Российские ученые опровергли гипотезу о способности «суперчервей» утилизировать пластик
Ученые Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого (НовГу) совместно с коллегами из СПбГУ и Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева экспериментально проверили, действительно ли личинки жука Zophobas morio могут поедать пенопласт, о чем ранее заявлялось в зарубежных публикациях. Оказалось, что крупные личинки жука, которых еще называют «суперчерви», не утилизируют этот вредный для экологии материал, а лишь дробят его, превращая в еще более опасный микропластик. Вывод важен для оценки реального потенциала использования насекомых в переработке пластика, а также для понимания рисков, связанных с накоплением микропластика в экосистемах.
Проблема накопления пластиковых отходов в мире стоит очень остро. Особую сложность представляет переработка пенополистирола (пенопласта) — легкого и объемного материала, который повсеместно используют в упаковке. В последние годы в научной литературе появились обнадеживающие сообщения о том, что некоторые насекомые, в частности личинки жуков Zophobas morio могут разрушать такой материал. Это породило надежду на создание биологических методов утилизации пластика.
Авторы провели эксперимент, для которого использовали личинок Z. morio и куски бытового пенопласта. Насекомых разделили на три группы. Первую кормили только овсяными отрубями, вторую — смесью отрубей и пенопласта, а третью — исключительно пенопластом. Наблюдение за личинками продолжалось в течение трех недель.
Выяснилось, что насекомые действительно активно взаимодействовали с пенопластом, прогрызая в нем сложные системы ходов и туннелей. При этом наибольшую активность проявляли личинки, дополнительно получавшие нормальное питание — отруби. Те же, кто сидел на диете из одного пенопласта, строили туннели в пенопласте не так интенсивно и не стремились окукливаться. Косвенно это указывало на то, что насекомые голодают и берегут силы для выживания.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученым необходимо было выяснить, меняется ли химическая структура полистирола после контакта с личинками. Для проверки они применили комплекс современных аналитических методов: инфракрасную (FTIR) и рамановскую спектроскопию, ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) и гель-проникающую хроматографию (ГПХ). В первых двух методах образец облучают инфракрасным или лазерным излучением, и по тому, как он поглощает или рассеивает это излучение, определяют, какие химические связи в нем присутствуют. ЯМР показывает, как именно атомы водорода в полистироле связаны с атомами углерода и не появились ли новые, посторонние группы атомов. ГПХ работает как молекулярное «сито», разделяя молекулы полимера по размеру и позволяя точно измерить их молекулярную массу.
Спектры измельченного личинками полистирола полностью совпали со спектрами исходного, нетронутого материала. Не было обнаружено ни новых химических групп, ни признаков окисления. Данные ГПХ подтвердили, что молекулярная масса полимера не уменьшилась, то есть длинные цепи полистирола не были разорваны ни в процессе пережевывания, ни при возможном прохождении через кишечник. Единственным изменением стал физический размер частиц: крупные куски пенопласта превратились в мелкую крошку и пыль, то есть в микропластик.
«Мы также взвешивали личинок до и после эксперимента. Насекомые, которые ели отруби, показали наибольший средний привес — 0,092 грамма на особь. У тех, кого кормили смесью отрубей и пенопласта, этот показатель оказался на уровне — 0,096 грамма. И лишь личинки, питавшиеся только пенопластом, добавились всего 0,042 грамма. То есть они почти не росли, а, значит, не использовали полистирол в качестве пищи», — рассказала один из авторов исследования, сотрудник Центра исследования проблем микропластика НовГУ Анастасия Бурмистрова.
Таким образом, полученные результаты не подтвердили гипотезу о биодеградации пенопласта насекомыми. Вместо поедания пластика, личинки просто механически дробили его. Поэтому ученые считают, что их нельзя использовать для утилизации полистирола. Более того, они могут даже нести угрозу, разрушая материал и превращая его в потенциально опасный микропластик.