祸害地球500年，20世纪最糟糕的发明中国科学家用一条虫子治好了！
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如果家里的小米生虫子了
而且虫子把塑料袋咬破了
你会怎么做？
抓紧清理掉？
顺便把家里卫生收拾一下？
看到同样的一幕
他却进一步思考
破掉的塑料袋是被虫子吃进去了吗?
如果吃进去了，塑料袋被消化了吗？
几个简单的追问引发了他和团队13年的潜心研究
最终他发现虫子的肠道菌群可以降解塑料
本来需要500年才能自然降解的塑料
在虫子肠道里走一遭
降解时间缩短到24小时以内
他就是北京航空航天大学的教授杨军
讲述了一个使不可能成为可能的科学故事
演讲者 | 杨军 北京航空航天大学化学学院教授
本文转载自微信公众号“CC讲坛”（ID：ccjt2014），
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挑战不可能：虫子吃塑料
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杨军
北京航空航天大学化学学院教授
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“空窗期”的偶然发现
我是来自北京航空航天大学的杨军，跟大家分享过去十三年我发现虫子吃塑料的这个故事。
大家来看这是个什么?这是一架飞机，但是这是一架对中国人来讲是个伟大的飞机。因为这是中国自主研发设计国际合作制造的大飞机C919。它已经在今年的5月5号，在上海首飞。前天11月10号，已经转场到了西安的阎良。
它最重要的就是国家力争上马的论证是在2003年的11月到2004年的7月。这是国家中长期科技发展规划16个重大专项当中的重中之重，难中之难。
那么我当时是作为北航的负责民口科研的科技处的副处长，很荣幸担任了整个认证秘书组的组长，所以全程的深度的参与组织了整个论证过程。当然作出了自己的贡献，也获得了国家的一些表彰。
那么为什么要说大飞机这个事情呢？因为就是在大飞机论证过程当中那个春节，就在紧张的论证环节，相当于一个空窗期。我在家里做稀饭，我发现装小米的那个塑料袋被咬坏了很多的洞，这里面有蛾子飞出来，也有虫子在里面爬。
因为我是清华环境工程专业的博士，做的是环境生物技术。当时突然就来了一个灵感，我想这个虫子它咬破了塑料袋，那么它吃进去了吗?如果吃进去了，它消化了吗？如果说这个问题能够证实的话，那么这将是非常重要的一个发现。为什么呢?
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塑料袋：20世纪最糟糕的发明
塑料它是一大类的人工合成的可塑性的树脂材料。它被发明是以1907年塑料之父贝克兰注册酚醛合成树脂的专利为标志，塑料的发明为人类开创了新的生活。
但是不到100年，由于塑料突出的环境问题，英国的《卫报》把塑料袋评选成为20世纪最糟糕的发明。在过去的50年里塑料的生产产量全球已经增加了20倍，在环境当中留下了70亿吨的塑料袋垃圾。2016年的塑料产量是3.2亿吨，中国占了1/4。
由于塑料是高分子量，数万到数十万的分子量，再加上它的物理化学性质的稳定，包括它疏水的特点，所以按照目前的科学估计，塑料在自然界当中降解需要500年以上。
近年来海洋里塑料污染的问题必须重视，《科学》杂志就报道每年有800万吨的塑料被冲到大海里面，就形成了相当于法国或者200个上海这么大面积的一个太平洋的塑料垃圾飘移带。
在中国的食盐里面已经发现了这样的塑料微粒，所以对于全球的科学家来讲它是个非常严重的挑战。
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西天取经
基于我们对塑料这个垃圾严重性的认识， 2004年我们发现了虫子吃塑料这个现象之后，我就带着研究生秦小燕做了两年的一个研究，最后证实了蜡虫可以吃塑料，而且它的肠道的微生物可以降解塑料。
所以得到这个消息的时候，当时我们非常地兴奋，我们师生之间拥抱着庆贺。但是当时感觉到研究的深度跟数据还是不够的，要是不发表这个文章就太可惜了。加上那时候自己的技术研究的功力还不够，所以决定西天取经，到了牛津去做了一年的访问学者。
回国以后在我们新成立的化学学院，在江雷院士的坚定的支持下，我联合了斯坦福的吴唯民教授、华大基因的微生物平台的杨瑞馥教授，还有赵娇博士、博士生杨宇，还有一些研究生，我们经过了四年的努力取得了一些突破性的成果。文章发表以后在世界上产生了比较大的影响。
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蜡虫是怎么降解塑料的？
那么下面我就跟大家分享其中的两个已经发表的例子。第一个例子就是蜡虫，它觅食跟降解聚乙烯。我们怎么做的呢?我们解剖了这个蜡虫，拿到里面肠道的内含物，然后跟塑料聚乙烯进行富集培养。培养完以后，我们用培养基把它分离，分离出来以后有纯的菌株。这些菌株有些就有比较强的降解的能力，然后再进行鉴定。
我们这里选择其中的两株菌，一个是阿氏肠杆菌，还有一个就是芽孢杆菌。这两株菌大家可以看到，它都是没有别的可吃的，只有这些薄膜。
它在上面长得非常好，形成了成熟的生物膜，而且这个生物膜是非常致密的，它的活性很强，可以侵蚀腐蚀掉聚乙烯的表面。
它的怎么去腐蚀和降解呢？它是把聚乙烯的这种长链的C-C的这种单键氧化断裂成为一个亲水的碳氧双键的羰基，这就是它降解的一个机制，所以它就变了，它的表面更加的亲水。
在这里我们可以看到培养六十天的话，它可以使得聚乙烯减重6%和11%，聚乙烯的分子量可以降到6%到13%。
这个工作我们很快就总结出来，就投给了在环境科学领域里最顶尖的期刊叫《环境科学与技术》《Environmental Science & Technology》。这个工作发表完以后就引起了新闻报道的热浪，他们欢呼聚乙烯可以生物降解了。
那么其中美国化学会《新闻周刊》ACS News Service Weekly PressPac，采访了我们并且做了一个同步的报道。他认为我们的工作是开创了一个祛除难降解的固体废弃物包括直接降解塑料的一个新的途径和方法。
还有化学与工程新闻也是采访了我们，同步报道了。他认为我们的工作首次提供了关于聚乙烯细菌降解的最详实的化学证据。
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塑料转化成肌肉
第二个例子，黄粉虫觅食跟降解聚苯乙烯。黄粉虫也是个害虫，但是它也是个美食。因为它高蛋白高脂肪，而且我们的宇航员现在在国际空间站里面就吃这个，我们将来宇航员也会吃这个，非常有意思的事情。当然我们将来上火星、上月球宇航员也都吃这个。
那么聚苯乙烯大家知道，就是我们现在常见的白色塑料。如果我们一次性用过以后，扔下的垃圾白色塑料，它就是罪魁祸首。
我们在这里面做了一个实验，我们喂了500条这样的虫子，30天之内它可以吃聚苯乙烯，就是吃泡沫塑料，它可以吃到1.8克。我们进行对照实验，给它吃泡沫塑料，同时也给它吃它最喜欢的麦麸，两个的存活率是没有显著的差异，所以在30天之内吃这个泡沫塑料，它一样可以长得很好。如果给它泡沫塑料和麦麸的话，它两个都可以吃并生长，所以泡沫塑料也可以做黄粉虫的一个很好的食物来源。
它吃完以后，我们就收集这个虫粪。吃了麦麸的和吃了泡沫塑料的虫粪，我们用一种化学的方法叫GPC凝胶渗透色谱证明了它的分子量子降低了。
另外从热重的角度，虫粪里面所含的聚苯乙烯的分子量降低了，而且它的含量也降低了。
它吃进去的这些泡沫塑料是怎么转化的呢？ 50%都转化为二氧化碳和虫子的肌体，我们就说它长肌肉了。
那么为了更加科学地证实降解的科学性和真实性，我们这里面采用了在生物化学机理研究当中的一个精标准的方法叫做同位素示踪的方法。就是用碳-13标记的聚苯乙烯还有麦麸来喂食黄粉虫。
最后的结果证明，黄粉虫把聚苯乙烯降解矿化为了二氧化碳，同时它也同化转化成了这个虫子的肌体。所以这个就充分证明了黄粉虫能够把聚苯乙烯进行降解。
在这里面附带说一句，这个碳-13标志的聚苯乙烯非常贵，比黄金要贵几十倍。所以我当时做这个实验以后几乎叫弹尽粮绝，我的科研经费本上只有4000元钱，但是这个关键的实验还是要做。
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证实肠道菌群在起作用
