Личинки большой восковой моли пожирают пластик. Гусеницы едят полиэтилен

МОСКВА, 25 апр - РИА Новости. Гусеницы обычной восковой моли, пожирающей воск в ульях пчел, оказались способными поедать и переваривать полиэтилен и другие виды пластика, что позволяет использовать их для утилизации мусора, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology .

"Мы выяснили, что гусеницы обычных насекомых, большой восковой моли, могут разлагать один из самых стойких и химически прочных пластиков - полиэтилен. Мы планируем приспособить их для спасения океанов и рек Земли от загрязнения частицами этих материалов. Это, правда, не означает, что теперь можно мусорить, где угодно", — заявила Федерика Бертоккини (Federica Bertocchini) из университеа Кантабрии в Сантандере (Испания).

Сегодня на свалки Земли каждый год попадает примерно 300 миллионов тонн пластикового мусора, большая часть которого не разлагается почвенными микробами и остается в почти нетронутом виде на протяжении десятков и даже сотен лет. Многие частицы пластика попадают в воды мирового океана, где они проникают в желудки рыб и птиц и часто становятся причиной их гибели.

За последние два года ученые открыли несколько видов насекомых, чьи личинки оказались способными решить эту проблему. К примеру, два года назад китайские биологи обнаружили, что любимое блюдо многих посетителей китайских ресторанов - гусеницы мучных хрущаков - могут поедать пенопласт, PET и некоторые другие виды пластика. Открытие бактерий в их кишечнике, способных разлагать пластик, дало первую надежду на быструю очистку Земли от мусора.

Как рассказывает Бертоккини, ей случайно удалось найти "естественного врага" для самого крепкого и распространенного пластика - полиэтилена, ухаживая за пчелами в своем саду.

Когда она взглянула на пакет через пару часов, она увидела, что гусеницы не сдались, а "продолжили банкет" и начали есть не воск, а полиэтилен. Столь странные аппетиты насекомых заинтересовали Бертоккини, и она проверила, действительно ли личинки моли могут питаться пластиком, наблюдая за их поведением в лаборатории.

Оказалось, что это действительно так, и что моль может есть полиэтилен с рекордной скоростью - за полдня около ста гусениц съели почти 100 милиграмм пакета, что в тысячи раз больше скорости разложения пластика при помощи бактерий и других насекомых.

Как предполагают ученые, организм гусениц, по всей видимости, вырабатывает особый фермент, который разрывает связи между звеньями полимерных молекул и превращает их в этиленгликоль — токсичный для человека спирт. Аналогичные связи присутствуют в полимерных молекулах, составляющих основу пчелиного воска, что может объяснять, почему гусеницы моли так активно поедают пластик.

Пока Бертоккини и ее коллеги не знают, какие молекулы участвуют в этом процессе, но они планируют раскрыть секреты гусениц в ближайшее время. Если это удастся сделать, то синтетическую версию их ферментов можно будет использовать для переработки пластикового мусора и очистки биосферы Земли от антропогенного загрязнения.

Ученые обнаружили гусениц, способных питаться пластиком. Разлагать полиэтилен — один из самых прочных и широко применяемых в быту пластиков — могут давно известные животные, которые часто используются как наживка для рыбы.

Речь идет о личинках большой восковой моли (Galleria mellonella), которая является врагом пчеловодов по всей Европе.

Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок.

«Сотня гусениц сжирает 92 мг полиэтилена за 12 часов, что очень неплохо», — выяснила Берточини.

По словам ученых, это весьма высокий показатель по сравнению с успехами других животных, которые также обнаружили способность к переработке пластика. Так, к примеру, в прошлом году была обнаружена бактерия Ideonella sakaiensis, способная перерабатывать его со скоростью всего 0,13 мг в день c одного квадратного сантиметра.

Полиэтилен широко применяется в упаковочных материалах, на него приходится до 40% потребности в пластике по всей Европе. При этом 38% пластика выбрасывается на свалки. В масштабах всей планеты люди используют около триллиона пластиковых пакетов ежегодно.

Ежегодно в мире производится около 80 млн тонн полиэтилена.

Одним из его отрицательных свойств является плохая способность к распаду, поэтому, даже будучи измельченным, он представляет большую угрозу для различных экосистем. К примеру, полиэтилен низкой плотности, который используется в бытовых пакетах, разлагается около ста лет. Более плотные виды — до 400 лет. В среднем ежегодно один человек использует более 230 пластиковых пакетов, а в мире выбрасывается более 100 тыс. тонн полиэтиленового мусора.

«Пластик — это глобальная проблема. Сейчас он может быть найден везде — в том числе в реках и океане. Особенно устойчив полиэтилен, он с большим трудом распадается в природных условиях», — пояснили авторы работы.

