Мусорная эволюция: как природа помогает решать проблему свалок
Для начала стоит разобраться с модным понятием «биодеградируемые материалы». Биодеградируемость, или биоразлагаемость, — это, попросту говоря, способность сгнить. То, что может сгнить без выделения вредоносных веществ, способно вернуться в природу и стать ее частью. Логика современного подхода к мусору в следующем: материалы нужно перевести в искусственный замкнутый цикл (переработка в сырье для бумаги, стекла и металлов), а что не удается замкнуть — вернуть в природу, в естественный замкнутый цикл.
Создание проблемы
В отсутствие замкнутых циклов отходы нашей красивой жизни попадают в природу и живут там совсем не естественным путем. Даже те, кто не интересуется темой защиты окружающей среды, наверняка видели в социальных сетях вирусные ролики о том, как искусственные волокна, попадающие в воду при стирке, заражают океан и наш организм, когда мы питаемся рыбой, или пугающие фото изуродованных черепашек, выросших в ловушке пластиковой упаковки. Микроскопические частицы пластика убивают рыбу еще до того, как она вошла в репродуктивный возраст, а по последним данным, и люди вдыхают те же микрочастицы с неясными для здоровья последствиями. Каждый год человечество «высыпает» в океан 8 млн т пластика. А сайт plastic-pollution.org, собирающий информацию о проблемах загрязнения пластиками и организующий очистку побережий, поясняет эту цифру: представьте себе, что на каждом метре береговой полосы океана лежит 15 заполненных пластиком пакетов из супермаркета.
Изначально у людей не было задачи создать биоразлагаемые полимеры — скорее наоборот! Все естественное слишком хорошо разлагается, и первая часть истории человечества — в эпоху до искусственных материалов и холодильников — была направлена на то, чтобы остановить это разложение. Прежде всего, это касается продуктов питания: засаливание мяса, засушивание фруктов, хранение овощей в холодных подвалах. Испорченная еда идет на выброс, «немного испорченная» — вредна для здоровья: человек потреблял слишком много болезнетворных бактерий. А еще — всю еду нужно упаковать и желательно так, чтобы упаковка не вредила еде. Природные материалы с этой функцией справлялись плохо: дерево гниет, металл ржавеет (нержавеющие стали и алюминий появились только в результате развития промышленности). Достаточно инертны только стекло и керамика, но они дорогие и хрупкие. То же касается и мебели — дерево недолговечно (кроме дорогих пород) — и других предметов быта. Таким образом, перед молодой наукой о материалах как раз стояла задача найти что-то новое и устойчивое. Решена эта задача была по историческим меркам недавно: первый пластик — паркезин — был запатентован лишь в 1862 году. А дальше — масса примеров успешного использования пластика во всех сферах жизни. Только замена в 1960–1970-е годы металлической проволоки на полипропиленовый шнур при упаковке сена позволила сэкономить огромные ресурсы, связки сена перестали рассыпаться и гнить.
Поиски решения
Пожалуй, только в последние два десятилетия общество всерьез задумалось о том, как выбраться из этого «пластикового рая». Производственные цепочки перестраиваются так, чтобы не производить неутилизируемый пластик без особой необходимости. Те же пластиковые пакеты в некоторых странах начали просто запрещать, а продажу напитков в пластиковых бутылках облагать дополнительным сбором.
Это, конечно, не решает проблемы уже накопленного пластика. Но оказалось, что природа умнее любого химика. Теория эволюции предполагает, что если есть условие среды, то найдутся и желающие им воспользоваться. Так, в 2016 году японские биологи проанализировали почву около завода по переработке пластиковых бутылок. Они состоят из ПЭТ — полиэтилентерефталата. Этот полимер — настоящая «страшилка», символ заваленного мусором мира будущего. Традиционно считается, что он совершенно не разлагается в природе. Так вот, в почве около завода нашлись бактерии Ideonella sakaiensis 201-F6, которые питались ПЭТ! Это совсем новый штамм, разлагавший пластик особым ферментом, который ученые назвали ПЭТазой. Он не имеет близких аналогов у «родственников» бактерии. Поэтому микробиологи предположили, что микроорганизм очень быстро эволюционирует: бактерии нужна энергия, и она с радостью приспособилась к ее получению из нового широкодоступного сырья в виде пластиковых бутылок.
А в апреле 2018 года история получила продолжение. Коллектив британских, американских и бразильских ученых, не ставя перед собой никаких практических задач, изучал кристаллическую структуру и функционирование ПЭТазы, модифицируя фермент. Они внесли изменение в активный центр белка, предполагая «выключить его». Гипотеза оказалась в корне неверной: вместо выключения последовало увеличение эффективности на 20%! Новый фермент научился перерабатывать и полиэтилен фурандикарбоксилат — полимер, производимый из целлюлозы (из него делают пивные бутылки).
Так что мусорный армагеддон, возможно, никогда не наступит. В этом направлении работает как эволюция, так и ученые в лаборатории. И если «природа» думает только о себе — бактерии ищут энергию для жизни, то наука пытается интегрировать накапливаемый мусор в производственные процессы для улучшения жизни людей. Так, материал автомобильных покрышек позволяет улучшить качество дорожного покрытия, им можно модифицировать асфальт. А пластиковые бутылки могут стать либо пищей для безвредных бактерий, либо биотопливом или химическим сырьем для людей.
