虫啃塑料，缓解地球不能承受之重

人类有史以来第一次规模宏大的群众性环境保护运动，是1970年4月22日的“地球日”活动。作为人类现代环保运动的开端，旨在唤起人类爱护地球、保护家园的意识，进而改善地球的整体环境。2009年，联合国大会决议将每年的4月22日定为“世界地球日”。

1907年，美国化学家列奥·亨德里克·贝克兰注册了酚醛合成树脂（即塑料）的专利，发明了塑料。作为一种合成的高分子化学制品，塑料阻燃、耐热、抗腐蚀、用途广、质量轻且成本低廉，诞生后，悄然深入到社会的每个角落，从工业生产到人们的衣食住行，无处不在，为人类提供了新的生活便利。然而，由于塑料极难被生物降解，按照目前的科学估计，塑料在自然界降解大约需要500年，大量废弃的塑料已造成巨大的环境污染。

废弃塑料导致的白色污染和海洋塑料浮渣，是近50年来长期困扰科学界和工程界的世界环境难题。单就海洋塑料污染而言，据全球最权威学术期刊《科学》杂志报道，每年有800万吨塑料被冲进大海，形成了相当于法国或者200个上海那么大面积的太平洋塑料垃圾漂移带。而在中国，食盐里面已经发现了塑料微粒。

塑料污染问题成了全球科学家的严重挑战。上世纪70年代，研究人员就开始从土壤、污泥、堆肥、海洋和垃圾填埋场等环境中，寻找可能降解塑料的微生物。但直到目前，科学界仍普遍认为，微生物无法降解聚苯乙烯类塑料。

这一难题被中国科学家撕开了一条缝，北京航空航天大学化学学院教授杨军的一次科普演讲吸引了全世界的目光。原来，杨军教授的团队已经发现了一种新的塑料高效降解微生物来源。自然界中需要500年才能完成的塑料降解过程，瞬间变成只需24小时甚至更少的时间就能完成，为解决全球性塑料污染问题提供了新思路。

2004年时，杨军忙碌的工作与塑料全然无关。那时，国家正在力争上马大飞机C919，作为北航科技处副处长，彼时的杨军，工作重心是担任C919认证秘书组组长，参与组织整个论证过程。

紧张的论证环节却相当于一个“空窗期”，给了杨军捕捉各种生活现象的机会与可能。就在那年春節的一天，杨军想在家里煮稀饭，可当他从橱柜里拿出一袋小米时，发现米坏了。装米的塑料袋被咬了很多洞，里面有蛾子飞出来，还有很多虫子在米里爬。

杨军有些扫兴，可看着那些乱飞的蛾子和蠕动的虫子，他一下又来了兴趣：“既然虫子咬破了塑料袋，那么它吃进去了吗？如果吃进去了，它消化了吗？”清华大学环境科学与工程系博士毕业的杨军，主攻环境生物技术，“专业的敏感与空窗期的无聊，让我马上有了这么一个想法。”

“我仔细地翻了翻橱柜，塑料碎片很少，有可能是被虫子吃掉降解了，我觉得很兴奋。”通过仔细观察后，杨军做出了初步推测。但塑料能否被虫子消化吸收，并转化成能量或身体组织就不得而知了。

这给了杨军一个专业性的启发：如果这个问题能被证实，就意味着塑料能被降解，这将是一项革命性的发现。于是，春节过后，杨军带着他的硕士研究生秦小燕开始着手研究。

小米袋中的“米虫”是蜡虫（印度螟虫）。通过各种渠道，杨军买到蜡虫，开始了“让蜡虫吃掉塑料薄膜”的实验。“我们精心饲养蜡虫，让蜡虫食用聚乙烯薄膜（英文名称缩写为PE），待蜡虫发育成熟后再对它进行科学解剖，将它肠道里的内含物取出，接种于仅仅铺有聚乙烯薄膜的无碳培养基中，然后用国际通行的方法反复测试，看它肠道的内含物是否能侵蚀并穿透聚乙烯薄膜。”

