Чарівні личинки на кухні

Усім відомо, що пластик шкідливий для природи. Не в останню чергу через те, що він практично не розкладається. Людство шукає способи подрібнення пластикових відходів за допомогою живих організмів вже більше п’ятдесяти років. Один китайський інженер з охорони навколишнього середовища донедавна також був учасником цих безрезультатних пошуків, доки не з’явилися вони...

На фото: Пляж комуни Ніндорф у Шлезвізі-Гольштейні: Єва Норрой виклала на піску рибу з більше ніж 5000 пластикових пакетів — застереження проти забруднення морів пластиковими відходами.

Найдивовижнішими відкриттями є ті, котрих не могли очікувати навіть найбільш освічені фахівці даного профілю. Ці миті осяяння завжди настають несподівано, з’являються, як грім серед ясного неба. Для пекінського інженера-еколога Джуна Янга такий момент настав у його власній кухні. Як саме виглядає кухня, нас не цікавить. Джун, імовірно, неодружений, і тому в його житті, напевно, є більш важливі справи, ніж виносити сміття. Отже, одного дня він, як будь-який запеклий вчений, зміряв своє відро для сміття критичним поглядом. У першу ж мить стало зрозуміло, що у відходах щось копирсається. Потім з відра вилетіла перелякана світлом та припливом свіжого повітря маленька сіра міль. Вже в той момент у душі вченого почали прокидатися якісь бентежливі, але ще незрозумілі вібрації. Личинки щосили намагалися сховатися від яскравого світла у відходах.

До цього моменту китайський інженер не помічав нічого особливого. Все було так само буденно, як пліснява на хлібі, що пролежав кілька тижнів. Не було б дивно, якби Джун Янг, як і будь-хто інший, з огидою закрив би відро і відніс його до сміттєвого баку, але отвори у тонких пластикових пакетах не виходили у вченого з голови. Тоді китайський інженер-еколог, який саме працював над біологічними методами захисту навколишнього середовища у Бейханському університеті, почав напружено міркувати. Чи могли крихітні личинки проїсти отвори у пакетах? І якщо так, то чому вони це зробили?

Упродовж багатьох десятиліть, принаймні з того моменту, як пластикові пакети з поліетилену (ПЕ) завтовшки один мікрометр завдяки низькій ціні, тривкості та надзвичайній легкості завоювали популярність у всьому світі, кожен інженер твердо знав, що шлунок жодної тварини не здатен перетравлювати пластик. ПЕ-полімери з їх довгими та міцними ланцюгами атомів ковалентно поєднаних вуглецю та водню занадто великі для того, щоб їх могли поглинути бактерії. Сумнівів у цьому не виникало ні в кого. Ці сполуки також занадто стабільні з хімічної точки зору, щоб окиснюватися та повністю біорозкладатися. Лише після тривалого нагрівання або під впливом інтенсивного ультрафіолетового випромінювання, принаймні це спостерігалося у дослідженнях in vitro, поліетилен розпадався на відносно невеликі органічні компоненти, а саме: алкани, кетони або альдегіди, які можуть бути розкладені бактеріями. Але мікроорганізми, які могли б розщеплювати великі молекули синтетичного матеріалу, не були виявлені дослідниками ні на смітниках, ні у забрудненому ґрунті, ні у купах компосту.

Читати також: Викопні рештки майбутнього: каміння з пластику 

Проте спочатку Джун Янг поставився до поцяткованих отворами пластикових пакетів скептично. Чи може бути так, що всі дослідники, які займалися цією проблемою, шукали не там, де треба? Відро для сміття на кухні — це звучало просто абсурдно. Але Джун Янг все ж вирішив перевірити свою ідею у лабораторних умовах. Він назбирав стільки личинок, скільки зміг, відніс їх до лабораторії, де було виявлено, що це південна амбарна вогнівка (Plodia interpunctella) — звичайна міль, яка зустрічається у кожному, хоч скільки-небудь теплому куточку планети; шкідник, що харчується відходами людської їжі . Між вилупленням личинки з яйця та її перетворенням на лялечку проходить місяць, а іноді, за наявності відповідних умов життя, навіть менше.

Разом з колегами Джун Янг почав вирощувати личинки у чашках Петрі. Секрет перетравлення пластику було розкрито досить швидко, проте полягав він не в блідо-жовтих личинках довжиною не більше двох сантиметрів, а у мікрофлорі їхнього кишківника. В інтерв’ю газеті Environmental Science and Technology вчені розповіли, як вони добули із шлунково-кишкового тракту велику кількість бактерій родів Bacillus та Enterobacter і перемістили їх для культивування на покладені у чашки Петрі тонкі пластинки чистого ПЕ-пластику. Дослідникам довелося запастися терпінням. Проте незабаром під електронним мікроскопом можна було чітко побачити, що бактерії насправді здатні розкладати ПЕ-пластик: на пластинках з’явилися отвори глибиною в одну третю мікрометра . Результати рентгеноспектроскопії показали, що місце "з’їдених" молекул поліетилену після розкладення бактеріями зайняли кисневмісні карбонільні групи. Це означає, що пластик окиснився, тобто був найбанальнішим способом перетравлений. Джуну Янгу нарешті вдалося знайти доказ того, що існують мікроорганізми, які розкладають високорезистентний поліетилен та використовують вуглець в обміні речовин.

Наслідки біологічного розкладання були однозначними. Після одного циклу розвитку личинок, тобто через місяць, тривкість синтетичного матеріалу зменшилася майже вдвічі, його водовідштовхувальні характеристики погіршилися на третину. Через два місяці результат діяльності бактерій можна було виміряти і на мікровагах. Вага пластику зменшилася більше ніж на десять відсотків.

З огляду на те, що за рік у світі виробляється 140 мільйонів тон ПЕ-пластику, і це відповідно збільшує обсяг пластикових відходів, можливості такої біологічної утилізації швидко вичерпуються. Принаймні про рішення промислового масштабу мова не йде. Передусім через те, що величезна кількість пластику, особливо у світовому океані, де міль не зможе жити за жодних умов, з кожним днем стає дедалі більшою. Тому для китайських дослідників зроблене відкриття стало лише початком. Про механізми утилізації, біохімію та продукти розкладання пластику, а також про наслідки цього розкладання поки невідомо майже нічого. "Наша знахідка може стати основою великонадійного напрямку досліджень", — кажуть вчені. На жаль, поки що це єдине, чим вони можуть похизуватися.

Читати також: На безлюдних островах знайдено 114 000 фунтів (51 709 кг) сміття