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楊軍，生于1965年2月，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，主要從事塑料生物降解、環(huán)境生物技術(shù)和水處理技術(shù)等方面的研究。

受訪者供圖

本報(bào)記者 操秀英

前不久，平時(shí)“悶頭”搞科研的楊軍高調(diào)了一把，走上了CC講壇。在這個(gè)立志做中國(guó)版TED的公益講壇上，這位北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授講了一個(gè)“蟲(chóng)子吃塑料”的故事，可他沒(méi)料到自己會(huì)因此而“走紅”。

“挑戰(zhàn)不可能，蟲(chóng)子吃塑料”“禍害地球500年，20世紀(jì)最糟糕的發(fā)明，北航科學(xué)家用一條蟲(chóng)子來(lái)治愈”……朋友圈被這些標(biāo)題刷屏，楊軍有些不適應(yīng)。

塑料能被蟲(chóng)子“吃掉”?“白色污染”有救了?最基本的由常識(shí)帶來(lái)的疑問(wèn)讓楊軍的演講迅速成為熱點(diǎn)。截至目前，楊軍的演講視頻播放量近400萬(wàn)，創(chuàng)該平臺(tái)演講播放量新高。

該演講也讓公眾了解到這一被高分子材料領(lǐng)域?qū)＜?、北京大學(xué)原校長(zhǎng)周其鳳院士評(píng)價(jià)為“世界級(jí)工作”的發(fā)現(xiàn)——蟲(chóng)子可以“吃”塑料。

“空窗期”下廚的意外收獲

此前從事多年污水生物處理研究的楊軍因?yàn)橐淮∶组_(kāi)辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。沒(méi)錯(cuò)，還是一袋生蟲(chóng)的小米。

“這個(gè)發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，男人一定要做飯。”楊軍笑著說(shuō)。

言歸正傳回到“生蟲(chóng)小米”，這個(gè)故事要從大飛機(jī)開(kāi)始講起。“2017年5月5日，中國(guó)自主設(shè)計(jì)研發(fā)、國(guó)際合作制造的C919大飛機(jī)首飛成功，而我發(fā)現(xiàn)‘蟲(chóng)子吃塑料’正是在2003年11月到2004年7月論證大型飛機(jī)項(xiàng)目期間的‘空窗期’。”楊軍說(shuō)。

原來(lái)，大型飛機(jī)項(xiàng)目是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中部署的16個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)中的“重頭戲”。時(shí)任北航科技處副處長(zhǎng)的楊軍擔(dān)任了該項(xiàng)目的論證秘書(shū)組組長(zhǎng)。

“從2003年11月到2004年7月，我們一直處在高強(qiáng)度工作狀態(tài)，2004年春節(jié)，好不容易可以休息幾天，我就想著做做飯。”楊軍說(shuō)，結(jié)果他在櫥柜里發(fā)現(xiàn)一個(gè)塑料袋里的小米生了很多蟲(chóng)，袋子被啃了許多小洞，竟有蛾子飛了出來(lái)。

這些小洞尋常得就像砸在牛頓頭上的蘋(píng)果，絕大部分人都見(jiàn)過(guò)。但博士畢業(yè)于清華環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的楊軍，那時(shí)腦中卻閃出了一個(gè)想法：蟲(chóng)子咬破塑料袋后，把塑料吃進(jìn)去了嗎?如果吃進(jìn)去了，消化了嗎?

“如果能證實(shí)蟲(chóng)子確實(shí)吃進(jìn)塑料并且將其分解的話，這將是一個(gè)非常重要的發(fā)現(xiàn)。”楊軍說(shuō)。

因?yàn)?，過(guò)去50年，全球塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)了20倍，累計(jì)產(chǎn)生了70億噸塑料垃圾。但由于塑料本身的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其自然降解至少需要500年。近年來(lái)，可降解塑料的問(wèn)世大大提升了塑料的降解速度，但依然需要兩到三年的時(shí)間。實(shí)現(xiàn)塑料降解是科研人員多年來(lái)的課題。

