Результаты исследования специалистов СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в будущем позволят разработать специализированные биореакторы для разложения пенополистирола.

Пластиковое загрязнение является одной из главных проблем современного мира. При этом производство пластика с каждым годом только увеличивается и не планирует сокращаться по экономическим причинам. В связи с чем решение данной экологической проблемы кроется в создании новых методов и устройств для эффективной переработки пластиковых отходов.

Одним из наиболее перспективных направлений в данной области является биоразложение — разрушение сложных веществ, материалов, продуктов в результате деятельности живых организмов.

«Мы провели исследование процесса поглощения личинками жуков Zophobas morio пластика — а именно пенополистирола, он же пенопласт. В итоге проведенной работы выяснилось, что эти личинки способны не просто поглотить пенополистирол, но и переработать его», — рассказала магистрант факультета информационно-измерительных и информационных систем (ФИБС) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Наталья Березникова.

Zophobas morio были выбраны учеными не случайно для проведения данного эксперимента. Когда представители этого вида находятся в тесном контакте друг с другом, они не окукливаются, что является их эволюционным механизмом защиты от каннибализма. Так, если плотность популяции достаточно велика, то с ними можно работать относительно долгое время — Zophobas morio могут оставаться в гусеничной стадии на протяжении 3–4 месяцев, пока не придет их естественный конец жизни.

В ходе эксперимента насекомые были поделены на три группы. Первая группа была контрольной — личинки питались злаками, фруктами и овощами, в их рационе были все те вещества, которые необходимы им для поддержания нормальной жизнедеятельности. Вторая группа питалась только пенополистиролом, а третья не получала пищи вообще.

Далее в течение месяца исследователи проводили регулярный подсчет числа выживших особей в каждой группе, а также взвешивали образцы пенополистирола. Таким образом они смогли определить, какая доля особей погибала в определенный период времени, сколько пластика съедали представители различных групп и количество случаев каннибализма.

«В контрольной группе, которая хорошо питалась, и погибшие особи, и экзувии (т.е. хитиновая оболочка гусениц, которую они сбрасывают при линьке) оставались практически нетронутыми. Во второй группе Zophobas morio не могли получить все необходимые для жизни питательные вещества из пластика, поэтому они начали прибегать к каннибализму. В третьей же группе случаи каннибализма встречались в два раза чаще, чем во второй», — добавила Наталья Березникова.

Результаты исследования позволили ученым выдвинуть гипотезу, что личинки этого вида могут получать какие-то питательные вещества из пенополистирола, раз во второй группе случаи каннибализма встречались в два раза реже. Для подтверждения своих идей они решили исследовать сам пластик и экскременты гусениц с помощью инфракрасной Фурье-спектроскопии — она крайне эффективна для определения органических веществ, коим является пенополистирол.

Поскольку основной составляющей данного материала является бензольное кольцо, то при получении спектра исходного материала исследователи обнаружили отчетливые пики, которые характерны для бензольного кольца. Однако таких пиков не наблюдалось на спектре экскрементов личинок, которые питались этим пластиком.

«Таким образом, Zophobas morio не просто преобразуют пенополистирол, но и расщепляют бензольное кольцо. При этом надо понимать, что за переваривание пластика ответственны не сами личинки, а те ферменты, которые выделяются бактериями в их пищеварительном тракте. Интерес состоит в том, чтобы понять, что это за группа бактерий, выделить их и воссоздать среду, в которой они будут находиться — т.е. создать биореактор. Однако это уже сфера деятельности биологов», — объяснила Наталья Березникова.

В дальнейшем ученые кафедры Инженерной защиты окружающей среды планируют продолжить свои исследования, но уже с другими видами пластика — в первую очередь, полиэтиленом и этиленвинилацетатом.