เชื้อราที่สลายพลาสติกในทะเล
(nioz.nl)- เชื้อราทะเล Parengyodontium album สามารถย่อยสลายอนุภาค โพลิเอทิลีน (PE) ซึ่งเป็นพลาสติกในทะเลที่พบมากที่สุดได้ ก็ต่อเมื่อผ่านรังสี UV จากแสงแดดมาก่อน
- นักวิจัยจาก NIOZ, Utrecht University และ Ocean Cleanup Foundation ค้นหาจุลชีพจากบริเวณมลพิษพลาสติกในมหาสมุทรแปซิฟิกเหนือ และติดตามกระบวนการย่อยสลายด้วยพลาสติกพิเศษที่มี ไอโซโทป 13C
- ในห้องปฏิบัติการ พบว่าอัตราการย่อยสลาย PE ของ P. album อยู่ที่ประมาณ 0.05% ต่อวัน และคาร์บอนส่วนใหญ่ที่ออกมาจาก PE ไม่ได้ถูกใช้สร้างตัวเชื้อรา แต่ถูกเปลี่ยนเป็น CO2 แล้วปล่อยออกมา
- มันสามารถย่อยสลายได้เฉพาะ PE ที่เคยได้รับรังสี UV แม้เพียงช่วงสั้น ๆ เท่านั้น ดังนั้นในทะเลจึงน่าจะจำกัดอยู่กับการจัดการพลาสติกที่เคยลอยอยู่ใกล้ ผิวน้ำ ในช่วงแรก
- มนุษย์ผลิตพลาสติกมากกว่า 4 แสนล้านกิโลกรัม ต่อปี และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 3 เท่าภายในปี 2060 ทำให้การค้นหาเชื้อราทะเลชนิดอื่นที่ทำงานได้ในทะเลลึกยิ่งมีความสำคัญ
เชื้อราทะเลที่ย่อยสลาย PE หลังผ่านรังสี UV
- เชื้อราทะเล Parengyodontium album อาศัยอยู่ร่วมกับจุลชีพทะเลชนิดอื่นในชั้นบาง ๆ ที่ก่อตัวบนผิวของขยะพลาสติกในทะเล
- นักจุลชีววิทยาทางทะเลของ NIOZ ยืนยันว่าเชื้อราชนิดนี้สามารถย่อยสลายอนุภาค โพลิเอทิลีน (PE) ซึ่งเป็นพลาสติกที่มีปริมาณมากที่สุดในบรรดาพลาสติกที่ไหลลงสู่ทะเล
- ผลการวิจัยตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Science of the Total Environment
- P. album ถูกนับรวมอยู่ในรายชื่อเชื้อราทะเลที่สามารถย่อยสลายพลาสติกได้
- จนถึงตอนนี้พบเชื้อราทะเลที่ย่อยสลายพลาสติกได้เพียง 4 ชนิด เท่านั้น
- ก่อนหน้านี้มีการรู้จักแบคทีเรียที่ย่อยสลายพลาสติกได้มากกว่า
วิธีติดตามกระบวนการย่อยสลาย
- ทีมวิจัยค้นหาจุลชีพที่ย่อยสลายพลาสติกจากบริเวณที่มีการสะสมของมลพิษพลาสติกใน มหาสมุทรแปซิฟิกเหนือ
- หลังแยกเชื้อราทะเลออกจากขยะพลาสติกที่เก็บมาแล้ว จึงนำไปเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการบนพลาสติกพิเศษที่มี คาร์บอนติดฉลาก
- ไอโซโทป 13C สามารถติดตามได้ภายในห่วงโซ่อาหาร จึงใช้ตรวจสอบได้ว่าคาร์บอนจากพลาสติกเคลื่อนย้ายไปที่ใดในผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลาย
- วิธีนี้ทำให้สามารถ วัดเชิงปริมาณ กระบวนการย่อยสลาย PE ได้
อัตราและผลผลิตจากการย่อยสลายในห้องปฏิบัติการ
- จากการสังเกตในห้องปฏิบัติการ อัตราการย่อยสลาย PE ของ P. album อยู่ที่ประมาณ 0.05% ต่อวัน
- จากการวัดพบว่า ระหว่างที่เชื้อราย่อยสลาย PE มันไม่ได้ใช้คาร์บอนที่มาจาก PE มากนัก
- คาร์บอนจาก PE ที่ถูกย่อยสลายแล้วส่วนใหญ่ถูกเปลี่ยนเป็น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และปล่อยกลับออกมา
