כמה קרובים אנו לפיתרון אורגני לבעיית הפלסטיק?

 כולנו רגילים לראות פלסטיק בסביבה. אין כמעט מקום שבו לא נמצא איזה בקבוק או עטיפת ניילון. מתוך הכמויות העצומות של פלסטיק שמיוצר כל שנה, רק 9% מהכמות הכוללת של הפלסטיק עוברת מחזור. 19% נוספים נשרפים ומזהמים את האוויר, 49% נקברים ועוד 23% מפוזרים בכל מקום. רסיסים של פלסטיק נמצאים כמעט בכל תא בגופנו. אפילו תינוקות בבטן אימם מכילים ננו-פלסטיקים זעירים בגופם. עמידות יוצאת דופן זו עזרה להפוך את הפלסטיק לחומר שקשה בלעדיו וקשה איתו. היא יצרה בעיית פסולת עצומה שהעולם עדיין לא פתר.

כעת, מדענים מחפשים עזרה בכמה מקומות לא שגרתיים: במעיים של זחלי חיפושיות, בפטריות הגדלות על עצים נרקבים, ובמיקרואורגניזמים מיקרוסקופיים החיים באדמה ובמי הים. חלקם מסוגלים לתקוף פלסטיק או את הכימיקלים הקשורים אליו. חוקרים אף בוחנים האם פחמן שמקורו בפסולת יכול להפוך לחומר גלם עבור מרכיבי מזון חדשים. היכולת "לאכול" פלסטיק היא אחד הגביעים הקדושים של הביולוגיה הסביבתית כרגע, שכן היכולת הזו יכולה לעזור לנו להיפטר מאחד הזיהומים הכי גדולים בהיסטוריה האנושית.

האפשרויות מרגשות. אך מה פירושה של "אכילת פלסטיק" בפועל, ועד כמה רחוקים אורגניזמים אלו מיצירת השפעה משמעותית על הפסולת שלנו?

בעיה שממשיכה להיערם
קשה לדמיין את סדר הגודל. לפי ארגון ה-OECD, העולם ייצר כ-353 מיליון טון מטרי של פסולת פלסטיק בשנת 2019, יותר מפי שניים מהכמות שיוצרה בשנת 2000. התיאבון שלנו לפלסטיק רק גדל, כאשר אחוז המחזור לא עולה יחד איתו.

תוכנית הסביבה של האו"ם מעריכה כי 19 עד 23 מיליון טון מטרי של פסולת פלסטיק חודרים למערכות אקולוגיות מימיות מדי שנה, ומזהמים אגמים, נהרות וימים. חלק מהקושי נובע מכך שפלסטיק לא בהכרח נעלם כשהוא הופך לשביר או מתפרק. הוא יכול להפוך לשברים קטנים יותר, כולל מיקרו-פלסטיק וננו-פלסטיק, תוך שהוא נשאר - פלסטיק.

הבחנה זו היא מרכזית לניקוי ביולוגי. טיפול מוצלח חייב לעשות יותר מאשר להשאיר שקית קניות מלאה בחורים. על המדענים לקבוע למה החומר הופך והאם התהליך משאיר אחריו שברים עמידים או חומרים מזיקים. במילים אחרות, הם לא רק צריכים לגרום לאורגניזמים לאכול פלסטיק, הם צריכים לעשות את זה בצורה שלא תעשה נזקים אחרים לסביבה.

ייתכן שהטבע כבר מחזיק בכמה כלים שימושיים
מיקרואורגניזמים משתמשים באנזימים, חלבונים המבצעים תגובות כימיות, כדי לפרק חומרים סביבם. חוקרים בודקים האם חלק מהכלים הביולוגיים הללו יכולים לעבוד גם על פלסטיק. מחקר עוד משנת 2021 שפורסם בכתב העת mBio חקר עד כמה נרחב עשוי להיות הפוטנציאל הזה. מדענים חיפשו DNA סביבתי מדגימות של אוקיינוס ואדמה אחר רצפים הדומים לאנזימים ידועים המעורבים בפירוק פלסטיק או תוספי פלסטיק.

