人類有史以來第一次規(guī)模宏大的群眾性環(huán)境保護運動，是1970年4月22日的“地球日”活動。作為人類現(xiàn)代環(huán)保運動的開端，旨在喚起人類愛護地球、保護家園的意識，進而改善地球的整體環(huán)境。2009年，聯(lián)合國大會決議將每年的4月22日定為“世界地球日”。

1907年，美國化學(xué)家列奧·亨德里克·貝克蘭注冊了酚醛合成樹脂（即塑料）的專利，發(fā)明了塑料。作為一種合成的高分子化學(xué)制品，塑料阻燃、耐熱、抗腐蝕、用途廣、質(zhì)量輕且成本低廉，誕生后，悄然深入到社會的每個角落，從工業(yè)生產(chǎn)到人們的衣食住行，無處不在，為人類提供了新的生活便利。然而，由于塑料極難被生物降解，按照目前的科學(xué)估計，塑料在自然界降解大約需要500年，大量廢棄的塑料已造成巨大的環(huán)境污染。

廢棄塑料導(dǎo)致的白色污染和海洋塑料浮渣，是近50年來長期困擾科學(xué)界和工程界的世界環(huán)境難題。單就海洋塑料污染而言，據(jù)全球最權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志報道，每年有800萬噸塑料被沖進大海，形成了相當(dāng)于法國或者200個上海那么大面積的太平洋塑料垃圾漂移帶。而在中國，食鹽里面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了塑料微粒。

塑料污染問題成了全球科學(xué)家的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。上世紀(jì)70年代，研究人員就開始從土壤、污泥、堆肥、海洋和垃圾填埋場等環(huán)境中，尋找可能降解塑料的微生物。但直到目前，科學(xué)界仍普遍認為，微生物無法降解聚苯乙烯類塑料。

這一難題被中國科學(xué)家撕開了一條縫，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授楊軍的一次科普演講吸引了全世界的目光。原來，楊軍教授的團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的塑料高效降解微生物來源。自然界中需要500年才能完成的塑料降解過程，瞬間變成只需24小時甚至更少的時間就能完成，為解決全球性塑料污染問題提供了新思路。

2004年時，楊軍忙碌的工作與塑料全然無關(guān)。那時，國家正在力爭上馬大飛機C919，作為北航科技處副處長，彼時的楊軍，工作重心是擔(dān)任C919認證秘書組組長，參與組織整個論證過程。

緊張的論證環(huán)節(jié)卻相當(dāng)于一個“空窗期”，給了楊軍捕捉各種生活現(xiàn)象的機會與可能。就在那年春節(jié)的一天，楊軍想在家里煮稀飯，可當(dāng)他從櫥柜里拿出一袋小米時，發(fā)現(xiàn)米壞了。裝米的塑料袋被咬了很多洞，里面有蛾子飛出來，還有很多蟲子在米里爬。

楊軍有些掃興，可看著那些亂飛的蛾子和蠕動的蟲子，他一下又來了興趣：“既然蟲子咬破了塑料袋，那么它吃進去了嗎？如果吃進去了，它消化了嗎？”清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系博士畢業(yè)的楊軍，主攻環(huán)境生物技術(shù)，“專業(yè)的敏感與空窗期的無聊，讓我馬上有了這么一個想法?！?/p>

“我仔細地翻了翻櫥柜，塑料碎片很少，有可能是被蟲子吃掉降解了，我覺得很興奮?！蓖ㄟ^仔細觀察后，楊軍做出了初步推測。但塑料能否被蟲子消化吸收，并轉(zhuǎn)化成能量或身體組織就不得而知了。

這給了楊軍一個專業(yè)性的啟發(fā)：如果這個問題能被證實，就意味著塑料能被降解，這將是一項革命性的發(fā)現(xiàn)。于是，春節(jié)過后，楊軍帶著他的碩士研究生秦小燕開始著手研究。

小米袋中的“米蟲”是蠟蟲（印度螟蟲）。通過各種渠道，楊軍買到蠟蟲，開始了“讓蠟蟲吃掉塑料薄膜”的實驗。“我們精心飼養(yǎng)蠟蟲，讓蠟蟲食用聚乙烯薄膜（英文名稱縮寫為PE），待蠟蟲發(fā)育成熟后再對它進行科學(xué)解剖，將它腸道里的內(nèi)含物取出，接種于僅僅鋪有聚乙烯薄膜的無碳培養(yǎng)基中，然后用國際通行的方法反復(fù)測試，看它腸道的內(nèi)含物是否能侵蝕并穿透聚乙烯薄膜。”

讓楊軍驚訝的事發(fā)生了，僅僅依靠聚乙烯薄膜為食的蠟蟲不僅活了下來，還發(fā)育成熟，實驗進行到第28天時，解剖后的蠟蟲腸道微生物侵蝕并穿透了聚乙烯薄膜！經(jīng)過反復(fù)測試，結(jié)果都一樣。