十年潛心只為證實(shí)蟲(chóng)子“吃”塑料

雖然看上去塑料袋是被蟲(chóng)子吃掉了，但科學(xué)研究還需要扎實(shí)的論證。楊軍開(kāi)始指導(dǎo)研究生秦小燕做“蠟蟲(chóng)吃聚乙烯塑料薄膜”的實(shí)驗(yàn)。

“我們通過(guò)各種渠道購(gòu)買(mǎi)和培養(yǎng)了蠟蟲(chóng)，通過(guò)解剖將其腸道內(nèi)含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無(wú)碳培養(yǎng)基上。”楊軍說(shuō)。碳是維持生命的主要元素，如果不給蠟蟲(chóng)葡萄糖、淀粉等碳源，只給聚乙烯薄膜，蠟蟲(chóng)要么依靠聚乙烯進(jìn)行代謝繁殖，要么因沒(méi)有能量來(lái)源而死掉。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了28天，楊軍和秦小燕通過(guò)電鏡觀察聚乙烯薄膜發(fā)現(xiàn)，蠟蟲(chóng)腸道內(nèi)含物侵蝕并穿透了塑料薄膜。這意味著蠟蟲(chóng)的腸道微生物降解了塑料。

“在中科院微生物所用電鏡看到塑料薄膜穿孔時(shí)，我們師生激動(dòng)地?fù)肀г谝黄稹?rdquo;時(shí)隔幾年，回憶起那時(shí)的情景楊軍依然很興奮。

但他并沒(méi)有著急發(fā)論文，“因?yàn)楹芏鄸|西還沒(méi)搞明白，科研急不得。這是一個(gè)‘金礦’，可以發(fā)掘出很多非常有價(jià)值的原創(chuàng)性成果。”他說(shuō)。

彼時(shí)，他已離開(kāi)行政管理崗位，結(jié)束了五年多學(xué)術(shù)和行政“兩肩挑”的生活，開(kāi)始訪問(wèn)牛津大學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究方法，潛心研究起蟲(chóng)子，專(zhuān)心做一名學(xué)者。

“科研人員通常追求完美，講究證據(jù)、嚴(yán)謹(jǐn)，而行政工作很多時(shí)候靈活性更大，我的個(gè)性更適合做科研。”楊軍說(shuō)，多年科技管理的經(jīng)歷讓他擁有更寬闊的視野，幫他跳出專(zhuān)業(yè)小圈子看問(wèn)題。

回到科研上。到底是腸道內(nèi)含物里的哪些關(guān)鍵物質(zhì)分解了聚乙烯?楊軍團(tuán)隊(duì)繼續(xù)以聚乙烯為唯一碳源，60天富集培育分離出8種純菌株，并最終通過(guò)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)選擇了兩種降解能力最強(qiáng)的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

實(shí)驗(yàn)證明，這兩種菌株的確可以靠“吃”塑料薄膜“活下來(lái)”。它們?cè)诰垡蚁┍∧ど戏€(wěn)定增長(zhǎng)，活性較強(qiáng)，可以侵蝕掉聚乙烯膜表面。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，他們初步搞清了降解機(jī)制：將聚乙烯這種長(zhǎng)鏈的C—C單鍵氧化斷裂成為一個(gè)親水的碳氧雙鍵的羰基。

同時(shí)，楊軍團(tuán)隊(duì)擴(kuò)大調(diào)研范圍，了解到有人用蚯蚓、千足蟲(chóng)、蛞蝓、蝸牛等做過(guò)降解塑料的實(shí)驗(yàn)，但效果并不理想。看到有關(guān)泡沫塑料板被黃粉蟲(chóng)啃食的報(bào)道，楊軍團(tuán)隊(duì)決定用個(gè)頭大很多的黃粉蟲(chóng)試著降解更艱難的目標(biāo)——聚苯乙烯，也就是常見(jiàn)的白色泡沫塑料。