По словам ученых, пчелиный воск, которыми питаются гусеницы, состоит из липидов, которые входят в состав живых клеток, таких как жиры, и некоторых гормонов. И хотя биоразложение гусеницами полиэтилена требует дальнейшего изучения, авторы уверены, что переваривание воска и пластика включает разрушение в организме насекомых одних и тех же химических связей. «Воск — это полимер, своего рода «натуральный пластик», его химическая структура не так уж отличается от полиэтилена», — пояснила Берточини.

Проведенный спектроскопический анализ показал, что гусеницы расщепляют полиэтилен на этиленгликоль. Ученые выяснили, что даже кокон, который образует на определенном этапе гусеница, способен разлагать полиэтилен, контактируя с ним.

«Если за этот процесс отвечает всего один энзим, его масштабирование с использованием биотехнологических методов должно быть реальным», — считает Паоло Бомбелли, автор работы, опубликованной в журнале Current Biology . — Это открытие может оказаться важным инструментом для решения проблемы полиэтиленового пластика на свалках и в океане».

Большие гусеница Galleria mellonella могут перерабатывать полиэтилен - один из наиболее широко используемых и самых трудно перерабатываемых и потому особенно вредных для экологии планеты материалов.

Гусеницы. Что мы знаем о них? Кто-то скажет, что они милые – гусеницы превращаются в бабочек, другие будут говорить о том, что от этих насекомых необходимо избавляться – они могут причинять массу хлопот и неприятностей садоводам. Но, оказывается, что они могут быть очень и очень полезны – именно гусеницы, как выяснилось, могут помочь нам улучшить экологию планеты защитив ее от загрязнения пластиком.
Как и многие великие открытия и изобретения, это открытие – собственно, о том, что гусеницы могут есть , произошло случайно. Биолог Федерика Бертоккини из испанского Института биомедицины и биотехнологий в Кантабрии, увлекалась пчеловодством. Для удаления вредителей на своей пасеке она использовала полиэтиленовый пакет. А вредителями как раз были гусеницы Galleria mellonella, которые часто атакуют ульи и поедают мед и воск. Бертокини забыла гусениц в пакете и через некоторое время с удивлением обнаружила, что в пакете появились дыры. Она связалась с коллегами из Кембриджского университета, Паоло Бомбелли и Кристофера Хоу, сообщает Washington Post, который цитирует слова последних: «Как только мы увидели дыры, реакция была немедленной: нам необходимо исследовать этот факт и понять, как так произошло».


Отметим, что гусеницы – не первые живые существа, которых «заподозрили» в поедании пластика: недавно было обнаружено, что у бактерий и мучных червей есть аппетит к подобному угощению, но они не могут перерабатывать пластик с такой скоростью как Galleria mellonella! Учитывая абсолютно безумную скорость, с которой гусеница пожирает пластиковые пакеты, это очень интригует и обнадеживает: только в Америке мы используем около 102 миллиардов пластиковых пакетов в год, а в мировом масштабе мы ежегодно используем триллион пластиковых пакетов! При этом, около 38 процентов пластика выбрасывается на свалку, где он может разлагаться в течение 1000 лет и более.
Не удивительно, что команда начала исследовать свойства восковой гусеницы, питающиеся пластиками. Эксперимент был прост – ученые взяли два одинаковых пакета и «предложили» для поедания гусеницам Galleria mellonella и бактериям, упомянутым выше. Первые дыры в пакете, который ели гусеницы появились через 40 минут. А уже через 12 часов они уменьшили массу пакета на 92 мг, при этом бактерии могут разлагать пакеты в объеме порядка 0,13 мг в день.
«Если один фермент ответственен за этот химический процесс, то его воспроизводство в больших масштабах с использованием биотехнологических методов должно быть более чем реальным», - говорит Бомбелли. «Это открытие может быть важным инструментом, который поможет планете избавиться от отходов полиэтилены, накопленных на свалках и в океанах».
По мнению ученых, способность гусеницы перерабатывать пластик может быть обеспечена ее пристрастием к поеданию пчелиных сот.
«Воск - это полимер, своего рода «натуральный пластик», и он имеет химическую структуру, похожую на структуру полиэтилена», - говорит Бертоккини.
«Гусеницы не просто едят пластик без изменения его химического состава. Мы показали, что полимерные цепи в полиэтиленовой пленке фактически разрушаются восковыми червями», - говорит Бомбелли. Черви трансформировали полиэтилен в этиленгликоль. Возможно, в слюнных железах или симбиотических бактериях в кишечнике гусеницы есть ферменты, способные на это. Следующими шагами для нас будет попытка идентифицировать молекулярные процессы в этой реакции и посмотреть, можем ли мы выделить фермент, ответственный за распад пластика».
Это означает, что проблема пластика может быть решена не просто разведением миллионов гусениц на свалках, а в разработке крупномасштабного биотехнологического решения, на основе на принципах поедания пакетов гусеницами.
«Мы планируем превратить результаты наших исследований в жизнеспособный способ избавить планету от пластиковых отходов, - говорит Бертокини, - Это может стать рабочим решением, которое поможет спасти наши океаны, реки и всю окружающую среду от неизбежных последствий накопления пластмасс».

