吃掉聚乙烯

科研人員進(jìn)行的第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是，把100只蟲子放在一只塑料袋上，結(jié)果不到40分鐘，袋子上已開始出現(xiàn)小洞，12個(gè)小時(shí)后，蟲子已吃掉92毫克的塑料制品，比用真菌和細(xì)菌進(jìn)行生物降解的速率要快得多。

在家里掃著地，突然，就發(fā)現(xiàn)了拯救地球的秘訣——一種“吃進(jìn)去的是塑料，擠出來的是抗凍劑”的蟲子。

單看這樣的文章開頭，你或許以為誤拿了某部科幻電影的劇本。但實(shí)際上，在現(xiàn)實(shí)生活里，劇情并沒有按“人類大戰(zhàn)異形蟲”的腳本上演。至少從現(xiàn)階段來看，被一名西班牙科研人員偶然發(fā)現(xiàn)的能吃塑料的大蠟螟幼蟲，似乎就是未來解決白色污染的關(guān)鍵。

白色污染，百年大戰(zhàn)

在開始這一堪稱神奇的故事前，有必要先科普一下白色污染。

白色污染是人們對難降解的塑料垃圾（多指塑料袋）污染環(huán)境的一種形象稱謂。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類生活塑料制品使用后被棄置成為固體廢物，由于隨意亂丟亂扔，難于降解處理，以致環(huán)境嚴(yán)重污染的現(xiàn)象。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，人們?nèi)粘Ｉ钪屑s92%的塑料制品來源是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。前者常被用作購物袋、食品包裝袋以及工農(nóng)業(yè)用薄膜等，后者則主要用于包裝紡織品、針棉品、服裝、襯衫等。本文提到的塑料便是聚乙烯。

聚乙烯占據(jù)了全部塑料制品生產(chǎn)的40%。每年，全球大約生產(chǎn)8000萬噸聚乙烯，人們要使用約1萬億個(gè)塑料袋。盡管聚乙烯在人們的日常生活中應(yīng)用非常普遍，以至于經(jīng)常被忽視，但它卻給生態(tài)環(huán)境，特別是海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。

在歐盟27國以及挪威和瑞士范圍內(nèi)，38%的塑料制品直接被填埋。而2014年美國環(huán)境保護(hù)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，當(dāng)年全美共生產(chǎn)3325萬噸塑料制品，其中僅9.5%被循環(huán)利用，另有15%被焚燒，其余的75.5%全被填埋。

這些被直接丟棄的聚乙烯制品非常難降解。低密度聚乙烯塑料袋大概需要100年才能完全降解，而最頑固的聚乙烯甚至需要400年才能降解。它們堆砌在生態(tài)環(huán)境中，堵塞生態(tài)循環(huán)，讓其他生物不堪重負(fù)。

據(jù)悉，每年有約800萬噸塑料垃圾進(jìn)入海洋。如果不采取有效措施加以控制，到2025年，海洋中塑料垃圾總量將達(dá)1.55億噸，而到2050年，海洋中塑料垃圾的重量將超過魚類總和。

害蟲的逆襲

上述鋪墊或許能有助于你更好地理解，發(fā)現(xiàn)能消化聚乙烯的蟲子究竟對人類乃至整個(gè)世界而言，是多大的福音。

西班牙坎塔夫里亞生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院的生物學(xué)家費(fèi)德麗卡·貝爾托基尼就是那個(gè)“一不小心就發(fā)現(xiàn)了拯救地球秘訣”的人。

據(jù)法新社報(bào)道，愛好養(yǎng)蜂的貝爾托基尼在清理蜂巢時(shí)，隨手用超市的購物袋把在其中偷吃蜂蠟的蟲子裝在一起，她沒想到，“過了一會兒，看見袋子上全是洞，蟲子到處爬”。

這種偷吃蜂蠟的蟲子就是本文的主角：大蠟螟的幼蟲。大蠟螟會將蟲卵下在蜂巢中，幼蟲在化蛹成蛾之前，以蜂蠟為食。大蠟螟因此被養(yǎng)蜂業(yè)視為害蟲，而它的幼蟲此前的主要用途就是作魚餌。

驚訝于大蠟螟“吃貨”幼蟲對塑料的“戰(zhàn)斗力”，貝爾托基尼聯(lián)合英國劍橋大學(xué)的生化學(xué)家保羅·邦貝利和克里斯托弗·豪等人，共同開展對這種幼蟲的研究，以確定它們究竟能以多快的速度，消耗多少對環(huán)境有害的塑料。

科研人員進(jìn)行的第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是，把100只蟲子放在一只塑料袋上，結(jié)果不到40分鐘，袋子上已開始出現(xiàn)小洞，12個(gè)小時(shí)后，蟲子已吃掉92毫克的塑料制品，比用真菌和細(xì)菌進(jìn)行生物降解的速率要快得多。

