蟲啃塑料，緩解地球不能承受之重

人類有史以來第一次規模宏大的群眾性環境保護運動，是1970年4月22日的“地球日”活動。作為人類現代環保運動的開端，旨在喚起人類愛護地球、保護家園的意識，進而改善地球的整體環境。2009年，聯合國大會決議將每年的4月22日定為“世界地球日”。

1907年，美國化學家列奧·亨德里克·貝克蘭注冊了酚醛合成樹脂（即塑料）的專利，發明了塑料。作為一種合成的高分子化學制品，塑料阻燃、耐熱、抗腐蝕、用途廣、質量輕且成本低廉，誕生后，悄然深入到社會的每個角落，從工業生產到人們的衣食住行，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，按照目前的科學估計，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境污染。

廢棄塑料導致的白色污染和海洋塑料浮渣，是近50年來長期困擾科學界和工程界的世界環境難題。單就海洋塑料污染而言，據全球最權威學術期刊《科學》雜志報道，每年有800萬噸塑料被沖進大海，形成了相當于法國或者200個上海那么大面積的太平洋塑料垃圾漂移帶。而在中國，食鹽里面已經發現了塑料微粒。

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

這一難題被中國科學家撕開了一條縫，北京航空航天大學化學學院教授楊軍的一次科普演講吸引了全世界的目光。原來，楊軍教授的團隊已經發現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小時甚至更少的時間就能完成，為解決全球性塑料污染問題提供了新思路。

2004年時，楊軍忙碌的工作與塑料全然無關。那時，國家正在力爭上馬大飛機C919，作為北航科技處副處長，彼時的楊軍，工作重心是擔任C919認證秘書組組長，參與組織整個論證過程。

緊張的論證環節卻相當于一個“空窗期”，給了楊軍捕捉各種生活現象的機會與可能。就在那年春節的一天，楊軍想在家里煮稀飯，可當他從櫥柜里拿出一袋小米時，發現米壞了。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，那么它吃進去了嗎？如果吃進去了，它消化了嗎？”清華大學環境科學與工程系博士畢業的楊軍，主攻環境生物技術，“專業的敏感與空窗期的無聊，讓我馬上有了這么一個想法。”

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

這給了楊軍一個專業性的啟發：如果這個問題能被證實，就意味著塑料能被降解，這將是一項革命性的發現。于是，春節過后，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”的實驗。“我們精心飼養蠟蟲，讓蠟蟲食用聚乙烯薄膜（英文名稱縮寫為PE），待蠟蟲發育成熟后再對它進行科學解剖，將它腸道里的內含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無碳培養基中，然后用國際通行的方法反復測試，看它腸道的內含物是否能侵蝕并穿透聚乙烯薄膜。”

讓楊軍驚訝的事發生了，僅僅依靠聚乙烯薄膜為食的蠟蟲不僅活了下來，還發育成熟，實驗進行到第28天時，解剖后的蠟蟲腸道微生物侵蝕并穿透了聚乙烯薄膜！經過反復測試，結果都一樣。

“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突破性的研究。考慮到研究的深度跟數據都還不夠，加上自認為技術研究功力還有待提升，所以，2007年，楊軍到牛津大學訪問深造。

深入研究，蟲子吃掉了塑料

回國后，楊軍聯合了斯坦福大學、華大基因的學者，展開深入系統的研究。由于實驗蠟蟲腸道的內含物會分泌出很多菌株，而在前期的研究中并沒有細化，所以，楊軍的首要方向就是提取蠟蟲腸道內含物中的“純菌”進行實驗。

這個實驗過程簡而言之就是：用聚乙烯薄膜“養活”蠟蟲至成蟲，再對其進行解剖，然后取出腸道內含物，跟聚乙烯薄膜放在一起進行富集培養。60天后，分離出8種純菌株，再通過專業實驗選擇出兩種降解能力最強的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

實驗的結果，楊軍用“激動”二字形容：“這兩種菌株的確靠塑料薄膜活了下來。它們在含聚乙烯的薄膜上穩定增長，并具有較強的活性，可以腐蝕掉聚乙烯薄膜的表面。”

楊軍團隊很快將實驗結果總結成文，投給了《環境科學與技術》雜志。2014年10月，《環境科學與技術》不僅全文刊發，還引發了一輪新聞報道熱浪，包括美國化學會《新聞周刊》在內的諸多行業頂尖媒體對楊軍團隊進行了持續報道，大家齊齊歡呼：“聚乙烯可以生物降解了！”

受此鼓勵，楊軍團隊繼續深入研究。由于蠟蟲個頭小，分解塑料的量和種類都有限，做進一步降解機理實驗也不方便，楊軍團隊便開始著手擴大調研范圍。了解到有人用蚯蚓、千足蟲、蛞蝓、蝸牛等做過降解塑料的實驗，楊軍團隊也逐一實驗，但效果都不理想。

就在團隊工作陷入瓶頸時，楊軍看到了一則泡沫塑料板被黃粉蟲啃食的新聞報道。他靈光一閃，決定嘗試用個頭大很多的黃粉蟲進行下一步實驗，而目標，則對準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。

黃粉蟲又叫面包蟲，原產北美洲，上世紀50年代從蘇聯引進中國飼養，因其干品含蛋白質高達50%以上，被譽為“蛋白質飼料庫”。在國內，黃粉蟲既經常被用作飼料喂養蝎子、蜈蚣、蛤蚧、蛇、金魚等，又常被人拿來煎炒烹炸后食用。

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定性，學術界普遍認為，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，一是因為新聞報道中黃粉蟲降解的正是聚苯乙烯，二是因為拿下聚苯乙烯，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，楊軍團隊買來沒有添加劑和催化劑的聚苯乙烯原料及相關樣品，接著又買了1500只3蟲齡～4蟲齡（即褪了3次～4次皮）谷物飼養的黃粉蟲，開始了“蟲吃塑料2.0版”的實驗。

揭開塑料自然降解的一角

楊軍團隊將1500只黃粉蟲分成三組，進行為期30天的實驗。一組僅僅喂食泡沫塑料，另兩組作為對照組，一組喂食黃粉蟲最喜歡的麥麩，一組不喂食物。結果發現，喂食泡沫塑料和麥麩的兩組，存活率沒有顯著差異。

接著，楊軍團隊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。“50%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉化為二氧化碳和自身肌體，可以說是‘長肌肉了。簡單一句話，實驗充分證明了黃粉蟲能夠降解聚苯乙烯！”楊軍興奮地說。

為了更加科學地證實降解的科學性和真實性，楊軍團隊又采用了生物化學機理研究當中的“金標準”碳-13同位素標記示蹤法。這種聚苯乙烯非常貴，比黃金都要貴幾十倍，但楊軍咬咬牙，用上了所有科研經費，“做這個實驗以后幾乎彈盡糧絕，我的科研經費本上只剩下了4000元，但這是個關鍵實驗，必須得做。”

幸運的是，這個貴過黃金的關鍵實驗，同樣也證實了黃粉蟲可以消化最難降解的聚苯乙烯，還得出一個更驚喜的結論：“其他相對容易降解的塑料，理論上黃粉蟲同樣可以消化。”

兩輪實驗成功之后，楊軍團隊將整個實驗過程進行系統整理，將論文投給了國際頂級科技學術期刊《自然》《科學》和《美國國家科學院院刊》。稿件很快就被送審了，但最后都被拒絕了。“因為材料學的評閱人還是堅持60年以來的固有觀念——塑料是不能生物降解的。”

之后，楊軍團隊從中整理出兩篇姊妹篇，轉投給了《環境科學與技術》。這兩篇文章很快被刊發，并產生了轟動效應。

甘苦不足道，唯有負重前行

文章發表后第二天，《科學》雜志就在“故事精選”欄目報道了楊軍團隊的工作，之后，包括CNN（美國有線電視新聞網）、美國第二大時政雜志《新聞周刊》在內的國外數百家媒體陸續采訪了楊軍團隊，評論楊軍團隊的研究是一個革命性的發現，是過去10年環境科學領域最大的突破之一。

更讓楊軍高興的是，文章發表后，國際學術界對于塑料的生物降解研究迎來了春天。之后，類似《自然》的行業頂級雜志發表了很多相關論文，2017年6月，《材料》的子刊甚至以“塑料已經美味可餐”來歡呼這個春天的到來。而楊軍團隊的研究成果，已經進入了多個國家的科學博物館，以及中小學的教科書和參考書。

有意思的是，楊軍的論文發表后不久，美國就有二十幾家農場用泡沫塑料去養黃粉蟲，還有更多做同樣研究的人通過各種方式聯系楊軍團隊，“有小學生、中學生，還有大學生、研究生，甚至還有好多教授，跟我直接聯系的都有50位以上。”

不過，楊軍聽到的最多的話是“慚愧”，“有很多科學家跟我講，‘蟲子咬破塑料袋是個司空見慣的現象，但是他們都熟視無睹了。”

對此，楊軍卻另有感觸：“回溯有關蟲子吃塑料這方面的文獻，我們可以找到1954年加州大學的一篇文獻，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道。但是很遺憾，因為他們都是昆蟲學家，都沒有從逆向思維的角度去利用害蟲的這個習性，就錯過了非常好的發現機會。我們的這個發現，不過是by accident——偶然，類似于1928年弗萊明發現青霉素罷了。”

關于蟲子降解塑料這個研究項目，楊軍認定只是萬里長征第一步，“這個項目目前還處于基礎研究的階段，還沒有完全應用到實際生活中。”

更讓楊軍揪心的是塑料污染的現狀。“目前我們和斯坦福大學的同行一起在做海上塑料污染的防治研究，很遺憾地說，我們已經在食鹽中發現了塑料污染，這個問題很嚴重，我們希望很快有解決方案。”

如今，楊軍帶領團隊全力投入國家微生物組計劃，“這個計劃已經列入十三五規劃，我們希望在這樣的計劃支持下，圍繞昆蟲腸道微生物組做好基礎研究，努力找到塑料的阿喀琉斯之踵，同時發展顛覆性的技術，并且要實現產業化的應用。”

“阿喀琉斯之踵”是指致命的弱點、要害，尋找自然不易，但楊軍選擇負重前行：“科學研究中的甘苦不足為外人道，但這也是科學家的樂趣所在吧。”

編輯 吳忞忞 mwumin@qq.com