“蠟蟲可以吃塑料，而且它的腸道微生物可以降解塑料！”興奮之余，楊軍決定好好深化這個突破性的研究?？紤]到研究的深度跟數(shù)據(jù)都還不夠，加上自認為技術(shù)研究功力還有待提升，所以，2007年，楊軍到牛津大學(xué)訪問深造。

深入研究，蟲子吃掉了塑料

回國后，楊軍聯(lián)合了斯坦福大學(xué)、華大基因的學(xué)者，展開深入系統(tǒng)的研究。由于實驗蠟蟲腸道的內(nèi)含物會分泌出很多菌株，而在前期的研究中并沒有細化，所以，楊軍的首要方向就是提取蠟蟲腸道內(nèi)含物中的“純菌”進行實驗。

這個實驗過程簡而言之就是：用聚乙烯薄膜“養(yǎng)活”蠟蟲至成蟲，再對其進行解剖，然后取出腸道內(nèi)含物，跟聚乙烯薄膜放在一起進行富集培養(yǎng)。60天后，分離出8種純菌株，再通過專業(yè)實驗選擇出兩種降解能力最強的菌種：阿氏腸桿菌和芽孢桿菌。

實驗的結(jié)果，楊軍用“激動”二字形容：“這兩種菌株的確靠塑料薄膜活了下來。它們在含聚乙烯的薄膜上穩(wěn)定增長，并具有較強的活性，可以腐蝕掉聚乙烯薄膜的表面。”

楊軍團隊很快將實驗結(jié)果總結(jié)成文，投給了《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志。2014年10月，《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》不僅全文刊發(fā)，還引發(fā)了一輪新聞報道熱浪，包括美國化學(xué)會《新聞周刊》在內(nèi)的諸多行業(yè)頂尖媒體對楊軍團隊進行了持續(xù)報道，大家齊齊歡呼：“聚乙烯可以生物降解了！”

受此鼓勵，楊軍團隊繼續(xù)深入研究。由于蠟蟲個頭小，分解塑料的量和種類都有限，做進一步降解機理實驗也不方便，楊軍團隊便開始著手?jǐn)U大調(diào)研范圍。了解到有人用蚯蚓、千足蟲、蛞蝓、蝸牛等做過降解塑料的實驗，楊軍團隊也逐一實驗，但效果都不理想。

就在團隊工作陷入瓶頸時，楊軍看到了一則泡沫塑料板被黃粉蟲啃食的新聞報道。他靈光一閃，決定嘗試用個頭大很多的黃粉蟲進行下一步實驗，而目標(biāo)，則對準(zhǔn)了塑料中最難降解的聚苯乙烯——也就是俗稱的白色泡沫塑料。

黃粉蟲又叫面包蟲，原產(chǎn)北美洲，上世紀(jì)50年代從蘇聯(lián)引進中國飼養(yǎng)，因其干品含蛋白質(zhì)高達50%以上，被譽為“蛋白質(zhì)飼料庫”。在國內(nèi)，黃粉蟲既經(jīng)常被用作飼料喂養(yǎng)蝎子、蜈蚣、蛤蚧、蛇、金魚等，又常被人拿來煎炒烹炸后食用。

白色泡沫塑料是最難自然降解的一種，由于其高分子量和高穩(wěn)定性，學(xué)術(shù)界普遍認為，微生物無法降解聚苯乙烯類塑料。而楊軍選擇聚苯乙烯的目的，一是因為新聞報道中黃粉蟲降解的正是聚苯乙烯，二是因為拿下聚苯乙烯，其他塑料制品的自然降解就自然而然地解決了。

于是，2014年年末，楊軍團隊買來沒有添加劑和催化劑的聚苯乙烯原料及相關(guān)樣品，接著又買了1500只3蟲齡～4蟲齡（即褪了3次～4次皮）谷物飼養(yǎng)的黃粉蟲，開始了“蟲吃塑料2.0版”的實驗。

揭開塑料自然降解的一角

楊軍團隊將1500只黃粉蟲分成三組，進行為期30天的實驗。一組僅僅喂食泡沫塑料，另兩組作為對照組，一組喂食黃粉蟲最喜歡的麥麩，一組不喂食物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，喂食泡沫塑料和麥麩的兩組，存活率沒有顯著差異。

接著，楊軍團隊收集吃了麥麩和泡沫塑料的黃粉蟲蟲糞，用GPC（凝膠滲透色譜）證明聚苯乙烯的分子量降低了，熱量也降低了?！?0%的聚苯乙烯被黃粉蟲轉(zhuǎn)化為二氧化碳和自身肌體，可以說是‘長肌肉了。簡單一句話，實驗充分證明了黃粉蟲能夠降解聚苯乙烯！”楊軍興奮地說。

