Cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa vừa kết nạp thêm một chiến sĩ: các nhà khoa học phát hiện ra ấu trùng sâu bột có thể tiêu thụ nhựa polystyrene, hay còn được biết tới rộng rãi với cái tên “xốp”. Đây là lần đầu tiên chúng ta phát hiện ra một ngoài côn trùng bản địa Châu Phi có khả năng hấp thụ nhựa.
Vật liệu xốp được sử dụng rộng rãi trong đóng gói thực phẩm, đồ điện tử và nhiều thiết bị công nghiệp. Chúng được chọn vì tính bền bỉ, nhưng cũng vì bền bỉ mà xốp khó phân hủy trong tự nhiên.
Xốp là vật liệu thiết yếu trong thời hiện đại - Ảnh: Internet.
Các phương pháp tái chế truyền thống, như sử dụng hóa chất hay nhiệt độ cao, đều rất đắt đỏ và gây ô nhiễm nặng. Đó là lý do chính khiến các nhà khoa học tìm kiếm một giải pháp sinh học cho vấn đề rác thải nhựa.
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học tới từ Trung tâm Quốc tế về Sinh lý và Sinh thái Côn trùng phát hiện ra ấu trùng của sâu bột nhỏ Kenya có thể ăn và tiêu hóa xốp; trong ruột chúng là một quần thể vi khuẩn có thể giúp phân giải cấu trúc hóa học của polystyrene.
Sâu bột nhỏ thường hiện diện chủ yếu trong các trại chăn nuôi gia cầm, nơi có môi trường ấm áp và lượng thức ăn dồi dào, là những điều kiện lý tưởng để chúng sinh trưởng. Giai đoạn ấu trùng sẽ kéo dài từ 8 tới 10 tuần, và sau đó chúng sẽ phát triển thành bọ Alphitobius.
Dù có nguồn gốc Châu Phi, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp sâu bột nhỏ ở nhiều nơi trên thế giới. Tuy nhiên, chủ thể được nghiên cứu lần này có thể là một phân loài của chi Alphitobius. Nhóm các nhà khoa học đang tiến hành điều tra thêm để xác nhận điều này.
Nghiên cứu đồng thời phân tích hệ vi khuẩn trong ruột của những ấu trùng này, để xác định rõ cơ chế hỗ trợ quá trình phân hủy nhựa.
Những phát hiện đáng chú ý
Trong thử nghiệm kéo dài hơn một tháng, các nhà khoa học cho ấu trùng ăn 3 chế độ: chỉ ăn xốp, chỉ ăn cám (một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng), hoặc một bữa cám trộn polystyrene.
Nhóm phát hiện rằng ấu trùng được ăn chế độ kết hợp giữa polystyrene và cám có tỷ lệ sống sót cao hơn so với những con chỉ ăn polystyrene. Chúng đồng thời tiêu thụ polystyrene hiệu quả hơn so với những con chỉ ăn polystyrene. Điều này cho thấy ấu trùng vẫn cần có một chế độ ăn hợp lý để có thể giúp tiêu hủy xốp hiệu quả.
Khối xốp trước khi cho ăn (A); khối xốp sau 30 ngày cho ăn, dấu hiệu của việc tiêu thụ polystyrene thể hiện qua các lỗ trên tấm xốp (B); sâu bột đang ăn chế độ ăn gồm polystyrene và cám (C); sâu bột chỉ ăn chế độ ăn polystyrene (D) - Ảnh: Scientific Reports.
Những con ấu trùng có thể hấp thụ polystyrene vì vẫn lấy được năng lượng từ carbon và hydro, tuy nhiên nếu chỉ ăn xốp, khuẩn ruột của chúng không hoạt động một cách tối ưu. Những con ấu trùng ăn chế độ kết hợp polystyrene và cám có khả năng phân hủy khoảng 11,7% tổng lượng polystyrene trong suốt thời gian thử nghiệm.
Tầm quan trọng của quần thể khuẩn ruột
Phân tích hệ vi sinh vật trong ruột của ấu trùng sâu bột cho thấy sự thay đổi đáng kể trong thành phần vi khuẩn tùy thuộc vào chế độ ăn. Theo các nhà khoa học, việc hiểu rõ những thay đổi này rất quan trọng vì nó giúp xác định các vi khuẩn nào đang tham gia tích cực vào quá trình phân hủy nhựa, qua đó phân lập các vi khuẩn và enzyme cụ thể, có thể được sử dụng trong các nỗ lực phân hủy nhựa.
Phân tích cho thấy ruột của các ấu trùng được cho ăn polystyrene giàu vi khuẩn Proteobacteria và Firmicutes, những vi khuẩn có thể thích nghi với nhiều môi trường khác nhau và phân hủy được nhiều chất phức tạp. Các vi khuẩn như Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter và Klebsiella cũng xuất hiện với số lượng đặc biệt cao, chúng vốn được biết đến với khả năng sản xuất enzyme tiêu hóa nhựa tổng hợp. Những vi khuẩn này sẽ không gây hại cho côn trùng hay môi trường khi được sử dụng ở quy mô lớn.
Sự đa dạng của quần thể vi khuẩn cho thấy chúng đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy nhựa. Điều này có thể đồng nghĩa với việc sâu bột vốn dĩ không khả năng ăn nhựa, mà khi chúng bắt đầu ăn nhựa, vi khuẩn trong ruột của chúng đã biến đổi để thích nghi.
Sâu bột có thể trở thành đồng minh của con người trong cuộc chiến với rác thải nhựa - Ảnh: Scientific Reports.
Những phát hiện này ủng hộ giả thuyết của nhóm nghiên cứu, cho rằng ruột của một số loại côn trùng có khả năng hỗ trợ quá trình phân hủy nhựa, có khả năng là do vi khuẩn trong ruột chúng có thể sản xuất enzyme phân hủy các polymer nhựa.
Điều này mở ra khả năng phân lập các vi khuẩn và enzyme do chúng sản xuất để tạo ra các giải pháp vi sinh, nhằm giải quyết vấn đề rác thải nhựa trên quy mô lớn.
Bước tiếp theo
Trước đây, một số loài côn trùng như sâu bột vàng (Tenebrio molitor) và siêu sâu (Zophobas morio) đã cho phô diễn khả năng hấp thụ nhựa. Chúng có thể phân hủy các vật liệu như polystyrene nhờ sự hỗ trợ của khuẩn ruột.
Nghiên cứu mới đặc biệt ở chỗ nó tập trung vào các loài côn trùng bản địa châu Phi, những loài chưa được nghiên cứu nhiều. Điều này quan trọng vì côn trùng và điều kiện môi trường ở châu Phi có thể khác biệt so với các khu vực khác trên thế giới, từ đó có thể mang lại những hiểu biết mới và các giải pháp thực tiễn cho vấn đề ô nhiễm nhựa tại châu Phi.
Khả năng ăn nhựa polystyrene của sâu bột nhỏ ở Kenya cho thấy chúng có thể giúp phân hủy rác thải, đặc biệt là loại nhựa khó tái chế bằng cách thông thường.
Trong tương lai, các nhà nghiên cứu có thể tập trung tìm ra vi khuẩn trong ruột sâu bột giúp phân hủy nhựa, và khám phá cách các enzyme có thể phân hủy nhựa do vi khuẩn này tạo ra. Nhóm hy vọng có thể sản xuất các enzyme này với số lượng lớn để dùng cho tái chế rác thải nhựa say này.
Ngoài ra, nhóm sẽ kiểm tra xem loài sâu này có thể phân hủy các loại nhựa khác nữa.
Sau này, nếu muốn dùng sâu bột nhỏ để phân hủy nhựa ở quy mô lớn, chúng ta cần có các kế hoạch giữ cho côn trùng khỏe mạnh khi tiêu thụ nhựa trong thời gian dài. Bên cạnh đó phải kiểm tra xem liệu sinh khối từ côn trùng sau quá trình này có an toàn để làm thức ăn chăn nuôi không.
Tham khảo The Conversation, Scientific Reports
Đông Giang