Биологи сделали большое открытие. Оказывается, обычные гусеницы, которых часто разводят в качестве приманки для рыбы, обладают гораздо более ценным свойством. Они могут перерабатывать полиэтилен - один из самых прочных и часто используемых видов пластика, который повсеместно засоряет свалки и Мировой океан. Полиэтилен и полипропилен составляют 92% мирового производства пластика, в том числе полиэтилен - 40%. Каждый год люди используют и выбрасывают триллион полиэтиленовых пакетов.

Эти гусеницы - личинки распространённого насекомого Galleria mellonella (большая восковая моль). Животное считается вредителем, потому что откладывает личинки в ульях медоносных пчёл. Там гусеницы питаются мёдом, пыльцой и воском (отсюда и название моли), повреждая всё вокруг: соты, расплод, запасы мёда, пергу, рамки и утеплительный материал ульев. Но всё-таки у этих вредных гусениц нашлось полезное применение. Вместо воска им можно скармливать отходы пластика.

Пластик - один из наиболее опасных материалов с точки зрения засорения планеты. По сочетанию распространённости и длительности естественного разложения ему почти нет равных. Для сравнения, бумага разлагается на природе от одного месяца до трёх лет, одежда из шерсти - год, из натуральных тканей - два-три года, железная банка - 10 лет, а вот обычный полиэтиленовый пакет разлагается 100-200 лет. Среди всех видов мусора по этому показателю полиэтилен уступает разве что алюминиевым банкам (500 лет), одноразовым подгузникам (300-500 лет) и стеклянным бутылкам (более 1000 лет).

За последние 50 лет производство пластика растёт экспоненциально . В странах Евросоюза, несмотря на все усилия по вторичной переработке отходов, до 38% пластика заканчивает свой путь на свалках, остальное перерабатывается (26%) или сжигается (36%). При сжигании или захоронении на свалке полиэтилен создаёт серьёзную нагрузку на окружающую среду, поэтому учёные интенсивно ищут приемлемые способы для безвредной деградации пластика. Использование гусениц большой восковой моли - один из отличных вариантов.

По оценкам учёных, скорость биодеградации полиэтилена гусеницами большой восковой моли гораздо выше, чем у бактерий-поедателей пластика, о которых сообщалось в прошлом году. Те бактерии могли съесть 0,13 мг в сутки, а гусеницы пожирают материал буквально на глазах. На фотографии вверху видно, что сделали 10 гусениц с пакетом всего за 30 минут.

Федерика Берточини связалась с коллегами с кафедры биохимии Кембриджского университета - и они вместе поставили эксперимент на время. Около сотни гусениц были помещены в обычный пластиковый пакет из британского супермаркета. Дыры в пакете начали появляться через 40 минут, а спустя 12 часов масса пластика уменьшилась на 92 мг!

Учёным ещё предстоит изучить детали биодеградации воска и пластика, но очень похоже, что гусеницы в обоих случаях разрушают одинаковые химические связи между молекулами (CH²−CH²) в веществе. По химической формуле и своим свойствам воск - это полимер, что-то вроде «природного пластика», и его структура не намного отличается от полиэтилена.

Учёные осуществили спектроскопический анализ и проверили, как гусеницы разрушают химические связи в полиэтилене. Они выяснили, что результатом переработки является этиленгликоль, двухатомный спирт, простейший представитель полиолов. Анализ доказал, что дыры в пластиковом пакете - не результат простого механического прожёвывания материала, а налицо действительно химическая реакция и биодеградация материала. Чтобы на 100% убедиться в этом, биологи провели научный эксперимент: они измельчили гусениц в пюре и смешали его с пластиковыми пакетами. Результат оказался идентичным - часть пластика исчезла. Это самое убедительное доказательство, что гусеницы не просто поедают пластик, а переваривают его в этиленгликоль. Химическая реакция происходит где-то в пищеварительном тракте животного - это могут быть слюнные железы или симбиотические бактерии в пищеводе. Соответствующий фермент пока не удалось идентифицировать.

Ведущий автор научной работы Паоло Бомбелли (Paolo Bombelli) уверен, что если химический процесс осуществляется с помощью единственного фермента, то вполне реально воспроизвести этот процесс биохимическими методами в широком масштабе. «Это открытие может стать важным средством, чтобы избавиться от полиэтиленовых отходов, накопленных на свалках и в океане», - говорит он.

Научная работа опубликована 24 апреля 2017 года в журнале Current Biology.

В эксперименте с бактериями плёнка из 1 см² бактерий Ideonella sakaiensis переработала за сутки 0,13 мг полиэтилентерефталата (ПЭТ).