- ปริมาณ CO2 ที่ปล่อยออกมานี้อยู่ในระดับต่ำใกล้เคียงกับปริมาณที่มนุษย์ปล่อยออกมาขณะหายใจ จึงถูกประเมินว่ายังไม่ถึงระดับที่จะก่อปัญหาใหม่
เงื่อนไขที่ต้องมีรังสี UV
- สำหรับที่ P. album จะใช้ PE เป็นแหล่งพลังงานได้ แสงแดด เป็นสิ่งจำเป็น
- ในห้องปฏิบัติการ P. album ย่อยสลายได้เฉพาะ PE ที่เคยสัมผัสกับ แสง UV อย่างน้อยช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น
- ในทะเล หมายความว่ามีเพียงพลาสติกที่เคยลอยอยู่ใกล้ผิวน้ำในช่วงแรกเท่านั้นที่อาจเป็นเป้าหมายของการย่อยสลายโดยเชื้อรานี้
- ก่อนหน้านี้เป็นที่ทราบกันแล้วว่าแสง UV ทำให้พลาสติกแตกตัวทางกล และผลลัพธ์ครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า UV ยังช่วยเร่ง การย่อยสลายทางชีวภาพ โดยเชื้อราทะเลด้วย
เชื้อราที่ยังไม่ถูกค้นพบในทะเลลึก
- พลาสติกจำนวนมากจมลงสู่ชั้นน้ำที่ลึกกว่าก่อนจะได้รับแสงแดด ทำให้ P. album ไม่สามารถย่อยสลายพลาสติกทั้งหมดได้
- Annika Vaksmaa มองว่าในทะเลลึกน่าจะยังมีเชื้อราที่ยังไม่เป็นที่รู้จักซึ่งสามารถย่อยสลายพลาสติกได้
- เชื้อราทะเลสามารถย่อยสลายสารที่มีโครงสร้างซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน และยังมีความหลากหลายของชนิดสูง
- นอกเหนือจาก 4 ชนิดที่ยืนยันแล้ว ก็เป็นไปได้ว่ายังมีชนิดอื่นที่มีส่วนช่วยย่อยสลายพลาสติก
- ยังมีคำถามอีกมากเกี่ยวกับพลวัตของการย่อยสลายพลาสติกในชั้นน้ำลึก
ขนาดของมลพิษพลาสติก
- มนุษย์ผลิตพลาสติกมากกว่า 4 แสนล้านกิโลกรัม ต่อปี
- คาดว่าปริมาณการผลิตพลาสติกจะเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 3 เท่า ภายในปี 2060
- ขยะพลาสติกจำนวนมากไหลลงสู่ทะเล ลอยอยู่ในน้ำผิวหน้าตั้งแต่เขตขั้วโลกจนถึงเขตร้อน ก่อนจะเคลื่อนลงสู่ทะเลลึกและตกลงสู่ก้นสมุทร
- วงวนกึ่งร้อน (subtropical gyres) เป็นกระแสน้ำทะเลลักษณะเป็นวงที่แทบหยุดนิ่ง ทำให้เมื่อพลาสติกเข้าไปแล้วจะถูกกักอยู่ภายใน
- เฉพาะ วงวนกึ่งร้อนแปซิฟิกเหนือ ซึ่งเป็นหนึ่งใน 6 วงวนขนาดใหญ่ของโลก ก็มีพลาสติกลอยน้ำสะสมอยู่แล้วราว 80 ล้านกิโลกรัม
งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
- Biodegradation of polyethylene by the marine fungus Parengyodontium album: งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Science of the Total Environment ว่าด้วยการย่อยสลายทางชีวภาพของโพลิเอทิลีนโดย P. album
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
เคยแยกเชื้อรานี้ Parengyodontium album จากตัวอย่างบนบกจริง ๆ และวิเคราะห์ลำดับเบสแล้วด้วย
ดูรูปภาพและ DNA ได้ที่นี่:
https://www.inaturalist.org/observations/147456216
https://www.inaturalist.org/observations/150149352
ถ้าเชื้อรานี้ย่อยสลาย โพลิเอทิลีน ได้ ก็อาจนำผลพลอยได้ไปใช้ต่อเป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมได้
