白色污染，也就是塑料垃圾污染，已經(jīng)成為了地球上最嚴(yán)重的環(huán)境污染危機(jī)之一。由于塑料袋 、一次性餐盒、塑料瓶等生活塑料制品是由聚苯乙烯、聚丙烯等高分子化合物制成，屬于大分子鏈聚合物，難以被降解處理。一個(gè)被丟棄在自然環(huán)境中的塑料瓶需要至少20年，甚至上百年的時(shí)間才能完成降解過(guò)程。近年來(lái)，不斷有研究報(bào)告指出，塑料污染已經(jīng)開(kāi)始滲透生活中的衣食住行。
由于無(wú)法降解，被扔棄的塑料瓶常年漂浮在海面 圖據(jù)BBC
近日，一項(xiàng)發(fā)布在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上的研究成果，為人類戰(zhàn)勝塑料垃圾污染，帶來(lái)了新的曙光：科學(xué)家意外創(chuàng)造出的一種快速降解PET塑料的突變酶，很有可能將成為塑料瓶等白色垃圾的終結(jié)者。
也就是說(shuō)，地球上最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一塑料垃圾即將有克星了！
印尼弗洛里斯島的Labuan Bajo海灘徹底被塑料垃圾污染 圖據(jù)Getty Images
一次意外發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的驚喜
塑料或有克星
此次發(fā)現(xiàn)的塑料降解突變酶，是由日本發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)菌改進(jìn)而來(lái)的生物催化劑。2016年，日本科學(xué)家在日本港口城市堺市的一個(gè)廢棄場(chǎng)的沉積物中，發(fā)現(xiàn)了一種能“吃”PET的細(xì)菌菌株。研究人員認(rèn)為這種Ideonella sakaiensis細(xì)菌，是在自然環(huán)境中為了“吃”塑料進(jìn)化而來(lái)的。在29攝氏度的溫度環(huán)境中，這種細(xì)菌可以在短短六周內(nèi)分解一層PET膜。
這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們欣喜不已，畢竟PET屬于人造材料，在過(guò)去的50年才開(kāi)始大規(guī)模使用。因此，對(duì)于自然環(huán)境中的細(xì)菌而言，在如此短的時(shí)間就能進(jìn)化到消化人造材料，是十分罕見(jiàn)的。他們普遍認(rèn)為，這種菌株或許是能夠解決塑料污染的潛在方式。
而這一發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的驚喜遠(yuǎn)不止于此。據(jù)英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》4月16日?qǐng)?bào)道，英國(guó)樸茨茅斯大學(xué)生物學(xué)教授約翰·麥吉漢的團(tuán)隊(duì)在試圖驗(yàn)證這一說(shuō)法的過(guò)程中，很偶然地創(chuàng)造出了一種分解效率更顯著的新型“超動(dòng)力”塑料降解酶。
項(xiàng)目的聯(lián)合首席研究員約翰·麥吉漢教授 圖據(jù)樸茨茅斯大學(xué)網(wǎng)站
原本，這個(gè)由約翰·麥吉漢教授與美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室化學(xué)工程師格雷格·貝克漢姆領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，只是準(zhǔn)備著手研究這種酶與PET相遇后是如何進(jìn)化的。據(jù)BBC報(bào)道，科學(xué)家利用金剛石X射線，創(chuàng)建了這種降解酶的高清3D結(jié)構(gòu)模型，以了解其構(gòu)造。
在經(jīng)過(guò)研究分析后發(fā)現(xiàn)，這種天然酶還沒(méi)有徹底完全優(yōu)化，并且與細(xì)菌中用于降解植物角質(zhì)層的酶相似。于是，他們嘗試將降解酶表面的活性位點(diǎn)突變，想驗(yàn)證PET酶是否會(huì)因此失去降解塑料的能力。結(jié)果出人意料地導(dǎo)致酶突變，讓其進(jìn)食塑料的速度變得更快，降解效率一下提升了20%。
相較于PET需要幾百年的時(shí)間才能在環(huán)境中分解，被命名為PETase的降解酶能在短短幾天內(nèi)，便開(kāi)始降解塑料。更令人驚喜的是，這種突變酶還能降解PET的替代品PEF（聚乙烯）。
PETase的3D詳細(xì)模型，讓研究人員可以看到如何改進(jìn)酶。圖據(jù)BBC
“意外發(fā)現(xiàn)常常在基礎(chǔ)科學(xué)研究中扮演重要角色，我們這次的發(fā)現(xiàn)也不例外，”麥吉漢教授表示。而正是麥吉漢教授團(tuán)隊(duì)的這一意外發(fā)現(xiàn)，或?qū)氐赘淖兯芰匣厥?，使塑料從最大的禍害變身為一種有效的再生資源。
麥吉漢教授也表示了自己的樂(lè)觀態(tài)度，“這個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)表明，我們有進(jìn)一步改進(jìn)這些酶的空間，使我們更進(jìn)一步找到廢棄塑料回收的解決方案。”
日益嚴(yán)峻的“塑料污染危機(jī)”
危害每個(gè)人的健康