הם זיהו יותר מ-30,000 רצפי אנזימים פוטנציאליים, המכסים שישה פולימרים של פלסטיק וארבעה תוספים. סביבות מזוהמות יותר נטו להכיל יותר מועמדים כאלה. דבר זה מרמז כי זיהום פלסטיק עשוי להיטיב עם מיקרואורגניזמים בעלי יכולות כימיות שימושיות. עם זאת, החוקרים זיהו רמזים גנטיים מבטיחים, ולא בדקו 30,000 אנזימים פעילים הורסי-פלסטיק. המחקר גם לא הוכיח שמיקרובים פיתחו לאחרונה יכולות חדשות בגלל הזיהום. אורגניזמים עם יכולות קיימות אולי פשוט הפכו לנפוצים יותר.

עבור חוקרים, הממצאים הציעו נקודת פתיחה חשובה: אוסף גדול בהרבה של כלים פוטנציאליים לחקירה. הם לא מראים שהטבע נפטר מהאשפה שלנו מהר מספיק כדי לעמוד בקצב.

העוזרים המפתיעים בתוך "תולעי העל" (Superworms)
מקור מבטיח אחד למיקרובים הוא מערכת העיכול של "תולעי על", זחלי החיפושיות הגדולים המוכרים לבעלי זוחלים רבים.

חוקרים מהאוניברסיטה הטכנולוגית נאניאנג בסינגפור רצו לגלות האם ניתן לתרבת חיידקים מהזחלים הללו מחוץ לחיות. הדבר יקל על פיתוח תהליך טיפול מבוקר מבלי לתחזק ללא הרף אוכלוסיות גדולות של תולעים. תחילה הם האכילו את הזחלים בשלושה סוגי פלסטיק: פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE), פוליפרופילן ופוליסטירן. לאחר מכן הם הפיקו את חיידקי המעי וגידלו אותם לצד הפלסטיקים הללו בתרביות מעבדה במשך שישה שבועות. קהילות החיידקים השתנו, כאשר קבוצות המכילות זנים ידועים כמפרקי פלסטיק הפכו לבולטות יותר. בסופו של דבר, הקהילות התייצבו ויצרו שכבות על פני הפלסטיק.

הפלסטיק השתנה גם הוא. בדיקות כימיות הראו סימני חמצון, פני השטח שלהם הפכו לקלים יותר להרטבה, והם הפכו לפחות יציבים מבחינה תרמית. יחד, ממצאים אלו תמכו בכך שהתרחש פירוק של החומר. ההישג היה ביצירת קהילות שיכולות לפעול על פלסטיק מחוץ לתולעים. המחקר לא קבע כמה פלסטיק הועלם לחלוטין או האם התוצרים שנוצרו אינם מזיקים. הוא סיפק בסיס לפיתוח עתידי, ולא מערכת סילוק מוכנה לשימוש.

במקביל, מחקרים חדשים התמקדו ברוק של תולעי שעווה (Galleria mellonella). התגלה כי הרוק שלהן מכיל אנזימים ספציפיים (שזכו לשמות "קרס" ו"דמטרה") המסוגלים לפרק פוליאתילן בטמפרטורת החדר. מכיוון שגידול תעשייתי של תולעים אינו פרקטי, המאמצים כיום מופנים לייצור סינתטי של אנזימי הרוק הללו במעבדות. אנזימים מלאכותיים אלו יכולים לחמצן פולימרים בתוך שעות ללא צורך בחימום מוקדם או בקרינת UV, מה שמסיר חסם אנרגטי משמעותי בתהליך המיחזור.

