Борошняні хробаки поповнюють ряди невеликої групи комах, які, як було виявлено, здатні руйнувати пластик, що забруднює, хоча це перший випадок, коли було виявлено, що вид комах, що мешкає в Африці, робить це.
Полістирол, зазвичай відомий як пінополістирол, - це пластиковий матеріал, який широко використовується в харчовій, електронній та промисловій упаковці. Його важко розкладати, тому він довговічний. Традиційні методи перероблення, такі як хімічна та термічна обробка, коштовні й можуть створювати забруднювальні речовини. Це була одна з причин, через яку вчені хотіли вивчити біологічні методи управління цими стійкими відходами.
Група вчених з Міжнародного центру фізіології та екології комах виявила, що личинки кенійського малого борошняного хрущака можуть перетравлювати полістирол та містити у своїх кишківниках бактерії, які допомагають руйнувати матеріал.
Малий борошняний хробак - це личинкова форма чорного жука Alphitobius. Личинковий період триває від 8 до 10 тижнів. Малий борошняний хробак в основному зустрічається в пташниках, де тепло і є постійний запас їжі - ідеальні умови для їхнього росту та розмноження.
Хоча вважається, що малий борошняний хробак виник в Африці, його можна зустріти у багатьох країнах світу. Однак вигляд, який вчені ідентифікували у дослідженні, може бути підвидом роду Alphitobius. Дослідники проводять подальше дослідження, щоб підтвердити цю можливість.
У своєму дослідженні вчені також вивчали кишкові бактерії комахи. Вони хотіли визначити бактеріальні угруповання, які можуть підтримувати процес розкладання пластику.
Рівень забруднення пластиком у деяких африканських країнах перебуває на критично високому рівні. Хоча пластикові відходи є серйозною екологічною проблемою у всьому світі, Африка стикається з особливою проблемою через високий імпорт пластикових виробів, низький рівень повторного використання та відсутність перероблення цих виробів.
Вивчаючи цих природних «пожирачів пластику», вчені сподіваються створити нові інструменти, які допоможуть позбутися пластикових відходів швидше та ефективніше. Замість того, щоб випускати величезну кількість цих комах на сміттєзвалища (що непрактично), ми можемо використовувати мікробів та ферменти, які вони виробляють на заводах, звалищах та ділянках очищення. Це означає, що з пластиковими відходами можна боротися таким чином, щоб їх було легше контролювати у великих масштабах.
Основні висновки
Вчені провели випробування, яке тривало понад місяць. Личинки харчувалися або тільки полістиролом, або тільки висівками (поживна їжа), або комбінацією полістиролу та висівок.
Дослідники виявили, що борошняні хробаки на дієті з полістиролу та висівок виживали швидше, ніж ті, кого годували тільки полістиролом. Також вони виявили, що хробаки споживали полістирол ефективніше, ніж ті, хто харчувався лише полістиролом. Це підкреслює переваги забезпечення комах, як і раніше, багатою поживними речовинами дієтою.
Хоча дієта, що складається тільки з полістиролу, дійсно підтримувала виживання борошняних хробаків, вони не мали достатньої кількості поживних речовин, щоб ефективно розкладати полістирол. Це відкриття підтвердило важливість збалансованої дієти для комах, щоб оптимально споживати та розкладати пластик. Комахи могли їсти полістирол, тому що він в основному складається з вуглецю та водню, які можуть бути джерелом енергії.
Борошняні хробаки, що харчувалися полістиролом та висівками, змогли розкласти приблизно 11,7% всього полістиролу за період випробувань.
Кишкові бактерії
Аналіз кишківника борошняних хробаків виявив значні зміни у бактеріальному складі залежно від дієти. Розуміння цих змін у бактеріальному складі має вирішальне значення, оскільки воно показує, які мікроби беруть активну участь у розкладанні пластику. Це допоможе виділити конкретні бактерії та ферменти, які можна використовувати для зусиль з розкладання пластику.
Було виявлено, що в кишківнику личинок, які харчувалися полістиролом, міститься більша кількість Proteobacteria та Firmicutes – бактерій, які можуть адаптуватися до різних середовищ та розщеплювати широкий спектр складних речовин. Бактерії, такі як Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter і Klebsiella, були особливо численні та, як відомо, виробляють ферменти, здатні перетравлювати синтетичний пластик. Бактерії не будуть шкідливими для комахи або навколишнього середовища при використанні у великих масштабах.
Велика кількість бактерій вказує на те, що вони відіграють важливу роль у розщепленні пластику. Це може означати, що борошняні хробаки можуть не мати природної здатності їсти пластик. Замість цього, коли вони починають їсти пластик, бактерії в їхньому кишківнику можуть змінитися, щоб допомогти його розщепити. Таким чином, мікроби в шлунках борошняних хробаків можуть пристосуватися до незвичайної дієти, такої як пластик.
Ці результати підтверджують гіпотезу вчених про те, що кишківник деяких комах може сприяти розкладанню пластику. Ймовірно, це пов'язано з тим, що бактерії в їхньому кишківнику можуть виробляти ферменти, які розщеплюють полімери пластику.
Це підвищує ймовірність виділення цих бактерій і ферментів, що виробляються для створення мікробних розчинів, які будуть розв'язувати проблему пластикових відходів у більших масштабах.
Що далі
Деякі види комах, такі як жовті борошняні хробаки (Tenebrio molitor) і суперхробаки (Zophobas morio), вже продемонстрували здатність споживати пластик. Вони здатні розкладати такі матеріали, як полістирол за допомогою бактерій у своєму кишківнику.
Нове дослідження є унікальним, оскільки воно зосереджено на видах комах, що мешкають в Африці, які не були докладно вивчені в контексті розкладання пластику.
Цей регіональний фокус є важливим, оскільки комахи та умови довкілля в Африці можуть відрізнятися від таких в інших частинах світу, що потенційно пропонує нові ідеї та практичні рішення для пластикового забруднення в африканських умовах.
Здатність кенійського борошняного хробака споживати полістирол передбачає, що він може відігравати роль у природному скороченні відходів, особливо для типів пластику, які є стійкими до традиційних методів перероблення.
Майбутні дослідження можуть бути зосереджені на виділенні та ідентифікації конкретних штамів бактерій, що беруть участь у розкладанні полістиролу, та вивченні їх ферментів.
Дослідники сподіваються з'ясувати, чи можна виробляти ферменти у великих масштабах для перероблювання відходів.
Крім того, вчені мають намір досліджувати інші типи пластику, щоб перевірити універсальність цієї комахи для більш широких програм з управління відходами.
Розширення масштабів використання борошняного хробака для розкладання пластику також вимагатиме стратегій для забезпечення здоров'я комах при тривалому споживанні пластику, а також оцінки безпеки одержаної біомаси комах для корму тварин.