让杨军惊讶的事发生了，仅仅依靠聚乙烯薄膜为食的蜡虫不仅活了下来，还发育成熟，实验进行到第28天时，解剖后的蜡虫肠道微生物侵蚀并穿透了聚乙烯薄膜！经过反复测试，结果都一样。

“蜡虫可以吃塑料，而且它的肠道微生物可以降解塑料！”兴奋之余，杨军决定好好深化这个突破性的研究。考虑到研究的深度跟数据都还不够，加上自认为技术研究功力还有待提升，所以，2007年，杨军到牛津大学访问深造。

深入研究，虫子吃掉了塑料

回国后，杨军联合了斯坦福大学、华大基因的学者，展开深入系统的研究。由于实验蜡虫肠道的内含物会分泌出很多菌株，而在前期的研究中并没有细化，所以，杨军的首要方向就是提取蜡虫肠道内含物中的“纯菌”进行实验。

这个实验过程简而言之就是：用聚乙烯薄膜“养活”蜡虫至成虫，再对其进行解剖，然后取出肠道内含物，跟聚乙烯薄膜放在一起进行富集培养。60天后，分离出8种纯菌株，再通过专业实验选择出两种降解能力最强的菌种：阿氏肠杆菌和芽孢杆菌。

实验的结果，杨军用“激动”二字形容：“这两种菌株的确靠塑料薄膜活了下来。它们在含聚乙烯的薄膜上稳定增长，并具有较强的活性，可以腐蚀掉聚乙烯薄膜的表面。”

杨军团队很快将实验结果总结成文，投给了《环境科学与技术》杂志。2014年10月，《环境科学与技术》不仅全文刊发，还引发了一轮新闻报道热浪，包括美国化学会《新闻周刊》在内的诸多行业顶尖媒体对杨军团队进行了持续报道，大家齐齐欢呼：“聚乙烯可以生物降解了！”

受此鼓励，杨军团队继续深入研究。由于蜡虫个头小，分解塑料的量和种类都有限，做进一步降解机理实验也不方便，杨军团队便开始着手扩大调研范围。了解到有人用蚯蚓、千足虫、蛞蝓、蜗牛等做过降解塑料的实验，杨军团队也逐一实验，但效果都不理想。

就在团队工作陷入瓶颈时，杨军看到了一则泡沫塑料板被黄粉虫啃食的新闻报道。他灵光一闪，决定尝试用个头大很多的黄粉虫进行下一步实验，而目标，则对准了塑料中最难降解的聚苯乙烯——也就是俗称的白色泡沫塑料。

黄粉虫又叫面包虫，原产北美洲，上世纪50年代从苏联引进中国饲养，因其干品含蛋白质高达50%以上，被誉为“蛋白质饲料库”。在国内，黄粉虫既经常被用作饲料喂养蝎子、蜈蚣、蛤蚧、蛇、金鱼等，又常被人拿来煎炒烹炸后食用。

白色泡沫塑料是最难自然降解的一种，由于其高分子量和高稳定性，学术界普遍认为，微生物无法降解聚苯乙烯类塑料。而杨军选择聚苯乙烯的目的，一是因为新闻报道中黄粉虫降解的正是聚苯乙烯，二是因为拿下聚苯乙烯，其他塑料制品的自然降解就自然而然地解决了。

于是，2014年年末，杨军团队买来没有添加剂和催化剂的聚苯乙烯原料及相关样品，接着又买了1500只3虫龄～4虫龄（即褪了3次～4次皮）谷物饲养的黄粉虫，开始了“虫吃塑料2.0版”的实验。

揭开塑料自然降解的一角

杨军团队将1500只黄粉虫分成三组，进行为期30天的实验。一组仅仅喂食泡沫塑料，另两组作为对照组，一组喂食黄粉虫最喜欢的麦麸，一组不喂食物。结果发现，喂食泡沫塑料和麦麸的两组，存活率没有显著差异。

