Использование личинок Zophobas morio для переработки пластиковых отходов

Автор: Казеннов Дмитрий, 5 класс
ГБНОУ «Президентский ФМЛ № 239»
ГБУ ДО ДДТ Центрального района Санкт-Петербурга «Преображенский»
Руководитель: Кривохатская Жанна Викторовна

Диплом победителя на открытой районной научно-практической конференции «Научный дебют», 2025

Введение

В последнее время наблюдается значительный интерес к способности некоторых насекомых перерабатывать пластиковые отходы. Эта тема привлекает внимание ученых и экологов по всему миру, так как решение проблемы пластикового загрязнения является одной из самых актуальных задач современности. Каждый год миллионы тонн пластика оказываются в океанах, реках и на свалках, нанося непоправимый вред экосистемам и угрожая жизни многих видов животных. В связи с этим поиск естественных способов биодеградации пластика вызывает неподдельный интерес.

Научные исследования показывают, что некоторые организмы, включая определенные виды червей и насекомых, обладают уникальной способностью разлагать пластик, превращая его в менее вредные субстанции. Эта способность не только открывает новые горизонты в борьбе с загрязнением окружающей среды, но и может привести к созданию новых экологически чистых технологий переработки отходов.

Вдохновленные этими открытиями, мы, в свою очередь, решили провести собственный эксперимент с личинками жука Zophobas morio. Мы хотели не только подтвердить, что они могут поглощать и перерабатывать пластик, но и выяснить, какие именно виды пластика они предпочитают и насколько это может быть эффективно.

Цель работа – выяснить, действительно ли личинки жука Zhophobasmorio способны поглощать и перерабатывать пластик и какой вид пластика для них предпочтителен.

Задачи:

1. Изучить литературные источники по теме переработки пластика некоторыми насекомыми.
2. Подобрать различные виды пластика для эксперимента и провести эксперимент по переработке личинками разных видов пластика.

• Выяснить, как меняется масса личинок, употребляющих пластик.
• Определить, какой вид пластика предпочтительнее для Zhophobas morio.

Гипотеза: мы предполагали, что личинки будут активнее перерабатывать мягкие виды пластика.

Объект исследования: Zophobasmorio– вид жуков из семейства чернотелки, чьи личинки широко известны под названием зофо́бас (рис. 1).

Обзор литературы

Можно найти много исследований о способности личинок разных насекомых перерабатывать пластик. Микробиомы кишечника насекомых обладают многообещающим потенциалом для эффективного расщепления пластика за счет сочетания как физических, так и биохимических механизмов. Насекомое использует механическую силу, то есть свои ротовые придатки, для физического расщепления и поглощения пластиковых частиц, которые впоследствии могут подвергаться дальнейшему разложению микробным сообществом в пищеварительном тракте хозяина. Действительно, в нескольких недавних исследованиях сообщалось, что микробиомы насекомых способны к разложению пластика. Два штамма бактерий — Enterobacter asburiae и Bacillus sp., выделенный из кишечника восковых червей (общее название личинок индийской мучнистой моли (Plodia interpunctella), были способны разлагать полиэтилен [1].

Citrobacter freundii, бактерия, известная своей способностью разлагать длинноцепочечные полимеры, линейные углеводороды и циклические углеводороды, была обнаружена в микрофлоре Z. morio. Результаты подтверждают, что «суперчерви» (личинки Z. morio) могут выживать на полимерном корме. Более того, эта диета, дополненная микроэлементами и витаминами, увеличивает количество видов бактерий и разнообразие в микробном кишечнике [2].

В мировых исследованиях можно найти информацию также и о других насекомых, способных разлагать пластик: огневки, мучной хрущак, мраморный таракан. Многие из них способны выживать, питаясь только пластиком, и разлагать длинноцепочечные молекулы пластика в своем кишечнике до образования деполимеризованных метаболитов с выделением CO₂ и фекалий с незначительным содержанием пластика [1].

В исследовании, проведенном сотрудниками Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева, было отмечено, что потребление пластика личинками Z. morio происходит опосредованно во время прогрызания нор. Личинки зофобасов чувствительны к свету, поэтому в первую очередь они используют пластик, как защиту от прямых солнечных лучей, нежели как кормовую базу. Также широко исследуется положительное влияние «суперчервей» на биодеградацию полистирола, однако, этот процесс имеет и обратную сторону, которая, как правило, в работах не отмечается. При потреблении пластика эти личинки производят большое количество микропластика, который ранее не изучался.

