Nấm phân hủy nhựa ngoài đại dương
(nioz.nl)- Nấm biển Parengyodontium album chỉ có thể phân hủy các hạt polyethylene (PE), loại nhựa phổ biến nhất trong rác nhựa đại dương, sau khi chúng đã bị tia UV từ ánh nắng tác động
- Nhóm nghiên cứu từ NIOZ, Utrecht University và Ocean Cleanup Foundation đã tìm vi sinh vật tại điểm ô nhiễm nhựa ở Bắc Thái Bình Dương, rồi theo dõi quá trình phân hủy bằng loại nhựa đặc biệt chứa đồng vị 13C
- Trong phòng thí nghiệm, tốc độ phân hủy PE của P. album được xác nhận ở mức khoảng 0,05% mỗi ngày, và phần lớn carbon từ PE không được dùng để tạo sinh khối của nấm mà được chuyển thành CO2 rồi thải ra
- Do chỉ có thể phân hủy PE đã từng tiếp xúc với UV dù chỉ trong thời gian ngắn, nên trong đại dương quá trình này chủ yếu bị giới hạn ở nhựa từng nổi gần bề mặt lúc ban đầu
- Nhân loại sản xuất hơn 400 tỷ kg nhựa mỗi năm và con số này được dự báo sẽ tăng ít nhất gấp 3 vào năm 2060, khiến việc tìm kiếm các loài nấm biển khác có thể hoạt động ở vùng nước sâu trở nên quan trọng hơn
Nấm biển phân hủy PE sau khi tiếp xúc UV
- Nấm biển Parengyodontium album sống cùng các vi sinh vật biển khác trong lớp màng mỏng hình thành trên bề mặt rác nhựa ngoài biển
- Các nhà vi sinh vật biển của NIOZ xác nhận rằng loài nấm này có thể phân hủy các hạt polyethylene (PE), loại nhựa dồi dào nhất trong số nhựa đi vào đại dương
- Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Science of the Total Environment
- P. album được đưa vào danh sách các loài nấm biển có khả năng phân hủy nhựa đã được xác nhận
- Cho đến nay mới chỉ phát hiện 4 loài nấm biển phân hủy nhựa
- Trong khi đó, vi khuẩn có thể phân hủy nhựa đã được biết đến nhiều hơn
Cách theo dõi quá trình phân hủy
- Nhóm nghiên cứu tìm các vi sinh vật phân hủy nhựa tại khu vực ô nhiễm nhựa tập trung ở Bắc Thái Bình Dương
- Sau khi tách nấm biển từ rác nhựa thu gom được, họ nuôi cấy chúng trong phòng thí nghiệm trên loại nhựa đặc biệt có chứa carbon đánh dấu
- Đồng vị 13C có thể được theo dõi trong chuỗi thức ăn, nên được dùng để xác định carbon từ nhựa di chuyển đến đâu trong các sản phẩm phân hủy
- Cách làm này cho phép định lượng quá trình phân hủy PE
Tốc độ và sản phẩm phân hủy được xác nhận trong phòng thí nghiệm
- Trong các quan sát trong phòng thí nghiệm, tốc độ phân hủy PE của P. album vào khoảng 0,05% mỗi ngày
- Kết quả đo cho thấy nấm không sử dụng nhiều carbon từ PE khi phân hủy loại nhựa này
- Phần lớn carbon từ PE sau khi bị phân hủy được chuyển thành carbon dioxide (CO2) rồi thải trở lại
- Lượng CO2 này được đánh giá là tương đương mức thấp mà con người thải ra khi hô hấp, nên không ở mức tạo ra vấn đề mới
Điều kiện cần có UV
- Ánh nắng mặt trời là yếu tố bắt buộc để P. album sử dụng PE làm nguồn năng lượng
- Trong phòng thí nghiệm, P. album chỉ phân hủy PE đã từng tiếp xúc với tia UV, dù chỉ trong thời gian ngắn
- Điều này có nghĩa là trong đại dương, chỉ những mảnh nhựa từng nổi gần tầng bề mặt ban đầu mới có thể trở thành mục tiêu phân hủy của loài nấm này
- Việc tia UV phân rã nhựa về mặt cơ học đã được biết đến từ trước, và kết quả lần này cho thấy UV cũng thúc đẩy phân hủy sinh học do nấm biển thực hiện