于是，他們又做了黃粉蟲(chóng)降解聚苯乙烯實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)了1500條黃粉蟲(chóng)，將其平均分成三組，進(jìn)行為期30天的實(shí)驗(yàn)。一組僅喂食聚苯乙烯的泡沫塑料，對(duì)照組喂食它們喜歡的麥麩。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別單獨(dú)喂食泡沫塑料和麥麩的兩組存活率沒(méi)有顯著差異。

為測(cè)量聚苯乙烯的降解程度，楊軍等收集了吃過(guò)麥麩和泡沫塑料的蟲(chóng)糞，并用GPC(凝膠滲透色譜)證明聚苯乙烯的分子量降低了，熱重結(jié)果也表明分子量降低了。

“50%的聚苯乙烯被黃粉蟲(chóng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和蟲(chóng)體。作為生物化學(xué)機(jī)制的‘金標(biāo)準(zhǔn)’，碳13—同位素標(biāo)記示蹤的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這個(gè)結(jié)果。”楊軍說(shuō)，該實(shí)驗(yàn)充分證明了黃粉蟲(chóng)能降解聚苯乙烯。

研究成果寫(xiě)進(jìn)中小學(xué)教材

“我們一直認(rèn)為，這個(gè)針對(duì)塑料污染的世界難題，經(jīng)過(guò)了深入系統(tǒng)的研究，取得了突破性的成果。因此，我們投了學(xué)術(shù)期刊里最好的《自然》《科學(xué)》，以及美國(guó)科學(xué)院的院刊《PNAS(美國(guó)科學(xué)院院報(bào))》。好消息是所有投稿很快就被送審，壞消息是最后都被拒了。”如今回想起來(lái)，楊軍更像是在講別人的故事，可當(dāng)時(shí)這對(duì)做了十年的團(tuán)隊(duì)而言是不小的挫敗。

“主要是因?yàn)椴牧蠈W(xué)科的審稿人堅(jiān)持認(rèn)為塑料是不能被生物降解的，這個(gè)概念已經(jīng)根深蒂固。”楊軍說(shuō)。

幸運(yùn)的是，論文最后發(fā)表于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》，并在業(yè)界引起很大反響。中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授錢(qián)易對(duì)此評(píng)價(jià)， 這個(gè)發(fā)現(xiàn)是革命性的，揭示了細(xì)菌能利用過(guò)去被認(rèn)為不可能生物降解的石油基塑料。

有意思的是，因?yàn)闂钴姷某晒?，美?guó)已有20多家家庭農(nóng)場(chǎng)開(kāi)始用泡沫塑料養(yǎng)殖黃粉蟲(chóng)。其研究結(jié)果也已進(jìn)入多個(gè)國(guó)家的科學(xué)博物館、中小學(xué)教材或者參考書(shū)。

回首過(guò)去的十幾年，楊軍說(shuō)，除了感謝自己和團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)持，也很感激眾多合作者的大力支持。“都說(shuō)基礎(chǔ)研究要甘坐冷板凳，但首先得有坐下去的環(huán)境。”楊軍說(shuō)，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)江雷院士對(duì)他的鼓勵(lì)和堅(jiān)定支持讓他能走到現(xiàn)在，“十年沒(méi)發(fā)文章，也沒(méi)拿經(jīng)費(fèi)，他還能容忍我、支持我，江院士是一位具有洞察力和寬容胸懷的戰(zhàn)略科學(xué)家”。

從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化造福人類(lèi)，還有更艱難的路等著楊軍去走。“接下來(lái)我們要繼續(xù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，同時(shí)著手產(chǎn)業(yè)化。例如，開(kāi)發(fā)出降解可控的新型材料，以及制造出仿腸道環(huán)境的生物反應(yīng)器等等。”楊軍說(shuō)。

“今日長(zhǎng)纓在手，何時(shí)縛住蒼龍?”有一點(diǎn)文學(xué)情懷的楊軍用這句話來(lái)形容今日的心境。“我相信，我們科學(xué)家跟企業(yè)家共同努力，一定能縛住塑料垃圾這條‘長(zhǎng)龍’。”他說(shuō)。