Animalele digeră plasticul natural al Pământului. Descoperirea schimbă ceea ce se știa despre circuitul carbonului.

Un vierme marin de doar doi centimetri a condus cercetătorii către o descoperire care schimbă ceea ce se știa despre bioplasticul produs de microorganisme. Animalele nu doar intră în contact cu aceste materiale naturale, ci pot avea enzime capabile să le descompună și să folosească substanțele rezultate.

Cercetarea a fost realizată de oamenii de știință de la Institutul Max Planck pentru Microbiologie Marină din Bremen și publicată în Science Daly. Rezultatele arată că această capacitate nu aparține unei singure specii, ci apare la animale din grupuri foarte diferite.

Un vierme fără gură și intestin

Punctul de plecare al studiului a fost Olavius algarvensis, un vierme marin neobișnuit. Animalul nu are nici gură, nici sistem digestiv și depinde de bacteriile care trăiesc sub pielea sa pentru a obține substanțele nutritive necesare. Bacteriile sale simbiotice depozitează cantități mari de carbon sub forma unor compuși numiți polihidroxialcanoați, cunoscuți sub abrevierea PHA. Cercetătorii s-au întrebat dacă viermele a dezvoltat o modalitate de a folosi această rezervă de energie.

Răspunsul a fost afirmativ. Echipa a identificat în organismul viermelui o enzimă capabilă să descompună PHA în molecule mai mici, pe care animalele le pot utiliza. Imaginile obținute la rezoluție înaltă au oferit un indiciu important. Enzima era produsă chiar în zona în care viermele își digeră partenerii bacterieni, ceea ce sugerează că animalul poate folosi PHA acumulat în interiorul acestora.

Capacitatea apare la multe animale

Descoperirea nu s-a oprit la viermele marin. Cercetătorii au analizat apoi genomurile mai multor animale și au găsit enzime similare la peste 66 de specii din nouă încrengături diferite. Testele de laborator au confirmat că enzimele unor animale foarte îndepărtate evolutiv pot descompune PHA. Printre speciile testate s-au numărat un burete, o râmă și un colembol.

Caroline Zeidler, primul autor al studiului, spune că aceasta a fost surpriza cercetării. Ceea ce părea inițial o particularitate a unui singur vierme marin s-a dovedit a fi o capacitate întâlnită în ramuri foarte diferite ale regnului animal.

Bioplasticul produs de microorganisme

În natură, PHA are un rol important pentru bacterii și arhee. Aceste microorganisme îl folosesc pentru a depozita carbon și energie atunci când au mai mult carbon decât pot utiliza imediat.

Aceiași compuși sunt folosiți și pentru fabricarea unor tipuri de bioplastic. În producția industrială, bacteriile sunt cultivate în rezervoare de fermentare și primesc materiale bogate în carbon, precum zaharuri, amidon sau uleiuri vegetale. Ulterior, microorganismele acumulează cantități mari de PHA. Compușii sunt extrași și transformați în materiale cu proprietăți asemănătoare plasticului.

Aceste bioplastice pot fi modelate și rezistă relativ bine la apă. Ele sunt utilizate inclusiv pentru ambalaje alimentare și produse de igienă. În agricultură, PHA poate fi folosit pentru realizarea unor granule care învelesc îngrășămintele și eliberează treptat conținutul pe măsură ce materialul se degradează. Domeniul medical folosește aceste materiale pentru pansamente, administrarea controlată a medicamentelor, implanturi resorbabile și fire de sutură care se degradează treptat în organism.

Un plastic care poate reintra în circuitul natural

Spre deosebire de multe materiale plastice convenționale, PHA are o caracteristică importantă: poate participa la un circuit biologic. Microorganismele îl produc, iar alte organisme îl pot descompune prin procese biologice. În prezent, bioplasticele pe bază de PHA reprezintă doar o parte redusă din piața bioplasticelor. Interesul pentru ele ar putea crește însă pe măsură ce cererea pentru materiale biodegradabile și produse obținute din surse biologice se extinde.

Producția globală de bioplastice este, de asemenea, estimată să crească semnificativ în următorii ani. În acest context, descoperirea cercetătorilor de la Max Planck adaugă o nouă perspectivă asupra modului în care aceste materiale pot fi descompuse în natură.

PHA există în sol și în ape

În mediul natural, PHA nu este o apariție recentă. Compușii sunt produși de microorganisme și se găsesc în soluri, sedimente și ecosisteme acvatice din întreaga lume. Microorganismele îi acumulează atunci când dispun de mai mult carbon decât au nevoie pe moment. PHA devine astfel o rezervă pe care o pot folosi ulterior.

Pentru oamenii de știință, aceste substanțe sunt interesante și pentru că se numără printre puținele tipuri de plastic care apar în mod natural și sunt complet biodegradabile.

Animalele pot folosi carbonul microbian

Rezultatele studiului sugerează că animalele ar putea contribui la descompunerea PHA alături de microorganisme. Descoperirea este importantă și pentru înțelegerea modului în care carbonul stocat de bacterii ajunge în lanțurile trofice.

Maggie Sogin, coautoare a studiului, spune că cercetarea schimbă perspectiva asupra organismelor care pot utiliza aceste rezerve de carbon. Ea consideră că animalele ar putea consuma astfel de bioplastice naturale de sute de milioane de ani, fără ca oamenii de știință să fi observat până acum procesul. Cercetătorii nu știu încă cât de răspândit este acest mecanism în ecosistemele naturale. Nu este clar nici cât de important este el pentru circuitul global al carbonului.

O piesă nouă în circuitul carbonului

Dincolo de descoperirea unei enzime, studiul deschide o nouă direcție pentru cercetarea relației dintre microorganisme și animale. PHA ar putea reprezenta o verigă mai importantă în transferul carbonului între aceste organisme decât se credea până acum.

Cazul viermelui Olavius algarvensis arată și cât de multe procese biologice pot rămâne ascunse. Un organism neobișnuit, care și-a pierdut sistemul digestiv și excretor, i-a ajutat pe cercetători să descopere o capacitate care pare să fie răspândită în lumea animală.