接着，杨军团队收集吃了麦麸和泡沫塑料的黄粉虫虫粪，用GPC（凝胶渗透色谱）证明聚苯乙烯的分子量降低了，热量也降低了。“50%的聚苯乙烯被黄粉虫转化为二氧化碳和自身肌体，可以说是‘长肌肉了。简单一句话，实验充分证明了黄粉虫能够降解聚苯乙烯！”杨军兴奋地说。

为了更加科学地证实降解的科学性和真实性，杨军团队又采用了生物化学机理研究当中的“金标准”碳-13同位素标记示踪法。这种聚苯乙烯非常贵，比黄金都要贵几十倍，但杨军咬咬牙，用上了所有科研经费，“做这个实验以后几乎弹尽粮绝，我的科研经费本上只剩下了4000元，但这是个关键实验，必须得做。”

幸运的是，这个贵过黄金的关键实验，同样也证实了黄粉虫可以消化最难降解的聚苯乙烯，还得出一个更惊喜的结论：“其他相对容易降解的塑料，理论上黄粉虫同样可以消化。”

两轮实验成功之后，杨军团队将整个实验过程进行系统整理，将论文投给了国际顶级科技学术期刊《自然》《科学》和《美国国家科学院院刊》。稿件很快就被送审了，但最后都被拒绝了。“因为材料学的评阅人还是坚持60年以来的固有观念——塑料是不能生物降解的。”

之后，杨军团队从中整理出两篇姊妹篇，转投给了《环境科学与技术》。这两篇文章很快被刊发，并产生了轰动效应。

甘苦不足道，唯有负重前行

文章发表后第二天，《科学》杂志就在“故事精选”栏目报道了杨军团队的工作，之后，包括CNN（美国有线电视新闻网）、美国第二大时政杂志《新闻周刊》在内的国外数百家媒体陆续采访了杨军团队，评论杨军团队的研究是一个革命性的发现，是过去10年环境科学领域最大的突破之一。

更让杨军高兴的是，文章发表后，国际学术界对于塑料的生物降解研究迎来了春天。之后，类似《自然》的行业顶级杂志发表了很多相关论文，2017年6月，《材料》的子刊甚至以“塑料已经美味可餐”来欢呼这个春天的到来。而杨军团队的研究成果，已经进入了多个国家的科学博物馆，以及中小学的教科书和参考书。

有意思的是，杨军的论文发表后不久，美国就有二十几家农场用泡沫塑料去养黄粉虫，还有更多做同样研究的人通过各种方式联系杨军团队，“有小学生、中学生，还有大学生、研究生，甚至还有好多教授，跟我直接联系的都有50位以上。”

不过，杨军听到的最多的话是“惭愧”，“有很多科学家跟我讲，‘虫子咬破塑料袋是个司空见惯的现象，但是他们都熟视无睹了。”

对此，杨军却另有感触：“回溯有关虫子吃塑料这方面的文献，我们可以找到1954年加州大学的一篇文献，也是蜡虫来觅食塑料袋，53年后的2007年仍然还有这样类似的报道。但是很遗憾，因为他们都是昆虫学家，都没有从逆向思维的角度去利用害虫的这个习性，就错过了非常好的发现机会。我们的这个发现，不过是by accident——偶然，类似于1928年弗莱明发现青霉素罢了。”

关于虫子降解塑料这个研究项目，杨军认定只是万里长征第一步，“这个项目目前还处于基础研究的阶段，还没有完全应用到实际生活中。”

更让杨军揪心的是塑料污染的现状。“目前我们和斯坦福大学的同行一起在做海上塑料污染的防治研究，很遗憾地说，我们已经在食盐中发现了塑料污染，这个问题很严重，我们希望很快有解决方案。”

如今，杨军带领团队全力投入国家微生物组计划，“这个计划已经列入十三五规划，我们希望在这样的计划支持下，围绕昆虫肠道微生物组做好基础研究，努力找到塑料的阿喀琉斯之踵，同時发展颠覆性的技术，并且要实现产业化的应用。”

“阿喀琉斯之踵”是指致命的弱点、要害，寻找自然不易，但杨军选择负重前行：“科学研究中的甘苦不足为外人道，但这也是科学家的乐趣所在吧。”

编辑 吴忞忞 mwumin@qq.com