环保“杀手”塑料污染 竟被“牛胃”干掉了

0 评论 加国无忧 51.CA 2021年7月4日 16:51 来源:科学美少男

塑料污染一直都是世界难题,是环保“杀手”。科学界一直在不断攻克,但由于培养降解塑料的微生物成本太高,难以量产。在《生物工程与生物技术前沿》上出现一篇报告:

用牛胃中的微生物分解塑料——这是一种可持续的减少垃圾的方法。

什么意思!难道牛可以吃塑料?这么简单为什么大家以前没想到?这事还得从牛吃的是草,长的却是肌肉说起。

灵感

牛不吃肉却比食肉动物健壮,因为牛有一套特殊的消化系统,系统内存在大量的微生物。人吃菜,吃的是“寂寞”。因为人类无法分解吸收蔬菜中最主要的能量——纤维素。纤维素是植物细胞细胞壁的主要成分,结构极为稳定,由大量葡萄糖小分子聚合而成。

人体微生物难以拆开链接葡糖糖分子的糖苷键,都是嚼吧嚼吧成丝状后,便咽下去。由于无法分解,它还要出来,肠道的排异反应就会加快肠道蠕动,希望赶紧把它赶出去。因此,蔬菜有清肠道、助消化的功效。

牛吃菜,吃的是“灵魂”。牛是一种反刍动物。牛把草嚼一嚼咽下去,如果不够碎,牛会再吐回嘴里进行二次咀嚼。有的时候为了躲避天敌或者赶路,牛会快速吃草,随便嚼两下就咽下去,存储起来,等没事的时候再吐回嘴里“细嚼慢咽”。

牛囤草的地方叫做“瘤胃”,如果切好端餐桌上则叫“毛肚”。牛还有另三个胃分别是网胃(金钱肚)、重瓣胃(千层肚),皱胃(牛肚)。

四个胃的作用为:浸泡、分解——研磨、过滤——挤干、排汁——酸化分解。这一套流程下来,再加上肠道进行吸收,才能榨出纤维素中的精华。

在这过程中,最重要就是在瘤胃中“浸泡”。草并非浸泡在水中,而是大量微生物分泌出的纤维素酶中。当纤维素酶可以拆解糖苷键,促使葡萄糖更容易被吸收。牛反刍就是为了让草足够碎,更容易被瘤胃中的微生物分解,后面的流程则是为了高效吸收。

在木本植物中,纤维素有个更为稳定、结构更为致密的“兄弟”木质素,它们相互连接,同为植物细胞壁主要成分,与塑料一样都是高聚物、不溶于水、极为稳定。

塑料污染就像“当初的木质素污染”

2.9~3.6亿年前的石炭纪,木质素出现,基于其结构致密,植物在它的帮助下可以长成参天大树,但也是结构致密,没有微生物可以降解它。

当时高大的树木死后无法腐烂,锁住了大量的碳,阻止了地球碳循环,到最后地球陆地上足足覆盖了30米高的植物尸体,眼看着所有生命即将终结,地球终于进化出一种可以高效分解木质素的真菌,解决了这场危机。

你有没有发现,如今塑料污染不就是“当初的木质素”吗?因此,科学家希望像当初地球进化出的“真菌”一样,找到某种可以“吃塑料”的微生物,解决塑料污染问题。

维也纳的一个研究团队突然奇想:既然瘤胃中巨大的微生物群落,可以分解植物聚合物,那么是否可以分解塑料呢?

实验

由于西方人对动物内脏不太感兴趣,他们很容易就在一家屠宰场找到了大量的瘤胃,从中提取了大量的微生物群落液体。

他们找来了三种塑料(PET、PBAT、PEF),分别都弄成了两份:一份为粉末状,像牛反刍咀嚼后的产物;一份为薄膜状,像塑料袋。接着把这6份材料分别与6份瘤胃液一起孵育,果不其然这三种塑料都被分解了,而且粉末分解得更快。

研究人员更进一步,将瘤胃中的微生物进行分离,每次一种微生物单独与塑料进行实验,结果发现还是微生物组合液更高效。说明微生物分解塑料属于“团队作战”,需要多种微生物分泌多种酶进行分解,而不是某种微生物单独具备分解能力。以前的塑料降解研究,科学家大多都擅长于用某种微生物“单刀作战”,这次研究为以后提供了一种新的方向。

虽然这次实验同样是在实验室中小规模进行,但奥地利自然资源与生命科学大学的Ribitsch博士表示:屠宰场每天会积累大量的瘤胃,想要扩大规模并不困难。通过这次偶然发现,说明了微生物群落是一种潜在生态资源,即使很多生物近在眼前,但人类对它们还是知之甚少。

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