杨军：一袋生虫小米开启的塑料降解研究之路

　　人物档案

　　杨军，生于1965年2月，北京航空航天大学化学学院教授，主要从事塑料生物降解、环境生物技术和水处理技术等方面的研究。

　　受访者供图

　　前不久，平时“闷头”搞科研的杨军高调了一把，走上了CC讲坛。在这个立志做中国版TED的公益讲坛上，这位北京航空航天大学化学学院教授讲了一个“虫子吃塑料”的故事，可他没料到自己会因此而“走红”。

　　“挑战不可能，虫子吃塑料”“祸害地球500年，20世纪最糟糕的发明，北航科学家用一条虫子来治愈”……朋友圈被这些标题刷屏，杨军有些不适应。

　　塑料能被虫子“吃掉”？“白色污染”有救了？最基本的由常识带来的疑问让杨军的演讲迅速成为热点。截至目前，杨军的演讲视频播放量近400万，创该平台演讲播放量新高。

　　该演讲也让公众了解到这一被高分子材料领域专家、北京大学原校长周其凤院士评价为“世界级工作”的发现——虫子可以“吃”塑料。

　　“空窗期”下厨的意外收获

　　此前从事多年污水生物处理研究的杨军因为一袋小米开辟了一个全新的研究领域。没错，还是一袋生虫的小米。

　　“这个发现说明，男人一定要做饭。”杨军笑着说。

　　言归正传回到“生虫小米”，这个故事要从大飞机开始讲起。“2017年5月5日，中国自主设计研发、国际合作制造的C919大飞机首飞成功，而我发现‘虫子吃塑料’正是在2003年11月到2004年7月论证大型飞机项目期间的‘空窗期’。”杨军说。

　　原来，大型飞机项目是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中部署的16个重大专项中的“重头戏”。时任北航科技处副处长的杨军担任了该项目的论证秘书组组长。

　　“从2003年11月到2004年7月，我们一直处在高强度工作状态，2004年春节，好不容易可以休息几天，我就想着做做饭。”杨军说，结果他在橱柜里发现一个塑料袋里的小米生了很多虫，袋子被啃了许多小洞，竟有蛾子飞了出来。

　　这些小洞寻常得就像砸在牛顿头上的苹果，绝大部分人都见过。但博士毕业于清华环境工程专业的杨军，那时脑中却闪出了一个想法：虫子咬破塑料袋后，把塑料吃进去了吗？如果吃进去了，消化了吗？

　　“如果能证实虫子确实吃进塑料并且将其分解的话，这将是一个非常重要的发现。”杨军说。

　　因为，过去50年，全球塑料产量增长了20倍，累计产生了70亿吨塑料垃圾。但由于塑料本身的物理化学性质稳定，其自然降解至少需要500年。近年来，可降解塑料的问世大大提升了塑料的降解速度，但依然需要两到三年的时间。实现塑料降解是科研人员多年来的课题。

　　十年潜心只为证实虫子“吃”塑料

　　虽然看上去塑料袋是被虫子吃掉了，但科学研究还需要扎实的论证。杨军开始指导研究生秦小燕做“蜡虫吃聚乙烯塑料薄膜”的实验。

　　“我们通过各种渠道购买和培养了蜡虫，通过解剖将其肠道内含物取出，接种于仅仅铺有聚乙烯薄膜的无碳培养基上。”杨军说。碳是维持生命的主要元素，如果不给蜡虫葡萄糖、淀粉等碳源，只给聚乙烯薄膜，蜡虫要么依靠聚乙烯进行代谢繁殖，要么因没有能量来源而死掉。

　　实验进行了28天，杨军和秦小燕通过电镜观察聚乙烯薄膜发现，蜡虫肠道内含物侵蚀并穿透了塑料薄膜。这意味着蜡虫的肠道微生物降解了塑料。

　　“在中科院微生物所用电镜看到塑料薄膜穿孔时，我们师生激动地拥抱在一起。”时隔几年，回忆起那时的情景杨军依然很兴奋。

　　但他并没有着急发论文，“因为很多东西还没搞明白，科研急不得。这是一个‘金矿’，可以发掘出很多非常有价值的原创性成果。”他说。

　　彼时，他已离开行政管理岗位，结束了五年多学术和行政“两肩挑”的生活，开始访问牛津大学学习基础研究方法，潜心研究起虫子，专心做一名学者。

　　“科研人员通常追求完美，讲究证据、严谨，而行政工作很多时候灵活性更大，我的个性更适合做科研。”杨军说，多年科技管理的经历让他拥有更宽阔的视野，帮他跳出专业小圈子看问题。

　　回到科研上。到底是肠道内含物里的哪些关键物质分解了聚乙烯？杨军团队继续以聚乙烯为唯一碳源，60天富集培育分离出8种纯菌株，并最终通过抗拉强度试验选择了两种降解能力最强的菌种：阿氏肠杆菌和芽孢杆菌。

　　实验证明，这两种菌株的确可以靠“吃”塑料薄膜“活下来”。它们在聚乙烯薄膜上稳定增长，活性较强，可以侵蚀掉聚乙烯膜表面。通过这些实验，他们初步搞清了降解机制：将聚乙烯这种长链的C—C单键氧化断裂成为一个亲水的碳氧双键的羰基。

　　同时，杨军团队扩大调研范围，了解到有人用蚯蚓、千足虫、蛞蝓、蜗牛等做过降解塑料的实验，但效果并不理想。看到有关泡沫塑料板被黄粉虫啃食的报道，杨军团队决定用个头大很多的黄粉虫试着降解更艰难的目标——聚苯乙烯，也就是常见的白色泡沫塑料。

　　于是，他们又做了黄粉虫降解聚苯乙烯实验。培养了1500条黄粉虫，将其平均分成三组，进行为期30天的实验。一组仅喂食聚苯乙烯的泡沫塑料，对照组喂食它们喜欢的麦麸。结果发现，分别单独喂食泡沫塑料和麦麸的两组存活率没有显著差异。

　　为测量聚苯乙烯的降解程度，杨军等收集了吃过麦麸和泡沫塑料的虫粪，并用GPC（凝胶渗透色谱）证明聚苯乙烯的分子量降低了，热重结果也表明分子量降低了。

　　“50%的聚苯乙烯被黄粉虫转化为二氧化碳和虫体。作为生物化学机制的‘金标准’，碳13—同位素标记示踪的实验也证实了这个结果。”杨军说，该实验充分证明了黄粉虫能降解聚苯乙烯。

　　研究成果写进中小学教材

　　“我们一直认为，这个针对塑料污染的世界难题，经过了深入系统的研究，取得了突破性的成果。因此，我们投了学术期刊里最好的《自然》《科学》，以及美国科学院的院刊《PNAS（美国科学院院报）》。好消息是所有投稿很快就被送审，坏消息是最后都被拒了。”如今回想起来，杨军更像是在讲别人的故事，可当时这对做了十年的团队而言是不小的挫败。

　　“主要是因为材料学科的审稿人坚持认为塑料是不能被生物降解的，这个概念已经根深蒂固。”杨军说。

　　幸运的是，论文最后发表于环境科学领域顶尖期刊《环境科学与技术》，并在业界引起很大反响。中国工程院院士、清华大学环境学院教授钱易对此评价，这个发现是革命性的，揭示了细菌能利用过去被认为不可能生物降解的石油基塑料。

　　有意思的是，因为杨军的成果，美国已有20多家家庭农场开始用泡沫塑料养殖黄粉虫。其研究结果也已进入多个国家的科学博物馆、中小学教材或者参考书。

　　回首过去的十几年，杨军说，除了感谢自己和团队的坚持，也很感激众多合作者的大力支持。“都说基础研究要甘坐冷板凳，但首先得有坐下去的环境。”杨军说，北京航空航天大学化学学院院长江雷院士对他的鼓励和坚定支持让他能走到现在，“十年没发文章，也没拿经费，他还能容忍我、支持我，江院士是一位具有洞察力和宽容胸怀的战略科学家”。

　　从基础研究到产业化造福人类，还有更艰难的路等着杨军去走。“接下来我们要继续进行基础研究，同时着手产业化。例如，开发出降解可控的新型材料，以及制造出仿肠道环境的生物反应器等等。”杨军说。

　　“今日长缨在手，何时缚住苍龙？”有一点文学情怀的杨军用这句话来形容今日的心境。“我相信，我们科学家跟企业家共同努力，一定能缚住塑料垃圾这条‘长龙’。”他说。