Ученые изобрели пластик, который природа поглощает на глубине 2800 футов под водой
Ученые представили новый биоразлагаемый пластик, который исчезает в одной из самых суровых сред на Земле — в глубоком море.
В ходе эксперимента, проведенного на глубине почти 3000 футов под водой, биоинженерный материал под названием LAHB разложился, в то время как обычный пластик остался нетронутым. Микробы глубоководных районов не только колонизировали поверхность пластика, но и активно переваривали его с помощью специальных ферментов, превращая в безвредные побочные продукты. Этот прорыв предлагает многообещающее решение глобального кризиса с пластиком, особенно в океанах, где большая часть отходов остается на десятилетия или столетия.
Глобальная проблема пластиковых отходов по-прежнему актуальна
Загрязнение пластиком остается одной из самых актуальных экологических проблем, даже несмотря на то, что биопластики становятся все более распространенными. В отчете ОЭСР «Глобальный прогноз по пластику» (2022) сообщается, что в 2019 году в мире было произведено около 353 миллионов метрических тонн пластиковых отходов, из которых почти 1,7 миллиона метрических тонн оказались непосредственно в водной среде. Попав туда, большая часть этих отходов попадает в огромные вращающиеся океанские течения, называемые гирами, создавая обширные «мусорные пятна» в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах.
В ответ на это ученые работают над созданием пластмасс, которые могут надежно разлагаться даже в экстремальных условиях глубокого моря. Одним из многообещающих материалов является поли(d-лактит-ко-3-гидроксибутират), или LAHB, полиэстер на основе лактата, произведенный с помощью модифицированных бактерий Escherichia coli. Предыдущие исследования показали, что LAHB может разлагаться в речной воде и мелкой морской воде, что свидетельствует о его потенциале как действительно биоразлагаемого материала.
Первое глубоководные испытания пластика LAHB
Новое исследование, опубликованное онлайн 1 июля 2025 года и появившееся в выпуске Polymer Degradation and Stability (том 240) от 1 октября 2025 года, предоставляет первые доказательства того, что LAHB также разлагается в условиях глубокого океана. Эти условия обычно неблагоприятны для разложения пластика из-за низких температур, высокого давления и ограниченного количества питательных веществ.
Исследование было проведено японской командой под руководством профессора Сэйити Тагути из Института регенерации водных ресурсов Университета Синсю в сотрудничестве с доктором Сюнэйти Исии из Японского агентства по морской и земной науке и технологиям (JAMSTEC) и профессором Кэничи Касуя из Центра пищевых наук и здоровья Университета Гумма.
«Наше исследование впервые демонстрирует, что LAHB, микробиологический полиэстер на основе лактата, подвергается активному биологическому разложению и полной минерализации даже на дне глубокого моря, где обычный PLA остается полностью неразлагаемым», — объясняет профессор Тагучи.
Холодные глубины, отличные результаты
Исследовательская группа погрузила два типа пленок LAHB — одну, содержащую около 6% молочной кислоты (P6LAHB), и другую, содержащую 13% молочной кислоты (P13LAHB) — наряду с обычной пленкой PLA для сравнения. Образцы были погружены на глубину 855 метров вблизи острова Хацусима, где условия глубоководья, низкая температура (3,6 °C), высокая соленость и низкий уровень растворенного кислорода затрудняют разложение пластика микробами.
После 7 и 13 месяцев погружения пленки LAHB продемонстрировали явные признаки биоразложения в условиях глубокого моря. Пленка P13LAHB потеряла 30,9% своего веса через 7 месяцев и более 82% через 13 месяцев. Пленка P6LAHB продемонстрировала аналогичные тенденции. Напротив, пленка PLA не показала заметной потери веса или видимого разложения в течение того же периода, что подчеркивает ее устойчивость к разложению микроорганизмами. На поверхности пленок LAHB образовались трещины, и они были покрыты биопленками, состоящими из овальных и палочковидных микробов, что указывает на то, что глубоководные микроорганизмы колонизировали и разлагали пластик LAHB. Пленка PLA, однако, осталась полностью свободной от биопленки.
Как глубоководные микробы разлагают пластик
Чтобы понять, как разлагается пластик, исследователи проанализировали пластисферу, микробиологическое сообщество, которое образовалось на поверхности пластика. Они обнаружили, что разные группы микроорганизмов играют разные роли. Доминирующие роды гаммапротеобактерий, включая Colwellia, Pseudoteredinibacter, Agarilytica и UBA7957, производили специальные ферменты, известные как внеклеточные поли[3-гидроксибутират (3HB)] деполимеразы. Эти ферменты разлагают длинные полимерные цепи на более мелкие фрагменты, такие как димеры и тримеры. Некоторые виды, такие как UBA7959, также производят олигомерные гидролазы (такие как PhaZ2), которые далее расщепляют эти фрагменты, разбивая димеры 3HB–3HB или 3HB–LA на мономеры.
Естественный цикл переработки под водой
После того, как полимеры расщепляются на эти более простые строительные блоки, другие микробы, в том числе различные альфа-протеобактерии и Desulfobacterota, продолжают процесс, потребляя мономеры, такие как 3HB и лактат. Работая вместе, эти микробиологические сообщества в конечном итоге преобразуют пластик в углекислый газ, воду и другие безвредные соединения, которые в идеале возвращаются в морскую экосистему.
Результаты этого исследования восполняют важный пробел в нашем понимании того, как биопластики разлагаются в отдаленных морских средах. Доказанная биоразлагаемость делает их многообещающим вариантом для создания более безопасных и биоразлагаемых материалов.
