑料的英文单词“plastic”来源于希腊语“plastikos”,意思是可以被塑造成多种形状的物质。
塑料也许是最让人骄傲又最令人纠结的发明之一。这些轻便、结实、造价低廉的东西给人类带来了极大的便利,却也制造了几乎同样大的麻烦:每年几亿吨的塑料垃圾,每分每秒都在化为细小的微粒进入自然生态循环,对环境和其他生物带来不可磨灭的影响。
在努力限制塑料包装过度使用的同时,科学家们多年以来也一直在致力于发掘能“吃掉”塑料的细菌或虫子,力求以最天然环保的方式分解塑料。
迄今为止,发现了不止一种,但遗憾的是,和天量的塑料垃圾相比,这些小生物就算再厉害,可能也吃不过来。当然,科学家们不会放弃,或许在不久的将来,终能有人工合成的塑料降解酶批量生产。
吃塑料的细菌
这是科学家们最想知道答案的一个问题:微生物们能像分解枯枝败叶一样消灭塑料吗?早在年,日本科学家小田耕平和他的团队就发现了一种相当有潜质的微生物,可以慢慢地分解细菌。
负责进行生物降解工作的主要群体是微生物,对它们来说,降解的主要目的是“填饱肚子”。种类繁多的微生物携带各式各样的酶,帮助它们从其他生物不需要的东西中获得能量和营养。
然而,“白色污染”是个例外。许多常见的塑料是烃类在相当严格的条件下聚合的产物,它们的化学结构对于自然界来说是个新鲜玩意儿。怎么“吃掉”它们,也是让微生物们很发愁的事。
因此,要想找到可能“吃”塑料的细菌,不是一件容易的事。小田耕平的策略是:从塑料污染物密集的地区找找看。他们的想法是:既然人饿急了什么都会吃,想在那些被塑料垃圾占领的地带生存,微生物也得相应地演化出一套本事吧?
为此,研究团队从一个塑料瓶回收点收集了多份被PET(塑料瓶的主要成分)污染的样本,包括废水、土壤等等。然后,他们将这些样本与低密度PET薄膜混合在一起,试图筛选出能以PET为主要食物的微生物。
终于,在第46号培养瓶里,研究者满心期待的事情发生了:在这个培养瓶中的PET薄膜上,一个微生物群落正在逐渐滋长。显微镜观察显示,这是一个由细菌、原生动物和酵母样细胞组成的有机体。
随着进一步分离培养,他们找出了“幕后功臣”:一种革兰氏阴性的β-变形菌,具有降解PET薄膜的能力。它们附着的PET薄膜,在显微镜上出现大量的空洞。
进一步的生化分析显示,当这些细菌黏附在塑料薄膜上的时候,它们能够分解一种被称为PET降解酶的蛋白质,将PET降解,再将降解后的产物运入体内进一步“消化”,最终转化为乙二醇和对苯二甲酸——这两种结构相对简单的有机物,就是它们的营养来源了。
对于人类来说,乙二醇和对苯二甲酸是有用的工业原料,即使需要处理,也比处理让人头疼的塑料垃圾简单得多。
尽管看起来这个结果很不错,但实际情况是:在实验中,完全降解一块小小的塑料薄膜需要六周的时间。不过该试验更重要的意义在于:自然界中酶类的演化速度可能比人类想象的要快,这意味着希望。
吃塑料的虫子
在发现吃塑料的细菌后过了两年,年,科学界又有了一个堪称“惊喜”的意外发现:西班牙生物学家费德丽卡·贝尔托基尼无意间发现:大蜡螟的幼虫能够直接吃掉聚乙烯塑料袋,并完全消化。
大蜡螟一般被养蜂人视为害虫,因为它的幼虫(见左下角图)孵化出来后,需以蜂蜡为食,因此会破坏蜂巢。所以养蜂人时常把幼虫清理出蜂箱,作为钓鱼时用的钓饵。
这位女科学家贝尔托基尼在业余时间也是个养蜂人,有一次她在为蜂箱清理寄生害虫时,将捉出来的一些大蜡螟幼虫丢进了一个普通的塑料袋里。她把塑料袋挂在车库里,打算忙完了拿去钓鱼。
然而,等她再回到车库里时,却惊讶地发现:袋子上布满了被虫啃咬的漏洞,虫子已经爬得到处都是!
贝尔托基尼于是邀请剑桥生物大学的生物化学家保罗·邦贝利及其科研小组,对大蜡螟幼虫进行了一次定时实验。
他们在一家超市随便买了一个塑料袋,将大约一百条幼虫放在袋子上。结果仅仅过了40多分钟,塑料袋就被啃出洞,12小时后,塑料袋的质量减少了约92毫克。研究者表示,这样的速度比塑料降解领域其他最新研究的结果都要快得多——之前采用真菌、细菌对塑料进行生物降解的速率仅为0.13毫克/天。
他们将研究论文发表在《当代生物学》期刊上。邦贝利在文中分析:蜂巢中的蜂蜡由高度多样化类脂化合物组成,相当于“自然界的塑料”,它的结构与塑料袋的原料聚乙烯有相似之处,因此吃蜂蜡的幼虫也能吃聚乙烯。
研究人员对幼虫吃完塑料的排泄物进行了光谱分析,结果显示,塑料中的化学键出现断裂,聚乙烯被降解为乙二醇。
他们还试过直接将捣碎的幼虫汁液放在塑料袋上,也能“侵蚀”塑料袋,这说明幼虫体内的某种酶或其他特定物质是塑料的克星。但与细菌面临的问题相同:只靠培养虫子来解决那么多的塑料垃圾是不现实的,关键还在于是否能人工合成这类酶,并且成本还不能太高。(综合/褐松)