ბუნებამ ბიოდეგრადირებადი პლასტმასა ადამიანებზე გაცილებით ადრე შექმნა, ხოლო ცხოველები მისით, შესაძლოა, ასობით მილიონი წელია იკვებებიან. მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ცხოველთა ათობით სახეობა ფლობს ფერმენტებს, რომლებსაც მიკრობული ბიოპლასტმასის, სახელად PHA-ს, დაშლა შეუძლია. ადრე მიიჩნეოდა, რომ ეს უნარი მხოლოდ მიკროორგანიზმებს ჰქონდათ.

მეცნიერები დიდხანს ვარაუდობდნენ, რომ ამ ბუნებრივი პლასტმასის დაშლა მხოლოდ მიკროორგანიზმებს შეეძლოთ. ახალი კვლევა, რომელიც გერმანიაში, ბრემენში მდებარე მაქს პლანკის საზღვაო მიკრობიოლოგიის ინსტიტუტმა (MPI) ჩაატარა, ამ იდეას ეჭვქვეშ აყენებს. ჟურნალ Nature Ecology & Evolution-ში გამოქვეყნებულ კვლევაში, მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ცხოველთა ფართო სპექტრს, მათ შორის ზღვის ჭიებს, ზღვის ვარსკვლავებს, ჭიაყელებსა და სხვა ხმელეთის სახეობებს, აქვს ფერმენტები, რომლებსაც მიკრობული PHA-ს დაშლა შეუძლია. ეს აღმოჩენა მიუთითებს მანამდე უცნობ გზაზე, რომლის საშუალებითაც მიკრობების მიერ შენახული ნახშირბადი შეიძლება ცხოველთა კვებით ჯაჭვში მოხვდეს.

უნაწლავო ზღვის ჭიის ფარული უნარი

კვლევა უჩვეულო ზღვის ჭიით, სახელად Olavius algarvensis, დაიწყო. ცხოველების უმეტესობისგან განსხვავებით, მას არც პირი აქვს და არც ნაწლავები. ამის ნაცვლად, ჭია დამოკიდებულია კანქვეშ მცხოვრებ სიმბიოზურ ბაქტერიებზე, რომლებსაც ის კვების წყაროდ ინელებს.

"ჭიის ერთ-ერთი ბაქტერიული სიმბიონტი ნახშირბადის უზარმაზარ რაოდენობას PHA-ს სახით ინახავს", — ამბობს კვლევის საკონტაქტო ავტორი ნიკოლ დუბილიე, MPI-ის დირექტორი — "გვაინტერესებდა, ევოლუციის პროცესში ჭიამ ამ მდიდარ ენერგეტიკულ რეზერვთან წვდომის გზა შეიმუშავა თუ არა".

პასუხი იყო: დიახ. მკვლევრებმა ჭიაში ფერმენტი აღმოაჩინეს. ეს ფერმენტი მიკრობულ PHA-ს მცირე მოლეკულებად შლის. ცხოველებს კი ამ მოლეკულების გამოყენება შეუძლიათ. მაღალი რეზოლუციის გამოსახულებებმა ასევე აჩვენა, რომ ფერმენტი იმავე ადგილას გამომუშავდება, სადაც ჭია თავის ბაქტერიულ პარტნიორებს ინელებს. ეს მიგნება მიუთითებს, რომ ჭიას შეუძლია, სიმბიოზური ბაქტერიების შიგნით შენახული PHA-ს რეზერვები გამოიყენოს.

აღმოჩენა მხოლოდ ერთი ზღვის ჭიით არ დასრულებულა. როდესაც გუნდმა ცხოველთა გენომები უფრო ფართოდ შეისწავლა, მათ მონათესავე ფერმენტები ცხრა სხვადასხვა ტიპის 66-ზე მეტ სახეობაში აღმოაჩინეს. ლაბორატორიულმა ტესტებმა აჩვენა, რომ ევოლუციურად ძალიან დაშორებული ცხოველების, მათ შორის ზღვის ღრუბლების, ჭიაყელებისა და ბოლოფეხიანების ფერმენტებს ასევე შეეძლო მიკრობული PHA-ს დაშლა.

"ეს ნამდვილი სიურპრიზი იყო", — ამბობს კვლევის ავტორი კაროლინ ცაიდლერი MPI-დან — "ის, რაც ერთი ზღვის ჭიის შესწავლით დაიწყო, სიცოცხლის ხის სრულიად სხვადასხვა შტოების ცხოველების ფართოდ გავრცელებული უნარი აღმოჩნდა".

PHA ბიოპლასტმასა

PHA მიკრობული ენერგიისა და ნახშირბადის რეზერვს წარმოადგენს, მაგრამ ის ასევე გამოიყენება ბიოდეგრადირებადი პლასტმასის საწარმოებლად. ინდუსტრიულ წარმოებაში ბაქტერიებს დიდ ფერმენტაციის ავზებში ზრდიან და მათ ნახშირბადით მდიდარ მასალებს, მაგალითად, შაქარს, სახამებელს ან მცენარეულ ზეთებს, აწვდიან. სათანადო პირობებში ბაქტერიები დიდი რაოდენობით PHA-ს აგროვებენ. ამის შემდეგ, შესაძლებელია ამ ნაერთების ამოღება და პლასტმასის მსგავს მასალებად გარდაქმნა.