แต่ไมโครพลาสติกในสภาพแวดล้อมทางน้ำมีสัดส่วนใหญ่ที่มาจาก การสึกหรอของยางรถยนต์ ดังนั้นจึงต้องมีเชื้อราจำนวนมากขึ้นและหลากหลายกว่านี้
sciencenews
theconversation
springeropen
ในสวิตเซอร์แลนด์มีการประเมินว่าไมโครพลาสติกที่ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมประมาณ 90% มาจากการสึกหรอของยางรถยนต์: https://www.admin.ch/gov/en/start/documentation/media-releases.msg-id-100009.html
หากสมมติว่าห้ามใช้รถยนต์แบบสุดโต่ง ก็อาจลดไม่เพียงการแบ่งแยกภูมิทัศน์ การ占用พื้นที่สาธารณะ อุบัติเหตุและความเสี่ยง ความเสียหายต่อมนุษย์และสัตว์ ค่าใช้จ่ายสาธารณะ เสียงรบกวนและฝุ่นละอองขนาดเล็ก แต่ยังลดการปล่อยไมโครพลาสติกได้ในระดับ 10:1 ด้วย
หากคำนวณคร่าว ๆ ทุกปีมีการผลิตยางรถยนต์ 20 ล้านตัน และถ้า 1% ของมันหายไปในรูปดอกยางที่สึกหรือแก้มยางตามพฤติกรรมคนขับ ก็เท่ากับมี อนุภาคยางรถยนต์ 200,000 ตัน กระจายสู่สิ่งแวดล้อมทุกปี
ไม่เข้าใจว่า Patagonia คิดจะทำอะไรเมื่อเปลี่ยนมาใช้โพลีเอสเตอร์รีไซเคิลแล้วมองว่านั่นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมกว่า
ถ้ามีการ สะสมของไมโครพลาสติก ในร่างกาย ก็สงสัยว่าไบโอโพลิเมอร์ธรรมชาติจะมีปัญหาแบบเดียวกันหรือไม่
เราไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ แล้วไมโครเซลลูโลสในร่างกายจะเป็นอย่างไร หรือแม้แต่ลิกนินที่ย่อยยากกว่านั้นจะเป็นอย่างไรก็น่าสงสัย
อยากรู้ว่าไมโครไฟเบอร์จากพืชสะสมในร่างกายเมื่อเวลาผ่านไปเหมือนเส้นใยพลาสติกหรือแร่ใยหินหรือไม่ และเมื่อแก่ตัวลงร่างกายจะเต็มไปด้วยสารเหล่านี้หรือเปล่า
ในอดีต อาชีพคนทำขนมปังเคยเป็นหนึ่งในอาชีพที่ถึงตายได้ เพราะสูดดมฝุ่นแป้งเข้าไปมาก
วิธีที่เชื้อราย่อยสลายลิกนินแสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตต้องใช้วิธีสุดขั้วแค่ไหนในการจัดการอินทรียวัตถุที่ย่อยสลายยาก มันปล่อยชุดเอนไซม์และสารประกอบออกนอกเซลล์ รวมถึงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และอนุมูลไฮดรอกซิลที่มีฤทธิ์ออกซิไดซ์รุนแรงมาก ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่เชื้อราจะโจมตีพลาสติกได้ในระดับหนึ่ง
ไมโครพลาสติกเป็นกรณีพิเศษเพราะแทบไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมี แต่ถึงอย่างไรก็ถูกไตกรองออก เซลลูโลสหรือลิกนินก็น่าจะเป็นแบบเดียวกัน
พูดตามตรง หลังอ่านงานวิจัยเรื่องไมโครพลาสติกบางส่วนแล้ว ก็อดสงสัยไม่ได้ว่าหลายชิ้นค่อนข้างหละหลวม ห้องแล็บสมัยใหม่มีพลาสติกอยู่ทุกที่ และงานที่มีชุดควบคุมเหมาะสมก็พบไม่บ่อย จานเพาะเชื้อ ปิเปต ไมโครเพลต ทุกอย่างล้วนเป็นพลาสติก บรรจุอยู่ในบรรจุภัณฑ์พลาสติก ถูกล้างด้วยเครื่องมือพลาสติก และถูกจัดการโดยคนที่ใส่เส้นใยสังเคราะห์เต็มตัว