פטריות שתוקפות פלסטיק כשהעץ מחוץ לתפריט
פטריות המפרקות עץ מציעות אפשרות נוספת. יש להן כבר כלים להתמודדות עם חומרים טבעיים קשים, מה שהופך אותן למועמדות מעניינות לעבודה על פסולת עיקשת. במחקר משנת 2023 שפורסם ב-PLOS ONE, חוקרים בסרי לנקה סרקו פטריות שנאספו מעץ קשה נרקב ובחרו 22 דגימות מבודדות לבדיקה על יריעות דקות של פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE).

הם גם שאלו שאלה מעשית: האם אספקת עץ תעזור לפטריות לתקוף את הפלסטיק?

התוצאות הצביעו בדרך כלל על ההפך. התבלות הפלסטיק הייתה גדולה יותר כאשר העץ היה חסר, מה שמצביע על כך שתגובת הפטריות לפלסטיק הייתה תלויה בסוג המזון האחר שהיה זמין. הפטרייה בעלת הביצועים הטובים ביותר, Phlebiopsis flavidoalba, קושרה לאובדן של כ-24% ממסת יריעות הפלסטיק לאחר 45 ימים ו-47% לאחר 88 ימים. היריעות גם נחלשו ופיתחו שינויים כימיים ושינויים בפני השטח.

נתונים אלה נשמעים דרמטיים, אך נדרשת זהירות. אובדן של כמעט מחצית ממסת היריעה לא אומר שכמעט חצי מהפלסטיק נהרס לחלוטין. חומר יכול להתנתק כשברים או לחדור לנוזל שמסביב. הערכת החוקרים לגבי הפירוק לפחמן דו-חמצני הייתה קטנה בהרבה: כ-3% לאחר 88 ימים. אפילו הערכה זו דורשת פרשנות זהירה, משום שמערך הביקורת לא לקח בחשבון במלואו את הפחמן הדו-חמצני שנוצר מהתרבית הפטרייתית עצמה.

לכן, המחקר מציע גם עידוד וגם לקח שימושי: נזק מרשים לפלסטיק הוא רק חלק מההוכחות הנדרשות להדגמת ניקוי יעיל.

בים, התמונה מרתקת לא פחות. מחקר פורץ דרך משנת 2024 בהובלת המכון ההולנדי המלכותי לחקר הים (NIOZ) זיהה את הפטרייה הימית Parengyodontium album, החיה לצד פסולת פלסטיק באוקיינוס. החוקרים גילו שפטרייה זו מפרקת ביעילות פוליאתילן (PE), אך עם תנאי הכרחי: על הפלסטיק להיחשף תחילה לקרינת UV מהשמש. הקרינה מתחילה פירוק חלקי, שאותו הפטרייה מנצלת כדי להמיר את הפלסטיק לביומסה פטרייתית ולפחמן דו-חמצני בקצב של כ-0.04% ביום. ממצא זה סיפק הבנה קריטית לגבי האופן שבו פלסטיק מתפרק באופן טבעי בזרמי האוקיינוס.

האם פסולת יכולה להפוך למשהו שימושי... אפילו למזון?
מאמץ מחקרי נוסף, המכונה μBites, שואל מה יכול לקרות לאחר שחומרי הפסולת מתפרקים. המערכת, שפותחה באוניברסיטת דרום אילינוי בקרבונדייל, משלבת כימיה עם ביולוגיה. מים, חמצן, חום ולחץ מפרקים חומרים מתאימים לתרכובות קטנות ומסיסות. לאחר מכן, שמרים מיוחדים משתמשים בתרכובות אלו לייצור מרכיבים ביולוגיים.

הפרויקט צמח מתוך "אתגר המזון בחלל העמוק" של נאס"א, מתוך שאיפה לעזור להאכיל אסטרונאוטים במשימות ארוכות. חוקריו מתכננים לייצר מרכיבים כמו חלבונים ושומנים מפחמן שמקורו בחומר צמחי ובפלסטיק מתאים. בדו"ח אוניברסיטאי משנת 2024, הצוות תיאר אבות טיפוס של עוגיות המכילות מרכיבים שיוצרו באמצעות התהליך, יחד עם בדיקות בטיחות, תזונה וחישה ראשוניות. מערכת משולבת ואוטומטית במלואה נותרה יעד פיתוח. 

