聚乙烯是最受欢迎也是最难以降解的塑料类型之一。由这种聚合物制成的袋子、瓶子和包装在全球各地的垃圾填埋场和海洋中堆积。科学家们感叹，微生物无法分解塑料使其无害。然而，一项新的研究报告称，首次确凿的分子证据表明，在一种常见的储藏室害虫的肠道中发现的某些细菌，可以在聚乙烯上生长并将其分解（《环境科学与技术》 2014, DOI：10.1021/es504038a）。
仅在美国，消费者每年就丢弃超过3200万吨的塑料，其中只有9%被回收利用。在世界范围内，塑料垃圾缠住了野生动物，并吸收有毒污染物，这些污染物会被海洋鸟类和鱼类误食，因为它们会将小块塑料误认为是食物。中国北京航空航天大学的环境工程师、这项新研究的首席研究员杨军说：“聚乙烯是最常见的塑料，它导致了严重的环境问题。” 他说，这种聚合物能够抵抗微生物的降解，因为它具有高度的疏水性，具有较高的分子量，使其无法进入细菌细胞，并且具有仅由C-C和C-H键组成的稳定结构。
此前的研究报告称，细菌可以在短短六周内将聚乙烯的重量减少20%以上。但是，这些有希望的报告未能提供全面的生物降解的分子证据，例如聚合物链氧化的迹象。其他团队也无法重复这些研究，因为原始作者忽略了在国际存储库中注册这些微生物，杨军说。
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杨军的团队意外地发现了他们啃食塑料的微生物。有一天，杨军在检查厨房里的小米袋时，发现它们布满了小孔。“我观察到蛾子从袋子里飞出来，它们的幼虫在里面爬来爬去，”他说。他开始认为，在世界各地的厨房中发现的一种小型食谷蛾——印度谷螟（Plodia interpunctella）的幼虫，可能是在肠道内细菌的帮助下消化了塑料薄膜。
因此，杨军和他的团队从蛾幼虫中提取了肠道细菌，发现了一种芽孢杆菌（Bacillus）和一种肠杆菌（Enterobacter）物种，它们以聚乙烯作为唯一的碳源旺盛生长。研究人员将分离出的物种在小片聚乙烯上进行培养。28天后，薄片显示出降解迹象：它们的拉伸强度下降了50%，排斥水滴的能力下降了30%。微生物在聚乙烯上生长60天后，塑料薄膜的质量减少了10%，聚合物链的分子量下降了13%。
当科学家使用扫描电子显微镜和原子力显微镜检查消化后的薄片时，他们看到细菌在塑料薄膜上挖掘出0.4微米深的坑。通过使用X射线光电子能谱和傅里叶变换红外成像，该团队在聚合物链的尾端发现了羰基。这表明微生物是通过氧化来剪断聚乙烯链的。
最后，研究人员将这两种细菌的DNA序列存入了GenBank，这是一个由美国国立卫生研究院主持的国际DNA数据库。
南加州大学的环境微生物学家肯尼斯·H·尼尔森说：“杨军和他的团队是第一个提供聚乙烯细菌降解的详细化学证据的人。” “找到一种有效降解塑料的方法几乎是不可能的，”他说。
尼尔森说，这一发现为在其他昆虫中鉴定出更多降解塑料的微生物打开了大门，并为研究昆虫肠道的化学和生物特性如何促进塑料的代谢创造了机会。