為了更加科學(xué)地證實降解的科學(xué)性和真實性，楊軍團隊又采用了生物化學(xué)機理研究當(dāng)中的“金標(biāo)準(zhǔn)”碳-13同位素標(biāo)記示蹤法。這種聚苯乙烯非常貴，比黃金都要貴幾十倍，但楊軍咬咬牙，用上了所有科研經(jīng)費，“做這個實驗以后幾乎彈盡糧絕，我的科研經(jīng)費本上只剩下了4000元，但這是個關(guān)鍵實驗，必須得做。”

幸運的是，這個貴過黃金的關(guān)鍵實驗，同樣也證實了黃粉蟲可以消化最難降解的聚苯乙烯，還得出一個更驚喜的結(jié)論：“其他相對容易降解的塑料，理論上黃粉蟲同樣可以消化?！?/p>

兩輪實驗成功之后，楊軍團隊將整個實驗過程進行系統(tǒng)整理，將論文投給了國際頂級科技學(xué)術(shù)期刊《自然》《科學(xué)》和《美國國家科學(xué)院院刊》。稿件很快就被送審了，但最后都被拒絕了?！耙驗椴牧蠈W(xué)的評閱人還是堅持60年以來的固有觀念——塑料是不能生物降解的?！?/p>

之后，楊軍團隊從中整理出兩篇姊妹篇，轉(zhuǎn)投給了《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》。這兩篇文章很快被刊發(fā)，并產(chǎn)生了轟動效應(yīng)。

甘苦不足道，唯有負重前行

文章發(fā)表后第二天，《科學(xué)》雜志就在“故事精選”欄目報道了楊軍團隊的工作，之后，包括CNN（美國有線電視新聞網(wǎng)）、美國第二大時政雜志《新聞周刊》在內(nèi)的國外數(shù)百家媒體陸續(xù)采訪了楊軍團隊，評論楊軍團隊的研究是一個革命性的發(fā)現(xiàn)，是過去10年環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域最大的突破之一。

更讓楊軍高興的是，文章發(fā)表后，國際學(xué)術(shù)界對于塑料的生物降解研究迎來了春天。之后，類似《自然》的行業(yè)頂級雜志發(fā)表了很多相關(guān)論文，2017年6月，《材料》的子刊甚至以“塑料已經(jīng)美味可餐”來歡呼這個春天的到來。而楊軍團隊的研究成果，已經(jīng)進入了多個國家的科學(xué)博物館，以及中小學(xué)的教科書和參考書。

有意思的是，楊軍的論文發(fā)表后不久，美國就有二十幾家農(nóng)場用泡沫塑料去養(yǎng)黃粉蟲，還有更多做同樣研究的人通過各種方式聯(lián)系楊軍團隊，“有小學(xué)生、中學(xué)生，還有大學(xué)生、研究生，甚至還有好多教授，跟我直接聯(lián)系的都有50位以上?！?/p>

不過，楊軍聽到的最多的話是“慚愧”，“有很多科學(xué)家跟我講，‘蟲子咬破塑料袋是個司空見慣的現(xiàn)象，但是他們都熟視無睹了?！?/p>

對此，楊軍卻另有感觸：“回溯有關(guān)蟲子吃塑料這方面的文獻，我們可以找到1954年加州大學(xué)的一篇文獻，也是蠟蟲來覓食塑料袋，53年后的2007年仍然還有這樣類似的報道。但是很遺憾，因為他們都是昆蟲學(xué)家，都沒有從逆向思維的角度去利用害蟲的這個習(xí)性，就錯過了非常好的發(fā)現(xiàn)機會。我們的這個發(fā)現(xiàn)，不過是by accident——偶然，類似于1928年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素罷了。”

關(guān)于蟲子降解塑料這個研究項目，楊軍認定只是萬里長征第一步，“這個項目目前還處于基礎(chǔ)研究的階段，還沒有完全應(yīng)用到實際生活中。”

更讓楊軍揪心的是塑料污染的現(xiàn)狀?！澳壳拔覀兒退固垢４髮W(xué)的同行一起在做海上塑料污染的防治研究，很遺憾地說，我們已經(jīng)在食鹽中發(fā)現(xiàn)了塑料污染，這個問題很嚴(yán)重，我們希望很快有解決方案?！?/p>

如今，楊軍帶領(lǐng)團隊全力投入國家微生物組計劃，“這個計劃已經(jīng)列入十三五規(guī)劃，我們希望在這樣的計劃支持下，圍繞昆蟲腸道微生物組做好基礎(chǔ)研究，努力找到塑料的阿喀琉斯之踵，同時發(fā)展顛覆性的技術(shù)，并且要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用?！?/p>

“阿喀琉斯之踵”是指致命的弱點、要害，尋找自然不易，但楊軍選擇負重前行：“科學(xué)研究中的甘苦不足為外人道，但這也是科學(xué)家的樂趣所在吧?！?/p>

編輯 吳忞忞 mwumin@qq.com