現代意義(yi) 上的合成材料指的是人工合成的有機高分子材料，它們(men) 起源於(yu) 19世紀化學家們(men) 的一次次嚐試，比如於(yu) 1835年（法國Henri Victor Regnault）和1872年（德國Eugen Baumann）先後兩(liang) 次被無意發現的聚氯乙烯（PVC），還有1839年德國化學家Eduard Simon在蒸餾安息香酯時意外發現的聚苯乙烯（PS）。

　　不過絕大多數合成材料的專(zhuan) 利申請與(yu) 大規模產(chan) 業(ye) 化都是20世紀初才完成的。尤其是兩(liang) 次世界大戰期間，人們(men) 對各類新材料的需求爆炸式增長，使得石油化工業(ye) 逐步崛起，合成材料迎來了一輪又一輪的繁盛，也促使巴斯夫、杜邦、拜耳、陶氏化學等一係列國際化工龍頭企業(ye) 確立了他們(men) 的業(ye) 界霸主地位。

　　每年沉積物中塑料的顆粒數變化趨勢與(yu) 世界塑料產(chan) 量的發展趨勢完美吻合。

　　圖片來源：參考文獻[4]

　　這麽(me) 算起來，諸如塑料、人造橡膠、人造纖維這些合成材料走進人們(men) 的生活其實也才剛剛百年。然而，我們(men) 的衣食住行卻早已不能離開它們(men) 了。放眼四周，無論是衣物、餐具，還是桌椅或者塗料，合成材料無處不在，幾乎無法想象一個(ge) 完全不使用合成材料的生產(chan) 或者生活場景。塑料，似乎已經成為(wei) 見證我們(men) 這個(ge) 時代的標記物。

　　我們(men) 對合成材料的依賴也被記錄在了地層中，2019年的《科學進展》發表了一項研究，來自美國斯克裏普斯海洋研究所的研究人員對聖巴巴拉沿岸大概580米深的海底沉積物岩心進行了分析。結果發現，塑料竟然已經沉積其中，合成材料作為(wei) 一種典型的地層標誌物成為(wei) “人類世”開始的標誌。人類世這一概念是由諾貝爾化學獎得主，荷蘭(lan) 大氣化學家保羅？克魯岑於(yu) 2000年提出，目的是強調人類在地質學與(yu) 生態學中的決(jue) 定性地位。當前，塑料在地層中的真實存在，將塑料汙染問題突出地展現在我們(men) 麵前。

　　塑料岩球樣品，采自夏威夷Kamilo海灘。圖片來源：Naturaleza

　　魔高一尺，道高一丈

　　那麽(me) ，既然我們(men) 離不開塑料之類的合成材料，而它們(men) 又會(hui) 造成如此之多的危害，難道我們(men) 就隻能坐以待斃嗎？

　　當然不！

　　近年來，隨著白色汙染問題引發的持續關(guan) 注，世界各國除了出台諸如“限塑令”或提高塑料製品的廢品回收率之類的政策之外，還在大力研發可以自然降解的新型合成材料，比如近些年合成出的聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、己二酸-對苯二甲酸丁二酯共聚物（PBAT）等等。

　　除此之外，尋找能夠以塑料為(wei) 生的細菌、真菌，乃至蟲子，也成為(wei) 了科學研究的熱點。事實上，這才應該是塑料最終的歸宿，隻有塑料有了“天敵”，才能與(yu) 地球長期和諧共存。

　　飲料瓶的原料——聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是這類研究中的一個(ge) 常客。一個(ge) 比較重要的原因是這類材料本身就可以在強酸、強堿或高溫水蒸氣的作用下發生水解反應，同時酯基也是一類在自然界中很常見的官能團（比如油脂），因而很多微生物便都有可能可以消化這類塑料。日本的一個(ge) 科研團隊通過人工篩選的方式，發現了一種名叫Ideonella sakaiensis的細菌中存在多種特殊的水解酶，可以在常溫下進食PET，將其消化為(wei) 聚合物的單體(ti) ——對苯二甲酸和乙二醇，並且可以在PET薄膜上繁衍生息[5]。

　　左上：PET薄膜上的Ideonella sakaiensis細菌（標尺：1微米）。左下：被細菌“吃” 了70天的PET薄膜（標尺：0.5毫米）。右：該細菌對PET的代謝過程。圖片來源：參考文獻[5]

