海洋プラスチックを分解する菌類
(nioz.nl)- 海洋性菌類 Parengyodontium album は、太陽光のUVを受けた後でなければ、海洋プラスチックの中で最も一般的な ポリエチレン（PE） 粒子を分解できない
- NIOZ、Utrecht University、Ocean Cleanup Foundationの研究者らは、北太平洋のプラスチック汚染地点で微生物を探し、13C同位体を含む特殊なプラスチックで分解過程を追跡した
- 実験室で確認された P. album のPE分解速度は1日あたり約 0.05% で、PE由来の炭素の大半は菌体に使われず、CO2に変換されて排出される
- UVに少しでもさらされたPEだけを分解できるため、海では当初 表層付近に浮いていたプラスチックの処理に主に限られる
- 人類は毎年 4,000億kg以上のプラスチックを生産しており、2060年までに少なくとも3倍に増えると予想されるため、より深い海で働く別の海洋性菌類を探すことが重要になっている
UVを受けたPEを分解する海洋性菌類
- 海洋性菌類 Parengyodontium album は、海のプラスチックごみの表面にできる薄い層で、他の海洋微生物とともに生息している
- NIOZの海洋微生物学者らは、この菌類が海に流入したプラスチックの中で最も豊富な ポリエチレン（PE） 粒子を分解できることを確認した
- 研究結果は科学誌 Science of the Total Environment に掲載された
- P. album は、これまで確認されているプラスチック分解性の海洋性菌類のリストに含まれる
- 現在までに発見されたプラスチック分解性の海洋性菌類は 4種のみ
- プラスチックを分解できる細菌は、より多く知られていた
分解過程を追跡した方法
- 研究チームは 北太平洋 のプラスチック汚染集中地域で、プラスチック分解微生物を探した
- 回収したプラスチックごみから海洋性菌類を分離した後、実験室で 標識炭素を含む特殊なプラスチック上で培養した
- 13C同位体は食物連鎖の中で追跡できるため、プラスチック由来の炭素が分解産物としてどこへ移動するかを確認するのに使われる
- この方法により、PEの分解過程を 定量化できた
実験室で確認された分解速度と生成物
- 実験室での観察では、P. album のPE分解速度は1日あたり約 0.05% だった
- 測定の結果、菌類はPEを分解する際、PE由来の炭素をあまり利用していない
- 分解されたPEの炭素の大半は 二酸化炭素（CO2） に変換され、再び排出される
- このCO2排出量は、人が呼吸するときに排出する低い量と同程度で、新たな問題を生むレベルではないと評価された
UVが必要な条件
- P. album がPEをエネルギー源として使うには 太陽光 が不可欠
- 実験室では、P. album は少なくとも短時間でも UV光 にさらされたPEだけを分解した
- 海では、最初に表層付近に浮いていたプラスチックだけが、この菌類の分解対象になり得る
- UV光がプラスチックを機械的に分解することはすでに知られていたが、今回の結果はUVが海洋性菌類による 生物学的分解 も促進することを示している
より深い海の未確認の菌類
- 多くのプラスチックは太陽光にさらされる前により深い層へ沈むため、P. album がすべてのプラスチックを分解できるわけではない
- Annika Vaksmaaは、より深い海にもプラスチックを分解する未知の菌類がいると見ている
- 海洋性菌類は炭素でできた複雑な物質を分解でき、種類も多い
- これまで確認された4種以外にも、他の種がプラスチック分解に寄与している可能性がある
- より深い層でプラスチック分解がどのような動態で起こるのかについては、まだ多くの疑問が残っている
プラスチック汚染の規模
- 人類は毎年 4,000億kg以上 のプラスチックを生産している
- プラスチック生産量は2060年までに少なくとも 3倍 になると予想されている
- 多くのプラスチック廃棄物は海に入り、極地から熱帯まで表層水に浮かんだ後、より深い海へ移動して海底へ沈む
- 亜熱帯環流（subtropical gyres）は海水がほとんど停滞した環状の海流で、一度プラスチックが入ると閉じ込められる
- 世界に6つある大規模環流の1つである 北太平洋亜熱帯環流 だけでも、すでに約 8,000万kg の浮遊プラスチックが蓄積している
関連論文
