蟲啃塑料，緩解地球不能承受之重

策劃/本刊編輯部 執(zhí)行/關(guān)心于

人類有史以來第一次規(guī)模宏大的群眾性環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)，是1970年4月22日的“地球日”活動(dòng)。作為人類現(xiàn)代環(huán)保運(yùn)動(dòng)的開端，旨在喚起人類愛護(hù)地球、保護(hù)家園的意識(shí)，進(jìn)而改善地球的整體環(huán)境。2009年，聯(lián)合國(guó)大會(huì)決議將每年的4月22日定為“世界地球日”。

1907年，美國(guó)化學(xué)家列奧·亨德里克·貝克蘭注冊(cè)了酚醛合成樹脂（即塑料）的專利，發(fā)明了塑料。作為一種合成的高分子化學(xué)制品，塑料阻燃、耐熱、抗腐蝕、用途廣、質(zhì)量輕且成本低廉，誕生后，悄然深入到社會(huì)的每個(gè)角落，從工業(yè)生產(chǎn)到人們的衣食住行，無處不在，為人類提供了新的生活便利。然而，由于塑料極難被生物降解，按照目前的科學(xué)估計(jì)，塑料在自然界降解大約需要500年，大量廢棄的塑料已造成巨大的環(huán)境污染。

廢棄塑料導(dǎo)致的白色污染和海洋塑料浮渣，是近50年來長(zhǎng)期困擾科學(xué)界和工程界的世界環(huán)境難題。單就海洋塑料污染而言，據(jù)全球最權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志報(bào)道，每年有800萬噸塑料被沖進(jìn)大海，形成了相當(dāng)于法國(guó)或者200個(gè)上海那么大面積的太平洋塑料垃圾漂移帶。而在中國(guó)，食鹽里面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了塑料微粒。

塑料污染問題成了全球科學(xué)家的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。上世紀(jì)70年代，研究人員就開始從土壤、污泥、堆肥、海洋和垃圾填埋場(chǎng)等環(huán)境中，尋找可能降解塑料的微生物。但直到目前，科學(xué)界仍普遍認(rèn)為，微生物無法降解聚苯乙烯類塑料。

這一難題被中國(guó)科學(xué)家撕開了一條縫，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授楊軍的一次科普演講吸引了全世界的目光。原來，楊軍教授的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的塑料高效降解微生物來源。自然界中需要500年才能完成的塑料降解過程，瞬間變成只需24小時(shí)甚至更少的時(shí)間就能完成，為解決全球性塑料污染問題提供了新思路。

2004年時(shí)，楊軍忙碌的工作與塑料全然無關(guān)。那時(shí)，國(guó)家正在力爭(zhēng)上馬大飛機(jī)C919，作為北航科技處副處長(zhǎng)，彼時(shí)的楊軍，工作重心是擔(dān)任C919認(rèn)證秘書組組長(zhǎng)，參與組織整個(gè)論證過程。

緊張的論證環(huán)節(jié)卻相當(dāng)于一個(gè)“空窗期”，給了楊軍捕捉各種生活現(xiàn)象的機(jī)會(huì)與可能。就在那年春節(jié)的一天，楊軍想在家里煮稀飯，可當(dāng)他從櫥柜里拿出一袋小米時(shí)，發(fā)現(xiàn)米壞了。裝米的塑料袋被咬了很多洞，里面有蛾子飛出來，還有很多蟲子在米里爬。

楊軍有些掃興，可看著那些亂飛的蛾子和蠕動(dòng)的蟲子，他一下又來了興趣：“既然蟲子咬破了塑料袋，那么它吃進(jìn)去了嗎？如果吃進(jìn)去了，它消化了嗎？”清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系博士畢業(yè)的楊軍，主攻環(huán)境生物技術(shù)，“專業(yè)的敏感與空窗期的無聊，讓我馬上有了這么一個(gè)想法?！?/p>

“我仔細(xì)地翻了翻櫥柜，塑料碎片很少，有可能是被蟲子吃掉降解了，我覺得很興奮。”通過仔細(xì)觀察后，楊軍做出了初步推測(cè)。但塑料能否被蟲子消化吸收，并轉(zhuǎn)化成能量或身體組織就不得而知了。