　　而中科院昆明植物研究所的一個(ge) 團隊在伊斯蘭(lan) 堡的一處垃圾處理廠的土壤中分離出了一種名叫塔賓曲黴菌（Aspergillus tubingensis）的真菌，發現它們(men) 可以在聚氨酯（PU）塑料上穩定生長，並且能在幾個(ge) 月之內(nei) 將一張聚氨酯薄膜完全降解[6]。PU具有隔熱、隔音、抗震等等一大堆優(you) 點，因此也是我們(men) 生活中常用的材料之一，無論是客廳的仿木家具，還是衛生間防水塗料，無論是你新買(mai) 的包包或者皮鞋，還是學校操場的塑膠跑道，都可能用到了PU。

　　左上：PU薄膜。右上：塔賓曲黴菌的菌落和微觀形貌（標尺分別為(wei) 70毫米培養(yang) 基和2微米）。下：在沙氏瓊脂培養(yang) 基中由黴菌降解兩(liang) 周後的PU薄膜宏觀微觀形貌。圖片來源：參考文獻[6]

　　塑料袋常用聚乙烯（PE）製作而成，而北京航空航天大學的研究團隊發現蠟蟲（印度穀螟幼蟲）能夠咀嚼和進食聚乙烯PE薄膜，進一步研究發現是它們(men) 肚子裏的兩(liang) 種細菌——腸杆菌YT1和芽孢杆菌YP1幫助它們(men) 將塑料薄膜消化掉了[7]。後來，進一步的研究還發現麵包蟲（黃粉蟲）吃起塑料來更有一套，不僅(jin) 能吃相對難消化的聚苯乙烯（PS），甚至可以隻進食PS塑料泡沫就生存下去[8-9]。

　　上：蠟蟲吞食PE薄膜。下：麵包蟲吞食聚苯乙烯泡沫板。圖片來源：參考文獻[7][9]

　　雖然，無論是可降解塑料，還是尋找特殊生物進行降解，在技術層麵都還不夠成熟，仍有各種各樣的問題，尤其是高昂的成本讓市場和大多數人望而卻步。不過，這些新方法、新發現還是給人們(men) 解決(jue) 白色汙染這一史詩級難題帶來了一縷縷曙光，或許，在不久的將來，白色汙染就可以得到明顯的緩解。當然了，至少在現在，大家首先要做的還是不要亂(luan) 扔垃圾，畢竟，開源節流才是解決(jue) 問題的根本方法！

　　參考文獻：

　　[1] 國務院辦公廳. 國務院辦公廳關(guan) 於(yu) 限製生產(chan) 銷售使用塑料購物袋的通知 [EB/OL]. https://www.gov.cn/zwgk/2008-01/08/content_852879.htm, 2008-01-08.

　　[2] 熊麗(li) . 多地出台塑料汙染治理政策措施——新“限塑令”新在哪[EB/OL]. https://www.xinhuanet.com/politics/2020-07/07/c_1126203898.htm, 2020-07-07.

　　[3] Thompson R C, Olsen Y, Mitchell R P, et al. Lost at sea: where is all the plastic?[J]. Science, 2004, 304(5672): 838.

　　[4] Brandon J A, Jones W, Ohman M D. Multidecadal increase in plastic particles in coastal ocean sediments[J]. Science Advances, 2019, 5(9): eaax0587.

　　[5] Yoshida S, Hiraga K, Takehana T, et al. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)[J]. Science, 2016, 351(6278): 1196-1199.

　　[6] Khan S, Nadir S, Shah Z U, et al. Biodegradation of polyester polyurethane by Aspergillus tubingensis[J]. Environ Pollut, 2017, 225: 469-480.

　　[7] Yang J, Yang Y, Wu W M, et al. Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms[J]. Environ Sci Technol, 2014, 48(23): 13776-13784.

　　[8] Yang Y, Yang J, Wu W M, et al. Biodegradation and Mineralization of Polystyrene by Plastic-Eating Mealworms: Part 1. Chemical and Physical Characterization and Isotopic Tests[J]. Environ Sci Technol, 2015, 49(20): 12080-12086.

　　[9] Yang Y, Yang J, Wu W M, et al. Biodegradation and Mineralization of Polystyrene by Plastic-Eating Mealworms: Part 2. Role of Gut Microorganisms[J]. Environ Sci Technol, 2015, 49(20): 12087-12093.

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