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出品 | 科普中國

作者 | 劉瑞、費凡（中國科學院海洋研究所）

監製 | 中國科普博覽

編輯 | 田薇

如果轉身看看自己周圍，你有可能找出不含塑料的物品嗎？在日常生活中，我們(men) 離不開塑料——小到購物袋、塑料瓶，大到汽車、家居裝修，還有手機、電腦的生產(chan) 也需要塑料的參與(yu) 。大規模的塑料生產(chan) 給人們(men) 帶來了便利，卻也給自然帶來了難題——普通塑料降解需要幾十年甚至上百年，按生產(chan) 速率與(yu) 降解速率來看，不久之後地球會(hui) 成為(wei) 巨大的塑料垃圾場。

各式各樣的塑料丨圖片來源：Veer圖庫

所以如何更快更好降解塑料，成為(wei) 科學家們(men) 亟待解決(jue) 的問題。2021年，科學家首次發現能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群；現在，他們(men) 再次發現並培養(yang) 出“升級版”海洋微生物，不僅(jin) 能有效降解多種類型塑料，而且降解速率更快，兩(liang) 周內(nei) 即可將一些塑料降解為(wei) 碎片。

這到底是什麽(me) 神奇的微生物？如此堅固的塑料，他們(men) 是如何啃碎再消化的？有了它們(men) ，是不是說明人類就可以放心大膽地使用塑料了呢？

孫超岷團隊成員正在研究“吃”碎片的海洋微生物丨圖片來源：中國科學院海洋研究所

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塑料汙染已成為(wei) 流行病

知己知彼，百戰不殆。在了解如何降解塑料之前，我們(men) 需要清楚塑料到底是什麽(me) 。塑料是一類性能優(you) 異的人工合成的高分子聚合物，其合成原料除近幾年逐漸興(xing) 起的可再生材料和礦物鹽外，主要為(wei) 石油，即石油基塑料。每年，全球可生產(chan) 約3.5-4億(yi) 噸合成塑料，主要的經濟品種包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯等。

像許多發明一樣，塑料本身並不是“壞物質”，但由於(yu) 與(yu) 巨大產(chan) 量相對應的處置措施匱乏，塑料廢棄物在環境中不受控製地傳(chuan) 播，已成為(wei) 全球性汙染問題。來自陸地的一些塑料製品甚至被裹挾至海洋，對海洋生態係統造成了嚴(yan) 重破壞。

聯合國環境規劃署提供的統計數據顯示，世界塑料產(chan) 量從(cong) 1950年的200萬(wan) 噸飆升至2017年的3.48億(yi) 噸，預計到2040 年產(chan) 能將翻一番。每年約有1100萬(wan) 噸塑料垃圾流入海洋。到2040年，這一數字可能會(hui) 增加兩(liang) 倍。塑料生產(chan) 和汙染正對地球這個(ge) 人類賴以生存的星球在氣候變化、自然損失和汙染方麵造成“三重危機”並引發一場災難。大量塑料生產(chan) 和廢棄正對氣候變化、自然損失和汙染方麵造成“三重危機”。

堆積塑料垃圾的土地 丨圖片來源：pixabay圖庫

為(wei) 了應對和解決(jue) 這一困擾人類社會(hui) 多年汙染問題，科學家們(men) 將眼光放在了種類繁多的微生物上。這些“不起眼”的生物類群遍布地球各式各樣的生態環境之中，具有極強的適應能力和多樣的功能特征。

由此，在塑料垃圾存在較多、持續時間較久的場所和環境中，是否可能存在能夠利用塑料、“吃掉”塑料的微生物存在呢？基於(yu) 這一猜想，研究人員從(cong) 人類活動頻繁的海灘潮間帶采集了數百份材料各異的塑料垃圾樣品，通過廣譜篩查，終於(yu) 成功分理出一株能有效定殖和降解聚乙烯塑料的海洋真菌。

2

當真菌與(yu) 塑料邂逅，會(hui) 發生什麽(me) ？

當這株真菌與(yu) 塑料膜片共同孵育的時候，真菌的菌絲(si) 將緊緊黏附於(yu) 塑料表麵。這其實解決(jue) 了塑料降解的一大難題——塑料表麵疏水性強，一般微生物難以吸附。

這裏的疏水性可以簡單理解成材料表麵被水潤濕的能力，如果我們(men) 同時將一張紙和一片塑料浸入水中，紙張輕而易舉(ju) 地被水潤濕，表麵留存了大量水分子，但塑料卻幾乎是滴水不沾。正因為(wei) 如此，水在塑料表麵難以停留，所以普通的微生物也很難在此駐足，海浪一衝(chong) 刷他們(men) 就搬家。

而這株真菌的不同之處在於(yu) ——它具有分泌疏水蛋白的能力，並在疏水/親(qin) 水界麵形成兩(liang) 親(qin) 性膜，增大了同塑料的接觸麵積，在第一步就跑贏了其他微生物！

聚合物的生物降解過程丨圖片來源：Magnin A, Pollet E, Phalip V, et al. Evaluation of biological degradation of polyurethanes [J]. Biotechnology Advances, 2020, 39

