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研究利用微生物清理海洋塑料垃圾的方法
發布日期：2014-06-20 瀏覽次數：723
核心提示： 人類丟棄的塑料垃圾在海洋上形成了一個又一個大型垃圾浮島，最大的面積甚至和得州差不多?？茖W家們近日發現，圍繞這些塑料垃圾
人類丟棄的塑料垃圾在海洋上形成了一個又一個大型垃圾浮島，最大的面積甚至和得州差不多?？茖W家們近日發現，圍繞這些塑料垃圾開始形成新的生態圈。一些狡猾的微生物先寄居到塑料碎屑上，吸引海洋動物將它們吞吃入腹，從而進入一個營養更豐富的環境。假如果真如此，塑料垃圾對海洋環境的長遠影響將遠遠超出從前的估計。反過來，也許可以在塑料中添加適當材料，引誘微生物以人類的垃圾為食，幫助我們清掃被污染的海洋。
在最遠離人煙的海洋上，漂浮著成千上萬的塑料碎片。它們是污染的源頭，然而，海洋就像一頭堅強的巨獸。即使在如此荒涼的地方，人類的垃圾也開始吸引成群的生命。近期研究顯示，海洋上漂浮的垃圾為微生物開啟了新的進化通道，創造出新的食物鏈。
你或許聽說過海洋垃圾帶 匯聚了大量塑料垃圾的水域。這是上世紀70年代才出現的新問題，首先引起關注的是大量的泡沫塑料，其他的塑料垃圾接踵而至，2012年，科學家宣布，在過去40年里，海洋中漂浮的塑料增加了100倍。聯合國環境計劃署估計，現在每平方英里海面上平均可以找到4.6萬塊塑料。僅僅在太平洋上就漂浮著1800萬噸塑料，最大的垃圾浮島的面積甚至相當于得克薩斯州。
大量的垃圾來自輪船。當遠離港口時，這些輪船就會肆無忌憚地向海里傾倒垃圾。上世紀70年代中期，國際海事組織頒布了海上傾倒垃圾禁令，試圖減少船只對海洋的污染。今天，大洋中的塑料垃圾主要來自河流。被人丟棄在沙灘上或是隨風飄進河水的塑料順流而下進入海洋。
用于制作瓶子的高密度塑料，比如聚乙烯對苯二甲酸酯，因風吹日曬，陽光的氧化而粉碎，沉入海底。科學家們也不知道它們之后的命運。據估計，沉入海底的塑料的數量比漂浮在水面上的多10倍。
剩下的塑料被困在大洋5大環流中。被卷入大洋環流的塑料在海水沖擊下破碎成小塊，被吸入洋流中心的漩渦。伍茲豪爾海洋研究所專門研究大洋垃圾帶的地球化學家特雷西。明賽說，一個塑料瓶和一塊泡沫塑料從美國東岸漂到大洋環流中心只需要6周。
這些洋流強大、流速快，漂浮垃圾沒有機會擺脫它們的控制漂回陸地。一旦塑料碎片抵達環流中心，將被反復來回地攪動。如果風力強勁，掀起1-2英尺的海浪，你很難發現它們的存在。在風平浪靜的時候，它們就像五彩紙屑一樣鋪灑在海面。陽光和海浪的作用讓這些塑料分解為直徑1-10毫米的碎屑，它們可以在水面上停留相當長一段時間。
這些碎屑最后停留的地方是海上最人跡罕至的區域，那里的海水很深，周圍幾英里內看不到任何島嶼。對于居住在那里的生物大多為小蝦和微型植物 這是一個競爭激烈的環境，任何營養很快就會被占有。
不計其數的垃圾碎屑形成全新的表面。每當水面上形成新的表面，從前罕見而稀有的營養素開始累積，有點類似于窗戶玻璃外積累的灰塵或是汽車引擎蓋上堆積的污垢。營養元素形成薄膜附著在塑料碎屑的表面。科學家們最近發現，突然出現的大量營養物質喚醒了休眠的微生物。明賽說，它們對周圍的環境非常熟悉，總是能夠找到通向營養素的途徑。它們朝著自己需要的化學物質游去，不斷追尋營養更密集的地方。
當這些微生物找到布滿營養素（它們的食物）的表面，就在這些塑料碎屑上定居下來，開始大量繁殖。研究者們發現，有數千種微生物已經在海洋塑料碎屑上安家。其中有不少屬于硅藻吞食塑料表面營養素并從陽光獲取能量的單細胞植物。
于是，在曾經的大洋中心荒漠上出現了不斷繁殖壯大的新生命群落。而且，這些微生物還能生產碳和其他大型動物所需的食物。
地球上最大規模的生命遷徙每天晚上都在發生。日落之后，依靠視覺的捕食者從海洋深處游上來。不計其數的魚和其他饑餓的動物來到水面尋找食物。
通常，在海洋深處，它們可以找到的食物有限。但是最近對海上塑料垃圾帶的研究發現，喜歡附著在塑料碎屑表面的微生物們有著生物發光的能力。換句話說，當太陽落下，熱愛塑料的微生物就開始發光。
依靠視覺的捕食者們更容易吞噬發光的食物。這一本能幫助它們找到營養更豐盛的食物。科學家研究居住在垃圾帶周圍的魚類后發現，多達10%的魚腹腔內含有塑料，原來，寄生在塑料碎屑上的發光微生物被它們視為美餐。
科學家們懷疑，這些塑料創造了一種虛假的食物網絡，而促成這一切的正是以被魚類吞食為最終目標的微生物，在魚的肚子里它們才能獲得源源不斷的營養。這些微生物設下誘餌只等魚兒上鉤，明賽說，如果仔細研究它們的基因，就會發現它們具有在動物腸道內寄生的能力。明賽和其他來自伍茲豪爾和海洋教育協會的科學家組成的團隊在美國國家科學基金會的資助下正在研究一個全新的海洋生態世界塑料生態圈。
通過DN A分析和實驗室培育微生物，他們希望證明自己的理論 這些微生物已經進化出將塑料用作實現最終目的工具的能力。這可以幫助科學家們更清楚地認識塑料對海洋環境的影響。目前，他們只能看到污染導致的短期影響。但如果能夠證明塑料導致了物種的變異進化，那么他們就可以證明人類的垃圾對于環境的長期影響遠遠超出我們的估計。在明賽看來，大量證據顯示他們的猜測是正確的。
首先，在此之前科學家們從沒見過微生物試圖通過占領塑料達到進入魚腹的目的。
其次，生活在塑料碎屑上的微生物和那些周圍漂浮的微生物大不相同。這意味著，它們中只有小部分生活在開放的水面在它們在塑料碎屑上安家之前，科學家從未見過此類微生物如此大規模地聚集。
最后，它們需要附著在塑料表面。而塑料的表面是油質的，具有排水性，也就是說水無法在上面附著。要粘在這樣的表面上需要一些技術。所有細菌都通過鞭毛 細小的觸角來探測某個表面是否適合附著，然后它們拋出纖維進行初步捆綁，最后它們分泌蛋白質和多糖將自己牢牢地粘上去。但科學家在塑料生態圈中發現的一些微生物只需要5分鐘就能讓自己牢固附著在塑料表面。明賽說，這顯然說明它們認識塑料，知道這就是它們需要的東西。
這個研究小組正在尋找造就了細菌這種超級殖民行為的基因。明賽說，現在最主要的問題是：塑料上生活的有機體是否經歷了特殊的選擇事件，迫使它們發生變異進化？
通過研究這些細菌如何進化出附著在塑料垃圾上的能力，科學家或許可以找到一種方法逆轉人造的災難。由于無法杜絕人類向海洋扔塑料垃圾，科學家們決定另辟蹊徑：明賽說，如果他們能夠識別合適的微生物用于幫助塑料自然降級，制造商就可以在塑料中添加吸引細菌的材料。換句話說，我們可以改造塑料，引誘微生物以我們的垃圾為食，幫助人類清理海洋垃圾。
顯然，人類并非善待地球的物種。但海洋的強韌超出想象，即使我們向它拋棄了不計其數的塑料垃圾，生命依然會找到生存下去的方法。
在最遠離人煙的海洋上，漂浮著成千上萬的塑料碎片。它們是污染的源頭，然而，海洋就像一頭堅強的巨獸。即使在如此荒涼的地方，人類的垃圾也開始吸引成群的生命。近期研究顯示，海洋上漂浮的垃圾為微生物開啟了新的進化通道，創造出新的食物鏈。
你或許聽說過海洋垃圾帶 匯聚了大量塑料垃圾的水域。這是上世紀70年代才出現的新問題，首先引起關注的是大量的泡沫塑料，其他的塑料垃圾接踵而至，2012年，科學家宣布，在過去40年里，海洋中漂浮的塑料增加了100倍。聯合國環境計劃署估計，現在每平方英里海面上平均可以找到4.6萬塊塑料。僅僅在太平洋上就漂浮著1800萬噸塑料，最大的垃圾浮島的面積甚至相當于得克薩斯州。
大量的垃圾來自輪船。當遠離港口時，這些輪船就會肆無忌憚地向海里傾倒垃圾。上世紀70年代中期，國際海事組織頒布了海上傾倒垃圾禁令，試圖減少船只對海洋的污染。今天，大洋中的塑料垃圾主要來自河流。被人丟棄在沙灘上或是隨風飄進河水的塑料順流而下進入海洋。
用于制作瓶子的高密度塑料，比如聚乙烯對苯二甲酸酯，因風吹日曬，陽光的氧化而粉碎，沉入海底。科學家們也不知道它們之后的命運。據估計，沉入海底的塑料的數量比漂浮在水面上的多10倍。
剩下的塑料被困在大洋5大環流中。被卷入大洋環流的塑料在海水沖擊下破碎成小塊，被吸入洋流中心的漩渦。伍茲豪爾海洋研究所專門研究大洋垃圾帶的地球化學家特雷西。明賽說，一個塑料瓶和一塊泡沫塑料從美國東岸漂到大洋環流中心只需要6周。
這些洋流強大、流速快，漂浮垃圾沒有機會擺脫它們的控制漂回陸地。一旦塑料碎片抵達環流中心，將被反復來回地攪動。如果風力強勁，掀起1-2英尺的海浪，你很難發現它們的存在。在風平浪靜的時候，它們就像五彩紙屑一樣鋪灑在海面。陽光和海浪的作用讓這些塑料分解為直徑1-10毫米的碎屑，它們可以在水面上停留相當長一段時間。
這些碎屑最后停留的地方是海上最人跡罕至的區域，那里的海水很深，周圍幾英里內看不到任何島嶼。對于居住在那里的生物大多為小蝦和微型植物 這是一個競爭激烈的環境，任何營養很快就會被占有。
不計其數的垃圾碎屑形成全新的表面。每當水面上形成新的表面，從前罕見而稀有的營養素開始累積，有點類似于窗戶玻璃外積累的灰塵或是汽車引擎蓋上堆積的污垢。營養元素形成薄膜附著在塑料碎屑的表面。科學家們最近發現，突然出現的大量營養物質喚醒了休眠的微生物。明賽說，它們對周圍的環境非常熟悉，總是能夠找到通向營養素的途徑。它們朝著自己需要的化學物質游去，不斷追尋營養更密集的地方。
當這些微生物找到布滿營養素（它們的食物）的表面，就在這些塑料碎屑上定居下來，開始大量繁殖。研究者們發現，有數千種微生物已經在海洋塑料碎屑上安家。其中有不少屬于硅藻吞食塑料表面營養素并從陽光獲取能量的單細胞植物。
于是，在曾經的大洋中心荒漠上出現了不斷繁殖壯大的新生命群落。而且，這些微生物還能生產碳和其他大型動物所需的食物。
地球上最大規模的生命遷徙每天晚上都在發生。日落之后，依靠視覺的捕食者從海洋深處游上來。不計其數的魚和其他饑餓的動物來到水面尋找食物。
通常，在海洋深處，它們可以找到的食物有限。但是最近對海上塑料垃圾帶的研究發現，喜歡附著在塑料碎屑表面的微生物們有著生物發光的能力。換句話說，當太陽落下，熱愛塑料的微生物就開始發光。
依靠視覺的捕食者們更容易吞噬發光的食物。這一本能幫助它們找到營養更豐盛的食物。科學家研究居住在垃圾帶周圍的魚類后發現，多達10%的魚腹腔內含有塑料，原來，寄生在塑料碎屑上的發光微生物被它們視為美餐。
科學家們懷疑，這些塑料創造了一種虛假的食物網絡，而促成這一切的正是以被魚類吞食為最終目標的微生物，在魚的肚子里它們才能獲得源源不斷的營養。這些微生物設下誘餌只等魚兒上鉤，明賽說，如果仔細研究它們的基因，就會發現它們具有在動物腸道內寄生的能力。明賽和其他來自伍茲豪爾和海洋教育協會的科學家組成的團隊在美國國家科學基金會的資助下正在研究一個全新的海洋生態世界塑料生態圈。
通過DN A分析和實驗室培育微生物，他們希望證明自己的理論 這些微生物已經進化出將塑料用作實現最終目的工具的能力。這可以幫助科學家們更清楚地認識塑料對海洋環境的影響。目前，他們只能看到污染導致的短期影響。但如果能夠證明塑料導致了物種的變異進化，那么他們就可以證明人類的垃圾對于環境的長期影響遠遠超出我們的估計。在明賽看來，大量證據顯示他們的猜測是正確的。
首先，在此之前科學家們從沒見過微生物試圖通過占領塑料達到進入魚腹的目的。
其次，生活在塑料碎屑上的微生物和那些周圍漂浮的微生物大不相同。這意味著，它們中只有小部分生活在開放的水面在它們在塑料碎屑上安家之前，科學家從未見過此類微生物如此大規模地聚集。
最后，它們需要附著在塑料表面。而塑料的表面是油質的，具有排水性，也就是說水無法在上面附著。要粘在這樣的表面上需要一些技術。所有細菌都通過鞭毛 細小的觸角來探測某個表面是否適合附著，然后它們拋出纖維進行初步捆綁，最后它們分泌蛋白質和多糖將自己牢牢地粘上去。但科學家在塑料生態圈中發現的一些微生物只需要5分鐘就能讓自己牢固附著在塑料表面。明賽說，這顯然說明它們認識塑料，知道這就是它們需要的東西。
這個研究小組正在尋找造就了細菌這種超級殖民行為的基因。明賽說，現在最主要的問題是：塑料上生活的有機體是否經歷了特殊的選擇事件，迫使它們發生變異進化？
通過研究這些細菌如何進化出附著在塑料垃圾上的能力，科學家或許可以找到一種方法逆轉人造的災難。由于無法杜絕人類向海洋扔塑料垃圾，科學家們決定另辟蹊徑：明賽說，如果他們能夠識別合適的微生物用于幫助塑料自然降級，制造商就可以在塑料中添加吸引細菌的材料。換句話說，我們可以改造塑料，引誘微生物以我們的垃圾為食，幫助人類清理海洋垃圾。
顯然，人類并非善待地球的物種。但海洋的強韌超出想象，即使我們向它拋棄了不計其數的塑料垃圾，生命依然會找到生存下去的方法。
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