Bioplasticul creat de natură cu sute de milioane de ani în urmă. Ce au descoperit oamenii de știință despre animale. foto: AI Cu mult înainte ca oamenii să inventeze materialele plastice biodegradabile și să caute alternative mai prietenoase cu mediul la plasticul convențional, natura dezvoltase deja propriile variante. Unele microorganisme produc în mod natural substanțe asemănătoare plasticului, pe care le folosesc drept depozite interne de carbon și energie. Aceste materiale sunt cunoscute sub denumirea de polihidroxialcanoați (PHA), iar o cercetare recentă arată că povestea lor este mult mai complexă decât se credea. Oamenii de știință au descoperit că nu doar microorganismele sunt capabile să descompună aceste bioplastice naturale. Mai multe specii de animale, de la organisme marine până la viețuitoare terestre precum râmele, dețin enzime care pot transforma PHA-urile în molecule pe care organismul le poate utiliza. Descoperirea oferă o perspectivă nouă asupra modului în care carbonul produs de microorganisme ajunge în lanțurile trofice. Natura a inventat bioplasticul cu mult înaintea oamenilor PHA-urile sunt produse de numeroase bacterii și arhee atunci când acestea dispun de un surplus de carbon. În loc ca resursa să fie pierdută, microorganismele o depozitează în interiorul celulelor sub forma unor granule de PHA. Practic, aceste substanțe funcționează asemenea unor rezerve de energie care pot fi consumate ulterior de microorganisme. Spre deosebire de multe materiale plastice produse industrial, PHA-urile sunt biodegradabile și apar în mod natural în ecosisteme. Citește și: Un crab a fost găsit captiv într-o sticlă de plastic în largul oceanului, iar cercetătorii au aflat cum a supraviețuit Ele pot fi întâlnite în sol, sedimente și diverse medii acvatice, oriunde microorganismele își acumulează rezervele de carbon. Până de curând, cercetătorii presupuneau că descompunerea acestor compuși este realizată în principal de microorganisme. Noul studiu demonstrează însă că și animalele pot avea un rol în acest proces. Un vierme marin a oferit primul indiciu Descoperirea a pornit de la un organism marin neobișnuit, Olavius algarvensis. Viermele nu are gură și nici tract digestiv, ceea ce îl face dependent de bacteriile cu care trăiește în simbioză. FOTO: Kristina Weinert / Max Planck Institute for Marine Microbiology Aceste microorganisme se află sub pielea animalului și reprezintă principala sa sursă de hrană. Unul dintre simbionții bacterieni ai viermelui acumulează cantități foarte mari de carbon sub formă de PHA. Cercetătorii s-au întrebat dacă animalul are propriul mecanism prin care poate profita de această rezervă energetică. „Unul dintre simbionții bacterieni ai viermelui stochează cantități enorme de carbon sub formă de PHA. Ne-am întrebat dacă viermele a dezvoltat o modalitate de a accesa această rezervă bogată de energie”, a explicat Nicole Dubilier, autor corespondent al studiului și director al Institutului Max Planck pentru Microbiologie Marină, scrie phys.org. Răspunsul cercetătorilor a fost unul surprinzător. Enzima care permite viermelui să folosească rezerva de carbon Oamenii de știință au identificat la viermele marin o enzimă capabilă să descompună PHA-urile produse de bacterii. În urma procesului, compușii complecși sunt transformați în molecule mai mici, care pot fi utilizate de organism. Imaginile obținute la rezoluție înaltă au oferit un indiciu important: enzima era produsă exact în zona în care viermele își digeră bacteriile simbionte. Acest lucru sugerează că animalul poate avea acces direct la carbonul depozitat de microorganismele pe care le consumă. Descoperirea nu s-a limitat însă la această singură specie. Cercetătorii au găsit enzime similare la peste 66 de specii După identificarea enzimei la viermele marin, echipa de cercetare a analizat genomuri provenite din întregul regn animal. Foto: pexels.com Rezultatele au fost neașteptate: enzime înrudite au fost descoperite la peste 66 de specii, reprezentând nouă încrengături diferite. Asta înseamnă că abilitatea de a degrada PHA-urile nu pare să fie o particularitate izolată a unui singur animal. Experimentele de laborator au confirmat, de asemenea, că enzimele provenite de la animale foarte diferite din punct de vedere evolutiv pot descompune aceste materiale. Printre organismele testate s-au numărat un burete, o râmă și un colembol. „Aceasta a fost adevărata surpriză. Ceea ce a început ca o descoperire la un singur vierme marin s-a dovedit a fi o capacitate larg răspândită, comună animalelor