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潛水員在意大利厄爾巴島海底采集沉積物,無腸海洋蠕蟲阿爾加維斯橄欖蟲就生活在沉積物中。
阿爾加維斯橄欖蟲。它們體長約兩厘米,呈現白色,因為皮膚下覆蓋著一層致密的共生細菌,這些細菌富含PHA。圖片來源:馬克斯·普朗克海洋微生物研究所
你可能聽說過“生物降解塑料”,覺得這是現代人的發明。但早在人類出現之前,微生物就已經會制造一種天然的“塑料”了。
很多細菌和古菌會在體內合成一種叫“聚羥基脂肪酸酯”(PHA)的物質。為什么要合成它?因為環境里的碳源時多時少。碳源充足時,微生物用不完,就把多余的碳轉化成PHA攢在細胞里,等碳源不夠了,再把它分解利用。PHA廣泛存在于土壤、沉積物和水中,也是目前少數能完全生物降解的天然“塑料”之一。但對微生物來說,它不是塑料,更像是一塊壓縮餅干。
過去,科學家一直認為,能夠分解這些物質的主要是微生物自己。德國不來梅馬克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究人員最近卻發現,許多動物也具備這種能力:從海洋蠕蟲、海星到陸地上的蚯蚓,它們體內都能找到會降解微生物PHA的酶。
這個發現最初來自一種奇特的海洋蠕蟲,即阿爾加維斯橄欖蟲。它沒有嘴,也沒有腸子,卻能獲得食物。原來,這種蠕蟲的皮膚下生活著共生細菌,蠕蟲依靠這些細菌獲得營養,同時也會消化它們。
科學家發現,其中一種共生細菌會在體內積累大量PHA。于是他們產生了一個疑問:蠕蟲消化這些細菌時,能不能把細菌儲存的PHA也利用起來?
答案是可以。科學家在蠕蟲體內發現了一種能夠分解PHA的酶,可將PHA拆解成動物能夠利用的小分子。高分辨率成像顯示,這種酶恰好出現在蠕蟲消化共生細菌的部位。這意味著,蠕蟲在消化細菌時,也可能同時利用細菌儲存的PHA。
更令人意外的是,這并非該蠕蟲的獨門本領。科學家在超過66種、分屬9個門的動物中都發現了類似的PHA降解酶,實驗也證實,海綿、蚯蚓和彈尾蟲等動物的相關酶都能分解PHA。這意味著,一些動物不僅能夠以微生物為食,還可能直接利用微生物儲存在體內的PHA。過去主要在微生物之間循環的這部分碳,也因此有了進入動物食物網的新途徑。
有意思的是,PHA也是人類正在開發的一類可降解塑料材料,如今已用于食品包裝、衛生用品以及部分農業和醫療產品。人類今天正在尋找可降解的“綠色塑料”,微生物早已制造出了自己的天然版本。只不過,這塊微生物儲存起來的“壓縮餅干”不只是微生物自己的食物,也可能早已被一些動物當作了口糧。
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