科学家们发明了一种新型生物降解塑料，它能在地球上最恶劣的环境之一——深海中消失。
在一项近 3,000 英尺深的水下实验中，一种名为 LAHB 的生物工程材料被分解，而传统塑料依然完好无损。深海微生物不仅在塑料表面定居，还利用特殊酶积极将其消化，将其转化为无害的副产品。这一突破为全球塑料危机带来了一个有希望的解决方案，尤其是在海洋环境中，因为那里的大部分垃圾会残留数十年甚至数百年。
全球塑料垃圾问题依然严峻
即使生物基塑料变得越来越普遍，塑料污染仍是最紧迫的环境挑战之一。经合组织（Organization for Economic Cooperation and Development）《2022年全球塑料展望》报告称，2019年，全球产生了约3.53亿吨塑料垃圾，其中近170万吨直接进入水生环境。这些垃圾一旦进入水域，大部分会被巨大的旋转洋流（称为环流）困住，从而在太平洋、大西洋和印度洋形成广阔的“垃圾带”。
为了应对这一问题，科学家们一直致力于研发一种即使在深海极端条件下也能稳定降解的塑料。一种颇有前景的材料是聚（D-乳酸-3-羟基丁酸酯），或简称LAHB，这是一种在改造过的大肠杆菌的帮助下制成的乳酸基聚酯。先前的研究表明，LAHB可在河水和浅海水中降解，这表明它有望成为真正可生物降解的材料。
LAHB 塑料的首次深海测试
一项新研究于2025年7月1日在线发布，并将收录于2025年10月1日出版的《高分子降解与稳定》（第240卷）中。该研究首次证明，低分子量脂肪族-芳香族共聚酯（LAHB）同样能在深海条件下生物降解。由于低温、高压和营养物质有限，这些环境通常不利于塑料分解。
该研究由日本长野大学水再生研究所的玉置精一教授带领的团队进行，参与研究的还有来自日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）的石井俊一博士以及群马大学食品科学与健康研究中心主任长谷川健一教授。
“我们的研究首次证明，即使在深海海底，基于微生物乳酸的聚酯LAHB也会发生积极的生物降解和完全矿化，而传统的聚乳酸在那里仍然完全不可降解，”田口教授解释道。
深海严寒，成果斐然
研究团队将两种LAHB薄膜（一种含有约6%的乳酸（P6LAHB），另一种含有13%的乳酸（P13LAHB））与一种传统的PLA薄膜一同浸入水中进行对比。样品被浸入在Hatsushima岛附近855米深的水域中，那里的深海环境、低温（3.6°C）、高盐度和低溶解氧水平使得微生物难以降解塑料。
在浸泡7个月和13个月后，低结晶度聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯）（LAHB）薄膜在深海条件下显示出明显的生物降解迹象。P13LAHB薄膜在7个月后重量减轻了30.9%，13个月后减轻了82%以上。P6LAHB薄膜也呈现出类似的趋势。相比之下，聚乳酸（PLA）薄膜在同一时间段内没有出现可测量的重量损失或可见降解，这突显了其抗微生物降解性。LAHB薄膜表面出现裂纹，并被由椭圆形和杆状微生物组成的生物膜覆盖，这表明深海微生物正在定殖并分解LAHB塑料。然而，PLA薄膜上完全没有生物膜。
深海微生物如何分解塑料
为了了解塑料的分解过程，研究人员分析了塑料圈——即塑料表面形成的微生物群落。他们发现，不同的微生物群体发挥着不同的作用。包括科尔韦利氏菌属（Colwellia）、假船蛆菌属（Pseudoteredinibacter）、琼脂菌属（Agarilytica）和UBA7957在内的优势伽马变形菌纲菌属，会产生一种名为细胞外聚[3-羟基丁酸酯（3HB）]解聚酶的特化酶。这些酶可将长聚合物链分解成二聚体和三聚体等小分子片段。某些物种，如UBA7959，还会产生低聚物水解酶（如PhaZ2），这些酶可进一步裂解这些片段，将3HB–3HB或3HB–LA二聚体分解成单体。
水下自然循环回收系统
聚合物分解成这些更简单的组成部分后，其他微生物（包括各种α-变形菌和脱硫菌门）会继续这一过程，消耗单体（如3HB和乳酸盐）。这些微生物群落协同作用，最终将塑料转化为二氧化碳、水和其他无害化合物，这些化合物最终会回归海洋生态系统。
本研究的结果填补了我们关于生物基塑料如何在偏远海洋环境中降解的认知中的一个关键空白。其经证实的生物降解性使其成为创造更安全、更易生物降解的材料的一个有前途的选择。
迈向循环生物经济的道路
玉置教授说道：“这项研究解决了当前生物塑料最关键的局限性之一——即它们无法在海洋环境中生物降解。研究表明，即使在深海条件下，低分子量脂肪族-芳香族共聚酯（LAHB）也能分解和矿化，这为传统塑料提供了更安全的替代品，并有助于向循环生物经济转型。”
参考文献：《通过塑料圈宏基因组学和宏转录组学揭示微生物产生的乳酸基聚酯（LAHB）的深海生物降解》，作者：石井俊一、高浩相、铃木美和、笠山健一、田口诚一，发表于2025年7月1日，《聚合物降解与稳定》期刊。DOI：10.1016/j.polymdegradstab.2025.111527
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