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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(huì )各界的關(guān)注。原來(lái)，這位科學(xué)家不小心用塑料鉤住了蠕蟲(chóng)。
塑料會(huì )被蟲(chóng)子“吃掉”嗎？這是否意味著(zhù)困擾人類(lèi)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(mén)話(huà)題。
偶然的科學(xué)發(fā)現
2004年春節期間，當楊軍從櫥柜里拿出一袋小米煮粥時(shí)，他發(fā)現裝大米的塑料袋上有許多洞，蟲(chóng)子和飛蛾爬了出來(lái)。
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(shí)的自然反應。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(chóng)子咬了。塑料在哪里？如果被蟲(chóng)子吃了，塑料能被蟲(chóng)子消化嗎？
楊軍最初推測塑料可能被昆蟲(chóng)吃了，但不清楚它是否能被昆蟲(chóng)消化吸收并轉化為能量或身體組織。
“如果這個(gè)問(wèn)題能夠被證實(shí)，那就意味著(zhù)塑料可以被降解。這將是一個(gè)革命性的發(fā)現?！贝汗澾^(guò)后，楊軍帶著(zhù)碩士研究生秦曉艷開(kāi)始了這項研究。
通過(guò)各種渠道，他購買(mǎi)了“米蟲(chóng)”，或蠟蟲(chóng)。隨后，通過(guò)解剖除去其內容物，并接種在僅覆蓋有聚乙烯膜的無(wú)碳培養基中。
“碳是維持生命的主要元素。蠟蟲(chóng)只得到聚乙烯薄膜，而不是葡萄糖和淀粉等碳源。蠟蟲(chóng)要么依靠薄膜進(jìn)行繁殖和新陳代謝，要么因為沒(méi)有能源而死亡?！睏钴姼嬖V《中國科學(xué)》的記者。
在實(shí)驗的第28天，楊軍和秦小燕通過(guò)電子顯微鏡發(fā)現蠟蟲(chóng)腸道內的內容物侵蝕并滲透到塑料薄膜中。這意味著(zhù)蠟蟲(chóng)的腸道微生物降解塑料。
蠕蟲(chóng)幸存了下來(lái)。
實(shí)驗性蠟蟲(chóng)的腸道內容物會(huì )分泌許多菌株，但之前的研究并沒(méi)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(fǎng)問(wèn)學(xué)者?；貒?，他開(kāi)始進(jìn)行系統深入的研究，從實(shí)驗內容中提取“純細菌”。
楊軍把蠟蟲(chóng)的腸內容物和聚乙烯薄膜放在一起進(jìn)行富集培養。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，最終通過(guò)拉伸強度試驗篩選出降解能力最強的兩株菌株:腸桿菌和芽孢桿菌。
實(shí)驗證明，這兩種菌株確實(shí)在塑料薄膜上“存活”。它們在含聚乙烯的薄膜上穩定生長(cháng)，具有很強的活性，能腐蝕聚乙烯薄膜的表面。聚乙烯，一個(gè)長(cháng)鏈碳碳單鍵，氧化裂解成一個(gè)帶有碳氧雙鍵的親水羰基，是降解的主要機理楊軍解釋道。
他推測，如果黃粉蟲(chóng)培養時(shí)間延長(cháng)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(shuō)明黃粉蟲(chóng)的降解效率很高."
后來(lái)，楊軍用黃粉蟲(chóng)做了另一個(gè)降解聚苯乙烯的實(shí)驗。他培育了1500只黃色的黃粉蟲(chóng)，并將它們平均分成三組，進(jìn)行為期30天的實(shí)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(méi)有食物。結果表明，分別飼喂泡沫塑料和麥麩的兩組成活率無(wú)顯著(zhù)差異。
為了測定聚苯乙烯的降解程度，楊軍收集了蟲(chóng)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(chóng)轉化成二氧化碳和自己的身體，可以說(shuō)是‘長(cháng)肌肉’。作為生化機制的“金標準”，碳13同位素標記和示蹤實(shí)驗也進(jìn)一步證實(shí)了這一結果?！睏钴娕d奮地說(shuō)，實(shí)驗充分證明黃粉蟲(chóng)可以降解聚苯乙烯。
塑料生物降解的新窗口
楊軍說(shuō)，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)現了一種有效降解微生物來(lái)源的新方法，即在蠕蟲(chóng)的腸道中可以找到能有效降解塑料的細菌和酶，降解塑料只需24小時(shí)或更少，這為解決石油基塑料的污染問(wèn)題打開(kāi)了一扇窗?！睏钴娬f(shuō)。
中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境研究所教授錢(qián)乙評論說(shuō)，楊軍團隊證實(shí)，昆蟲(chóng)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(chóng)吃塑料的自然現象?！斑@一發(fā)現是革命性的，揭示了細菌可以使用以前被認為不可能生物降解的石油基塑料。這是近年來(lái)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(wèn)題打開(kāi)了新的大門(mén)?！?/p>
楊軍告訴記者，實(shí)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(lèi)，有必要通過(guò)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(kāi)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)
