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微生物造的“塑料”还是很多动物的口粮
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科技日报记者 张佳欣

你可能听说过“生物降解塑料”,觉得这是现代人的发明。但早在人类出现之前,微生物就已经会制造一种天然的“塑料”了。

在意大利厄尔巴岛寻找“无肠”蠕虫。潜水员从海底采集沉积物,阿尔加维斯橄榄虫(Olavius algarvensis)就生活在地中海海草床下的沉积物中。图源:马克斯·普朗克海洋微生物研究所

 

很多细菌和古菌会在体内合成一种叫“聚羟基脂肪酸酯”(PHA)的物质。为什么要合成它?因为环境里的碳源时多时少。碳源充足时,微生物用不完,就把多余的碳转化成PHA攒在细胞里,等碳源不够了,再把它分解利用。PHA广泛存在于土壤、沉积物和水中,也是目前少数能完全生物降解的天然“塑料”之一。但对微生物来说,它不是塑料,更像是一块压缩饼干。

过去,科学家一直认为,能够分解这些物质的主要是微生物自己。德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究人员最近却发现,许多动物也具备这种能力:从海洋蠕虫、海星到陆地上的蚯蚓,它们体内都能找到会降解微生物PHA的酶。

这个发现最初来自一种奇特的海洋蠕虫,即阿尔加维斯橄榄虫。它没有嘴,也没有肠子,却能获得食物。原来,这种蠕虫的皮肤下生活着共生细菌,蠕虫依靠这些细菌获得营养,同时也会消化它们。

科学家发现,其中一种共生细菌会在体内积累大量PHA。于是他们产生了一个疑问:蠕虫消化这些细菌时,能不能把细菌储存的PHA也利用起来?

答案是可以。科学家在蠕虫体内发现了一种能够分解PHA的酶,可将PHA拆解成动物能够利用的小分子。高分辨率成像显示,这种酶恰好出现在蠕虫消化共生细菌的部位。这意味着,蠕虫在消化细菌时,也可能同时利用细菌储存的PHA。

无肠海洋蠕虫阿尔加维斯虫(图中躺在一些沙粒旁边)体长仅约两厘米,它们完全依赖共生细菌获取营养和代谢废物,以至于丧失了消化系统和排泄系统。它们呈现白色,是因为其皮肤下覆盖着一层致密的共生细菌,这些细菌富含PHA——本研究的核心微生物生物塑料。这种不起眼的蠕虫帮助科学家们发现,动物也能消化此前被认为只能由微生物分解的微生物生物塑料。图源:马克斯·普朗克海洋微生物研究所

 

更令人意外的是,这并非该蠕虫的独门本领。科学家在超过66种、分属9个门的动物中都发现了类似的PHA降解酶,实验也证实,海绵、蚯蚓和弹尾虫等动物的相关酶都能分解PHA。这意味着,一些动物不仅能够以微生物为食,还可能直接利用微生物储存在体内的PHA。过去主要在微生物之间循环的这部分碳,也因此有了进入动物食物网的新途径。

有意思的是,PHA也是人类正在开发的一类可降解塑料材料,如今已用于食品包装、卫生用品以及部分农业和医疗产品。人类今天正在寻找可降解的“绿色塑料”,微生物早已制造出了自己的天然版本。只不过,这块微生物储存起来的“压缩饼干”不只是微生物自己的食物,也可能早已被一些动物当作了口粮。

责任编辑:常丽君

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