PHA-ზე დაფუძნებული პლასტმასა ფორმირებას ექვემდებარება, შედარებით კარგად უძლებს წყალს და სხვადასხვა ყოველდღიური გამოყენებისთვის საკმარისად სტაბილურია. ის ისეთ პროდუქტებში გამოიყენება, როგორიცაა საკვების შეფუთვა და ჰიგიენური მასალები. სოფლის მეურნეობაში სასუქები შეიძლება მოთავსდეს PHA-ს კაფსულებში, რომლებიც პლასტმასის დაშლასთან ერთად, შიგთავსს თანდათანობით ათავისუფლებს. სამედიცინო გამოყენება მოიცავს ჭრილობის სახვევებს, წამლის მიწოდების სისტემებს და გაწოვად იმპლანტებსა თუ ნაკერებს, რომლებიც ორგანიზმში ნელა იშლება.

• ასევე იხილეთ: ლაბორატორიაში პლასტმასა პარკინსონის სამკურნალო პრეპარატად გარდაქმნეს

PHA განსაკუთრებით საყურადღებოა თავისი ბიოლოგიური წრებრუნვის უნარის გამო: მათ მიკროორგანიზმები ქმნიან და მათი დაშლაც ბიოლოგიური პროცესებით ხდება. მიუხედავად ამისა, მათ ამჟამად ბიოპლასტმასის ბაზრის მხოლოდ მცირე წილი უჭირავს. ეს, შესაძლოა, შეიცვალოს, რადგან ბიოდეგრადირებად და ბიოლოგიური წარმოშობის მასალებზე მოთხოვნა იზრდება; მოსალოდნელია, რომ ბიოპლასტმასის წარმოების გლობალური მოცულობა მომავალ წლებში საგრძნობლად გაიზრდება.

ახალი მიგნებები ამ სურათს კიდევ ერთ განზომილებას სძენს და აჩვენებს, რომ მრავალ წყლისა თუ ხმელეთის ცხოველს ასევე აქვს ფერმენტები, რომლებსაც PHA-ს დაშლა შეუძლია.

ბუნებრივი ბიოპლასტმასა გარემოში ფართოდაა გავრცელებული

მთელ მსოფლიოში, ნიადაგში, ნალექებსა და წყლის გარემოში მიკრობული PHA ბუნებრივად გვხვდება. მიკროორგანიზმები მათ მაშინ გამოიმუშავებენ, როდესაც იმაზე მეტი ნახშირბადი აქვთ, ვიდრე უშუალოდ სჭირდებათ, და ამ ნამეტს მოგვიანებით გამოსაყენებლად ინახავენ. PHA ასევე მიეკუთვნება იმ მცირერიცხოვან ბუნებრივად წარმოქმნილ პლასტმასებს, რომლებიც სრულად ბიოდეგრადირებადია.

PHA-ს მიმართ ინტერესი გაიზარდა, რადგან ტრადიციული პლასტმასის მდგრად ალტერნატივად სულ უფრო ხშირად იწარმოება. შედეგად, მეცნიერები უფრო დიდ ყურადღებას აქცევენ იმას, ეს მასალები ბუნებრივ გარემოში როგორ იშლება.

დუბილიესა და მისი კოლეგების მიგნებები მიუთითებს, რომ ცხოველებიც, შესაძლოა, მიკროორგანიზმებთან ერთად ბუნებრივი ბიოპლასტმასის დაშლაში მონაწილეობდნენ. კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია ის, რომ შედეგების მიხედვით, ცხოველებს მიკრობულ ნახშირბადის რეზერვზე წვდომა შეუძლიათ. ეს მეცნიერებს მანამდე მათთვის მიუწვდომლად მიაჩნდათ.

"ჩვენი კვლევა ცვლის ჩვენს წარმოდგენას იმის შესახებ, ვის შეუძლია ამ მიკრობული ნახშირბადის მარაგების გამოყენება", — ამბობს კვლევის თანაავტორი მეგი სოგინი, რომელმაც სამუშაოს დიდი ნაწილი MPI-ში შეასრულა და ახლა კალიფორნიის უნივერსიტეტის ასისტენტ-პროფესორია — "ცხოველები, შესაძლოა, ასობით მილიონი წელია ბუნების პირველყოფილი ბიოპლასტმასით იკვებებიან, ჩვენ კი ამას მხოლოდ ახლა ვიგებთ".

ახალი გზა ნახშირბადის ციკლში

მეცნიერებმა ჯერ კიდევ არ იციან, ბუნებრივ ეკოსისტემებში ეს პროცესი რამდენად გავრცელებულია, ან მას ნახშირბადის გლობალურ მიმოქცევაში რა წვლილი შეაქვს. მიუხედავად ამისა, ეს აღმოჩენა მიკროორგანიზმებსა და ცხოველებს შორის ურთიერთობების შესახებ ფიქრის ახალ გზას გვთავაზობს.

ის ასევე ცხადყოფს, როგორ შეუძლია უჩვეულო ორგანიზმების კვლევას გამოავლინოს ბიოლოგიური პროცესები, რომლებიც ფარული რჩებოდა იმის მიუხედავად, რომ პოტენციურად ასობით მილიონი წელია მიმდინარეობს.

• დახურულ სივრცეში ყოველდღე პლასტმასის 70 000 უხილავ ნაწილაკს შევისუნთქავთ — კვლევა
• ქართველი ქიმიკოსის გუნდმა AI-ს გამოყენებით ახალი თაობის მტკიცე პლასტმასა შექმნა