В СФУ исследуют разложения биопластика в Арктике

Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) доказали возможность использования биопластика в субарктических широтах без вреда для окружающей среды, поскольку почвенные бактерии могут разлагать пленки из этого материала. В будущем это позволит увеличить производство изделий из экологичного биопластика, снизив урон для таких хрупких экосистем, как Арктика, сообщила в четверг ТАСС профессор базовой кафедры биотехнологии СФУ Светлана Прудникова, одна из авторов этого исследования.

Опасность пластика

Несмотря на то, что арктические и субарктические регионы слабо заселены человеком, который является основным источником мусора, пластик и его производные можно встретить и в этой местности. Как рассказала ТАСС младший научный сотрудник отдела взаимодействия океана и атмосферы Арктического и Антарктического НИИ Росгидромета (ААНИИ, Санкт-Петербург) Анна Весман, основной путь попадания микропластика в Арктику - это течение Гольфстрим.

"Это путь с течениями, с системой Гольфстрима и потом его продолжением на север. Есть ответвление еще в Баренцево море, вдоль побережья Норвегии и Кольского полуострова. Пока считается, что это основной поставщик микропластика в Арктику. Плюс, есть еще местные источники - это рыболовство, потому что у нас продуктивные воды, особенно, например, в Баренцевом и Гренландском морях. В водах часто теряют сети, бывают несанкционированные выбросы мусора с судов", - пояснила Весман, добавив, что сейчас наиболее загрязненными являются акватории Баренцева и Гренландского морей.

Старший преподаватель кафедры экологической безопасности и устойчивого развития регионов Санкт-Петербургского госуниверситета (СпбГУ) Катерина Шалунова рассказала ТАСС, что российские и международные команды сейчас активно исследуют процессы загрязнения и распространения микропластика в арктической зоне. "Все исследователи отмечают, что практически в каждой пробе они обнаруживали частицы пластика размером менее 5 мм, которые были представлены полимерными нитями, гранулами или фрагментами", - отмечает она.

По словам Весман, основную опасность пластик в Арктике представляет для животного мира, поскольку рыбы и птицы легко могут перепутать его с едой. Приняв вместо пищи кусок пластика, животное меняет свой режим питания в сторону уменьшения рациона. "В лабораторных условиях было показано, что микропластик может наносить ущерб эндокринной системе, из-за него могут развиваться множественные проблемы со здоровьем", - сказала она.

По мнению Прудниковой, если где-то выбросить пакет, то он постепенно может попасть и в северные территории, а разложение, например, полиэтилена может длиться веками. "Возможно, в будущем микроорганизмы приспособятся, и появятся виды, которые смогут использовать пластики, выпускаемые сейчас в большом количестве, но пока что они очень стойкие. Проблема накопления отходов сейчас актуальна и для северных территорий, туда тоже попадают пластиковые отходы, которые вредят окружающей среде, но, если будут применяться изделия из биоразрушаемых материалов, они также попадут на северные территории. Понять, какова будет их судьба в этом случае, - это и было целью нашего исследования", - говорит ученый.

Новые технологии

Ранее ученые Института биофизики СО РАН под руководством профессора Татьяны Воловой разработали технологию получения особых биополимеров - полигидроксиалканоатов, которые в природе при определенных условиях производят бактерии. Для этого выращивают культуру микроорганизмов, в клетках которых синтезируется полимер. Затем полимер извлекают из клеток, очищают и только после этого он пригоден для создания биоразрушаемых изделий, например, пакетов или упаковок.

"Вообще такой способностью [синтезировать биополимеры] обладают разные виды бактерий, но у них может быть разная продуктивность. В Институте биофизики есть запатентованные высокопродуктивные штаммы, которые и используются для получения биопластика", - поясняет собеседница агентства.

Особенность полученного материала в том, что в природе он может разрушаться до нетоксичных соединений - углекислого газа и воды. По словам Прудниковой, изделия из него могут разрушаться с разной скоростью в зависимости от химической структуры полимера, от формы изделия и его толщины. "Если это пакеты из тонких пленок, то они должны разлагаться быстро. Если нужны какие-то долговременные изделия, то следует применять другие способы для их изготовления. Таким образом, скорость его разрушения в природе можно контролировать", - добавляет Прудникова.

Кроме этого, по словам исследователя, биопластик выгодно отличается от обычного пластика тем, что способен к полному окислению, то есть с его помощью возможно решить проблему загрязнения окружающей среды мелкими частицами пластмассы.

Проверка безопасности

Для того, чтобы понять, как ведет себя биопластик в разных климатических условиях, ученые провели эксперименты по разложению материала микроорганизмами, обитающими в почве. Ранее ученые уже изучили способность к переработке биопластика бактериями пресных и соленых водоемов, а также микроорганизмами, обитающими в тропических почвах. По словам Прудниковой, комплекс исследований позволит понять, как влияют климатические условия на скорость процессов, а также выяснить, какие микроорганизмы это могут делать на севере, а какие на юге, и есть ли общие виды бактерий в разных почвах. Последним проведенным исследованием для ученых стал эксперимент в почвах Эвенкии - арктического района на севере Красноярского края.

"Технология для таких работ относительно универсальная. Изделие помещают в чехол, который проницаем для микроорганизмов, чтобы его не потерять при постепенном разрушении. Материалом может быть полиэфирное волокно, которое не разрушается", - рассказывает Прудникова. Ученые в ходе эксперимента поместили пленки в сетчатые мешочки и закопали их в почву на срок больше года. В финале исследования ученые, достав мешочки из почвы, провели ряд наблюдений - как изменился вес пленок и химическая структура полимера на молекулярном уровне, как изменился состав микробного сообщества пленок обрастания, какие виды микроорганизмов способны использовать полимер в качестве субстрата.

"Свое влияние на процесс разрушения пленок оказала вечная мерзлота и холодный климат, из-за чего период, когда ведется активная жизнедеятельность микроорганизмов, очень короткий. Если в тропических условиях разрушение тонких пленок может произойти в течение нескольких недель, то здесь мы ждали больше года и заметили только начало процесса на молекулярном уровне", - поясняет ученый.

Несмотря на трудности при проведении эксперимента, его итог свидетельствует о том, что биопластик способен разрушаться в субарктических широтах, а значит не опасен. По мнению Прудниковой, в Арктике есть потенциал для разрушения такого рода изделий. "Пока это можно предполагать теоретически, однако, какой срок понадобится для полного разложения, точно сказать нельзя. Если это будет упаковка, то, возможно, несколько лет", - добавляет она.

Доказанная безопасность биопластика в северных широтах позволит в будущем расширить сферы его применения, считает Прудникова. В планах у ученых удешевить технологию создания биополимеров. "Сейчас полигидроксиалканоаты у нас в стране в качестве упаковки не используются. Так как их получение достаточно дорогое, то применение целесообразно в качестве материалов для медицинского назначения. Но за рубежом упаковки из биопластика производятся из такого рода полимеров. Если работать в разных направлениях - искать более дешевые субстраты, совершенствовать технологию, тогда возможно будет рекомендовать микробные полимеры для массового и разнообразного использования. Теоретические предпосылки к этому есть, теперь задача - сделать его доступным для широкого производства", - резюмирует собеседница агентства.

12/11/2020

Источники: https://nauka.tass.ru