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最近，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊軍教授的科普演講引起了社會各界的關(guān)注。原來，這位科學(xué)家不小心用塑料鉤住了蠕蟲。
塑料會被蟲子“吃掉”嗎？這是否意味著困擾人類的“白色污染”找到了最終解決方案？這一期望使得楊軍的演講成為熱門話題。
偶然的科學(xué)發(fā)現(xiàn)
2004年春節(jié)期間，當(dāng)楊軍從櫥柜里拿出一袋小米煮粥時，他發(fā)現(xiàn)裝大米的塑料袋上有許多洞，蟲子和飛蛾爬了出來。
米飯碎了，不能吃了，所以趕快把它扔掉。這是許多人看到上述情況時的自然反應(yīng)。然而，這一幕給了楊軍不同的靈感，他畢業(yè)于清華大學(xué)，獲得環(huán)境工程博士學(xué)位，主修環(huán)境生物技術(shù)。蟲子咬了。塑料在哪里？如果被蟲子吃了，塑料能被蟲子消化嗎？
楊軍最初推測塑料可能被昆蟲吃了，但不清楚它是否能被昆蟲消化吸收并轉(zhuǎn)化為能量或身體組織。
“如果這個問題能夠被證實，那就意味著塑料可以被降解。這將是一個革命性的發(fā)現(xiàn)?！贝汗?jié)過后，楊軍帶著碩士研究生秦曉艷開始了這項研究。
通過各種渠道，他購買了“米蟲”，或蠟蟲。隨后，通過解剖除去其內(nèi)容物，并接種在僅覆蓋有聚乙烯膜的無碳培養(yǎng)基中。
“碳是維持生命的主要元素。蠟蟲只得到聚乙烯薄膜，而不是葡萄糖和淀粉等碳源。蠟蟲要么依靠薄膜進(jìn)行繁殖和新陳代謝，要么因為沒有能源而死亡?！睏钴姼嬖V《中國科學(xué)》的記者。
在實驗的第28天，楊軍和秦小燕通過電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)蠟蟲腸道內(nèi)的內(nèi)容物侵蝕并滲透到塑料薄膜中。這意味著蠟蟲的腸道微生物降解塑料。
蠕蟲幸存了下來。
實驗性蠟蟲的腸道內(nèi)容物會分泌許多菌株，但之前的研究并沒有對它們進(jìn)行提煉。
為了研究基本的研究方法，楊軍去牛津大學(xué)做了一年的訪問學(xué)者?；貒螅_始進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，從實驗內(nèi)容中提取“純細(xì)菌”。
楊軍把蠟蟲的腸內(nèi)容物和聚乙烯薄膜放在一起進(jìn)行富集培養(yǎng)。他以聚乙烯為唯一碳源，對8株純菌株進(jìn)行了60天的富集培養(yǎng)，最終通過拉伸強(qiáng)度試驗篩選出降解能力最強(qiáng)的兩株菌株:腸桿菌和芽孢桿菌。
實驗證明，這兩種菌株確實在塑料薄膜上“存活”。它們在含聚乙烯的薄膜上穩(wěn)定生長，具有很強(qiáng)的活性，能腐蝕聚乙烯薄膜的表面。聚乙烯，一個長鏈碳碳單鍵，氧化裂解成一個帶有碳氧雙鍵的親水羰基，是降解的主要機(jī)理楊軍解釋道。
他推測，如果黃粉蟲培養(yǎng)時間延長到60天，腸桿菌和芽孢桿菌可分別使聚乙烯重量減少6%和11%，聚乙烯分子量減少6%和13%。"這說明黃粉蟲的降解效率很高."
后來，楊軍用黃粉蟲做了另一個降解聚苯乙烯的實驗。他培育了1500只黃色的黃粉蟲，并將它們平均分成三組，進(jìn)行為期30天的實驗。一組只加入聚苯乙烯的泡沫塑料；另外兩組作為對照組。食物是他們最喜歡的麥麩，沒有食物。結(jié)果表明，分別飼喂泡沫塑料和麥麩的兩組成活率無顯著差異。
為了測定聚苯乙烯的降解程度，楊軍收集了蟲蛀的麥麩和泡沫塑料，凝膠滲透色譜(GPC)證明聚苯乙烯的分子量降低，熱量也降低。
“50%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉(zhuǎn)化成二氧化碳和自己的身體，可以說是‘長肌肉’。作為生化機(jī)制的“金標(biāo)準(zhǔn)”，碳13同位素標(biāo)記和示蹤實驗也進(jìn)一步證實了這一結(jié)果。”楊軍興奮地說，實驗充分證明黃粉蟲可以降解聚苯乙烯。
塑料生物降解的新窗口
楊軍說，塑料本身是一種惰性聚合物材料，很難生物降解。
“塑料在自然界降解大約需要500年。然而，我們發(fā)現(xiàn)了一種有效降解微生物來源的新方法，即在蠕蟲的腸道中可以找到能有效降解塑料的細(xì)菌和酶，降解塑料只需24小時或更少，這為解決石油基塑料的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)境研究所教授錢乙評論說，楊軍團(tuán)隊證實，昆蟲及其腸道微生物可以有效降解聚乙烯和聚苯乙烯，這是基于昆蟲吃塑料的自然現(xiàn)象?！斑@一發(fā)現(xiàn)是革命性的，揭示了細(xì)菌可以使用以前被認(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)域最大的突破之一，為解決全球塑料污染問題打開了新的大門?！?/p>
楊軍告訴記者，實驗研究中使用的塑料都是最難降解的石油基塑料。然而，為了真正造福人類，有必要通過工業(yè)化有效地利用微生物和酶。目前，他正在尋求與企業(yè)合作，試圖開發(fā)一種可控制降解的新材料。
中國科學(xué)新聞(2018-01-09第四版)
