微生物学家克里斯蒂安·林克实验室里引人注目的事情之一是，虫状幼虫咀嚼聚苯乙烯，钻入泡沫塑料块时发出的惊人嘎吱声。林克说，在丢弃一块被嚼穿的塑料块之前，他会把它举到耳边检查是否有落后者。“如果蠕虫还在里面吃，”他说，“你实际上可以听到它。”
林克和他的同事一直在用塑料喂养Zophobas morio甲虫幼虫——因其体型巨大而被戏称为“超级蠕虫”——以观察它们肠道中的微生物和酶是否能为如何分解人类产生的惊人数量的塑料废物提供见解。研究人员发现，这些超级蠕虫仅靠聚苯乙烯就能生存，聚苯乙烯被广泛用于各种产品，从杯子到包装花生。蠕虫处理塑料的能力表明，塑料在这些生物的消化道中被非常有效地分解。“它们基本上就像吃东西的机器，”林克说，他在澳大利亚昆士兰大学工作，并且是一项描述其团队发现的新研究的合著者，该研究于周四发表在《微生物基因组学》杂志上。
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为了研究超级蠕虫的肠道微生物组如何对纯塑料饮食做出反应，研究人员将 135 只生物分成三组：一组只喂食麦麸，另一组只喂食软聚苯乙烯，第三组什么也不喂。所有蠕虫都受到 cannibalism 监测，并且将饥饿组的成员彼此隔离。喂食麦麸的幼虫比喂食塑料或饥饿的同类幼虫明显更健康，在监测的三个星期内体重增加了一倍以上。之后，从每组中取出一些蠕虫以长成甲虫。十分之九的喂食麦麸的蠕虫成功长成了甲虫，并保持了所有三组中最多样化的肠道微生物组。喂食塑料的幼虫获得的收益较少——但它们的体重仍然比饥饿的蠕虫重，并且其中三分之二长成了甲虫。林克说，显然聚苯乙烯对幼虫来说是一种不良饮食。但似乎它们可以从这种材料中提取至少一些能量。
这可能是因为超级蠕虫与其肠道细菌之间存在共生关系。蠕虫基本上会撕碎塑料，以便细菌可以对其进行生物降解并将其分解成更小的分子，这些分子可能更容易消化——或者有一天可能会被升级回收以制造新塑料，林克说。确切地了解这些肠道微生物使用哪些细菌酶来分解聚苯乙烯是未来大规模复制该过程的关键。对于这项新研究，识别这些酶需要对蠕虫肠道中生物的基因组进行测序。“通过使用宏基因组学，我们实际上可以表征[消化]微生物组中的所有基因，”林克说。根据林克的说法，先前对其他昆虫的研究没有那么全面，仅关注一两种可能的肠道细菌或酶。
德国格赖夫斯瓦尔德大学生物技术和酶催化系主任乌韦·博恩舍尔一直在等待这类数据，因为早在十多年前，人们就已清楚地认识到，某些昆虫幼虫可以吃掉难以降解的塑料——因此可能有助于科学家找到利用生物降解回收它们的方法。博恩舍尔说，新发表的这项工作是“他们研究宏基因组的第一项可靠研究”，他没有参与该论文，但一直在关注该研究领域。
Z. morio甲虫幼虫肠道中的聚苯乙烯。图片来源：昆士兰大学
林克和他的同事们确定了他们认为以特定顺序作用的特定酶，以生物降解超级蠕虫肠道中的聚苯乙烯。但博恩舍尔向该团队指出，按照研究人员放置这些酶的顺序，它们无法打破塑料中碳原子之间众所周知的强大键合。根据该反馈，研究人员现在正在修改他们提出的步骤：他们将在过程的后期包括相同的酶。
林克和他的同事们并不是建议将超级蠕虫释放到垃圾填埋场或受污染的景观中，以吞食成山的塑料——而是认为蠕虫独特的肠道微生物组可能掌握着开发化学过程以生物降解该材料的关键。研究人员还有很多工作要做。他们计划使用他们的新研究的宏基因组数据作为基础，通过实验验证每种已识别的细菌酶对塑料的作用，以及所有酶如何协同工作，以期找到分解塑料废物最有效的方法。