הרעיון מרשים, אך יש צורך להסביר את המושג "מפלסטיק למזון". המרכיבים המיועדים הם מולקולות ביולוגיות חדשות שנוצרו תוך שימוש בפחמן ממוחזר. ביסוס תהליך בטוח ידרוש הוכחה לכך שחומרים לא רצויים מוסרים, ושהמרכיבים הסופיים עומדים באופן עקבי בדרישות בטיחות המזון. לגישה זו יש גם מטרה שונה מאשר פשוט להעלים את הפלסטיק: היא שואפת להפיק ערך מהפסולת.

מה עדיין עומד בין התגליות הללו לכוכב לכת נקי יותר?
המחקרים מצביעים על מספר אפשרויות, אך אף אחד מהם אינו מבסס פתרון מלא. הפיכת הצלחות מעבדה לטיפול שימושי בפסולת דורשת התקדמות במספר חזיתות מעשיות. 

ראשית, התהליך חייב לעבוד מהר מספיק ובקנה מידה מספק. מיקרואורגניזם שמשנה יריעה דקה לאורך מספר שבועות עשוי להיות מעניין מבחינה מדעית מבלי להיות מתאים עדיין לטיפול במשאיות של פסולת.

שנית, עליו להתמודד עם אשפה אמיתית. פלסטיק הוא משפחה של חומרים בעלי תכונות שונות. פסולת יומיומית מכילה גם צבעים, תוספים, שאריות מזון, תוויות ותערובות של חומרים. הצלחה עם פלסטיק אחד שנבחר בקפידה לא מבטיחה הצלחה עם כולם.

שלישית, על החוקרים לתת דין וחשבון על מה שיוצא בסוף. עליהם למדוד את הפלסטיק שנותר, חלקיקים שהתנתקו, תרכובות מומסות, גזים וחומר מיקרוביאלי חדש. אחרת, טיפול עלול להפוך את הזיהום לפחות גלוי לעין מבלי לפתור אותו כראוי.

לבסוף, העלויות הסביבתיות והכספיות חייבות להיות הגיוניות. חימום, מיון, ניקוי, תסיסה וטיהור דורשים כולם משאבים. יש לבחון טיפול ביולוגי לעומת אפשרויות אחרות, כולל שימוש חוזר ושיטות מיחזור מבוססות.

מתקני עיבוד מבוקרים מציעים סביבה סבירה לעבודה זו. שם, מפעילים יכולים לשמור על תנאים מתאימים, לאסוף תוצרים שימושיים ולנהל שאריות. שחרור אורגניזמים לסביבה יעלה סט נפרד של שאלות ולא יבטיח ניקוי יעיל.

סיבות לתקווה, מבלי לחכות לנס
ממצאים אלו חושפים אפשרויות שימושיות במספר רמות. סקרים סביבתיים מזהים אנזימים פוטנציאליים. ניסויי מעבדה מראים שמיקרובים נבחרים יכולים לתקוף פלסטיק. מערכות כמו μBites בוחנות כיצד פחמן ממוחזר עשוי להפוך למשאב.

התוצאה הסופית עשויה להיות מספר טכנולוגיות מתמחות, שכל אחת מהן מתאימה לזרמי פסולת מסוימים. חלקן יוכלו לסייע בהשבת חומרים; אחרות עשויות להתמודד עם פלסטיק שקשה למחזר באמצעות שיטות קיימות.

זו תהיה התקדמות משמעותית. אך היא תעבוד בצורה הטובה ביותר לצד פחות ייצור של פלסטיק מיותר, מוצרים המיועדים לשימוש חוזר ולמיחזור, ומערכות איסוף טובות יותר. האורגניזמים הנחקרים עשויים לעזור לנו להתמודד עם הפסולת שאנו מייצרים. הם לא נותנים לנו סיבה להמשיך לייצר פסולת ללא מעצורים.