din ramuri foarte diferite ale arborelui vieții”, a declarat Caroline Zeidler, autorul principal al cercetării, de la Institutul Max Planck pentru Microbiologie Marină. Animalele ar putea participa la descompunerea bioplasticului natural Rezultatele cercetării indică faptul că PHA-urile nu sunt doar rezerve de energie pentru microorganisme. Ele pot reprezenta și o sursă de carbon accesibilă unor animale care au enzimele necesare pentru a le degrada. Prin urmare, în natură, microorganismele nu ar fi singurele organisme implicate în circuitul acestor compuși. Animalele ar putea contribui la descompunerea PHA-urilor și, în același timp, ar putea transforma carbonul stocat de bacterii într-o formă utilizabilă pentru propriul organism. Maggie Sogin, coautor corespondent al studiului, consideră că această descoperire schimbă perspectiva asupra modului în care animalele interacționează cu rezervele de carbon produse de microorganisme. „Studiul nostru schimbă modul în care înțelegem cine poate utiliza aceste rezerve microbiene de carbon”, a explicat cercetătoarea, care a realizat o mare parte din cercetare la Institutul Max Planck pentru Microbiologie Marină și este în prezent profesor asistent la Universitatea din California, Merced. Aceasta a formulat și o ipoteză care oferă o perspectivă spectaculoasă asupra evoluției: „Probabil că animalele se hrănesc cu acest bioplastic natural original de sute de milioane de ani – iar noi abia acum descoperim acest lucru.” PHA-urile sunt folosite și pentru fabricarea bioplasticelor moderne Descoperirea are relevanță și pentru cercetarea actuală privind alternativele la plasticul convențional. PHA-urile produse de microorganisme pot fi obținute și în condiții industriale. Citește și: Sticlele de plastic ar putea salva mii de delfini de plasele de pescuit, arată un nou studiu Pentru aceasta, bacteriile sunt crescute în rezervoare de fermentație și primesc surse bogate de carbon, precum zaharuri, amidon sau uleiuri vegetale. În anumite condiții, microorganismele acumulează cantități importante de PHA în interiorul celulelor. Materialul este ulterior extras și prelucrat pentru a obține produse cu proprietăți asemănătoare plasticului. Unde pot fi folosite materialele pe bază de PHA Bioplasticele produse pe bază de PHA pot fi modelate și au o rezistență suficientă pentru numeroase utilizări. Ele sunt analizate și folosite în domenii precum ambalarea produselor alimentare și fabricarea unor articole de igienă. În agricultură, PHA-urile pot fi utilizate pentru realizarea unor granule care încapsulează îngrășăminte. Pe măsură ce materialul se degradează, substanțele conținute sunt eliberate treptat. Și medicina reprezintă un domeniu important pentru aceste materiale. PHA-urile pot intra în componența unor pansamente, sisteme de administrare a medicamentelor, implanturi sau suturi resorbabile, care se degradează progresiv în organism. De ce sunt considerate interesante pentru economia circulară Unul dintre principalele avantaje ale PHA-urilor este faptul că acestea fac parte dintr-un circuit biologic. Sunt produse de microorganisme și pot fi descompuse prin mecanisme biologice. Această caracteristică le transformă într-o alternativă interesantă la unele materiale plastice convenționale, care pot persista în mediu perioade foarte lungi. Totuși, PHA-urile ocupă în prezent doar o parte redusă din piața globală a bioplasticelor. Situația s-ar putea modifica pe măsură ce crește interesul pentru materiale biodegradabile și produse obținute din surse biologice. O descoperire care deschide noi întrebări Cercetătorii avertizează că mai sunt multe lucruri de înțeles. Deocamdată nu este clar cât de important este acest proces în ecosistemele naturale și ce contribuție are efectiv degradarea PHA-urilor realizată de animale la circuitul global al carbonului. Studiul arată însă că relația dintre microorganisme și animale este mai complexă decât se credea. Un material produs de bacterii pentru a stoca energie poate ajunge, prin intermediul altor organisme, într-un lanț trofic mult mai larg. Mai mult, faptul că enzime similare au fost identificate la animale foarte diferite sugerează că această capacitate ar putea fi mult mai răspândită decât se credea. Cercetarea publicată în revista Nature Ecology & Evolution schimbă astfel perspectiva asupra unuia dintre cele mai vechi „bioplastice” ale planetei. În timp ce oamenii încearcă să creeze materiale plastice mai ușor de descompus, natura pare să fi avut deja o soluție biologică funcțională de sute de milioane de ani.