Những loài nấm chưa được xác định ở vùng biển sâu hơn
- Do nhiều loại nhựa chìm xuống các tầng sâu hơn trước khi tiếp xúc với ánh nắng, P. album không thể phân hủy toàn bộ lượng nhựa
- Annika Vaksmaa cho rằng ở vùng biển sâu hơn cũng có thể tồn tại những loài nấm chưa được biết đến có khả năng phân hủy nhựa
- Nấm biển có thể phân hủy các vật chất phức tạp chứa carbon và cũng có sự đa dạng lớn về loài
- Ngoài 4 loài đã được xác nhận đến nay, các loài khác cũng có thể góp phần vào quá trình phân hủy nhựa
- Vẫn còn nhiều câu hỏi về động lực học của quá trình phân hủy nhựa ở các tầng nước sâu hơn
Quy mô ô nhiễm nhựa
- Nhân loại sản xuất hơn 400 tỷ kg nhựa mỗi năm
- Sản lượng nhựa được dự báo sẽ tăng ít nhất gấp 3 vào năm 2060
- Nhiều chất thải nhựa đi vào đại dương, trôi nổi trong lớp nước bề mặt từ vùng cực đến vùng nhiệt đới rồi di chuyển xuống các tầng sâu hơn trước khi rơi xuống đáy biển
- Các vòng hoàn lưu cận nhiệt đới (subtropical gyres) là những dòng hải lưu dạng vòng, gần như tù đọng, nên một khi nhựa đi vào sẽ bị mắc kẹt
- Chỉ riêng vòng hoàn lưu cận nhiệt đới Bắc Thái Bình Dương, một trong 6 vòng hoàn lưu lớn trên thế giới, đã tích tụ khoảng 80 triệu kg nhựa trôi nổi
Bài báo liên quan
- Biodegradation of polyethylene by the marine fungus Parengyodontium album: bài báo đăng trên Science of the Total Environment về khả năng phân hủy sinh học polyethylene của P. album
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Tôi từng thực sự phân lập được loại nấm Parengyodontium album này từ mẫu trên cạn và phân tích cả trình tự base của nó
Ảnh và DNA có thể xem tại đây:
https://www.inaturalist.org/observations/147456216
https://www.inaturalist.org/observations/150149352
Nếu loài nấm này phân hủy được polyethylene, có lẽ cũng có thể tận dụng lần hai bằng cách dùng sản phẩm phụ làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện kết hợp phát điện và cấp nhiệt
Nhưng vì một phần lớn vi nhựa trong môi trường nước đến từ mài mòn lốp ô tô, nên sẽ cần nhiều loại nấm hơn và đa dạng hơn
sciencenews
theconversation
springeropen
Ở Thụy Sĩ, người ta ước tính khoảng 90% vi nhựa thải ra môi trường là từ mài mòn lốp xe: https://www.admin.ch/gov/en/start/documentation/media-releases.msg-id-100009.html
Giả sử cấm ô tô một cách triệt để, ta có thể giảm không chỉ sự chia cắt cảnh quan, chiếm dụng không gian công cộng, tai nạn và rủi ro, thiệt hại cho người và động vật, chi phí công, tiếng ồn và bụi mịn, mà cả phát thải vi nhựa xuống còn khoảng mức 10:1
Tính sơ bộ, mỗi năm có 20 triệu tấn lốp được sản xuất; nếu 1% trong số đó biến mất dưới dạng gai lốp bị mài mòn hoặc hông lốp tùy theo người lái, thì mỗi năm có 200.000 tấn hạt lốp bị rải ra môi trường
Tôi không hiểu Patagonia định làm gì khi chuyển sang polyester tái chế và coi đó là thân thiện với môi trường hơn
Nếu vi nhựa tích tụ trong cơ thể, tôi tự hỏi các biopolymer tự nhiên có gặp vấn đề tương tự không
Chúng ta không phân hủy được cellulose, vậy vi cellulose trong cơ thể sẽ ra sao, và lignin còn khó phân hủy hơn thì thế nào
Tôi cũng tự hỏi liệu vi sợi có nguồn gốc thực vật có tích tụ trong cơ thể theo thời gian như nhựa hay sợi amiăng không, và khi già đi liệu cơ thể có bị chất đầy những thứ như vậy không
Trước đây, thợ làm bánh từng là một trong những nghề nguy hiểm chết người, vì họ hít phải rất nhiều bụi bột mì
Cách nấm phân hủy lignin cho thấy sinh vật phải dùng những biện pháp cực đoan đến mức nào để xử lý chất hữu cơ khó phân hủy. Chúng đẩy ra ngoài tế bào một tập hợp enzyme và hợp chất, bao gồm cả hydrogen peroxide và các gốc hydroxyl có tính oxy hóa rất mạnh, nên việc nấm cũng có thể tấn công nhựa ở mức độ nào đó không phải là điều đáng ngạc nhiên
Vi nhựa là trường hợp đặc biệt vì về mặt hóa học chúng rất trơ, nhưng dù vậy vẫn bị thận lọc. Cellulose hay lignin nhiều khả năng cũng tương tự
Thành thật mà nói, sau khi đọc một số bài báo về vi nhựa, tôi nghi ngờ khá nhiều trong đó thiếu chặt chẽ. Trong phòng thí nghiệm hiện đại, nhựa có mặt ở khắp nơi, còn các bài có nhóm đối chứng phù hợp thì hiếm. Đĩa Petri, pipet, microplate, mọi thứ đều là nhựa, nằm trong bao bì nhựa, được làm sạch bằng dụng cụ nhựa, và được xử lý bởi người mặc đầy sợi tổng hợp
Khi máy giải trình tự gene mới phổ biến, người ta cũng trải qua sự hỗn loạn tương tự, rồi cuối cùng phải chấp nhận rằng ô nhiễm DNA có mặt khắp nơi, nên cần cực kỳ cẩn thận với cách lấy mẫu và phương pháp thống kê
Những vật chất đủ nhỏ để kích thích phổi, ở mức phơi nhiễm nghề nghiệp, thường gây tác động tương tự; cũng có những trường hợp tệ hơn như bệnh bụi phổi silic. Trước thời công nghiệp hóa, lao động nông nghiệp và thợ mỏ cũng thường bị bệnh bụi phổi do hít bụi
Theo tôi biết, hiện vẫn chưa rõ chúng tồn tại bao lâu trong phổi, trong máu, hoặc trong toàn cơ thể
Vì vi nhựa quá phổ biến và có đặc tính gây rối loạn nội tiết, tôi rất nghi ngờ rằng một phần mức tăng tỷ lệ tự kỷ có thể liên quan đến phơi nhiễm vi nhựa trong thời kỳ bào thai. Ở giai đoạn đó, thời điểm và liều lượng phơi nhiễm androgen có thể thiết lập chương trình phát triển dài hạn
Tôi không biết chuyện về thợ làm bánh, khá thú vị
Tôi đã nghe những tin như thế này từ khá lâu rồi
Nấm phân hủy nhựa, sâu bọ ăn nhựa, nhưng rốt cuộc trông như chẳng có gì xảy ra với nhựa cả. Vì sao vậy
Khi có thức ăn khác, chúng lại tiến hóa theo hướng ăn thứ khác
Nếu hoàn toàn không có gì ăn, con người cũng có thể thử ăn nhựa, và biết đâu kỳ diệu thay lại là cá thể được chọn có thể phân hủy nhựa, nhưng nếu có thể thì sẽ lập tức quay lại thức ăn bình thường
Chẳng hạn vật liệu được nghiền mịn, nhiệt độ cao từ 55°C trở lên, pH được kiểm soát nghiêm ngặt
Những môi trường như vậy thường không xuất hiện bên ngoài bioreactor, nên khó thấy chúng tấn công bừa một món đồ nhựa nào đó trong nhà
Hỏi nghiêm túc đấy. Nếu loài nấm này ăn mọi loại nhựa, một lượng sự sống mới khổng lồ sẽ xuất hiện trong đại dương, và tác động lên hệ sinh thái thì không thể biết được. Có thể chỉ là biến một vấn đề này thành một vấn đề khác
Không hẳn chỉ là tin tốt
Nhờ thời kỳ hoàng kim của nhựa mà chúng ta đang sống, bao bì thực phẩm có thể ngăn vi sinh vật xâm nhập, và nhờ đó hạn dùng của một số nông sản đã tăng từ khoảng nửa tuần lên nhiều tuần
Nếu trong 100 năm tới những vi sinh vật như thế này xuất hiện nhiều hơn, bao bì thực phẩm có thể gặp vấn đề
Về bản chất, nhựa cũng có thể được xem như một “quá trình sống” nhiều giai đoạn của dầu thô. Thay vì đốt dầu sưởi trực tiếp trong nhà, nhựa trước hết sống một đời dưới dạng vật liệu bao bì, rồi sau đó được đốt để cung cấp nhiệt cho hệ thống sưởi khu vực
Tất nhiên, vấn đề nảy sinh khi nó không bị đốt mà đi vào nước
Bên trong bao bì đã được tiệt trùng hoặc thiếu dinh dưỡng cũng không phải môi trường như vậy
Những thứ có khả năng bị ảnh hưởng trước tiên là các ứng dụng nhựa biển như lưới đánh cá, dây thừng, đồ bơi, phao. Tiếp theo có lẽ là hạ tầng như bơm thoát nước, thiết bị tưới tiêu nông nghiệp và các ứng dụng ngoài trời nói chung
Ống hút nhựa mà EU cấm nhiều khả năng ngay từ đầu đã không đi vào biển
Trong khi đó, bên ngoài EU, nhựa bị đổ xuống sông theo từng xe tải
Việc đó làm tăng thêm CO2 trong khí quyển mà
Cả hai đều tệ. Không nên trộn lẫn những tầng vốn dĩ không nên gặp nhau
Có khi 100 năm sau, sinh vật cuối cùng trên Trái Đất sẽ chết ngạt bên dưới một lớp màng nanodiamond
Đây là một phát hiện tuyệt vời, nhưng tôi lo các nhà sản xuất nhựa sẽ lạm dụng nó như một cái cớ để sản xuất nhiều nhựa hơn, kiểu “dù sao nấm cũng phân hủy hữu cơ rồi nên nhựa không có hại”
Khi sinh vật ngày càng giỏi phân hủy nhựa, các nhà sản xuất sẽ bắt đầu cho hóa chất độc hại vào nhựa để ngăn nó phân hủy sớm
Nhưng nếu tìm ra một cách làm sạch và phân hủy nhựa cực kỳ hiệu quả, thì các nhà sản xuất cũng sẽ thực sự có lý do để nói. Trong trường hợp đó, ta có thể tận hưởng sự tiện lợi với niềm tin rằng nhựa có thể được thải bỏ tương đối an toàn, nên khó gọi đó nhất thiết là “lạm dụng”
May là có vẻ nó chậm. Cũng đã có SF phản địa đàng về chủ đề tương tự rồi
Nếu “PE bị phân hủy bởi P. album với tốc độ khoảng 0,05% mỗi ngày”, thì tốc độ khiến nhựa trên toàn thế giới mềm ra và bắt đầu vụn đi sẽ là bao nhiêu?
Thử tưởng tượng vi khuẩn và nấm phân hủy toàn bộ nhựa thành CO2
Tôi không biết thứ nào ít tệ hơn: nhựa cứ còn nguyên trong môi trường, hay nhựa giảm đi nhưng CO2 tăng lên
Tìm sơ bộ vài con số thì mỗi năm có khoảng 8 triệu tấn nhựa đi vào biển. Đốt 1 đơn vị nhựa tạo ra 3 đơn vị CO2, nên nếu toàn bộ số đó bị nấm phân hủy hoặc bị đốt thì sẽ là khoảng 24 triệu tấn CO2. Trong khi đó, việc đốt nhiên liệu hóa thạch thải ra khoảng 35 tỷ tấn CO2 mỗi năm
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300223
Tôi có cảm giác mình thường xuyên nghe những câu chuyện kiểu này
Có lẽ chúng được đưa tin quá mức vì có thể bị diễn giải sai thành cái cớ để tiếp tục sản xuất nhựa đi ra biển
Sinh vật hóa dưỡng, đặc biệt là vi khuẩn hóa vô cơ dưỡng, phát triển mạnh gần các miệng phun thủy nhiệt biển sâu siêu nóng
Chúng có thể tiêu thụ và oxy hóa sắt, lưu huỳnh, cùng nhiều nguyên tố và hợp chất mà chúng ta xem là độc hại hoặc bất biến. Đổi lại, chúng tạo ra một dạng đường mà giun ống ăn
Tôi hy vọng các nghiên cứu giảm thiểu nhựa bằng sinh học trong tương lai cũng tập trung vào chuyển đổi và sản xuất năng lượng theo kiểu này. Thay vì nghĩ đến một kết quả zero-sum bất khả thi là “loại bỏ hoàn toàn”, việc biến nhựa thành một thứ mới, có thể tiêu thụ và dùng làm nguồn năng lượng sẽ mang tính tương lai hơn
Muốn giải bài toán này thì phải suy nghĩ như giun ống
https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph