“吃”碎片的海洋微生物

劉瑞 費凡

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、電腦的生產也需要塑料的參與。大規模的塑料生產給人們帶來了便利，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，按生產速率與降解速率來看，不久之后地球會成為巨大的塑料垃圾場。

所以如何更快更好降解塑料，成為科學家們亟待解決的問題。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，他們再次發現并培養出“升級版”海洋微生物，不僅能有效降解多種類型塑料，而且降解速率更快，兩周內即可將一些塑料降解為碎片。

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

1 塑料污染已成為流行病

知己知彼，百戰不殆。在了解如何降解塑料之前，我們需要清楚塑料到底是什么。塑料是一類性能優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起的可再生材料和礦物鹽外，主要為石油，即石油基塑料。每年，全球可生產約3.5～4億噸合成塑料，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，塑料本身并不是“壞物質”，但由于與巨大產量相對應的處置措施匱乏，塑料廢棄物在環境中不受控制地傳播，已成為全球性污染問題。來自陸地的一些塑料制品甚至被裹挾至海洋，對海洋生態系統造成了嚴重破壞。

聯合國環境規劃署提供的統計數據顯示，世界塑料產量從1950年的200萬噸飆升至2017年的3.48億噸，預計到2040 年產能將翻一番。每年約有1100萬噸塑料垃圾流入海洋。到2040年，這一數字可能會增加兩倍。塑料生產和污染正對地球這個人類賴以生存的星球在氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機”并引發一場災難。大量塑料生產和廢棄正對氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機”。

為了應對和解決這一困擾人類社會多年污染問題，科學家們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？基于這一猜想，研究人員從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，終于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 當真菌與塑料邂逅，會發生什么

當這株真菌與塑料膜片共同孵育的時候，真菌的菌絲將緊緊黏附于塑料表面。這其實解決了塑料降解的一大難題——塑料表面疏水性強，一般微生物難以吸附。

這里的疏水性可以簡單理解成材料表面被水潤濕的能力，如果我們同時將一張紙和一片塑料浸入水中，紙張輕而易舉地被水潤濕，表面留存了大量水分子，但塑料卻幾乎是滴水不沾。正因為如此，水在塑料表面難以停留，所以普通的微生物也很難在此駐足，海浪一沖刷他們就搬家。

而這株真菌的不同之處在于——它具有分泌疏水蛋白的能力，并在疏水/親水界面形成兩親性膜，增大了同塑料的接觸面積，在第一步就跑贏了其他微生物！

在吸附之后，真菌發達的菌絲結構可以分泌多種胞外酶并作用于塑料。就如唾液中的唾液淀粉酶可以水解大米中的長鏈淀粉，使其變小從而更容易被人體吸收，微生物也能夠合成自己的酶系統，來逐步降解位于微生物體之外的大分子物質，打斷它們的長鏈結構，使這些物質的分子變小，而后開始“美美飽餐一頓”。

塑料也是具有復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，從而逐漸演化出一些能有效降解塑料的類群。

對于很多微生物而言，如果給它吃面包、米飯，他們會活得很好，但如果它們沒有那么好的生存環境，比如長期生活在塑料垃圾周圍的微生物，為了生存，它們就會慢慢“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。

在與真菌共同孵育處理后，聚乙烯塑料表面產生了明顯的皺縮和裂痕，掃描電子顯微鏡的觀察結果顯示，塑料的微觀表面出現密集的孔洞，說明黏附于塑料的菌絲已穿透塑料表面，發揮了降解效果。

3 該真菌展現出廣譜性的降解能力

在后續實驗中發現，這株真菌的能力不僅限于此，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于電器制造、汽車、建筑、服裝等行業中，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次于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品。真菌處理2周后，聚氨酯膜片表面便可以出現裂隙。處理時間延長到5周后，膜片呈現明顯的碎片化，降解效果良好。

既然面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真菌孵育僅僅一周，表面就出現了明顯的裂紋，并且顏色發黃，這正是被氧化和侵蝕的表現；當時間到達兩周，塑料表面被侵蝕的面積明顯加大，甚至出現了較大面積的孔洞；時間線拉長到三周之后，塑料殘余物已經非常少，如果再等待一段時間，可降解塑料就會完全被真菌所代謝利用。

4 推薦使用可降解塑料

與傳統的塑料制品在自然環境數百年的降解歷程相比，可降解塑料將時間進程縮短到幾個月，是人類合成塑料歷史上的一大長足進步。在這里推薦使用可降解塑料，并認準“可降解塑料”標識。該標識是由帶箭頭循環圈、雙“j”（降解拼音首字母）、材質縮寫（如PBAT、PLA等）、國家標準及產品名稱組合而成的圖案。

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

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

通過使用可降解塑料，能讓我們實現便利生活的同時，也能夠保護環境。當然，我們更應該養成節制使用塑料制品的意識——比如出門自己攜帶購物袋，減少使用一次性用品，只要人人都可以在自己的生活中保持綠色好習慣，相信我們的環境將會迎來大不同。