塑料污染是世界上最持久的环境问题之一。大量被丢弃的塑料在海洋中积累，有时形成巨大的垃圾带，威胁海洋生物。大多数常规塑料分解得极其缓慢，因为微生物难以消化其构成的合成聚合物。这些材料没有消失，而是逐渐碎裂成越来越小的颗粒，包括微塑料和纳米塑料。然而，塑料废物并非完全超出自然的控制。细菌和其他微生物可以定殖于其表面，形成称为生物膜的群落。这些群落创造了一个独特的微生物生态系统，科学家将其称为“塑料圈”。孔斯坦茨大学的研究人员现在发现了一种异常的酶，可以揭示一些细菌如何更好地分解特定类型的塑料。这种酶可以消化某些聚酯和生物可降解塑料，但它还有另一个意想不到的能力：它还可以分解青霉素，暗示可能与抗生素抗性有关。科学家们将其昵称为“吃豆人酶”，因为其分子结构具有一个非常宽的开口，在这里进行化学反应，称为活性位点。这一发现表明，细菌可能正在适应更快地消化特定塑料材料，而这一点超出了研究人员之前的预期。然而，研究结果也突显了一个重要的限制。为了让微生物在减少塑料污染方面产生意义深远的影响，更多的塑料产品需要由包含微生物可以降解的化学键的生物可降解材料制成。测试细菌如何分解生物塑料为了研究微生物如何消化生物可降解塑料，孔斯坦茨大学的生物学家哈里·勒纳和大卫·施莱赫克研究了微生物分解的整个过程。他们不仅想确定这些材料是否可以完全分解，还想知道哪些微生物是负责的以及是什么生物机制使它们能够做到这一点。研究人员检查了参与的微生物群落的组成，并分析了它们的集体基因信息（宏基因组）。这种方法使他们能够搜索可能产生能够分解塑料聚合物的酶的基因。他们的实验集中在长链脂肪族聚酯（LCAP）上，这是一类由化学家斯特凡·梅金带领的研究团队开发的生物可降解塑料材料。这些材料含有某些微生物有可能分解的化学键，而不是许多常规塑料中更具抵抗力的结构。合作研究的结果发表在《国际土壤微生物生态学期刊》上。为了观察生物塑料在自然环境中的表现，团队将样本埋在大学植物园的森林土壤表面下。“我们在大学植物园的森林上层腐殖质层埋入了小片LCAP生物塑料薄膜，深约十厘米，”哈里·勒纳解释道。“这一层是纤维素和其他天然聚合物（例如：表皮中的植物聚酯）分解的地方。”腐殖质是富含分解有机物的土壤上层，微生物在回收营养物质中发挥着重要作用。纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，而表皮是一种天然存在的聚酯，帮助形成植物的保护外层。研究人员选择这种环境，因为其微生物已经具备分解复杂天然材料所需的生物机制。生物塑料大约在一年内消失除了户外实验外，科学家们还进行了实验室测试，使用从同一森林中收集的土壤。他们将粉末状的生物塑料混入土壤中，并在整整一年内监测微生物的活动。一个重要的测量是从样本中释放的二氧化碳（CO2）量。当微生物消费和代谢有机材料时，它们通过呼吸产生二氧化碳。追踪这种气体有助于研究人员确定微生物在分解塑料方面的活跃程度。埋入森林土壤中的塑料薄膜保持了一整年，使团队能够将自然条件下的分解与经过仔细监测的实验室实验进行比较。为了评估结果，科学家们还测试了纤维素、其他生物可降解塑料、常规聚乙烯塑料以及未添加材料的土壤样本。“我们在实验室中使用了纤维素、PHBV和PCL等其他类型的生物塑料，以及高密度聚乙烯塑料（HDPE）和未处理土壤作为对照。我们发现所有生物塑料材料在大约250到330天内完全降解。纤维素在大约