В научно-популярных передачах зачастую можно услышать предложения содержать личинок Z. morio  для переработки пластиковых отходов в домашних условиях [7]. Есть ролики, где показано успешное использование личинок зофобаса для переработки твердых коммунальных отходов, с получением зоогумуса [6]. Нам захотелось проверить, насколько эффективно будут перерабатывать пластик личинки чернотелок в условиях клуба юннатов.

Методы исследования

Исследование проводилось в период с сентября 2024 по апрель 2025 года в клубе юннатов ДДТ «Преображенский». Личинок зофобаса в клубе юннатов разводят для кормления рептилий, некоторых млекопитающих и птиц. Их содержат в контейнерах со специальным субстратом (овсяная крупа «Геркулес», корм для собак, корм для рыб, кукурузный наполнитель). Для эксперимента было заготовлено два контейнера размерами 23*12,5*13. В одном находился один из видов пластика и немного корма в виде кусочков моркови или яблока, в другой помещался только пластик. В каждый контейнер запускались личинки Z. morio в количестве 10 штук на контейнер. Отбирались средние по величине личинки. Каждая выборка взвешивалась перед началом эксперимента и по его окончании. Также мы сравнивали вес выборок с контрольной группой из 10 особей, взятых из общего контейнера. Эксперимент с каждым видом пластика длился 3-4 недели.

Личинок взвешивали на весах кухонных электронных фирмы «Домовой». Данные взвешивания заносились в таблицу.

Велась фотосъемка и визуальная оценка содержимого контейнеров.

Всего заложено было 4 пробы с разными видами пластика (табл. 1) – поливинилхлорид (кусочки прозрачного контейнера); пенопласт (пенополистирол); полипропиленовая скатерть; целлофановый пакет. Для интереса зофобасам была предложена бумажная салфетка.

Результаты

Визуальная оценка содержимого контейнеров

При первой постановке опыта с кусками ПЭТ (рис. 3) (квадратные кусочки одноразового пищевого контейнера) личинкам был добавлен каменный субстрат, чтобы они имели возможность укрываться от света. По итогам следует отметить, что в обоих контейнерах ПЭТ не был тронут личинками. Впоследствии мы отказались от идеи добавлять несъедобный природный субстрат в контейнеры.

При постановке опыта с пенополистиролом (пенопластом) (рис. 4) уже в первые дни можно было заметить, что личинки проложили ходы в кусках пенопласта и находились преимущественно внутри него.

После раскалывания крупных кусков пенопласта, для того чтобы извлечь личинок, на дне контейнеров остались круглые частицы. Также мы видим на рис мелкие белые частички вперемешку с бежеватыми продуктами жизнедеятельности личинок. После изучения данной смеси пластика и фекалий под микроскопом (рис. 5) можно с уверенностью сказать, что большую часть данной смеси составляют мельчайшие частички пенопласта. Процесс поглощения личинками пенопласта, возможно, имеет и обратную сторону, которая, как правило, в работах не отмечается. Очевидно, что при потреблении пластика эти личинки производят большое количество микропластика, который ранее не изучался. Такой вывод сделали ученые музея почвоведения в работе «Личинки жуков Zophobas morio как объект актуализации знаний о загрязнении почв микропластиком» [3].

В опыте с полипропиленовой скатертью было отмечено, что личинки зофобасов прогрызли ее незначительно (рис. 6). В самих контейнерах в этом опыте примесей желтого цвета не обнаружено. В контейнере с едой фекалий темного цвета было значительно больше, чем в контейнере без еды (рис. 7).

Сходные результаты были получены и в опыте с использованием пакета, сделанного из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) (рис. 8). На рисунке 8 можно заметить, что отверстий в ПЭВД, находившемся в контейнере без еды, было больше. Кроме того, в контейнере с едой фекалий отмечено больше, чем в контейнере без еды.