在吸附之後，真菌發達的菌絲(si) 結構可以分泌多種胞外酶並作用於(yu) 塑料。就如唾液中的唾液澱粉酶可以水解大米中的長鏈澱粉，使其變小從(cong) 而更容易被人體(ti) 吸收，微生物也能夠合成自己的酶係統，來逐步降解位於(yu) 微生物體(ti) 之外的大分子物質，打斷它們(men) 的長鏈結構，使這些物質的分子變小，而後開始“美美飽餐一頓”。

塑料也是具有複雜結構的長鏈的大分子，而這株真菌又恰好能夠分泌打斷這些大分子的酶，實現了塑料降解的重要一步，退化和解聚。

除了真菌本身的特性外，與(yu) 塑料堆的朝夕相處也使其進化出，或被篩選出了能夠分解和利用塑料的能力，從(cong) 而逐漸演化出一些能有效降解塑料的類群。

對於(yu) 很多微生物而言，如果給它吃麵包、米飯，他們(men) 會(hui) 活得很好，但如果它們(men) 沒有那麽(me) 好的生存環境，比如長期生活在塑料垃圾周圍的微生物，為(wei) 了生存，它們(men) 就會(hui) 慢慢“進化”，通過分泌酶類“吃”塑料，獲得額外的能量來源。這也體(ti) 現出微生物和環境相互影響、相互作用、相互適應的特征。

在與(yu) 真菌共同孵育處理後，聚乙烯塑料表麵產(chan) 生了明顯的皺縮和裂痕，掃描電子顯微鏡的觀察結果顯示，塑料的微觀表麵出現密集的孔洞，說明黏附於(yu) 塑料的菌絲(si) 已穿透塑料表麵，發揮了降解效果。

真菌對聚乙烯塑料的定殖和降解情況丨圖片來源：中國科學院海洋研究所

掃描電子顯微鏡觀察真菌對聚乙烯塑料的降解情況丨圖片來源：中國科學院海洋研究所

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該真菌展現出廣譜性的降解能力

在後續實驗中發現，這株真菌的能力不僅(jin) 限於(yu) 此，它似乎對更多的塑料底物具有降解作用，譬如聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等。

其中，聚氨酯塑料被廣泛地運用於(yu) 電器製造、汽車、建築、服裝等行業(ye) 中，比如消音材料、保溫材料都存在著聚氨酯的身影。它的市場占有率也僅(jin) 次於(yu) 4種聚烯烴塑料。

自30年代問世以來，環境中積累了非常多的聚氨酯廢棄物垃圾。這株真菌則能夠以一種肉眼可見的速度劣化和降解聚氨酯產(chan) 品。真菌處理2周後，聚氨酯膜片表麵便可以出現裂隙。處理時間延長到5周後，膜片呈現明顯的碎片化，降解效果良好。

聚氨酯塑料膜片在4周內(nei) 被海洋真菌降解的情況丨圖片來源：中國科學院海洋研究所

既然麵對普通塑料都能有較好的降解作用，那如果要處理的對象是可降解塑料，豈不是可以在原來基礎上提高降解效率，縮短降解周期呢？答案是肯定的。

當這種可降解塑料與(yu) 真菌孵育僅(jin) 僅(jin) 一周，表麵就出現了明顯的裂紋，並且顏色發黃，這正是被氧化和侵蝕的表現；當時間到達兩(liang) 周，塑料表麵被侵蝕的麵積明顯加大，甚至出現了較大麵積的孔洞；時間線拉長到三周之後，塑料殘餘(yu) 物已經非常少，如果再等待一段時間，可降解塑料就會(hui) 完全被真菌所代謝利用。

含有PBAT+PLA+St成分的可降解塑料袋在4周內(nei) 被海洋真菌降解的情況丨圖片來源：中國科學院海洋研究所

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推薦使用可降解塑料

與(yu) 傳(chuan) 統的塑料製品在自然環境數百年的降解曆程相比，可降解塑料將時間進程縮短到幾個(ge) 月，是人類合成塑料曆史上的一大長足進步。在這裏推薦使用可降解塑料，並認準“可降解塑料”標識。該標識是由帶箭頭循環圈、雙“j”（降解拚音首字母）、材質縮寫(xie) （如PBAT、PLA等）、國家標準及產(chan) 品名稱組合而成的圖案。

“可降解塑料”標識舉(ju) 例丨圖片來源：國標GB/T 41010-2021

與(yu) 此對應的國標為(wei) GB/T 41010-2021並於(yu) 2022年6月1日開始實施。符合該國標認證的產(chan) 品通過了相應的降解率、重金屬含量及降解產(chan) 物的毒性實驗，環境安全性高。

值得注意的是，生活中使用的可降解塑料並不能在簡單的風吹日曬中完全降解，降解率也非常低，還是會(hui) 汙染環境，如果流入海洋被海龜等生物吞噬，極有可能堵塞消化道從(cong) 而造成死亡。

通過使用可降解塑料，能讓我們(men) 實現便利生活的同時，也能夠保護環境。當然，我們(men) 更應該養(yang) 成節製使用塑料製品的意識——比如出門自己攜帶購物袋，減少使用一次性用品，隻要人人都可以在自己的生活中保持綠色好習(xi) 慣，相信我們(men) 的環境將會(hui) 迎來大不同。

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