近日，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授楊軍的一次科普演講引起了社會(huì)各界的關(guān)注。原來，這位科學(xué)家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”找到了終極解決途徑?這樣的期待，讓楊軍的演講迅速成為熱議話題。

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(shí)，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(shí)的自然反應(yīng)。不過，這一幕卻給了博士畢業(yè)于清華環(huán)境工程專業(yè)環(huán)境生物技術(shù)方向的楊軍不一樣的啟發(fā)。蟲子咬過，塑料去哪了?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(gè)問題能被證實(shí)，就意味著塑料能被降解。這將是一項(xiàng)革命性的發(fā)現(xiàn)。”春節(jié)過后，楊軍就帶著碩士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。隨后，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(jìn)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(bào)》記者。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)蠟蟲腸道的內(nèi)含物會(huì)分泌出很多菌株，但之前的研究并未將其細(xì)化。

為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究方法，楊軍前往英國牛津大學(xué)做了一年訪問學(xué)者。回國后，他開始展開系統(tǒng)深入的研究，提取內(nèi)含物中的“純菌”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

楊軍將蠟蟲腸道內(nèi)含物與含有聚乙烯的薄膜放在一起進(jìn)行富集培養(yǎng)。他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(qiáng)度試驗(yàn)選擇了兩種降解能力最強(qiáng)的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

實(shí)驗(yàn)證明，這兩種菌株的確靠塑料薄膜“活了下來”。它們?cè)诤垡蚁┑谋∧ど戏€(wěn)定增長，并具有較強(qiáng)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(gè)親水的碳氧雙鍵的羰基，這就是降解的初步機(jī)制。”楊軍解釋道。

他推測，如果將黃粉蟲的培養(yǎng)時(shí)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(shí)驗(yàn)。他培養(yǎng)了1500條黃粉蟲，將其平均分成三組，進(jìn)行為期30天的實(shí)驗(yàn)。一組僅喂食聚苯乙烯的泡沫塑料;另兩組作為對(duì)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(dú)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，楊軍收集了吃過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(jī)制的‘金標(biāo)準(zhǔn)’，碳13-同位素標(biāo)記示蹤的實(shí)驗(yàn)也更加證實(shí)了這個(gè)結(jié)果。”楊軍興奮地說，實(shí)驗(yàn)充分證明了黃粉蟲能降解聚苯乙烯。

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。

“塑料在自然界中降解需要約500年。而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找到可高效降解塑料的細(xì)菌、酶，只需24小時(shí)甚至更少的時(shí)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)院教授錢易對(duì)此評(píng)價(jià)說，楊軍團(tuán)隊(duì)從蟲子吃塑料的自然生活現(xiàn)象出發(fā)，證實(shí)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(gè)發(fā)現(xiàn)是革命性的，揭示了細(xì)菌能夠利用過去被認(rèn)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。”

楊軍告訴記者，實(shí)驗(yàn)研究中所用的塑料均為最難降解的石油基塑料。不過，想要真正造福人類，還需要通過產(chǎn)業(yè)化，使微生物和酶得到高效利用。目前他正在尋求與企業(yè)合作，試圖開發(fā)一種降解可控的新型材料。

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