A bogárlárvák egyedül maradhatnak fenn a polisztirolon

Szuperférgek néven is ismertek, és a megsemmisítők képesek megemészteni a műanyagot, lehetőséget teremtve képességeik kiaknázására a szennyezési válság kezelésében.

Nayanah Siva

2020. március 11

S barlangférgek 100 millió éve kúsztak a Földön. A plesioszauruszokat tápláló csontevő férgektől kezdve a mai lisztférgekig és a hátsó udvarban lebomló szerves anyagokat fogyasztó kukacokig, étrendjük az idő előrehaladtával.

Amint egy plasztikus szennyezési válság közepette vagyunk, a tudósok tesztelték az úgynevezett szuperférgek etetését, a Zophobas atratus, a hungarocell lárváit, egyfajta polisztirolt. A tudósok nemcsak a táplálékként tudták megenni az anyagot, hanem a kutatók azt is megállapították, hogy a bél mikrobiotája lebontotta a polisztirolt és átalakította a komplex anyagot szén-dioxiddá - derül ki a Science of the Total Environment március 15-i publikációjából.

A kutatás korábbi tanulmányokra épül, amelyek szerint a viaszférgek és a lisztférgek is képesek voltak műanyagot enni.

"Nagyon érdekes most, hogy több olyan kis rovart látunk, amelyek képesek enni és lebontani a polisztirolt, valamint néhány más típusú műanyagot, például a polietilént" - mondja Anja Malawi Brandon, a Stanford Egyetem polgári és környezetmérnöki doktorjelöltje, aki nem vett részt a vizsgálatban. „Ez azért érdekes, mert kezd képet festeni arról, hogy mi evolúciósan engedi, hogy ez megtörténjen. Sok ilyen rovar, például szuperférgek vagy lisztférgek. . . az idők folyamán hulladékgyűjtőként fejlődött, és mindenféle talált anyagot elfogyasztott és lebontott, beleértve a fa alapú anyagokat is. ”, amelyet nehéz lebontani.

A szerzők szerint becslések szerint világszerte 359 millió tonna műanyagot állítottak elő, köztük 33 millió tonna polisztirolt. A polisztirolt különösen nehéz biológiailag lebontani a makromolekuláris szerkezete miatt. Az anyagot újrahasznosítás nélkül gyakran eldobják, így a környezetben felhalmozódott egyik fő műanyag törmelék.

Néhány évvel ezelőtt a kínai pekingi Institute of Life Science kutatói a Tenebrio molitor lisztférgebogár lárváit vizsgálták, és arról számoltak be, hogy a férgek képesek lebontani és mineralizálni a hungarocellt, megerősítve, hogy a bélbaktériumok lebontották a polisztirolt.

Legutóbbi projektjükben a csapat szuperférgekhez fordult, amely név lenyűgöző méretükre és nagy étvágyukra utal. Meg akarták tudni, hogy a szuperféreg képes-e emészteni és lebontani a hungarocellet is. 3-6 cm hosszúságban a lárvák négyszer akkorák, mint a lisztférgek, ami azt jelentheti, hogy hatékony műanyag megsemmisítők lennének. Valójában, amikor a férgeket polisztirollal etették, az átlagos fogyasztási arány kb. 0,58 mg volt naponta, ami négyszer nagyobb, mint amit az ételföldférgek ettek.

A csapat az egyik csoport szuperférgeket hungarocellel táplálta egyedüli étrendként, egy másik csoport pedig a korpa normál étrendjét 28 napos időszak alatt. Annak tesztelésére, hogy a férgek miként emésztették meg a polisztirolt, a kutatók elemezték a sárgarépát vagy ürüléket. Gélpermeációs kromatográfiával és kétféle spektroszkópiával a csoport megállapította, hogy a férgek kis molekulatömegű termékekké depolimerizálták a hosszú láncú polisztirol molekulákat.

