水中化学がプラスチック分解を遅らせる機構を解明(Why plastic lingers: Water chemistry slows nature’s cleanup)

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2026-06-10 ノースウェスタン大学

米国ノースウェスタン大学の研究チームは、プラスチックごみが自然環境中で長期間分解されず残存する理由として、水中の化学環境が微生物による分解を大きく抑制していることを明らかにした。従来は、プラスチック表面に形成される微生物群集が徐々に分解を進めると考えられていたが、研究では水中の化学条件が分解過程の律速要因となることを示した。特に、プラスチック表面近傍で形成される化学的境界層が微生物活動や酵素反応を妨げ、分解速度を著しく低下させることが判明した。このため、実験室で観測される分解速度よりも、河川や湖沼、海洋などの自然環境では分解がはるかに遅く進行する可能性がある。研究成果は、プラスチック汚染の長期残留メカニズムを理解する上で重要な知見を提供するとともに、生分解性材料の設計や環境修復技術の開発にも役立つと期待される。研究者らは、プラスチック問題への対策には材料設計だけでなく、実環境における化学・生物学的相互作用を考慮する必要があると指摘している。

<関連情報>

自然水中におけるポリスチレンの光酸化は、微生物分解の前段階となる Polystyrene photooxidation in natural waters as a precursor to microbial degradation

Nasrin Naderi Beni,Cara G. Flynn & Ludmilla Aristilde

npj Materials Degradation  Published:16 June 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41529-026-00788-7

水中化学がプラスチック分解を遅らせる機構を解明(Why plastic lingers: Water chemistry slows nature’s cleanup)

Abstract

Sunlight exposure and water chemistry are critical to the fate of plastics in surface waters, but conditions in laboratory studies are often not environmentally relevant. Here, we conducted a 3-month investigation of sunlight-simulated photodegradation of polystyrene films in synthetic freshwater and synthetic seawater solutions, compared with purified water. Scanning electron and atomic force microscopic analyses revealed the least photo-induced cracking of the films in the seawater solution compared to the other solutions. By monitoring surface functional groups by infrared spectroscopy and by-products in solution by high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry, we obtained experimental evidence for these proposed mechanistic steps in polystyrene photooxidation: emergence of C–O feature, carbonyl accumulation, chain scission, and generation of aromatic acids. The addition of natural dissolved organic matter suppressed photooxidation in freshwater and seawater solutions but enhanced it in purified water. Importantly, subsequent bacterial deterioration of simulated sunlight-exposed polystyrene films was positively correlated with the extent of antecedent photodegradation, which was greater in the freshwater than in the seawater solution. In sum, our findings highlight that electrolytes and organic matter in natural waters interfere with both abiotic and biotic processes of polystyrene degradation, thereby resulting in the environmental persistence of these plastics.

生物環境工学
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