当下针对各类塑料的降解研究如火如荼,越来越多的微生物和酶被选中并训练成出色的猎手,帮助我们“吃掉”塑料垃圾。
自塑料诞生起,人类与塑料已经走过了爱恨交织的一个多世纪,而人类要想真正掌控住自己发明的技术,接下来的道路还很漫长。
科学家在北极和高山地带找到了一些“身怀绝技”的微生物,它们能在低温下分解和“消化”塑料。这一发现可能有助于解决日益严重的塑料污染问题。
1967年,随着化学工程师摸索出低成本的制造技术,塑料迅速淹没了地球。短短半个世纪,全球塑料产量就从每年200万吨激增至3.8亿吨,增速是全球GDP的3倍。根据美国科学杂志《科学进展》的计算,到2017年7月,人类已生产了至少83亿吨塑料。 如今,人类每年产生约4亿吨塑料垃圾,这个数字在未来几十年内还将持续增长。人们随意倾倒废塑料,这种东西需要几个世纪才能降解。塑料垃圾泛滥成灾,对自然生态系统产生负面影响,威胁人类健康。联合国秘书长古特雷斯曾警告称,海洋中塑料垃圾的总重量可能在2050年超过鱼类。“很长一段时间里,我们相信海洋宽广无垠,不管人类做什么都无法影响到它。现在我发现,我错了。”被称为“世界自然纪录片之父”的戴维·阿滕伯勒说,“拍摄《蓝色星球》时,不管我们潜入多么偏远、多么深的海洋,都能看到塑料。”
英国人理查德·霍纳在巴厘岛潜水时,身边是密密麻麻的塑料垃圾。图/《印度时报》 据新加坡《联合早报》报道,联合国和日本的研究团队在地表最深处——深达10898米的马里亚纳海沟底部,也发现了塑料购物袋。 迪·卡法里对此深有感触。这位参加过数次环球航行的女船长行经南太平洋中心点“尼莫点”时,距离他们最近的人类不在大洋洲,也不在南美洲,而在国际空间站,但即使在如此远离人类的地方,她也看到了塑料。洋流将垃圾从海岸带进了大洋深处。直径小于5毫米的塑料颗粒被称为微塑料,是国际上普遍关注的新型污染物。不知不觉间,地球上几乎所有角落都出现了微塑料的身影,深海海沟、南极的雪、空气,甚至我们的血液中都有它。
在海洋中,塑料逐渐破碎、分解成直径小于5毫米的大量微粒,科研人员称之为“海中PM2.5”。其来源广泛,比如添加“塑料微珠”以实现磨砂功能的洗面奶、牙膏和沐浴露等。图/联合国环境规划署
北美青年文化平台“VICE”网站日前刊发文章称,科学家们一直想用微生物对抗塑料污染,但大多数能分解塑料的微生物对环境要求苛刻,通常需要到30摄氏度以上才会活跃起来。如果采用人工加热,不仅抬高了技术门槛,增加了成本,而且会产生更多碳排放。
2023年5月21日,印度金奈。G20峰会前夕,海滩上展示用塑料垃圾制成的“大鱼”,以呼吁人们提高环保意识。图/视觉中国 瑞士科学家约尔·鲁蒂和同事们致力于研究塑料污染对寒带气候下微生物的影响,发现一些物种似乎把塑料作为能量来源。他们发表在《微生物学前沿》杂志上的最新研究成果显示,“来自高海拔地区和极地的微生物是塑料降解酶的有效生产者,可能对我们构建环境友好型的塑料循环经济体系提供助力。”鲁蒂表示:“栖息在高海拔地区和北极土壤中的微生物具有惊人的多样性。”其中许多种类至今不为人类熟知,它们的生活方式和特殊能力仍是谜团。“开发这些微生物的代谢潜力,是我们这个研究小组坚持工作的重要动机。”鲁蒂补充说:“适应低温环境的微生物可以使塑料回收更可持续且成本更低,这些生物产生的降解酶在较低的温度下无需加热即可起效,从而节省了能源。” 在这颗星球上,微生物无处不在,从超咸的湖泊到放射性尘埃区,再到人类的身体。这些原始的生命形态之所以能存活下来,离不开天生的本领——甲烷、核辐射、有毒废物乃至塑料中的聚合物,都能成为它们的“美食”。
鲁蒂的团队把注意力集中在生活在寒冷环境下的微生物。他们从格陵兰、斯瓦尔巴群岛和阿尔卑斯山等地放置几个月的塑料材料中收集到34个微生物菌株,包括19种细菌和15种真菌。研究人员将这些微生物加入4类塑料中并观察。除了难以降解的聚乙烯,大约一半微生物能够在15摄氏度时分解其他3种塑料。这项研究为生物工程提供了初步的路线图。随着气候变化,人们今后或许可以在较低的温度下分解特定的塑料,有助于降低塑料回收工作的成本并约束碳排放。下一步,鲁蒂和同事打算继续对这类微生物展开研究。“我们会确定微生物产生的塑料降解酶,大量培养。”鲁蒂说,“从中可以得到更多重要信息,如温度的选择和酶的稳定性,并验证我们培养的酶是否可以大规模应用。”这种新的“冷适应微生物”,它可以在低温下分解和消化不同类型的塑料。这一发现是科学家们开发更具成本效益的分解塑料工业规模方法的第一步,希望最终可达到消除地球上的塑料污染。
据报道,瑞士科学家发现了一种新的“冷适应微生物”,它可以在低温下分解和消化不同类型的塑料。这一发现是科学家们开发更具成本效益的分解塑料工业规模方法的第一步,希望最终可达到消除地球上的塑料污染。
众所周知,塑料污染是当今世界面临的一大环境问题,如何有效地回收利用塑料成为了迫切的课题。目前,科研领域的确已经发现了一些能分解塑料的微生物,但它们的分解酶在工业应用时,通常需要在30°C 以上的温度下才有效。这就需要加热,增加了成本和碳排放。
因此,上述最新发现可能是微生物回收领域的一次科学飞跃。最新研究成果已于近期发表在了《微生物学前沿》杂志上。
据悉,这些瑞士科学家分别去了格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和瑞士的高山和北极地区,对废弃或故意掩埋的塑料上发现的19种细菌和15种真菌进行了取样。然后,科学家们让微生物样本在实验室中以单株培养的方式、在15°C的温度下在黑暗中生长,并确认了他们所属的菌群。科学家们发现,这些菌株属于放线菌门和变形菌门,真菌属于子囊菌门和粘菌门。
在实验中,科学家们对每一株菌株都进行了“降解能力”综合评估,被测试的塑料包括不可生物降解的聚乙烯(PE)和可生物降解的聚酯-聚氨酯(PUR),以及两种商业可用的可生物降解混合物,即聚丁二酸丁二酯-对苯二甲酸(PBAT)和聚乳酸(PLA)。
科学家们发现,在15°C的温度下,超过一半(56%)的菌株,即11种真菌和8种细菌能消化PUR,14种真菌和3种细菌消化PBAT和PLA。但没有任何一种微生物能够在126天的培养期内消化PE。
测试结果还显示,“分解能力”最佳的是两种不知名的真菌物种,分别被称为Neodevriesia和Lachnellula,它们吞噬了除PE以外的所有塑料。
下一步,科学家们将试图确定这些微生物的最佳工作温度,并确定它们用来分解塑料的酶。
“下一个重大挑战将是确定微生物菌株产生的塑料降解酶,并优化工艺以获得大量酶,”该项研究的合著者之一Beat Frey说:“此外,可能需要对酶进行进一步修饰,以优化其稳定性等特性。”