小蟲吃掉塑料袋：清除白色污染新希望

培養皿內的蠟蟲。圖片來源：César Hernández/CSIC

科學家發現，商業養殖、用作魚餌的蠟蟲能夠生物降解最常用但卻最難降解的塑料之一——聚乙烯。該研究於2017年4月24日發表於Current Biology。

翻譯 王可

校對 夏燁 張士超

蠟蟲是常見昆蟲大蜡螟（或大蜡蛾）的幼蟲。野生大蜡蛾寄生在蜂群中，對全歐洲的蜂巢來說都是禍害。蠟蛾在蜂巢中產卵，而它們的幼蟲就依靠蜂蠟孵化和成長——蠟蛾也因此而得名。

該科研小組成員之一 Federica Bertocchini 是一名業餘養蜂人，她在除去蜂巢內的寄生蟲時偶然發現了這種幼蟲。Bertocchin 將這些幼蟲暫時放在塑料購物袋裡，之後卻發現袋子上布滿了孔洞。

Bertocchini 來自西班牙坎塔布里亞生物醫學和生物技術研究所（CSIC），她和同事 Paolo Bombilli、以及劍橋大學的生物化學系的 Christopher Howe 進行了計時實驗。

他們讓大約一百隻蠟蟲與英國某超市的塑料袋接觸，僅40分鐘後袋子上就開始出現孔洞，而12小時後塑料袋重量比開始時減少了92 mg。

科學家認為，和近期發現的其他降解方式相比，這一速度是極快的：比如去年報道的細菌生物降解某些塑料的速度只有每天0.13 mg。

10隻蠟蟲在30分鐘內對塑料袋進行生物降解的效果。圖片來源：César Hernández/CSIC

該研究於4月24日發表於Current Biology。文章第一作者，劍橋大學的 Paolo Bombelli 表示：「如果這一化學過程中只有一種酶起作用，那麼使用生物技術複製這一過程應該是可行的，該發現可能會成為一種重要的工具，能夠幫助我們清理垃圾填埋廠和海洋中累積的聚乙烯塑料垃圾。」

聚乙烯廣泛應用於包裝，占歐洲塑料產品用料總需求的40%，而其中38%都會被丟棄到垃圾填埋場。世界各地的人每年要消耗約一萬億噸塑料袋。

一般來說，塑料極難被分解，即使是較小的碎片也很難被生態系統降解。因此它造成的環境破壞十分嚴重。

而大自然或許能提供一個解決方案。供養蠟蟲的蜂蠟是很多種脂類化合物的混合物，而脂質是構成脂肪、油脂和某些激素等生物細胞的關鍵分子。

雖然蠟蟲生物降解蜂蠟的分子細節還需要進一步研究，但研究者表示，消化蜂蠟和聚乙烯的過程中打斷的化學鍵是可能是類似的。

實驗中聚乙烯塑料袋上的蠟蟲特寫，旁邊的孔洞是就是生物降解所致。圖片來源：Paolo Bombilli

來自 CSIC 的 Bertocchini 是這項研究的通訊作者，他說：「蠟屬於聚合物，是一種『自然塑料』，其化學結構和聚乙烯類似。」研究人員進行了光譜分析後發現，聚乙烯的化學鍵的確斷裂了。分析表明，蠟蟲將聚乙烯轉化成了乙二醇——一種未互相連接的「單體」分子。

為了確認塑料降解並非僅由蠟蟲的咀嚼機製造成，研究團隊將其中一些蠟蟲搗碎後塗在聚乙烯塑料袋上，得到的結果與之前類似。

「這些毛毛蟲並不只是簡單地吃下塑料，而不改變其化學成分。我們證實了這些蠟蟲的確破壞了聚乙烯塑料的高分子鏈，」Bombilli 說，「這種毛毛蟲會生產出一些破壞化學鍵的物質，該物質可能存在於它們的唾液腺或腸道共生細菌中。在今後的研究中，我們會嘗試確定該反應的分子過程，再看看能否將起作用的酶純化出來。」

一旦了解了分子水平的過程，研究人員就會利用其原理設計工業規模的生物技術方案，用於處理聚乙烯廢料。Bertocchilni 補充道：「我們計劃將這一發現轉化為可行的方法，清理塑料垃圾，從而拯救海洋、河流等各種環境，扭轉當前還無法避免的塑料垃圾累積。」

https://phys.org/news/2017-04-caterpillar-bags-biodegradable-solution-plastic.html

論文信息

標題Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax mothGalleria mellonella

期刊Current Biology

日期April 24, 2017.

摘要Plastics are synthetic polymers derived from fossil oil and largely resistant to biodegradation. Polyethylene (PE) and polypropylene (PP) represent ～92% of total plastic production. PE is largely utilized in packaging, representing ～40% of total demand for plastic products (www.plasticseurope.org) with over a trillion plastic bags used every year [1] . Plastic production has increased exponentially in the past 50 years ( Figure S1 A in Supplemental Information , published with this article online). In the 27 EU countries plus Norway and Switzerland up to 38% of plastic is discarded in landfills, with the rest utilized for recycling (26%) and energy recovery (36%) via combustion (www.plasticseurope.org), carrying a heavy environmental impact. Therefore, new solutions for plastic degradation are urgently needed. We report the fast bio-degradation of PE by larvae of the wax moth Galleria mellonella, producing ethylene glycol.

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