ตอนที่เครื่องหาลำดับยีนเริ่มแพร่หลายก็เคยเกิดความสับสนแบบเดียวกัน สุดท้ายเราต้องยอมรับว่า DNA ปนเปื้อนมีอยู่ทุกที่ จึงต้องระมัดระวังอย่างมากกับวิธีเก็บตัวอย่างและสถิติ
สารที่เล็กพอจะระคายเคืองปอดมักให้ผลคล้ายกันในระดับการสัมผัสจากการทำงาน และบางกรณีก็แย่กว่า เช่น โรคซิลิโคซิส แรงงานเกษตรและคนงานเหมืองก่อนยุคอุตสาหกรรมก็มักเป็น โรคฝุ่นจับปอด จากการสูดดมฝุ่น
เท่าที่รู้ เรายังไม่ทราบว่ามันคงอยู่ในปอด ในเลือด หรือในร่างกายโดยรวมนานแค่ไหน
เนื่องจากไมโครพลาสติกพบได้ทั่วไปมากและมีคุณสมบัติรบกวนต่อมไร้ท่อ จึงสงสัยอย่างมากว่าส่วนหนึ่งของการเพิ่มขึ้นของอัตราออทิซึมอาจเกี่ยวข้องกับการสัมผัสไมโครพลาสติกในช่วงทารกในครรภ์ ในช่วงนั้น เวลาและปริมาณของการได้รับแอนโดรเจนอาจกำหนดโปรแกรมพัฒนาการระยะยาวได้
ไม่เคยรู้เรื่องคนทำขนมปังมาก่อน แต่น่าสนใจทีเดียว
ได้ยินข่าวแบบนี้มานานพอสมควรแล้ว
บอกว่าเชื้อราย่อยพลาสติกได้ แมลงกินพลาสติกได้ แต่ดูเหมือนพลาสติกกลับไม่เกิดอะไรขึ้นเลย ทำไมถึงเป็นแบบนั้น
พอมีอาหารอย่างอื่น มันก็วิวัฒนาการกลับไปกินอย่างอื่น
ถ้าไม่มีอะไรให้กินเลย มนุษย์ก็อาจลองกินพลาสติกได้ และอาจเป็นผู้ถูกเลือกที่ย่อยพลาสติกได้อย่างปาฏิหาริย์ก็ได้ แต่ถ้าเป็นไปได้ก็คงกลับไปกินอาหารปกติทันที
เช่น วัสดุที่ถูกบดละเอียด อุณหภูมิสูงกว่า 55°C และค่า pH ที่ควบคุมอย่างเข้มงวด
สภาพแวดล้อมแบบนี้ปกติจะไม่เกิดขึ้นนอก เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ จึงยากที่จะเห็นมันโจมตีพลาสติกอะไรก็ได้ในบ้าน
ถามจริงจังนะ ถ้าเชื้อรานี้กินพลาสติกทุกชนิดได้ ก็จะเกิดสิ่งมีชีวิตใหม่ปริมาณมหาศาลในทะเล และเราไม่รู้ว่าจะส่งผลต่อระบบนิเวศอย่างไร อาจเป็นการเปลี่ยนปัญหาหนึ่งให้กลายเป็นอีกปัญหาหนึ่งก็ได้
ไม่ได้เป็นข่าวดีเสมอไป
ด้วย ยุคทองของพลาสติก ที่เราอาศัยอยู่ เราจึงมีบรรจุภัณฑ์อาหารที่จุลินทรีย์แทรกซึมเข้าไปไม่ได้ และทำให้อายุเก็บรักษาของผลผลิตทางการเกษตรบางอย่างยืดจากระดับครึ่งสัปดาห์เป็นหลายสัปดาห์
หากในอีก 100 ปีข้างหน้ามีจุลินทรีย์แบบนี้มากขึ้น บรรจุภัณฑ์อาหารอาจเกิดปัญหาได้
โดยเนื้อแท้แล้ว พลาสติกอาจมองได้ว่าเป็น “กระบวนการชีวิต” หลายขั้นของน้ำมันดิบ แทนที่จะเผาน้ำมันทำความร้อนในบ้านโดยตรง พลาสติกได้ใช้ชีวิตเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ก่อนหนึ่งครั้ง แล้วจึงถูกเผาเพื่อให้ความร้อนแก่ระบบทำความร้อนเขต
แน่นอนว่าปัญหาเกิดขึ้นเมื่อมันไม่ถูกเผา แต่ไหลลงไปในน้ำ
ภายในบรรจุภัณฑ์ที่ผ่านการฆ่าเชื้อหรือมีสารอาหารไม่พอก็เช่นกัน
สิ่งที่น่าจะได้รับผลกระทบก่อนคือการใช้งาน พลาสติกทางทะเล เช่น อวน เชือก ชุดว่ายน้ำ และทุ่น จากนั้นน่าจะเป็นโครงสร้างพื้นฐานและการใช้งานกลางแจ้งทั่วไป เช่น ปั๊มระบายน้ำ และอุปกรณ์ชลประทานทางการเกษตร