這給了楊軍一個(gè)專業(yè)性的啟發(fā)：如果這個(gè)問題能被證實(shí)，就意味著塑料能被降解，這將是一項(xiàng)革命性的發(fā)現(xiàn)。于是，春節(jié)過后，楊軍帶著他的碩士研究生秦小燕開始著手研究。

小米袋中的“米蟲”是蠟蟲（印度螟蟲）。通過各種渠道，楊軍買到蠟蟲，開始了“讓蠟蟲吃掉塑料薄膜”的實(shí)驗(yàn)?！拔覀兙娘曫B(yǎng)蠟蟲，讓蠟蟲食用聚乙烯薄膜（英文名稱縮寫為PE），待蠟蟲發(fā)育成熟后再對(duì)它進(jìn)行科學(xué)解剖，將它腸道里的內(nèi)含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無碳培養(yǎng)基中，然后用國(guó)際通行的方法反復(fù)測(cè)試，看它腸道的內(nèi)含物是否能侵蝕并穿透聚乙烯薄膜?！?/p>

讓楊軍驚訝的事發(fā)生了，僅僅依靠聚乙烯薄膜為食的蠟蟲不僅活了下來，還發(fā)育成熟，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第28天時(shí)，解剖后的蠟蟲腸道微生物侵蝕并穿透了聚乙烯薄膜！經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，結(jié)果都一樣。

“蠟蟲可以吃塑料，而且它的腸道微生物可以降解塑料！”興奮之余，楊軍決定好好深化這個(gè)突破性的研究?？紤]到研究的深度跟數(shù)據(jù)都還不夠，加上自認(rèn)為技術(shù)研究功力還有待提升，所以，2007年，楊軍到牛津大學(xué)訪問深造。

筆者認(rèn)為，對(duì)中國(guó)共產(chǎn)黨生態(tài)文明建設(shè)的實(shí)踐路徑研究，學(xué)者們從不同角度提出了許多具有參考價(jià)值的觀點(diǎn)。但其中仍然存在不足，如保障措施不夠系統(tǒng)全面，部分建議過于空泛，未結(jié)合實(shí)際提出具體的落地措施。因此，具體的措施需要在實(shí)踐中進(jìn)一步研究和完善。

深入研究，蟲子吃掉了塑料

回國(guó)后，楊軍聯(lián)合了斯坦福大學(xué)、華大基因的學(xué)者，展開深入系統(tǒng)的研究。由于實(shí)驗(yàn)蠟蟲腸道的內(nèi)含物會(huì)分泌出很多菌株，而在前期的研究中并沒有細(xì)化，所以，楊軍的首要方向就是提取蠟蟲腸道內(nèi)含物中的“純菌”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)而言之就是：用聚乙烯薄膜“養(yǎng)活”蠟蟲至成蟲，再對(duì)其進(jìn)行解剖，然后取出腸道內(nèi)含物，跟聚乙烯薄膜放在一起進(jìn)行富集培養(yǎng)。60天后，分離出8種純菌株，再通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)選擇出兩種降解能力最強(qiáng)的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，楊軍用“激動(dòng)”二字形容：“這兩種菌株的確靠塑料薄膜活了下來。它們?cè)诤垡蚁┑谋∧ど戏€(wěn)定增長(zhǎng)，并具有較強(qiáng)的活性，可以腐蝕掉聚乙烯薄膜的表面?！?/p>

楊軍團(tuán)隊(duì)很快將實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)成文，投給了《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志。2014年10月，《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》不僅全文刊發(fā)，還引發(fā)了一輪新聞報(bào)道熱浪，包括美國(guó)化學(xué)會(huì)《新聞周刊》在內(nèi)的諸多行業(yè)頂尖媒體對(duì)楊軍團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了持續(xù)報(bào)道，大家齊齊歡呼：“聚乙烯可以生物降解了！”

