pha:“细菌脂肪”可以帮助我们拯救切萨皮克
pha是由细菌制造的塑料。pha也会被细菌吃掉。
“它就像脂肪,”柯克·海文斯说。他解释说,就像脊椎动物在脂肪沉积物中储存能量一样,许多细菌也会合成聚羟基烷酸酯(聚羟基烷酸酯的缩写)来储存碳和能量。一个单独的细菌会利用它那少量的聚合物储备来度过它的微观世界里的贫瘠日子,除非一个更大的微生物先吃掉它。任何由PHA组成的东西都会生物降解,因为细菌开始吃掉它。
哈文斯是VIMS研究小组的一员,他与William & 玛丽的技术转移主管杰森·麦克德维特(Jason McDevitt)合作,将基于这些生物聚合物的产品推向市场。这些产品针对的是一个具有环保意识的市场,从商业渔民到休闲猎人,再到使用各种个人护理产品的数百万人。
研究人员都是VIMS海岸资源管理中心的成员。该组织包括该中心的助理主任哈文斯;海洋科学家Kory Angstadt;Donna Bilkovic,研究副教授;以及大卫·斯坦霍普,实地研究经理。他们对pha的兴趣始于在切萨皮克湾偶然发现了大量的“幽灵罐”。
Bilkovic, Stanhope和Angstadt正在使用侧扫声纳来区分各种栖息地,如海草和牡蛎或贻贝床。这些不同的栖息地对鱼类来说很重要,这项工作是绘制切萨皮克湾浅水底部地图项目的一部分。声纳显示出数量惊人的方形物体。方形的东西原来是捕蟹笼,浮标丢了,现在无人看管。
对丢失的陷阱的汇总显示了许多事情,所有这些都令人不安。哈文斯说,第一个坏消息就是花盆的数量太多了。第二是它们的耐用性:他说,许多陷阱都有外壳,但状况良好。第三个,也是最令人不安的启示是,鬼魂在某种类似永恒的东西上放着“自我诱饵”。一只动物进入陷阱,死去,然后成为下一个受害者的诱饵。
对切萨皮克鬼锅捕获的样本进行的普查显示,VIMS的科学家们发现,丢失的渔网对海洋生物造成了沉重的打击。该小组开始研究PHA的特性,以寻求一种通过合并“逃逸面板”来解除丢失陷阱的方法。在确定PHA面板之前,VIMS小组检查了许多材料和方法。
Bilkovic解释说:“其他逃生板使用可降解或可生物降解的附着点。”“我们发现,只需要一个藤壶上的一点点外壳就可以阻止它起作用。PHA的好处是,随着时间的推移,这种物质会完全消失。”
他们的第一块面板是为蓝蟹贸易设计的,在8到10个月的时间里,它在水中逐渐被侵蚀。该面板的设计是为了取代国家要求的圆形筛选环,其目的是让体型矮小的蓝蟹逃脱陷阱。安斯塔德拿起了最新款,这是一块椭圆形的塑料,看起来和普通塑料没什么区别。
“看到他们一开始有多好吗?”他问,在纸上划了一个缩略图。“我们的想法是让船夫能坚持一季,这样他们就不用经常更换船夫了。但我们可以通过把它们变厚或变薄来延长或缩短它们的使用时间。”
经过水工的一轮测试后,VIMS团队开始研究其他类型的捕鱼器。海岸资源管理中心(Center for Coastal Resources Management)的一个水族馆里,摆放着各种缓慢溶解的逃生板原型;一台固定摄像机记录了它们每天被摧毁的过程。另一个角落里高高的堆放着石蟹陷阱、鳗鱼陷阱、邓杰内斯蟹陷阱、龙虾笼、小龙虾陷阱和其他专门的网和电线组合,用于在世界各地的淡水和咸水中捕获鳍鱼和甲壳类动物。研究人员说,幽灵锅是一个无处不在的问题。
幽灵锅是一个问题,它们只是海洋垃圾造成的巨大环境问题的一部分。他们在PHA逃逸板上的工作使科学家们接触到其他对修复海洋垃圾问题感兴趣的人。
海文斯说:“这让我们更加意识到海洋垃圾问题,以及海洋和水生环境中的塑料问题。”“其中一个开始出现的问题是微塑料和塑料污染。”
不可降解的塑料微珠已成为许多个人护理产品的重要组成部分,包括面部去角质产品、牙膏和化妆品。这些微小的(通常)聚乙烯球体进入排水管,直接通过水处理厂进入环境。这些塑料微粒造成了大量几乎坚不可摧的塑料侵入水道,但也带来了更直接的危险。
