Природа способна утилизировать полимеры самостоятельно, но медленно и неэффективно. Микологи нашли еще три вида грибов, которые помогают пластикам разложиться, и проверили на них способы, ускоряющие биодеградацию.
Пластмассовый мир
Получив одно из «соединений мечты», рано или поздно человек начинает искать для него антидот. Пластики – не исключение. Они используются повсюду, и, кажется, цивилизация без полимеров существовать больше не может. Но природа пока не научилась быстро, эффективно и безвредно «переваривать» чужеродные ей вещества. Более того, биодеградация -- слишком вялотекущий процесс: на разложение пластиков природным сообществам требуется несколько сотен лет. А химические способы утилизации синтетических веществ вряд ли можно назвать экологичными. Поэтому исследователи признают, что жить в пластмассовом мире удобно, но не безопасно.
Полимеры на основе бисфенола А – термопластики, которые применяются практически во всех промышленных отраслях, от производства пищевой упаковки до автомобилестроения. Поэтому их утилизацией ученые занимаются особенно плотно.
С этой целью исследователи индийского Технологического института в Мадрасе (Indian Institue of Technology in Madras) в различных условиях испытывали биодеградирующие способности гнилостных грибов.
Результаты эксперимента изложены в статье «Biodegradation of physicochemically treated polycarbonate by fungi» в журнале Biomacromolecules.
Всемогущие утилизаторы
Грибы – одни из наиболее эффективных утилизаторов с «широким спектром действия». Благодаря ферментативной системе гнилостные грибы способны «переварить» что угодно – от пищевых продуктов до некоторых пластиковых изделий. Главное, чтобы условия обитания способствовали пищеварительным процессам -- то есть подготавливали пищу для усвоения. Например, известно, что небольшая термическая обработка и УФ-лучи «пережевывают» соединения на молекулярном уровне, после чего грибы с большим «аппетитом» начинают «глотать» и переваривать мусор.
Подгнившие CD
В 2005-2007 годах ученые из разных стран описали способность грибов утилизировать полимеры. Неоднократно ученые описывали способность грибов, похожих на Geotrichum, утилизировать бисфенол А. А в 2007 году исследователи обнаружили такие же грибы на поверхности компакт-дисков, которые изготавливаются из термопластиков.
Новая гниль
Тришул Артам (Trishul Artham) и Мукеш Добл (Mukesh Doble) исследовали способность других мезофильных (то есть тех, которые развиваются при температуре +20 -- +37°С) почвенных грибов разлагать термопластики на основе бисфенола А. Для эксперимента ученые собрали образцы почвы с бытовой свалки. С помощью ДНК-анализа им удалось выделить белую гниль (Phanerochaete chrysosporium), плесневые грибки (Pencillium spp) и редкий грибок Engyodontium album.
Engyodontium album
Phanerochaete chrysosporium
Pencillium spp
Микологи проверили способность выделенных грибов разлагать пластики, предварительно прошедшие физикохимическую обработку. В ходе эксперимента биохимики воздействовали на пластмассы светом и теплом. На предварительно «пережеванный» пластик ученые высадили почвенные грибки. Результат работы грибков сравнивался с не прошедшим предварительную обработку пластиком.
Грибам помогут свет и тепло
Исследователи подтвердили, что воздействие светом и теплом на пластики значительно увеличивает «усваиваемость» пластиков для грибов. Так, предварительно подогретые пластики теряли до 3% массы в течение года, обработанные УФ-лучами – до 5,5%. С такой скоростью пластики не разложатся слишком быстро. Но пара десятилетий все же больше четырех--десяти веков, которые тратит природа на утилизацию необработанных полимеров в местах свалок. Контрольный эксперимент подтвердил: масса необработанного полимера за год практически не изменилась.
В контрольной пробе пластик практически не разложился
Engyodontium album за 12 месяцев утилизировал до 3% предварительно прогретого поликарбоната
Гифы Phanerochaete chrysosporium прорастают в толще пластика
В исследовании ученые уделили внимание не только грибам, но и изменениям физикохимических параметров пластика. Артам и Добл проанализировали потерю массы поликарбонатов, структурные, химические и энергетические изменения пластиков. Более того, ученые сделали снимки, которые позволяют предположить, что суммарная активность грибков может быть несколько выше. Ведь чем сильнее гифы грибов прорастают в толщу полимеров, тем быстрее идет разложение.
Ученые отмечают, что пока нет достоверных данных о механизме «переваривания» пластика грибами. Экспериментальные данные дают возможность предположить, что фотоны и тепловая энергия разрывают связи в молекулах полимеров, после чего реакционно активные свободные радикалы становятся более уязвимыми к окислительным грибным ферментам.
В ближайшем будущем ученые планируют изучить химические механизмы экологически безопасной утилизации, после чего их знания, возможно, найдут прикладное применение.