Выводы

• личинки Zophobas morio, в той или иной степени, поедали почти все предложенные виды пластика;
• обе группы личинок, содержавшихся в разных контейнерах, как правило, теряли вес к концу эксперимента;
• несмотря на присутствие еды в одном из контейнеров, личинки в этой группе все равно поедали пластик;
• вес личинок содержащихся только на пластиковых отходах снизился в большей степени;
• сильнее всего подвергся поеданию пенополистирол (пенопласт);
• поливинилхлорид не заинтересовал личинок зофобасов;
• состав субстрата, образовавшегося на дне контейнера с пенопластом в ходе эксперимента, показал наличие микрочастиц пластика.

Анализ мировых исследований по данной теме, а также консультация с энтомологами из ЗИН РАН показали, что в данной области остается еще много вопросов о целесообразности использования личинок Zophobas morio для переработки пластика.

Перспективы исследования

После проведения данного исследования осталось много вопросов, на которые хотелось бы получить ответы. Насколько эффективно разлагается пластик, проходя через пищеварительную систему личинок; насколько опасен микропластик, образующийся в процессе поедания личинками разных видов пластика; имеет ли смысл заводить дома ферму для переработки бытовых отходов с помощью насекомых? Для получения ответов, мы завели свою ферму с личинками Zophobas morio в клубе юннатов ДДТ «Преображенский» (рис. 10). Планируется скармливание личинкам не только пластиковых, но и пищевых отходов, получаемых в процессе кормления животных коллекции клуба. Кроме того, предполагается получение зоогумуса, который можно будет использовать для удобрения растений, выращиваемых в клубе и проведения опытов по влиянию различных зоогумусов (в том числе с примесью пластика) на прорастание семян и продуктивность растений. Также возникла необходимость изучить более детально продукты жизнедеятельности зофобасов и полученный в ферме зоогумус. Исследования по данной теме продолжаются.

Список литературы

1. Sun J, Prabhu A, Aroney STN, Rinke C. Insights into plastic biodegradation: community composition and functional capabilities of the superworm (Zophobas morio) microbiome in styrofoam feeding trials. Microb Genom. 2022 Jun; 8(6):mgen000842. doi: 10.1099/mgen.0.000842. 
2. Urbanek AK, Rybak J, Hanus-Lorenz B, Komisarczyk DA, Mirończuk AM. Zophobas morio versus Tenebrio molitor: Diversity in gut microbiota of larvae fed with polymers. Sci Total Environ. 2024 Nov 20; 952: 176005. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.
3. Абрамовская, П.Н. Перспективы применения личинок Zophobas morio и Tenebrio Molitor для переработки отходов полипропилена и поливинилхлорида / П.Н. Абрамовская, К.В. Левина, М.С. Талан // Молодежные разработки и инновации в решении приоритетных задач АПК: Сборник материалов международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и учащейся молодежи, посвященной 150-летию ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ, Казань, 15–16 марта 2023 года. Том II. – Казань: Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана, 2023. – С.89.
4. Березникова Н.А., Веженкова И.В. Переработка частиц пенополистирола с помощью личинок Zophobas morio /Н.А. Березникова, Веженкова И.В.//Первая Всероссийская конференция «Микропластик в науке о полимерах»: сборник тезисов. – Великий Новгород: НовГУ, 2023. – С.84.
5. Кузьмина А.А. Личинки жуков Zophobas morio как объект актуализации знаний о загрязнении почв микропластиком/А.А. Кузьмина//Первая Всероссийская конференция «Микропластик в науке о полимерах»: сборник тезисов. – Великий Новгород: НовГУ, 2023. – С. 54-55.

Интернет-ресурсы

1. Переработка твердых коммунальных отходов (ТКО) личинками тропического жука зофобаса (Zophobas morio) /Видео от «Биосферные технологии// VK видео. – 2024, URL//https://ya.ru/video/preview/13403702048533860964/ (дата обращения: 16.09.2024)
2. Попов Е. Самый экологичный стартап: жучиные боксы для переработки пластика дома и в офисе/ Е. Попов // Стартапы Якутии. – 2021, URL// https://vc.ru/offline/281377-samyi-ekologichnyi-startap-zhuchinye-boksy-dlya-pererabotki-plastika-doma-i-v-ofise?ysclid=miq0iqcas1185576331/ (дата обращения: 16.09.2024)