A kutatók a szuperférgeket két különböző üveginkubátorba is helyezték, az egyikbe a hungarocellt, a másikba pedig a semmit nem tápláló férgeket. Az inkubátorokat gumidugókkal lezárták és szén-dioxid-hiányos sűrített levegővel töltötték meg. A tudósok összegyűjtötték a keletkezett szén-dioxidot, és kivonták a nem táplált férgek által termelt mennyiséget a hungarocellet fogyasztó férgek mennyiségéből. Egy respirometriai teszt azt mutatta, hogy a szuperférgek a bevitt hungarocell 36,7 százalékát átalakították szén-dioxiddá.

A szuperférgek mikrobiája hozzájárult a hungarocell lebontásához. A csapat antibiotikumokat használt a férgek bél mikrobiomjának elnyomására, és arról számolt be, hogy ez gátolja a műanyag lebontásának képességét.

"Határozottan izgalmas azon gondolkodni, hogy miként gyűjthetnénk baktériumokat ezekből a [férgek] beléből, szaporíthatnánk őket a rovaroktól elkülönítve, majd rábírnánk őket arra, hogy egy kicsit tágabban lebontsák a műanyagokat" - mondja Brandon.

A pekingi kutatók cikkükben azt írják, hogy remélik, hogy eredményeik „új utat nyithatnak az lisztférgek lebontásának kiaknázására. . . más típusú [anyagok], például polietilén vagy gumi. ” Különösen ez a fajta kutatás irányíthatja a férgek béljeiből olyan enzim keresését, amely lebontja a műanyagot, és amely növelhető és kereskedelmi forgalomba hozható.

A pekingi csoportot vezető Yu Yang ezen a célon dolgozik. "Most néhány baktériumot izolálunk a szuperférgek béljéből, és teszteljük azok műanyagbontó képességét" - mondja a The Scientist e-mailben.

"Nagyon remélem, hogy azonosítani fogjuk azokat az enzimeket, amelyek képesek [lebontani a műanyagot], és végül kifejlesztünk egy biotechnológiai eszközkészletet" - ért egyet Federica Bertocchini, a spanyol madridi Margarita Salas Biológiai Kutatóközpont fejlesztésbiológusa, aki nem vesz részt a vizsgálatban.

A lisztférgeket és a szuperférgeket gyakran használják állateledelként olyan állatoknak, mint a madarak és a hüllők, magas fehérje- és zsírtartalmuk miatt. Decemberben Brandon és kollégái megállapították, hogy az ételfűférgek képesek voltak olyan polisztirolt enni, amely tartalmazott egy közös mérgező égésgátlót, a hexabróm-ciklododekánt (HBCD), és továbbra is biztonságos táplálékul szolgál más állatok számára. A csapat megállapította, hogy a HBCD-vel töltött polisztirollal táplált lisztférgek ugyanolyan egészségesek, mint a normál étrendű férgek, valamint a polisztirollal táplált férgeket fogyasztó garnélarák is egészséges. Elmondása szerint kollégáival sokkolta az eredményeket, mivel azt gyanították, hogy olyan vegyi anyagok, mint a HBCD, bioakkumulációra képesek a garnélában.

Hogy ezek a hulladékférgek fejlődtek-e és alkalmazkodtak-e a környezetükhöz, hogy új anyagokat fogyasszanak, vagy végig ilyen képességük volt a műanyagok megemésztésére, nem világos. "Csak véletlen lehet, hogy ezek a rovarok már rendelkeztek egy enzimmel, amely elindíthatja ezt a folyamatot" - mondja Brandon. „A műanyag rengeteg energiát képvisel. Sok szén és energia van bennük bármilyen baktériumhoz vagy organizmushoz, amely hozzáférhet hozzá. Tehát van értelme, hogy lehet valamiféle evolúciós törekvés e magas energiájú, sűrű termékek lebontására. ”

Y. Yang és munkatársai: „A polisztirol biodegradációja és mineralizációja műanyagot fogyasztó szuperférgekkel, Zophobas atratus”, Science of The Total Environment, 708: 135233, 2020.

Nayanah Siva Londonban élő tudományos író. Kövesse őt a Twitteren @nayanah.