我们再看看在整个过程当中黄粉虫的肠道菌群起什么作用呢?我们先做了一个抑菌圈的实验，确定了庆大霉素对肠道菌群的抑制能力是最强的，然后我们给黄粉虫喂食庆大霉素。十天以后，肠道里面的菌群——我们叫微生物也好细菌也好就降到零了。那么如果它再吃了聚苯乙烯，它降解的效率就很低了。我们再用碳-13标记的聚苯乙烯来做的话，也是同样的结果。
所以这就充分证明了肠道菌群在整个黄粉虫降解聚苯乙烯的过程当中发挥了主要的作用。
我们再进一步像第一个例子一样，同样的方法去用肠道里面的微生物分离出来的高效降解聚苯乙烯的这些菌株做同样的实验。
你看这些细菌，一个叫微小杆菌，一个叫金黄杆菌，它也能够在聚苯乙烯的这个薄膜上面非常好地生长。因为它的活力很强，而且它也能够腐蚀或者侵蚀聚苯乙烯膜的表面，能够使得聚苯乙烯膜的亲水性增强，疏水性降低。
如果我们把它培养60天的话，它可以使得聚苯乙烯的重量减重6.5%到7.5%，而且也能够使聚苯乙烯的分子量降低。
所以我们根据前面的这个实验的结果，又绘制了一个聚苯乙烯在黄粉虫肠道里面降解过程的一个示意图。这个也是当时因为我们投《Nature》的时候，它的评阅者要求我们这么画的。
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塑料已经美味可餐
这个工作是根据自然现象偶然的一个发现，又是针对塑料垃圾这个世界性的难题，而且我们做的工作比较系统，也有突破性的结果，所以我们当时就去投了学术期刊里最好的杂志《Nature》和《Science》，包括美国科学院的院刊《PNAS》。
好消息是我们所有的投稿很快就被送审了。坏消息是最后都被拒了，其实在《PNAS》我们还修改了两次。主要的原因是什么呢？主要是材料学的评阅人还是坚持认为60年以来这个固有的观念，塑料是不能生物降解的。
所以后来我们因为时间比较紧，再加上数据量很大，所以我们有两个姊妹篇又投给了《环境科学与技术》《Environmental Science & Technology》。因为我们2014年的工作报道的轰动效应，他们很快也接受发表了。
这个文章发表的第二天，《科学》杂志在它的故事精选的栏目Sifter里面报道了我们的工作。《新闻周刊》就是仅次于美国的《时代周刊》，它也是采访我然后报道了这个事情。它认为我们这个研究能够对解决塑料垃圾这个大问题产生巨大的影响。
那么其它的一些报道，比如说CNN包括C&EN，包括《赫芬顿邮报》等等，大概有数百家这样的媒体都采访报道了我们的工作。它们评论我们的发现是一个革命性的，是过去十年环境科学领域最大的突破之一。
我们论文的发表为塑料的生物降解研究和论文的发表带来了春天。这里发表了很多的文章，正如《自然》杂志《材料》子刊，今年6月份它以这样的题目，叫“Plastics on the Menu”。我翻译成叫“塑料已经美味可餐”，来欢呼这个春天的到来。
而更有意思的事情就是文章发表以后，美国有二十几家农场就用泡沫塑料来去养这个黄粉虫。跟我们直接联系的就是要做这个研究的，大概有小学生、中学生、大学生、研究生还有好多教授，大概跟我直接联系的有50位以上。而且我们这个研究成果，已经进入了多个国家的科学博物馆，还有中小学的教科书和参考书。
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从500年到24小时
我总结我们的工作就叫做Make impossible possible——使得不可能成为可能。就是挑战了塑料不能生物降解这个世界性的难题。昆虫的肠道高效降解细菌是在24小时之内，自然界的降解大概需要500年。所以我们开创了一个颠覆性的技术，而且我们非常自豪的说这是带有中国标签的工作！当然这也是我们师法自然，化害为利，十年一剑的努力的结果。
那么回溯有关虫子吃塑料这个方面的文献，我们可以找到1954年加州大学的一篇文献，也是印度谷螟来觅食塑料袋，那么五十年以后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，他们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明的机会。
所以我认为我们这个发现的过程类似于1928年弗莱明发现青霉素。我们都是偶然发现而且意义非常重大。在我们的文章发表以后，有很多科学家跟我讲，这个现象司空见惯，但是我们都熟视无睹。所以有句西方谚语说得好，“机会都是留给有准备的人”。
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继续寻找塑料的阿喀琉斯之踵
那么怎么样做一个有准备的人？我想第一是应该有好奇心。因为好奇心是整个科技工作者的一个创新的源泉，也是他第一的美德。第二个就是要有多学科的知识储备。我是化学出身，但博士是做的环境生物技术，当时在北航的材料学院，所以这样才有这样的一个机会在空窗期来的时候能够激发灵感，当然还有能力去跨界进行思维。第三点就是作为一个环境人的一个专业的情怀，还有就是我们要甘于坐冷板凳的这种坚持。
当然我们现在的研究仍然是万里长征第一步，我们还要不忘初心，继续努力去找到这个塑料的阿喀琉斯之踵。什么意思呢?那就是找到塑料降解的、生物降解的最薄弱的环节。现在中国的微生物组计划已经列入十三五的规划，我们希望在这样的计划的支持下，围绕着昆虫肠道微生物组做好基础研究，同时要发展颠覆性的技术，并且要实现产业化的应用。
那么正如毛主席1935年长征途中讲的，今日长缨在手，何时缚住苍龙。所以我相信，在我们科学家跟企业家的共同努力之下，我们一定能够缚住危害全球环境的塑料垃圾的这条长龙。
延伸阅读：科学家发出警告！你吃的不是海鲜，你一年可能吃下了上万块塑料！
来源：中国气象爱好者及温哥华港湾
联系方式：QQ964749829；
你可能你正喝着带塑料的水、
吃着含有塑料微粒的鱼，
却毫不自知。
你在一年内吞下超过11000块塑料
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你可能是个海鲜爱好者，生蚝、扇贝、淡菜和花蛤等都是让你眼睛发光的美味。但科学家们近日发出警告，饮食中包含海鲜甚至可能只是食用海盐，就可能意味着你可能在一年内就吞下了超过11000块塑料，事实上，它还在变得更糟。
近日，欧洲根特大学和埃克塞特大学的研究人员研究了废塑料对诸如牡蛎、贻贝等滤食性海洋生物的影响。研究人员发现，平均贻贝含有大约90个塑料颗粒，而六个牡蛎含有大约50个颗粒。这意味着这意味着每周食用两份贻贝的人每年会吞下11000块微小的塑料纤维，如果还在同时食用其他海洋生物，这个数值还会变得更大。
来自埃克塞特大学的海洋科学家Adam Porter表示，人们本来就不想吃任何塑料，而普通人以稳定的速度吃海鲜，一年就能吃上万塑料的结果真的让人感到后怕。
人类制造了大量的塑料垃圾，有相当一部分通过各种方式进入了大海里，这些塑料有相当一部分并不会被降解，而是在风浪和阳光的作用下分解为极其细小的塑料微粒。据估计，人类在海洋中制造的塑料威力高达其可达15万亿到51万亿个。
今年9月，洪都拉斯一个岛屿甚至还出现了诡异的垃圾海景观。
研究人员在模拟了海洋塑料微粒的现状来养殖贝类，发现它们会摄入这些直径小于5毫米的塑料微粒，停留在肠道中，并试图消化它。一些更大的鱼能吞下更多的塑料。食物链还具有富集作用，一些小型生物可能只吃下几块塑料，但是以他们为食的更大生物就会吃下更多塑料。
塑料在鱼类的肠道中是很难被清除的，而在人类食用贝类、小型鱼类等海鲜时，也会将它们肠道中的塑料微粒吃下去。
当然，还有海盐，今年早些时候，马来西亚研究人员就取样了全球多个国家和地区在售的海盐样本，透过溶解、过滤、技术分析，他们从海盐里找出72种大小介于0.16毫米到1毫米之间的塑料微粒。
83%的水中都含有塑料纤维
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生活中加拿大，很多人都习惯了直接饮用水龙头里的自来水。在大家的印象里，这似乎也是一种安全和品质的象征。但事实真的如此吗？
据英国《卫报》报道，非营利机构Orb Media委托明尼苏达州大学公共卫生学院，化验了12个国家征集到的159份饮水样本，结果发现抽检的水样中83%都含有塑料纤维。
可以说，欧美、亚洲各国的饮水中普遍含有塑料微粒。让很多人想不到的是，污染率最高的居然是美国，达到了94%，每500毫升水里平均有4.8件微塑料纤维。
美国国会大厦、环保署总部、纽约川普大厦统统中招，从这些地方收集的饮水样本中，都发现了塑料纤维。
黎巴嫩及印度污染程度紧随其后；英国、法国和德国虽检出比率最低，仍有高达72%样本验出塑料微粒，每500毫升水中平均含有1.9件微塑料纤维，连瓶装水也不能幸免。
今年6月，爱尔兰也曾发表过一次类似的独立研究报告，该研究也在不少自来水和井水样本中发现了塑料微粒污染。
科学家们指出，微小的塑料粒子可能穿透人体器官，甚至是穿透每一个细胞。而这，才是真正让人担忧的。
此外，塑料微粒还可以吸引下水道里的细菌。有些研究显示，在污水处理厂的下游地带，塑料微粒上的有害病原体更多。专家指出，塑料微粒直径仅10微米，一般饮水过滤系统不大可能将之过滤。
我们正生活在一个塑料星球上
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塑料微粒可能来自多个途径，包括化妆品和衣物。比如女生洁肤用的磨砂产品中所含的“砂”，本身就是塑料微粒。
塑料微粒也可能来自衣物因磨损而产生的碎屑。研究显示，洗衣机每洗一次衣服都会释出70万份纤维。事实上，现在的我们正生活在一个塑料星球上。
漫步海滩，你以为看到的会是悠闲的海龟，澄澈的海水和碧绿的椰树？其实，浪潮一次次裹挟上来的，是塑料拖鞋，矿泉水瓶，生产模具……
《卫报》的数据显示，每一分钟，全世界就会有约100万个塑料瓶装饮料被购买。
每一年，人类生产2.88亿吨的塑料。而且这些塑料制品无法降解，我们使用了一天，一次，甚至10秒的一件塑料制品，将会永久停留在这个星球上。
2016年，一只鲸鱼在挪威海岸上搁浅。科学家发现他的内脏被塑料袋塞满，竟有30只之多。而其中一些，明显来自英国水域。
一只完整的吸管死死的卡在了海龟的鼻孔里，工作人员花了整整8分钟才拉扯出来。
一些专家提出警告：部分塑料已经进入人类的食物链。德国的一项研究发现，全国24种啤酒里都含有人造纤维和碎片。
2016年8月，普利茅斯大学的一项研究结果表明：在英国捕捞的鱼类中有1/3含有塑料，这些鱼类包括鳕鱼、黑线鳕、鲭鱼和贝类等。
加拿大麦吉尔大学的生物学家劳拉.麦克唐奈的主要研究领域是水生动物生理学，可以说属于最了解鱼类的科学家群体。但是这位专家最近说，她决定不再吃鱼了。
麦克唐奈说，鱼和其他水生动物吃塑料，这一点基本上没有异议。从海洋哺乳动物到海鸟，从螃蟹到牡蛎，它们的胃里都发现过塑料。
研究人员已经发现，塑料可以传到水生动物的食物链的下一环。例如，蚌类吃下塑料，然后被螃蟹吃掉，螃蟹的胃里因此就有了塑料。
麦克唐奈说，她自己选择不再吃鱼，很重要的一点是因为，它们一辈子都在我们的垃圾中间游来游去。
她说，鱼吃塑料，我们吃鱼。所以，吃鱼也等于同时吃了塑料？
我们身体里奔流着大量的化学合成物质
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研究表明，除了吸附细菌外，塑料微粒中还常常会包含和吸收有毒化学物质。汤姆森教授称，“很早就发现，塑料会将那些化学物质释放，而肠道中的环境会促使其非常快速地释放。”
专家表示，塑料在生产时添加的化学物质，以及在海洋漂流时吸附的毒素，例如可能致癌的农药残余物等，均可能危害人体。
所以，那些我们随手丢弃的塑料制品，最终不仅湮没了我们，还会进入到我们的身体里。
可以说，塑料垃圾的毒素正是沿着食物链顺流直上，而处于食物链最顶端的我们，仿佛已经成了毒素汇聚的容器。我们的身体里，每天都奔流着大量的化学合成物质。
纽约州立大学（State University of New York，SUNY）塑料污染研究专家玛（Sherri Mason）更进一步警告说，自然资源的污染常常是牵一发而动全身，水源若是出现污染，其他资源如土地、空气等也无法幸免于难。
虽然目前还不清楚，在吃的时候，塑料在我们的身体里会发生怎样作用和影响，对人类健康的威胁还需要更多的研究和证据。但人类吃下如此庞大数量的塑料很难想象会有什么好结果。
根特大学研究者认为，海洋塑料威力的存在会给海洋食品安全带来威胁。也有一些研究者指出，海洋动物身体中与日俱增的难以消化的塑料废物，也可能导致海洋生物死亡。
面对海洋环境和海洋生物日渐危险的未来，
人类要做的还有很多。
关爱地球母亲
就是关爱
所有生活在其上的生灵！
包括你自己
和家人、朋友！
以及天真可爱的宝贝们！
行动起来！珍爱地球从你我做起！
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