Pčele vrste Colletes inaequalis svoja podzemna gnijezda oblažu tankim poliesterskim filmom koji po građi nalikuje polietilenu, jednoj od najraširenijih vrsta plastike. No taj se prirodni materijal u tlu razgrađuje mnogo lakše nego što bi se očekivalo od njegove strukture. Novo istraživanje pokazuje zašto su pčelinja gnijezda zanimljiva i znanstvenicima koji traže rješenja za plastični otpad.
U radu objavljenom 2. studenoga u časopisu PNAS istraživači su povezali kemijski sastav obloge, njezinu unutarnju građu i promjene nakon nekoliko mjeseci u tlu. Pčelinji poliester pokazao se neobičnim spojem svojstava: ima uređene kristalne dijelove i međusobno povezane polimerne lance, a ipak se razgrađuje u uobičajenim okolišnim uvjetima.
Takva kombinacija važna je za razvoj novih materijala. Svojstva koja plastiku čine korisnom i otpornom tijekom uporabe često joj omogućuju i dug opstanak nakon odbacivanja. Pčele nude primjer materijala koji dobro služi gnijezdu, a zatim ne ostaje trajno u tlu.
Tanka obloga koju pčele proizvode same
Ove samotarske pčele ne grade voštano saće poput medonosnih pčela. Za svoja gnijezda koriste tlo, a njihove stijenke oblažu vlastitim izlučevinama. Nastaje tanak, proziran sloj zbog kojega ih na engleskom nazivaju “celofanskim pčelama”. Taj naziv opisuje izgled obloge: materijal nije industrijski celofan.
Poliester je velika skupina polimera, dugih molekula u čijim se lancima nalaze esterske veze. Pojam zato ne označava samo sintetička vlakna iz odjeće. Takve polimere proizvode i živi organizmi, premda se njihov sastav i svojstva mogu znatno razlikovati od materijala koje svakodnevno koristimo.
Jonathan Coote i suradnici već dulje istražuju što se od tih pčela može naučiti. U predstavljanju projekta na Virginia Techu objašnjavaju da pčele mogu desetljećima gnijezditi na istom području, u vrlo gustim skupinama, bez odgovarajućeg nakupljanja odbačenih obloga. Upravo je taj nesrazmjer između stalne proizvodnje i izostanka gomilanja materijala bio razlog da istraže njegovu razgradnju.
Poznato je da sastojci obloge potječu iz Dufourove žlijezde u zatku. Kako ih pčela pretvara u gotov polimerni sloj još je jedno pitanje važno za istraživače. Razumjeti biološki postupak nije isto što i raspolagati receptom za njegovu industrijsku primjenu.
Zašto je sličnost s polietilenom važna
Polietilen je poznat po ambalaži i tankim folijama. Njegovi dugi ugljikovodični lanci teško se razgrađuju, pa kemičari pokušavaju oblikovati slične materijale koji bi uz korisna svojstva imali i veze dostupnije razgradnji. Jedan je pristup ugradnja esterskih veza u lance nalik polietilenskima.
No sama prisutnost takve veze nije jamstvo brzog nestajanja materijala. Važno je mogu li do nje doći voda i enzimi te koliko su lanci gusto složeni. U kristalnim područjima polimera dijelovi lanaca pravilno su raspoređeni, dok su drugdje manje uređeni. O njihovoj organizaciji ovisi i pristupačnost veza koje se mogu cijepati.
Koliko su polimeri raznoliki pokazuje i poliesterska folija Mylar, o kojoj je Kozmos pisao u kontekstu izolacije budućih lunarnih baza. Ista široka kemijska skupina može obuhvatiti materijale vrlo različite namjene. Iz naziva “poliester” zato se ne može zaključiti kako će se određeni proizvod ponašati u tlu.
Što zapravo znači pad sa 73 na 40 posto
Istraživači su usporedili obloge različite starosti, od tek izgrađenih do onih prikupljenih jedanaest mjeseci poslije. Udio poliestera u masi analiziranih obloga pao je sa 73 na 40 posto unutar četiri mjeseca u tlu. To je promjena sastava obloge, a ne podatak da je u tom razdoblju nestala određena količina ukupne mase gnijezda.
Pronašli su i moguća objašnjenja razgradnje. U svježim i četveromjesečnim oblogama zabilježili su aktivnost esteraza, enzima koji cijepaju esterske veze. Kristalni dijelovi materijala pritom nisu bili organizirani u neke od većih struktura uobičajenih kod drugih polimera. Autori pretpostavljaju da bi zbog takve građe više esterskih veza moglo ostati dostupno razgradnji.
To je važan trag za kemičare: otpornost materijala ne ovisi samo o sastavu, nego i o načinu na koji su njegove molekule povezane i složene. Uspješna zamjena za postojeću plastiku morala bi uz razgradivost zadovoljiti i zahtjeve proizvodnje, trajnosti i sigurnosti uporabe.
Potraga ima jasan razlog. Kozmos je već izvijestio o sintetičkim plastičnim vlaknima pronađenima na Antarktici, daleko od većine mjesta na kojima ih koristimo. Pčelinji materijal još nije gotova zamjena za takve proizvode, ali pokazuje da se korisna svojstva i razgradnja u tlu mogu povezati drukčije nego u mnogim današnjim polimerima. Sljedeći je izazov utvrditi koje bi se pojedinosti te prirodne građe mogle prenijeti u materijal proizveden u laboratoriju.
