日本科學家發現深海環境下可降解 80% 的生物塑料

一個日本研究團隊展示了一種新型微生物聚酯——聚 (D-乳酸-共-3-羥基丁酸)，或稱為 LAHB，能夠在深海底部生物降解，而傳統的生物基塑料則依然保持不變。

在855公尺深的測試中，LAHB 薄膜在僅僅13個月內失去了超過80%的質量，這為不會在海洋最偏遠環境中長期存在的塑料替代品帶來了希望。

深海試驗確認快速降解
科學家們將兩種薄膜浸入水中，以測試 LAHB 在地球最惡劣棲息地之一的耐受性。一種薄膜的乳酸含量約為6%（P6LAHB），另一種為13%（P13LAHB），位於日本八丈島附近。作為對照，使用了廣泛應用於消費品包裝的標準聚乳酸（PLA）薄膜。在大約3.6°C的低溫、高鹽度、低氧和巨大的壓力環境下，這些條件通常對微生物活動不利。

在七個月後，乳酸含量較高的 P13LAHB 樣本已經減輕了30.9%的重量。到第十三個月，兩種 LAHB 變體均失去了超過五分之四的原始質量，表面出現裂紋並覆蓋著微生物生物膜。相比之下，PLA 薄膜則完好如初，未顯示出質量損失、表面凹陷或微生物定殖。

“我們的研究首次證明了 LAHB 這種微生物乳酸基聚酯，即使在深海底部也能進行主動生物降解和完全礦化，而傳統的 PLA 則完全不降解，”信州大學水產再生研究所的田口誠一教授說，他與來自 JAMSTEC 和群馬大學的同事們共同領導這項研究。

微生物團隊驅動降解
基因和生化分析揭示了附著在 LAHB 上的微生物之間的分工協作。以 Gammaproteobacteria 為主的微生物，包括 Colwellia、Pseudoteredinibacter、Agarilytica 和 UBA7957 等屬，分泌了外源性聚合酶，將 LAHB 的長聚合物鏈剪切成較小的二聚體和三聚體。

某些物種，特別是 UBA7959，則生成額外的寡聚物水解酶，將這些片段分解為單一的構建塊，如 3-羥基丁酸（3HB）和乳酸。

一旦釋放，這些單體便成為其他社群成員的食物，包括 Alpha-Proteobacteria 和 Desulfobacterota，這些微生物將化合物代謝為二氧化碳、水和鹽類。這個微生物聯盟共同完成了少數塑料在這樣深度下無法達成的目標：近乎完全礦化，且不留下微塑料殘留物。

邁向海洋安全的材料
塑料污染預計將超過2019年產生的3.53億公噸，而每年約有170萬噸流入水生生態系統。由於洋流將漂浮的垃圾集中到廣大的“垃圾帶”中，科學家們一直在尋找能夠在海洋環境中真正消失的聚合物。LAHB 在寒冷、營養貧乏的水域的成功表明，它可能有助於縮小這一差距。

“這項研究解決了當前生物塑料最關鍵的限制之一——其在海洋環境中的缺乏生物降解能力。這項研究顯示，LAHB 即使在深海條件下也能降解和礦化，為傳統塑料提供了更安全的替代品，並支持向循環生物經濟的轉型，”田口教授表示。

研究成果已在《聚合物降解與穩定性》上線，將於2025年10月1日的期刊印刷版（第240卷）中發佈。如果能夠大規模生產，使用該材料製造的消費品有望減少全球海洋中積累的持久塑料負荷。這對於對抗海洋污染的更廣泛鬥爭而言，是一個小但至關重要的勝利。