Личинки жуков могут выжить, питаясь исключительно пластиком
Масштабы проблемы с пластиковыми отходами заставляют ученых повсюду искать ответы, и команда исследователей Университета Квинсленда (UQ) изучала в этом контексте личинок жуков из семейства чернотелки, известных как «суперчерви» и зофобасы. Было показано, что эти существа имеют аппетит к пластиковым отходам, что исследователи смогли проследить до специфических ферментов в их кишечных бактериях, которые превращают пластик в энергию, в результате чего черви даже набирают вес.
Вид Zophobas morio, находящиеся в центре нового исследования, заработали себе прозвище «суперчерви» (superworm или kingworm) из-за своей большой и мускулистой природы.
В 2016 году группа студентов Университета Атенео-де-Манила обнаружила, что личинки Zophobas morio могут использоваться для удаления отходов, поскольку было обнаружено, что личинки потребляют пенополистирол. В исследовании сравнивались более крупные личинки Zophobas morio с личинками Tenebrio molitor, которые ранее использовались в Стэнфордском исследовании, посвященном разложению полистирола. Предыдущее исследование показало, что личинки Zophobas morio при одинаковых весовых категориях могут потреблять большее количество полистирола в течение длительных периодов времени.
Теперь команда ученых UQ исследовала эти возможности, изучая кишечный микробиом Zophobas morio, которые находились на разных диетах в течение трехнедельного периода: некоторых кормили отрубями, другую группу кормили только полистиролом, а третью группу зофобасов заставляли голодать.
Это привело к значительным различиям в микробных сообществах кишечника: у тех, кто голодал и кормился полистиролом, было меньше микробного разнообразия и более высокое присутствие условно-патогенных микроорганизмов. Хотя группа полистирола испытала эти негативные последствия для здоровья, они все же набрали вес в результате своей пластиковой диеты.
«Мы обнаружили, что суперчерви, которых кормили только полистиролом, не только выжили, но даже немного прибавили в весе», — сказал Крис Ринке, руководивший исследованием. «Это говорит о том, что черви могут получать энергию из полистирола, скорее всего, с помощью своих кишечных микробов».
Zophobas morio — разновидность жука-чернотелки, личинки которого известны под общим названием superworm, kingworm, morio worm или Zophobas (зофобас или зоофобас). Личинки напоминают очень крупных мучных червей, от 50 до 60 мм в длину в полном размере, но, в отличие от мучных червей, концы их тел очень темные, почти черные. Достигнув размера взрослой особи, личинки окукливаются, а позже превращаются в крупных светлых жуков, которые со временем темнеют до черных.
Личинки не окукливаются, если их держать в контейнере с множеством других личинок и обильным кормом, где они получают постоянный телесный контакт. Такое содержание суперчервей обычно используется для предотвращения окукливания. Чтобы суперчерви созрели, их необходимо держать в одиночестве около 7–10 дней. Затем, по мере созревания, они выходят из стадии куколки в виде жуков-чернотелок.
Используя метод, называемый метагеномикой, ученые смогли идентифицировать набор бактериальных ферментов, ответственных за разложение полистирола, что подтверждает гипотезы, выдвинутые в более ранних исследованиях.
Это формирует первое представление о метаболических путях, которые позволяют суперчервям разлагать полистирол, в результате чего, по словам ученых, даже образуются ценные побочные продукты.
«Суперчерви похожи на мини-перерабатывающие заводы, которые измельчают полистирол своими ртами, а затем скармливают его бактериям в кишечнике», — сказал Крис Ринке. «Продукты распада этой реакции могут затем использоваться другими микробами для создания ценных соединений, таких как биопластики».
Полученные данные дополняют растущий список открытий, демонстрирующих, как ферменты могут разлагать пластиковые материалы, и поэтому могут сыграть важную роль в усилиях по борьбе с отходами.
К ним относятся быстродействующие ферменты, которые расщепляют пластик всего за 24 часа, ферменты, которые превращают пластик в одну молекулу, ферменты, которые могут быть встроены в пластик, чтобы помочь ему разлагаться, и разработанные «суперферменты», которые поглощают пластиковые отходы на высокой скорости.
Исследователи UQ надеялись разработать версии этих ферментов, которые могут работать с механическими системами на заводах по переработке для биоразложения пластика после его измельчения. Теперь они переключают свое внимание на новую возможность, начиная с выращивания кишечных бактерий суперчервей в лаборатории и тестирования их способности разлагать полистирол.
«Затем мы можем изучить, как увеличить этот процесс до уровня, необходимого для всего завода по переработке», — сказал соавтор исследования Джиаруи Сан.
Исследование было опубликовано в журнале Microbial Society.