作者:姚晓丹 刘博超 来源:光明日报 发布时间:2015/11/23 10:00:08
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北航副教授研究让虫子吃掉白色污染

 

[ 故事的起因,是十年前一包被遗忘的小米。

这包小米用塑料袋装着,被遗忘在北京航空航天大学副教授杨军家的橱柜中。

当再次打开橱柜的时候,小米生出了蠕蠕的虫子,还有不少飞蛾迎面扑来。

在不少人的日常生活中,这只是件令人头疼的琐事,而在科学家的眼中,这件琐事却可能给令世界头疼的白色污染带来希望——让虫子吃掉白色污染。]

近日,北京航空航天大学杨军研究组和江雷院士、美国斯坦福大学吴唯民高级研究员、深圳华大基因公司赵姣博士等,继2014年12月发表“蜡虫肠道微生物降解聚乙烯”的论文后,再次在国际环境科学与技术领域顶尖期刊《环境科学与技术》上发表了《啮食塑料黄粉虫对聚苯乙烯的生物降解和完全矿化作用:1.化学与物理特性和同位素失踪试验》和《啮食塑料黄粉虫对聚苯乙烯的生物降解和完全矿化作用:2.肠道微生物的作用》两篇研究论文,首次以全面证据揭示了黄粉虫啮食降解聚苯乙烯(塑料泡沫)、将其完全降解矿化为二氧化碳、同化为虫体脂肪的过程,同时证明是其肠道微生物起主导作用。该成果还分离鉴定了一株降解聚苯乙烯的细菌。

蜡虫:塑料薄膜真的被降解了

让虫子吃掉塑料,这个想法看起来有些荒诞不经,实施起来似乎也有一定难度——要多大数量的虫子才能消灭掉已经累积了五六十年的塑料制品污染?杨军认为,他们的研究最大的意义在于给社会提供了一种塑料降解的途径,一种从无到有的可能。

塑料是一种合成的高分子化学制品,由于其阻燃、耐热、抗腐蚀、用途广、质量轻且成本低廉,塑料制品悄然深入到社会的每个角落,从工业生产到人们的衣食住行,无处不在。

然而,塑料制品的泛滥带来了严重的白色污染,由于塑料成分极其稳定,降解需要200~300年。近年来可降解塑料问世,大大提升塑料的降解速度,但依然需要两到三年的时间。

走到这里,“白色污染”的治理似乎停滞了——开发可降解塑料,逐步取代以前的塑料制品,之前那些已经形成的污染就交给时间吧。然而,故事开头的那包满是虫子的小米,给了杨军灵感。当时他正在北航材料学院创建环境工程系研究生物科技,“我看到这包小米的袋子上有非常多的破洞,从材料学角度,这可能有两种情况。其一,袋子被虫子咬破了,但虫子并没吃,这样的话会有塑料碎片;其二,一些塑料袋体被虫子吃下去了。我仔细地翻了翻橱柜,碎片很少,那就有可能是塑料被吃掉降解了,我觉得很兴奋。”

这种虫子就是蜡虫(印度螟虫)。于是,在研究生的帮助下,杨军开始了“让蜡虫吃掉塑料薄膜”的实验。他说:“我们精心饲养蜡虫,让蜡虫以实验用塑料为食,待蜡虫发育成熟后再对它进行科学解剖,用国际通行的测试方法,反复测试发现,塑料薄膜真的被降解了。”

黄粉虫:摄入泡沫塑料中47.7%转化为二氧化碳

蜡虫个头小,分解塑料的量和种类都有限,做进一步降解机理实验也不方便。杨军团队便扩大调研范围,了解到有人用蚯蚓、千足虫、蛞蝓、蜗牛等做过降解塑料的实验,但效果并不理想。看到有关泡沫塑料板被黄粉虫啃食的新闻报道,杨军团队决定用个头大很多的黄粉虫试着降解更艰难的目标——聚苯乙烯,也就是俗称的白色泡沫塑料。

杨军买来没有添加剂和催化剂的聚苯乙烯塑料原料和α-13C、β-13C标记的聚苯乙烯塑料样品,接着买到3~4虫龄(即褪了3~4次皮)谷物饲养的黄粉虫。

这些黄粉虫被放置在一个有泡沫塑料块的聚丙烯塑料容器里。实验人员定期测量被黄粉虫吃掉的泡沫塑料块重量,实验中500个黄粉虫以5.8克的泡沫为唯一食物。

经过测算,在16天的试验期,黄粉虫每天摄入的泡沫塑料中47.7%转化为二氧化碳,而残留(约49.2%)被转化为类似粪便的生物降解颗粒排泄出体外。幼虫肠道内聚苯乙烯泡沫停留时间不超过24小时就降解。

用聚苯乙烯泡沫塑料作为唯一食物的黄粉幼虫,最后正常发育成甲壳成虫。

关于让虫子降解塑料这个项目,杨军说,目前还处于基础研究的阶段,还没有完全应用到实际生活中。“很多国内外的中小学生已经拿这个做创新课题,开始了自己的实验。”杨军说,“目前,我们和斯坦福一起在做海上塑料污染的防治研究,在食盐中已经发现了塑料污染,这个问题很严重,希望很快有解决方案。”

这十年的研究,个中甘苦也许不足为外人道,在成果发表之前的漫长时间里只能保密。“学校给了我们莫大的支持,无论是精神上、经济上还是技术上。”杨军说。然而,这也是科学家的乐趣所在吧,他们从寻常的事物中发现蛛丝马迹,拼就令人惊叹的图景。

(本报北京11月22日电 本报记者 姚晓丹 刘博超) (原标题:虫子吃掉白色污染,可行吗?)

 

 
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