“微珠的问题在于尺寸。它们可以被食物网的底部吃掉,”哈文斯解释说。“如果他们食用不可生物降解的塑料,他们就不会从中获得任何营养。这是一个饥饿问题。这是一个问题。”
比尔科维奇指出了微珠的另一个问题。她解释说,一些滤食性动物,如管虫和藤壶,对它们摄入的东西没有特别的区别,可能没有能力拒绝像聚乙烯颗粒这样不熟悉和不自然的东西。
VIMS的合作者进一步观察了食物网,发现另一种塑料成分在水中造成了麻烦。塑料猎枪团已经在湿地和海滩上堆积。水禽猎人在溪流和沼泽上空射击,而子弹团(猎枪弹药的塑料成分)落入水中。野生动物经常把这些浮动的团状物误认为是猎物。在海洋觅食的鸟类的胃里发现了塑料团。
“鸟儿们似乎认为这是一只鱿鱼或类似的东西,”Angstadt说。
麦克德维特的工作是帮助威廉玛丽学院的教职员工最大限度地发挥他们工作的商业潜力。他指出,PHA具有同样的环境安全特性,使其成为溶解捕蟹板的理想选择,也使其成为在环境敏感情况下替代塑料的绝佳材料。
商业pha甚至是自然产生的,或者至少是自然过程的工业化版本。生物聚合物的生产者只需要在大桶里装上合适的细菌。
“PHA的好处是它在水生系统中是可生物降解的,无论是海洋还是淡水,”麦克德维特说。根据美国材料与试验协会(ASTM)的标准,它已被认证为可生物降解材料,并获得了军方的认证。”
麦克德维特一直在寻求这三种产品的许可和知识产权。逃生板是最先进的PHA产品,授权给Mobjack Binnacle Products公司,该公司由梅森商学院校友韦德·布莱克伍德(Wade Blackwood)共同创立。Mobjack向那些想要减少丢失的渔网对海洋生物的危害的渔民出售了一些可生物降解的逃生板。Mobjack的网站为捕蓝蟹者提供了Big Blue生物面板,为捕石蟹者提供了Stoney生物面板,为捕龙虾者提供了Langosta生物面板。
McDevitt说,PHA微珠和可生物降解的霰弹枪团正在申请专利,但他指出,这两种产品都面临产品开发和营销方面的挑战。
他说:“就原型开发而言,wads比其他两个更早,还有很长的路要走。”“棉花上的生产也有点棘手。如果你看一下霰弹枪,它是通过注射成型制造的,所以我们很难制造出原型。”
各种PHA产品的成功可以通过法规或立法来加快。海文斯指出,许多州都在考虑禁止微珠的使用。他说,弗吉尼亚州于2014年提出了一项措施,但没有得到委员会的批准。
麦克德维特说:“我们希望看到一些平衡的立法,禁止使用不能在水中生物降解的微珠,但也允许使用可以生物降解的微珠。”
即使在没有立法的情况下,许多消费品公司已经承诺停止使用塑料微珠,麦克德维特认为,许多消费者很可能愿意为环保产品支付少量的溢价。
他说,要求PHA逃生板的立法将有利于为船员提供公平的竞争环境。麦克德维特指出,虽然消费者不会为PHA去角质产品多花几分钱,但对于拥有数百个捕鱼陷阱的商业渔民来说,改用可生物降解的面板是一笔可观的开支。
麦克德维特说:“如果每个人都做出改变,在经济上是有益的,因为会有更多的螃蟹可以捕捉,因为失去的陷阱不会再因为继续捕捉螃蟹而耗尽渔业。”“然而,对于第一批采用者来说,这只会让他们处于竞争劣势。”
他建议,一套合理的规章制度将消除竞争劣势。法规可以采取全面要求使用PHA面板或其他真正防止幽灵捕鱼的产品的形式,但也可以采取奖励的形式,例如对使用此类设备的水工略微延长捕鱼季节。
麦克德维特指出,一旦微珠和霰弹枪球完全开发出来,该集团可能会发现自己同时向全食超市(Whole Foods)的顾客和《鸭子王朝》(Duck Dynasty)的粉丝推销产品。这对科学家来说是一个奇怪的处境,他们说,当他们开始讨论幽灵罐问题的答案时,他们从未想过自己会参与塑料行业。
“我们只是想为拯救海洋生物提供一些解决方案,”海文斯说。