- Biodegradation of polyethylene by the marine fungus Parengyodontium album: P. album のポリエチレン生分解を扱った Science of the Total Environment 掲載論文
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
陸上の試料からこの真菌 Parengyodontium album を実際に分離し、塩基配列まで解析してみたことがある
写真とDNAはこちらで見られる:
https://www.inaturalist.org/observations/147456216
https://www.inaturalist.org/observations/150149352
この真菌が ポリエチレン を分解するなら、副産物を熱電併給プラントの燃料として使う二次利用も可能かもしれない
ただし水生環境のマイクロプラスチックの大きな割合は 自動車タイヤの摩耗 に由来するため、もっと多く、より多様な真菌が必要になる
sciencenews
theconversation
springeropen
スイスでは、環境中に放出されるマイクロプラスチックの約 90%がタイヤ摩耗 に由来すると推定されている: https://www.admin.ch/gov/en/start/documentation/media-releases.msg-id-100009.html
仮に自動車を急進的に禁止すれば、景観の分断、公共空間の占有、事故や危険、人間・動物への被害、公共コスト、騒音や微粒子状物質だけでなく、マイクロプラスチック排出も10対1程度に減らせる
大ざっぱに計算すると、毎年タイヤが2,000万トン生産され、そのうち1%が摩耗したトレッド、あるいは運転者によってはサイドウォールとして失われるなら、毎年 20万トンのタイヤ粒子 が環境中にまき散らされることになる
Patagoniaがリサイクルポリエステルへ切り替え、それをより環境に良いものと見なしているのは、何をしようとしているのかよく分からない
体内で マイクロプラスチックの蓄積 が起きるなら、天然の生体高分子にも同じ問題があるのか気になる
私たちはセルロースを分解できないが、体内の微小なセルロースはどうなるのか、さらに分解されにくいリグニンはどうなのかも疑問だ
植物由来の微小繊維がプラスチックやアスベスト繊維のように時間とともに体内に蓄積するのか、年を取るとこうした物質で満たされることになるのかも気になる
かつてパン職人が致命的な職業の一つだったのは、小麦粉の粉じんを大量に吸い込んでいたためだ
真菌がリグニンを分解する方法は、難分解性の有機物を処理するには生物がどれほど極端な手段を使わなければならないかを示している。過酸化水素や非常に酸化力の強いヒドロキシルラジカルまで含む酵素・化合物のセットを細胞外へ放出するため、真菌がプラスチックもある程度攻撃できるというのは驚くことではない
マイクロプラスチックは化学的に非常に不活性なので特殊なケースだが、それでも腎臓でろ過される。セルロースやリグニンも同様である可能性が高い
正直なところ、一部のマイクロプラスチック論文を読むと、かなりの数が粗いのではないかと疑ってしまう。現代の実験室にはプラスチックが至る所にあり、適切な対照群を置いた論文はまれだ。ペトリ皿、ピペット、マイクロプレートなど、あらゆるものがプラスチックで、プラスチック包装に入っており、プラスチック製の道具で洗浄され、合成繊維を大量に身に着けた人が扱っている
遺伝子シーケンサーが普及し始めたときにも同じ混乱があり、結局、DNA汚染はどこにでもあるので、試料採取と統計手法には非常に慎重でなければならないと受け入れるようになった
肺を刺激するほど小さい物質は、職業曝露レベルでは似たような影響を及ぼし、珪肺症のようにさらに悪い場合もある。産業化以前の農業労働者や鉱夫も、粉じん吸入によって 塵肺 をしばしば患っていた
肺、血液、あるいは全身でどれくらい長く残るのかは、まだ分かっていないはずだ
マイクロプラスチックはあまりにも一般的で、内分泌かく乱特性もあるため、自閉症の有病率上昇の一部は胎児期のマイクロプラスチック曝露と関連している可能性があると強く疑っている。その時期には、アンドロゲン曝露のタイミングと用量効果が長期的な発達プログラムを設定し得る
パン職人の話は知らなかったが、かなり興味深い
こういうニュースはかなり長い間聞いてきた
真菌がプラスチックを分解し、虫がプラスチックを食べるというのに、肝心のプラスチックには何も起きていないように見える。なぜなのだろう
他の餌が出てくれば、また別のものを食べる方向へ進化する
食べるものがまったくなければ、人間もプラスチックを試してみるかもしれないし、奇跡的にプラスチックを分解する選ばれし存在かもしれないが、可能ならすぐ普通の食べ物に戻るだろう
細かく粉砕された材料、55°C以上の高温、厳密に制御されたpHといった条件だ
こうした環境は通常 バイオリアクター の外では生じないため、家の中のどんなプラスチックでも攻撃する様子を見るのは難しい
真面目な質問だ。この真菌があらゆるプラスチックを食べるなら、海には膨大な量の新しい生命が生まれ、生態系への影響は分からない。ある問題を別の問題に置き換えるだけかもしれない
必ずしも良いニュースばかりではない
私たちが生きるプラスチックの黄金時代のおかげで、微生物が侵入できない食品包装が可能になり、その結果、一部の農産物の賞味・消費期限は半週間程度から数週間へと延びた
今後100年の間にこうした微生物が増えれば、食品包装に問題が生じる可能性がある
プラスチックは本質的に、原油の複数段階にわたる「生命過程」とも見なせる。暖房油を家庭で直接燃やす代わりに、プラスチックがまず包装材として一度生き、その後焼却されて地域暖房に熱を供給する、という形だ
もちろん問題は、燃やされずに水中へ入ったときに起きる
滅菌されていたり、栄養分が不足していたりする包装内部も同様だ
まず影響を受ける可能性が高いのは、漁網、ロープ、水着、ブイのような海洋プラスチック用途だろう。その次は排水ポンプ、農業用灌漑設備のようなインフラや、一般的な屋外用途だと思われる
EUが禁止したプラスチック製ストローは、そもそも海に入っていなかった可能性が高い
一方でEUの外では、プラスチックがトラック単位で川に投棄されている
大気中のCO2をさらに増やすことなのに
どちらも悪いことではある。本来出会うべきでない層を混ぜてはいけない
100年後、地球最後の生命体がナノダイヤモンドフィルムの下で窒息死する結末が来るかもしれない
素晴らしい発見ではあるが、プラスチックメーカーが「どうせカビが有機的に分解するのだから、プラスチックは有害ではない」という具合に、さらなるプラスチック生産の口実として悪用するのではないかと心配だ
生物がプラスチック分解にさらに長けてくると、メーカーは早期分解を防ぐために有害化学物質をプラスチックに入れ始めるだろう
しかし、プラスチックを非常に効率よく清掃・分解する方法が見つかれば、メーカーにも実際に言い分ができる。そういう場合なら、比較的安全に廃棄できるという確信のもとで利便性を享受できるので、それを必ずしも「悪用」と呼ぶのは難しい
幸い、進行は遅いようではある。似たテーマのディストピアSFもすでにある
「P. albumによるPE分解が1日約0.05%の速度で起こる」なら、世界中のプラスチックが柔らかくなり、崩れ始める速度はどの程度なのだろう
細菌とカビがすべてのプラスチックをCO2に分解すると想像してみる
環境にそのまま残るプラスチックと、プラスチックは減るがCO2が増えることのどちらがまだましなのか分からない
大まかな数字を調べると、毎年約800万トンのプラスチックが海に流入している。プラスチック1単位を燃やすとCO2が3単位出るので、そのすべてがカビで分解されるか焼却されるなら、CO2は約2,400万トンになる。一方、化石燃料の燃焼で毎年約350億トンのCO2を排出している
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300223
こういう話をよく聞く気がする
海洋プラスチックを作り続けてもよいという口実に誤解されかねないので、過剰に報道されているようにも思える
化学栄養生物、特に化学無機栄養細菌は、超高温の深海熱水噴出孔の近くで繁栄する
彼らは鉄、硫黄、そして私たちが有毒または不変だと考えるさまざまな元素や化合物を消費し、酸化できる。その見返りとして、チューブワームが食べる一種の糖を作り出す
今後のプラスチックの生物学的緩和研究も、このようなエネルギー転換と生産に焦点を当てるとよいと思う。「完全になくす」という不可能なゼロサムの結果を考えるより、プラスチックを新しく消費可能な何かに変えてエネルギー源として使うほうが、より未来志向だ
この問題を解くには、チューブワームのように考えなければならない
https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph