‘แมลงสาบ’ ย่อยสลาย ‘พลาสติก’ ได้ จุลินทรีย์ในลำไส้เปลี่ยนสารเคมีเป็นพลังงานชีวิต

“ขยะพลาสติก” กลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สร้างปัญหาทั่วโลก โดยเฉพาะพลาสติกประเภท “พอลิสไตรีน” ซึ่งนำมาผลิตเป็นกล่องโฟมและบรรจุภัณฑ์อาหาร นับเป็นวัสดุที่ย่อยสลายยาก เนื่องจากมีโครงสร้างทางเคมีที่เสถียรและทนทานต่อการย่อยสลายตามธรรมชาติ และมักจะแตกตัวเป็น “ไมโครพลาสติก” สะสมในระบบนิเวศ แต่การวิจัยล่าสุดพบว่า “แมลงสาบดูเบีย” สามารถย่อยสลายพลาสติกประเภทนี้ได้

งานวิจัยล่าสุดจากมหาวิทยาลัยฮาร์บินและมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด พบว่า แมลงสาบดูเบีย (Blaptica dubia) หรือ สามารถย่อยสลายพอลิสไตรีนที่กินเข้าไปได้สูงถึง 55% ภายในระยะเวลาเพียง 42 วัน โดยแมลงแต่ละตัวสามารถกินพลาสติกได้เฉลี่ยประมาณ 6 มิลลิกรัมต่อวัน ถือเป็นอัตราที่สูงมากสำหรับแมลง ความสามารถนี้ช่วยลดน้ำหนักโมเลกุลของพลาสติกลงได้ถึง 46.4% ซึ่งยืนยันว่าเกิดการแตกตัวของสายโซ่พอลิเมอร์อย่างแท้จริง

ประสิทธิภาพในการย่อยสลายของแมลงสาบสายพันธุ์นี้ ยังสูงกว่าแมลงชนิดอื่นที่เคยมีการศึกษามาก่อนหน้านี้ เช่น หนอนนก (Mealworms) ถึง 10 เท่า การวิเคราะห์ทางเคมีและฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่าพลาสติกที่ผ่านระบบทางเดินอาหารของมันเกิดกระบวนการออกซิเดชันและการแตกตัวของโมเลกุล ซึ่งเป็นการเปลี่ยนพลาสติกให้กลายเป็นสารประกอบที่มีขนาดเล็กลงจนร่างกายสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

ทั้งหมดนี้ เกิดขึ้นจากระบบการทำงานที่ซับซ้อนระหว่างตัวแมลงสาบและจุลินทรีย์ในลำไส้ของมัน นักวิจัยพบว่ามีแบคทีเรียกลุ่มเฉพาะ เช่น Pseudomonas, Citrobacter, Klebsiella และ Stenotrophomonas ที่เพิ่มจำนวนขึ้นในลำไส้เมื่อแมลงสาบกินพลาสติกเข้าไป จุลินทรีย์เหล่านี้ทำหน้าที่เสมือนโรงงานเคมีขนาดจิ๋วที่ผลิตเอนไซม์กลุ่มออกซิโดรีดักเทส (Oxidoreductases) เพื่อจู่โจมพันธะเคมีที่แข็งแรงของพลาสติก

เมื่อจุลินทรีย์ทำหน้าที่ย่อยสลายเบื้องต้นแล้ว ร่างกายของแมลงสาบจะรับช่วงต่อด้วยการดูดซึมสารประกอบที่ได้จากการย่อยเหล่านั้นเข้าสู่ระบบเผาผลาญเพื่อสร้างพลังงาน กระบวนการนี้เรียกว่าการรวมคาร์บอนจากพลาสติกเข้าสู่เส้นทางเมแทบอลิซึม เช่น วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) และการเติมฟอสเฟตแบบออกซิเดชัน (Oxidative phosphorylation) ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ “พลังงานระดับเซลล์” ที่แมลงสาบใช้ในการดำรงชีวิตนั่นเอง

ศ.หยาง ชาน-ชาน ผู้เขียนร่วมของงานวิจัยชิ้นนี้ กล่าวว่างานวิจัยนี้พิสูจน์ให้เห็นว่าการย่อยสลายพลาสติกในแมลงไม่ได้เป็นเพียงปรากฏการณ์ที่เกิดจากจุลินทรีย์เพียงลำพัง แต่เป็นความร่วมมือทางเมแทบอลิซึมที่สมบูรณ์แบบระหว่างโฮสต์และจุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งทำให้แมลงสาบสามารถจัดการกับวัสดุสังเคราะห์ที่ย่อยสลายยากที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ ศ.หยาง ยังเน้นย้ำว่าแมลงสาบไม่ได้แค่ทำให้พลาสติกแตกตัวเป็นชิ้นเล็ก ๆ แต่พวกมันประมวลผลทางเคมีผ่านเส้นทางพลังงานของตนเอง การจับคู่กันระหว่างการออกซิเดชันโดยจุลินทรีย์กับการย่อยสลายไขมันของแมลงสาบ แสดงถึงการปรับตัวเชิงระบบต่อแหล่งคาร์บอนสังเคราะห์ ซึ่งเป็นกลไกที่ธรรมชาติสร้างขึ้นเพื่อจัดการกับพลาสติกที่มนุษย์สร้างขึ้น

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญยังคงเน้นย้ำว่าเราไม่ควรนำแมลงสาบไปปล่อยในกองขยะโดยตรงเพื่อแก้ปัญหาพลาสติก การปล่อยแมลงสาบจำนวนมหาศาลลงสู่สิ่งแวดล้อมเป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมและอาจนำไปสู่ผลกระทบด้านอื่นที่ไม่ต้องการตามมา ความสำคัญของงานวิจัยนี้จึงอยู่ที่การทำความเข้าใจแพลตฟอร์มชีวภาพที่ซับซ้อนภายในตัวพวกมัน เพื่อที่จะเลียนแบบหรือพัฒนาเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้

การถอดรหัสพันธุกรรมและกลไกการทำงานของเอนไซม์ในลำไส้แมลงสาบจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพในระดับอุตสาหกรรมได้ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จะจำลองการทำงานร่วมกันระหว่างจุลินทรีย์และเอนไซม์เพื่อเปลี่ยนขยะพลาสติกให้กลายเป็นเชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบที่มีมูลค่า ซึ่งจะเป็นแนวทางที่ยั่งยืนกว่าการฝังกลบหรือการเผาขยะที่ก่อให้เกิดมลพิษ

ความสำเร็จในการเปลี่ยนพลาสติกให้เป็นพลังงานนี้ ยังเป็นโอกาสในการลดการสะสมของไมโครพลาสติกในน้ำและดิน หากเราสามารถนำระบบนี้ไปใช้ในการรีไซเคิลทางเคมีที่มีประสิทธิภาพ เราจะสามารถปิดวงจรคาร์บอนและลดภาระต่อสิ่งแวดล้อมได้อย่างมหาศาล แม้จะยังมีความท้าทายในเรื่องการจัดการผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ แต่การศึกษานี้ก็ได้เปิดประตูไปสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

งานวิจัยนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าแมลงมีความยืดหยุ่นอย่างมากในการปรับตัวเข้ากับโลกที่เต็มไปด้วยพลาสติก พวกมันเรียนรู้ที่จะใช้ประโยชน์จากคาร์บอนสังเคราะห์เป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งเป็นสิ่งที่ธรรมชาติอาจเตรียมการไว้เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของโลก สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นว่าธรรมชาติอาจมีทางออกสำหรับปัญหาที่มนุษย์สร้างขึ้นเสมอ เพียงแค่เราต้องศึกษาระบบที่ซับซ้อนเหล่านั้นให้ลึกซึ้งพอ

การสร้างเครือข่ายจุลินทรีย์ที่ทำงานร่วมกัน จะกลายเป็นระบบที่ช่วยให้กำจัดพลาสติกที่มีความซับซ้อนได้อย่างครอบคลุมมากขึ้น และแสดงให้เห็นว่าทุกชีวิตในโลกมีบทบาทและความสำคัญที่อาจมีประโยชน์ต่อมวลมนุษยชาติได้ในทางใดทางหนึ่ง การเปลี่ยนขยะพลาสติกให้เป็นเชื้อเพลิงผ่านระบบชีวภาพจึงไม่ใช่เรื่องที่อยู่ไกลเกินจริงอีกต่อไป

ที่มา: BioTechniques, Earth, Noticias Ambientales, R&D World, The Times of India