塑料最早誕生于英國(guó)，而到了上世紀(jì)40年代，一種名為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）的塑料材質(zhì)獲得專利。由于重量輕、無(wú)色、結(jié)實(shí)，PET開(kāi)始被廣泛使用，塑料制品開(kāi)始飛快占據(jù)人類生活的各個(gè)角落。塑料，是最廣泛使用的人造材料，由于價(jià)格低廉、易于生產(chǎn)、可塑性強(qiáng)，從瓶裝水、塑料袋、合成服裝面料、手機(jī)殼、家電及房屋建造的各個(gè)生活領(lǐng)域都有塑料的存在。
然而，美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校的羅蘭德·蓋爾教授在其發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)進(jìn)步》期刊上的論文中指出，自1950年塑料被大規(guī)模生產(chǎn)后，到2015年間，全球僅有7.2%的塑料被回收利用，其余大部分都被隨手丟棄了。
其中，塑料瓶已經(jīng)成為了最為常見(jiàn)的白色垃圾。據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道，近年來(lái)，塑料瓶的使用量仍在迅速增長(zhǎng)。僅2016年一年的時(shí)間，全球塑料瓶消費(fèi)量達(dá)到4800億個(gè)，而十年前這一數(shù)字約為3000億。而到2020年，塑料瓶使用量將達(dá)到每年5883億個(gè)，相當(dāng)于全球每秒消費(fèi)2萬(wàn)個(gè)塑料瓶，遠(yuǎn)超其回收利用的效率，全球自然環(huán)境面臨著塑料污染的危害。
PET占世界塑料年產(chǎn)量的近六分之一 圖據(jù)法新社
這樣的結(jié)果，導(dǎo)致海洋正逐漸變?yōu)槿祟惖木扌屠鴪?chǎng)。據(jù)《華盛頓郵報(bào)》報(bào)道，目前至少有5萬(wàn)億件塑料垃圾正漂浮在全球的海域中。然而，這還只是初步估算結(jié)果，更多在洋流及太陽(yáng)作用下被降解為微型顆粒的塑料垃圾無(wú)法納入統(tǒng)計(jì)。預(yù)估到2050年，海洋中塑料廢物將和魚(yú)的數(shù)量一樣多。
根據(jù)一項(xiàng)為期3年的最新科學(xué)統(tǒng)計(jì)預(yù)估，在美國(guó)加州與夏威夷之間的海域，有近8萬(wàn)噸的塑料已堆積形成了一個(gè)“泛太平洋垃圾帶”，收集的垃圾樣本日期從1977年到2010年皆有。研究人員指出，這一數(shù)字是之前報(bào)道的16倍，這意味著塑料污染正在以比水流更快的速度增長(zhǎng)。
被塑料垃圾包圍的海洋動(dòng)物 圖據(jù)網(wǎng)絡(luò)
而這些漂浮的垃圾對(duì)水生生物構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，一些海龜、鳥(niǎo)類錯(cuò)誤地將塑料當(dāng)成食物，導(dǎo)致消化系統(tǒng)受到阻塞而死。另一個(gè)更為嚴(yán)重的后果則是，隨著時(shí)間的推移，這些塑料垃圾一面吸附海水中的有毒成分，一面降解成更微小的塑料碎片甚至塑料分子，隨后被海洋生物吃掉，最終隨著食物鏈上移逐漸進(jìn)入人類的食物鏈中。這些被人類亂扔亂棄的塑料垃圾，正在通過(guò)自然界循環(huán)，回到人類的體內(nèi)，危害著每一個(gè)人的健康。
正在進(jìn)食塑料膜的海龜 圖據(jù)網(wǎng)絡(luò)
這并非危言聳聽(tīng)，此前的一項(xiàng)英國(guó)研究發(fā)現(xiàn)，從海里捕撈的魚(yú)中，有三分之一體內(nèi)都含有塑料微粒。而一項(xiàng)德國(guó)研究發(fā)現(xiàn)，測(cè)試的24個(gè)牛肉品牌中全都含有塑料纖維和碎片，一些蜂蜜和糖里同樣也發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)的存在。
團(tuán)隊(duì)開(kāi)始進(jìn)一步的研究
此次發(fā)現(xiàn)意義重大
因此，這次麥吉漢教授團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑是人類環(huán)保史上的重要里程碑。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的化學(xué)工程師Nilay Shah教授表示，這將是一項(xiàng)非常有用的技術(shù)，可以支持塑料的回收和循環(huán)利用。盡管在這些酶被廣泛應(yīng)用于回收行業(yè)之前，還有很長(zhǎng)的路要走。但這一發(fā)現(xiàn)具有重大意義，讓人類在與塑料污染的抗?fàn)幹?，邁出了令人興奮的一大步。
目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始著手進(jìn)一步改善降解酶結(jié)構(gòu)，希望它們可在更短時(shí)間內(nèi)分解PET塑料，并能用于降解其他的塑料材料。根據(jù)麥吉漢教授的預(yù)想，一旦這種酶能將塑料聚合物還原成單體，塑料的回收率將大大提升，同時(shí)還能降低人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)石油原料的需求。
太平洋里的塑料垃圾島 圖據(jù)網(wǎng)絡(luò)