此前的科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，用真菌簡青霉培養(yǎng)液浸泡3個(gè)月后，聚乙烯出現(xiàn)降解。而暴露在細(xì)菌星狀諾卡氏菌的環(huán)境中4～7個(gè)月，聚乙烯也會開始降解。這樣算出的采用真菌和細(xì)菌對塑料進(jìn)行生物降解的速率僅為每天0.13毫克。即便動(dòng)用強(qiáng)腐蝕性的硝酸，也需要3個(gè)月才能攻破聚乙烯強(qiáng)大的碳?xì)滏湣?/p>

貝爾托基尼等人進(jìn)行的第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)則確認(rèn)，這種幼蟲能將塑料“大餐”完全消化，并打破聚乙烯穩(wěn)定的碳?xì)滏溄Y(jié)構(gòu)，將其分解成乙二醇。而乙二醇常被用作抗凍劑。

第三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更加驚人：將搗碎的幼蟲放在塑料袋上，也能得出類似結(jié)果，這說明幼蟲體內(nèi)的某種酶或其他特定物質(zhì)是塑料的克星。

不過，目前尚不清楚這種物質(zhì)是單一酶還是多分子化合物。

萬里長征第一步

在解釋為何這種幼蟲能消化塑料時(shí)，貝爾托基尼說，大蠟螟傳統(tǒng)意義上以蜂蠟為食，而蠟是種聚合物，相當(dāng)于“自然界的塑料”，與聚乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)“多有相似”。

為應(yīng)對白色污染問題，貝爾托基尼認(rèn)為，“將數(shù)百萬只幼蟲放到塑料袋上肯定不可行”。目前科研人員仍需確定這種能分解塑料的特定物質(zhì)，并據(jù)此人工生產(chǎn)活性劑。

貝爾托基尼說：“毛毛蟲產(chǎn)生了某種破壞塑料袋中化學(xué)鍵的物質(zhì)，它可能來自于唾液腺，也可能是腸道中的共生細(xì)菌。我們下一步就是弄清楚反應(yīng)過程中的分子過程，并查明我們是否能分離出負(fù)責(zé)降解過程的物質(zhì)。”

研究人員認(rèn)為，如果降解過程的分子機(jī)理被揭曉，鑒于大蠟螟幼蟲消化聚乙烯的速率驚人，工業(yè)規(guī)模的生物技術(shù)將會成為解決聚乙烯廢物的主要方案。

該研究已發(fā)表在4月24日的美國《當(dāng)代生物學(xué)》期刊上。研究人員在文章中寫道：“我們計(jì)劃將這一發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化成解決塑料垃圾的有效方法，從無可避免的塑料累積所產(chǎn)生的后果中，拯救包括海洋、河流等在內(nèi)的整個(gè)環(huán)境?！蔽恼逻€說，“不過，我們也不應(yīng)因?yàn)橹廊绾紊锝到饩垡蚁?，就故意將其丟棄到環(huán)境中?！?/p>

值得注意的是，由于關(guān)鍵機(jī)制尚待確定，用大蠟螟幼蟲來應(yīng)對白色污染只能說是“萬里長征走出了第一步”。

美國密歇根州立大學(xué)包裝學(xué)院負(fù)責(zé)人蘇珊·塞爾克說：“從發(fā)現(xiàn)某種能生物降解聚乙烯的物質(zhì)，到創(chuàng)造出整個(gè)生物降解的有用系統(tǒng)，需要走很長的路?！?/p>

吃塑料，不止一種蟲子

在貝爾托基尼等人之前，已有不少科學(xué)家對生物降解塑料做了有益探索，其中就包括中國的科研人員。

2015年，北京航空航天大學(xué)教授楊軍和深圳華大基因公司的趙姣等在美國《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》月刊上合作發(fā)表了兩篇姊妹研究論文，證明黃粉蟲（面包蟲）的幼蟲可降解聚苯乙烯。

該研究顯示，以聚苯乙烯泡沫塑料作為唯一食源，黃粉蟲幼蟲可存活1個(gè)月以上，最后發(fā)育成為成蟲，其所嚙食的聚苯乙烯則被完全降解礦化為二氧化碳或同化為蟲體脂肪。

楊軍團(tuán)隊(duì)2014年的研究發(fā)現(xiàn)，印度谷螟幼蟲能咀嚼和進(jìn)食聚乙烯薄膜，幼蟲腸道分離出能降解聚乙烯的兩種菌株，即腸桿菌屬YT1和芽孢桿菌YP1。隨后研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，黃粉蟲幼蟲“吃”塑料更厲害，可將泡沫塑料作為唯一食品。

黃粉蟲又叫面包蟲，原產(chǎn)于北美洲。楊軍團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，100只黃粉蟲每天可吃掉34-39毫克的泡沫塑料。實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步在幼蟲腸道中成功分離出可利用聚苯乙烯為唯一碳源進(jìn)行生長的聚苯乙烯降解細(xì)菌——微小桿菌YT2。目前，該菌株已保存在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心和國家基因庫。