หลอดพลาสติกที่ EU สั่งห้ามนั้น เดิมทีก็มีโอกาสสูงว่าจะไม่ได้ลงทะเลอยู่แล้ว
ในทางกลับกัน นอก EU มีการเทพลาสติกเป็นคันรถบรรทุกลงแม่น้ำ
ทั้งที่เป็นการเพิ่ม CO2 ในชั้นบรรยากาศ
แม้ทั้งสองอย่างจะแย่ก็ตาม เราไม่ควรผสมชั้นต่าง ๆ ที่ไม่ควรมาเจอกันตั้งแต่แรก
อีก 100 ปีข้างหน้า อาจจบลงด้วยสิ่งมีชีวิตสุดท้ายบนโลกขาดอากาศตายอยู่ใต้ฟิล์มนาโนไดมอนด์ก็ได้
เป็นการค้นพบที่ยอดเยี่ยมก็จริง แต่กังวลว่าผู้ผลิตพลาสติกจะเอาไปใช้ผิด ๆ เป็นข้ออ้างในการผลิตพลาสติกมากขึ้นในทำนองว่า “อย่างไรเสียราก็ย่อยสลายตามธรรมชาติได้ พลาสติกจึงไม่เป็นอันตราย”
ถ้าสิ่งมีชีวิตย่อยพลาสติกได้เก่งขึ้น ผู้ผลิตก็จะเริ่มใส่ สารเคมีอันตราย ลงในพลาสติกเพื่อป้องกันไม่ให้ย่อยสลายก่อนเวลา
แต่ถ้าค้นพบวิธีทำความสะอาดและย่อยสลายพลาสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก ผู้ผลิตก็จะมีเรื่องให้พูดได้จริง ๆ ในกรณีเช่นนั้น เราก็ใช้ความสะดวกได้ภายใต้ความมั่นใจว่าสามารถกำจัดได้ค่อนข้างปลอดภัย จึงอาจเรียกมันว่า “การใช้ในทางที่ผิด” ได้ไม่เต็มปาก
โชคดีที่ดูเหมือนจะช้าอยู่ มีนิยายไซไฟดิสโทเปียในประเด็นคล้ายกันอยู่แล้วด้วย
ถ้า “การย่อยสลาย PE โดย P. album เกิดขึ้นในอัตราประมาณ 0.05% ต่อวัน” แล้วพลาสติกทั่วโลกจะเริ่มนิ่มและแตกเป็นเศษเร็วแค่ไหนกัน
ลองจินตนาการว่าแบคทีเรียและราย่อยพลาสติกทั้งหมดให้กลายเป็น CO2
ผมไม่แน่ใจว่าอะไรแย่น้อยกว่ากัน ระหว่างพลาสติกที่คงอยู่ในสิ่งแวดล้อมกับการที่พลาสติกลดลงแต่ CO2 เพิ่มขึ้น
ลองหาตัวเลขคร่าว ๆ พบว่าทุกปีมีพลาสติกราว 8 ล้านตันไหลลงทะเล การเผาพลาสติก 1 หน่วยจะให้ CO2 3 หน่วย ดังนั้นถ้าทั้งหมดถูกย่อยด้วยราหรือถูกเผา ก็จะได้ CO2 ราว 24 ล้านตัน ในขณะที่การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลปล่อย CO2 ประมาณ 35 พันล้านตัน ต่อปี
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300223
รู้สึกว่าได้ยินเรื่องแบบนี้บ่อย
มันอาจถูกตีความผิดว่าเป็นข้ออ้างให้ผลิตพลาสติกลงทะเลต่อไปได้ จึงเหมือนถูกนำเสนอเกินจริง
สิ่งมีชีวิตเคมีโภชนาการ โดยเฉพาะ แบคทีเรียเคมีอนินทรีย์โภชนาการ เจริญได้ดีใกล้ปล่องน้ำพุร้อนใต้ทะเลลึกที่ร้อนจัด
พวกมันสามารถบริโภคและออกซิไดซ์เหล็ก กำมะถัน รวมถึงธาตุและสารประกอบหลากหลายชนิดที่เรามองว่าเป็นพิษหรือไม่เปลี่ยนแปลง แล้วแลกกับการสร้างน้ำตาลชนิดหนึ่งที่หนอนท่อกิน
งานวิจัยด้านการบรรเทาผลกระทบของพลาสติกด้วยชีววิธีในอนาคตก็ควรมุ่งเน้น การเปลี่ยนรูปและการผลิตพลังงาน แบบนี้ แทนที่จะคิดถึงผลลัพธ์แบบผลรวมเป็นศูนย์ที่เป็นไปไม่ได้ว่า “ทำให้หายไปอย่างสิ้นเชิง” การเปลี่ยนพลาสติกให้เป็นสิ่งใหม่ที่บริโภคได้และใช้เป็นแหล่งพลังงานนั้นดูมุ่งสู่อนาคตมากกว่า
ถ้าจะแก้ปัญหานี้ เราต้องคิดแบบหนอนท่อ
https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph