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如果有一个存在了江南体育app官方下载入口上亿年的垃圾堆会进化出吃塑料的生物吗?

发布时间:2023-06-28 02:20:13点击量:

  答案是肯定的,甚至更加快:生物的进化可能远比你想象的要快,根本不需要上亿年。

  过去七十年,塑料制品的数量只增不减。据统计,塑料的生产在过去七十年间从每年 200 万吨到现在每年有 3.8 亿吨,虽然其中不少会去特别处理,但是每年仍然约有 900-1400 万吨塑料会因为各种原因被排入海洋中[1]。

  印度尼西亚巴厘岛海滩上出现的塑料垃圾 图源:Anadolu Agency

  抛开环保的因素,针对题主的问题来讲:这每年成吨的垃圾倾倒到自然界中,就是一个“自然”的垃圾堆演化发生地了。但是,不需要上亿年吗?

  我们高中课本学过,进化的基本单位是种群而不是个体,而种群要怎么传递他们的遗传信息呢?需要通过交配与繁殖。所以当我们计算一个种群进化的时间时,相对于我们理解的时间概念,从父母到子子孙孙这样一代又一代的“代”数,是一个更合适的时间单位。

  举个例子,假设人类平均生殖的年龄是 20 岁(这里仅仅是假设),那么一百年里人类群体只会出现 5 代的遗传信息传递。但是细菌呢?昆虫呢?大肠杆菌繁殖一代只需要 20 分钟,果蝇繁殖一代只需要大约 10 天,这就意味着在相同时间里,它们的代数会远远高于人类。

  所以我们去找能降解塑料的物种,比如微生物、昆虫,它们所需要的时间完全不需要上亿年,几十年的演化,再加上环境带来的强选择(以塑料为食那和生存是直接挂钩的,选择力可以很强),对它们来说已经是一个足够长的时间了。

  讲清楚题主这个前提条件,我们就可以回到这个问题本身了。 @赵泠 和 @Dr.Hu 都举到了很多与塑料分解相关的例子,比如黄粉虫、昆虫肠道微生物、日本发现的大阪堺菌(Ideonella sakaiensis)等等。我这边稍微系统梳理一下,作为补充。

  其实微生物能吸收塑料的道理也不复杂:生物关键需要的物质除了水之外,是碳和氮。而塑料中具有的物质比如塑料袋里的聚乙烯 [PE]、食品包装用的聚丙烯 [PP]、饮料塑料瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯 [PET]等等,都是含有碳元素的,本身就是可以作为微生物的碳源,需要的是关键的蛋白酶,来将这些分子降解,就可以达到塑料吸收的目的了。

  但是几十年的演化实验很难做,最直接的方法就是观察。2016 年,日本科学家从塑料瓶回收站里发现并分离出了一种可以降解 PET 的微生物新种,Ideonella sakaiensis,它含有可以降解 PET 的关键酶(PETase 和 MHETase),通过 2-3 步的生化反应就可以将 PET 降解为对苯二甲酸[TPA]和乙二醇[EG],也就实现了 PET 的降解了[2]。

  而后的发现则是在昆虫的肠道菌群。不少昆虫要食用植物,纤维素的降解往往很依赖它们体内的微生物,而当昆虫开始吃塑料的时候,它们体内微生物也在被选择:在实验室中发现了印度飞蛾的幼虫体内含有可以降解聚乙烯[PE]的两种肠道细菌,这些细菌可以很好的在 PE 薄膜(也就是塑料袋)上生长[3]。黄粉虫的研究则更加丰富——能够降解 PE、聚苯乙烯 PS 的肠道细菌都被依次发现[4]。

  还有一类叫蜡蛾(Galleria mellonella)的昆虫,它们往往会以蜜蜂不要的蜂蜡为食,而蜂蜡的结构和 PE 很相似。科学家利用抗生素消除蜡蛾幼虫体内的大肠杆菌发现,蜡蛾自己就可以消化 PE,但肠道菌群可能也会起到促进作用[5]。

  还有的研究更绝:观察进化是吧,一个个观察太慢了,干脆一口气全观察了。研究者采集了世界上两百多个地方的环境 DNA,再结合能降解 10 种塑料分子的 30000 多种酶序列的数据库,在海洋中发现了 12000 多种塑料降解酶,在土壤中发现了 18000 多种塑料降解酶,这其中绝大部分,都是科学家们从未看到的[6]。

  这时候再回到题主的疑问:完全不需要上亿年,在如今海洋和土壤的“垃圾堆”里,这样的生物已经成千上万种了。而回到进化理论本身来看,也许这些能降解塑料的酶只是偶然突变产生的,但是当无时无刻的选择发挥作用时,偶然,也就成为了必然。江南体育app官方下载入口江南体育app官方下载入口江南体育app官方下载入口

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