受此鼓勵(lì)，楊軍團(tuán)隊(duì)繼續(xù)深入研究。由于蠟蟲個(gè)頭小，分解塑料的量和種類都有限，做進(jìn)一步降解機(jī)理實(shí)驗(yàn)也不方便，楊軍團(tuán)隊(duì)便開始著手?jǐn)U大調(diào)研范圍。了解到有人用蚯蚓、千足蟲、蛞蝓、蝸牛等做過降解塑料的實(shí)驗(yàn)，楊軍團(tuán)隊(duì)也逐一實(shí)驗(yàn)，但效果都不理想。

就在團(tuán)隊(duì)工作陷入瓶頸時(shí)，楊軍看到了一則泡沫塑料板被黃粉蟲啃食的新聞報(bào)道。他靈光一閃，決定嘗試用個(gè)頭大很多的黃粉蟲進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，而目標(biāo)，則對(duì)準(zhǔn)了塑料中最難降解的聚苯乙烯——也就是俗稱的白色泡沫塑料。

白色泡沫塑料是最難自然降解的一種，由于其高分子量和高穩(wěn)定性，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，微生物無法降解聚苯乙烯類塑料。而楊軍選擇聚苯乙烯的目的，一是因?yàn)樾侣剤?bào)道中黃粉蟲降解的正是聚苯乙烯，二是因?yàn)槟孟戮郾揭蚁?，其他塑料制品的自然降解就自然而然地解決了。

于是，2014年年末，楊軍團(tuán)隊(duì)買來沒有添加劑和催化劑的聚苯乙烯原料及相關(guān)樣品，接著又買了1500只3蟲齡～4蟲齡（即褪了3次～4次皮）谷物飼養(yǎng)的黃粉蟲，開始了“蟲吃塑料2.0版”的實(shí)驗(yàn)。

揭開塑料自然降解的一角

楊軍團(tuán)隊(duì)將1500只黃粉蟲分成三組，進(jìn)行為期30天的實(shí)驗(yàn)。一組僅僅喂食泡沫塑料，另兩組作為對(duì)照組，一組喂食黃粉蟲最喜歡的麥麩，一組不喂食物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，喂食泡沫塑料和麥麩的兩組，存活率沒有顯著差異。

接著，楊軍團(tuán)隊(duì)收集吃了麥麩和泡沫塑料的黃粉蟲蟲糞，用GPC（凝膠滲透色譜）證明聚苯乙烯的分子量降低了，熱量也降低了?！?0%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉(zhuǎn)化為二氧化碳和自身肌體，可以說是‘長(zhǎng)肌肉’了。簡(jiǎn)單一句話，實(shí)驗(yàn)充分證明了黃粉蟲能夠降解聚苯乙烯！”楊軍興奮地說。

為了更加科學(xué)地證實(shí)降解的科學(xué)性和真實(shí)性，楊軍團(tuán)隊(duì)又采用了生物化學(xué)機(jī)理研究當(dāng)中的“金標(biāo)準(zhǔn)”碳-13同位素標(biāo)記示蹤法。這種聚苯乙烯非常貴，比黃金都要貴幾十倍，但楊軍咬咬牙，用上了所有科研經(jīng)費(fèi)，“做這個(gè)實(shí)驗(yàn)以后幾乎彈盡糧絕，我的科研經(jīng)費(fèi)本上只剩下了4000元，但這是個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，必須得做?！?/p>

幸運(yùn)的是，這個(gè)貴過黃金的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，同樣也證實(shí)了黃粉蟲可以消化最難降解的聚苯乙烯，還得出一個(gè)更驚喜的結(jié)論：“其他相對(duì)容易降解的塑料，理論上黃粉蟲同樣可以消化?！?/p>

兩輪實(shí)驗(yàn)成功之后，楊軍團(tuán)隊(duì)將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行系統(tǒng)整理，將論文投給了國(guó)際頂級(jí)科技學(xué)術(shù)期刊《自然》《科學(xué)》和《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》。稿件很快就被送審了，但最后都被拒絕了。“因?yàn)椴牧蠈W(xué)的評(píng)閱人還是堅(jiān)持60年以來的固有觀念——塑料是不能生物降解的?！?/p>

之后，楊軍團(tuán)隊(duì)從中整理出兩篇姊妹篇，轉(zhuǎn)投給了《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》。這兩篇文章很快被刊發(fā)，并產(chǎn)生了轟動(dòng)效應(yīng)。

甘苦不足道，唯有負(fù)重前行

文章發(fā)表后第二天，《科學(xué)》雜志就在“故事精選”欄目報(bào)道了楊軍團(tuán)隊(duì)的工作，之后，包括CNN（美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)）、美國(guó)第二大時(shí)政雜志《新聞周刊》在內(nèi)的國(guó)外數(shù)百家媒體陸續(xù)采訪了楊軍團(tuán)隊(duì)，評(píng)論楊軍團(tuán)隊(duì)的研究是一個(gè)革命性的發(fā)現(xiàn)，是過去10年環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域最大的突破之一。

更讓楊軍高興的是，文章發(fā)表后，國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)于塑料的生物降解研究迎來了春天。之后，類似《自然》的行業(yè)頂級(jí)雜志發(fā)表了很多相關(guān)論文，2017年6月，《材料》的子刊甚至以“塑料已經(jīng)美味可餐”來歡呼這個(gè)春天的到來。而楊軍團(tuán)隊(duì)的研究成果，已經(jīng)進(jìn)入了多個(gè)國(guó)家的科學(xué)博物館，以及中小學(xué)的教科書和參考書。

有意思的是，楊軍的論文發(fā)表后不久，美國(guó)就有二十幾家農(nóng)場(chǎng)用泡沫塑料去養(yǎng)黃粉蟲，還有更多做同樣研究的人通過各種方式聯(lián)系楊軍團(tuán)隊(duì)，“有小學(xué)生、中學(xué)生，還有大學(xué)生、研究生，甚至還有好多教授，跟我直接聯(lián)系的都有50位以上?！?/p>

不過，楊軍聽到的最多的話是“慚愧”，“有很多科學(xué)家跟我講，‘蟲子咬破塑料袋’是個(gè)司空見慣的現(xiàn)象，但是他們都熟視無睹了?！?/p>

對(duì)此，楊軍卻另有感觸：“回溯有關(guān)蟲子吃塑料這方面的文獻(xiàn)，我們可以找到1954年加州大學(xué)的一篇文獻(xiàn)，也是蠟蟲來覓食塑料袋，53年后的2007年仍然還有這樣類似的報(bào)道。但是很遺憾，因?yàn)樗麄兌际抢ハx學(xué)家，都沒有從逆向思維的角度去利用害蟲的這個(gè)習(xí)性，就錯(cuò)過了非常好的發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)。我們的這個(gè)發(fā)現(xiàn)，不過是by accident——偶然，類似于1928年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素罷了。”

關(guān)于蟲子降解塑料這個(gè)研究項(xiàng)目，楊軍認(rèn)定只是萬里長(zhǎng)征第一步，“這個(gè)項(xiàng)目目前還處于基礎(chǔ)研究的階段，還沒有完全應(yīng)用到實(shí)際生活中。”

更讓楊軍揪心的是塑料污染的現(xiàn)狀。“目前我們和斯坦福大學(xué)的同行一起在做海上塑料污染的防治研究，很遺憾地說，我們已經(jīng)在食鹽中發(fā)現(xiàn)了塑料污染，這個(gè)問題很嚴(yán)重，我們希望很快有解決方案?！?/p>

如今，楊軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)全力投入國(guó)家微生物組計(jì)劃，“這個(gè)計(jì)劃已經(jīng)列入十三五規(guī)劃，我們希望在這樣的計(jì)劃支持下，圍繞昆蟲腸道微生物組做好基礎(chǔ)研究，努力找到塑料的阿喀琉斯之踵，同時(shí)發(fā)展顛覆性的技術(shù)，并且要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。”

“阿喀琉斯之踵”是指致命的弱點(diǎn)、要害，尋找自然不易，但楊軍選擇負(fù)重前行：“科學(xué)研究中的甘苦不足為外人道，但這也是科學(xué)家的樂趣所在吧?！?/p>

編輯 吳忞忞mwumin@qq.com

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