牛太牛了!牛胃竟然能消化塑料,科学家:世界难题不难了
塑料污染一直都是世界难题 , 是环保“杀手” 。 科学界一直在不断攻克 , 但由于培养降解塑料的微生物成本太高 , 难以量产 。 在《生物工程与生物技术前沿》上出现一篇报告:
用牛胃中的微生物分解塑料——这是一种可持续的减少垃圾的方法 。
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什么意思!难道牛可以吃塑料?这么简单为什么大家以前没想到?这事还得从牛吃的是草 , 长的却是肌肉说起 。
灵感
牛不吃肉却比食肉动物健壮 , 因为牛有一套特殊的消化系统 , 系统内存在大量的微生物 。 人吃菜 , 吃的是“寂寞” 。 因为人类无法分解吸收蔬菜中最主要的能量——纤维素 。 纤维素是植物细胞细胞壁的主要成分 , 结构极为稳定 , 由大量葡萄糖小分子聚合而成 。
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人体微生物难以拆开链接葡糖糖分子的糖苷键 , 都是嚼吧嚼吧成丝状后 , 便咽下去 。 由于无法分解 , 它还要出来 , 肠道的排异反应就会加快肠道蠕动 , 希望赶紧把它赶出去 。 因此 , 蔬菜有清肠道、助消化的功效 。
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牛吃菜 , 吃的是“灵魂” 。 牛是一种反刍动物 。 牛把草嚼一嚼咽下去 , 如果不够碎 , 牛会再吐回嘴里进行二次咀嚼 。 有的时候为了躲避天敌或者赶路 , 牛会快速吃草 , 随便嚼两下就咽下去 , 存储起来 , 等没事的时候再吐回嘴里“细嚼慢咽” 。
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牛囤草的地方叫做“瘤胃” , 如果切好端餐桌上则叫“毛肚” 。 牛还有另三个胃分别是网胃(金钱肚)、重瓣胃(千层肚) , 皱胃(牛肚) 。
四个胃的作用为:浸泡、分解——研磨、过滤——挤干、排汁——酸化分解 。 这一套流程下来 , 再加上肠道进行吸收 , 才能榨出纤维素中的精华 。
在这过程中 , 最重要就是在瘤胃中“浸泡” 。 草并非浸泡在水中 , 而是大量微生物分泌出的纤维素酶中 。 当纤维素酶可以拆解糖苷键 , 促使葡萄糖更容易被吸收 。 牛反刍就是为了让草足够碎 , 更容易被瘤胃中的微生物分解 , 后面的流程则是为了高效吸收 。
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在木本植物中 , 纤维素有个更为稳定、结构更为致密的“兄弟”木质素 , 它们相互连接 , 同为植物细胞壁主要成分 , 与塑料一样都是高聚物、不溶于水、极为稳定 。
塑料污染就像“当初的木质素污染”
2.9~3.6亿年前的石炭纪 , 木质素出现 , 基于其结构致密 , 植物在它的帮助下可以长成参天大树 , 但也是结构致密 , 没有微生物可以降解它 。
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当时高大的树木死后无法腐烂 , 锁住了大量的碳 , 阻止了地球碳循环 , 到最后地球陆地上足足覆盖了30米高的植物尸体 , 眼看着所有生命即将终结 , 地球终于进化出一种可以高效分解木质素的真菌 , 解决了这场危机 。
你有没有发现 , 如今塑料污染不就是“当初的木质素”吗?因此 , 科学家希望像当初地球进化出的“真菌”一样 , 找到某种可以“吃塑料”的微生物 , 解决塑料污染问题 。
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维也纳的一个研究团队突然奇想:既然瘤胃中巨大的微生物群落 , 可以分解植物聚合物 , 那么是否可以分解塑料呢?
实验
由于西方人对动物内脏不太感兴趣 , 他们很容易就在一家屠宰场找到了大量的瘤胃 , 从中提取了大量的微生物群落液体 。
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他们找来了三种塑料(PET、PBAT、PEF) , 分别都弄成了两份:一份为粉末状 , 像牛反刍咀嚼后的产物;一份为薄膜状 , 像塑料袋 。 接着把这6份材料分别与6份瘤胃液一起孵育 , 果不其然这三种塑料都被分解了 , 而且粉末分解得更快 。
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研究人员更进一步 , 将瘤胃中的微生物进行分离 , 每次一种微生物单独与塑料进行实验 , 结果发现还是微生物组合液更高效 。 说明微生物分解塑料属于“团队作战” , 需要多种微生物分泌多种酶进行分解 , 而不是某种微生物单独具备分解能力 。 以前的塑料降解研究 , 科学家大多都擅长于用某种微生物“单刀作战” , 这次研究为以后提供了一种新的方向 。
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